Вы здесь

Эффективные гидроизоляционные материалы проникающего действия на основе модифицированных шлаковых цементов

Версия для печати

В статье исследована эффективность использования вяжущей композиции (ПЦ ІІ/Б-Ш-400), содержащей до 30% доменного гранулированного шлака, модифицированной природным цеолитом и комплексными добавками электролитов, для получения гидроизоляционных покрытий проникающего действия.

In the article it was researched usage CEM II, which were modificated by natural zeolit and complex addiments of electrolits, for getting ofhydroisolation coatings with waterproofing action.

УДК 691.175:666.96+541.1

Известно, что гидроизоляционные материалы проникающего действия используются для защиты бетонных и железобетонных конструкций от воздействия воды, водяного пара, мороза, агрессивных сред. Химически активная часть материала вступает в реакцию с составляющими цементного камня, образуя нерастворимые нитевидные кристаллы, которые вызывают уплотнение основания и создают водонепроницаемый барьер. При этом конструкции, обработанные проникающими гидроизоляционными составами, повышают свою морозостойкость, водонепроницаемость и стойкость к агрессивной среде. Влажность и ультрафиолетовое излучение не изменяют эксплуатационные характеристики бетона, прошедшего обработку гидроизоляционными материалами проникающего действия.

Материалы проникающего действия независимо от фирмы-производителя имеют один и тот же основной состав: бездобавочный портландцемент, кварцевый песок определенных фракций и активные химические добавки. Именно состав активных добавок и определяет основное отличие между предлагаемыми на рынке составами гидроизоляционных материалов.

В то же время содержание большого количества таких химических добавок приводит к образованию высолов, трещин, отслаиванию покрытий, недолговечности бетонных и железобетонных сооружений, что вызывает недовольство потребителей.

Основой для получения известных в наше время гидроизоляционных составов выступают обычные бездобавочные портландцементы, которые в свою очередь имеют ряд негативных сторон, поскольку продукты гидратации таких вяжущих систем недостаточно долговечны и коррозионно неустойчивы.

Целью данной работы является оптимизация состава вяжущих композиций для получения гидроизоляционных материалов проникающего действия на основе шлаковых цементов, модифицированных комплексными добавками. Такие материалы предназначены для защиты подземных конструкций от разрушительного действия воды и влаги, что позволит повысить их долговечность и продлить срок эксплуатации.

Известно, что замена части портландцемента доменным гранулированным шлаком будет способствовать связыванию Са (ОН)2 в низкоосновные гидросиликаты кальция, обеспечивая тем самым повышенную устойчивость шлаковых цементов к действию мягких и минерализованных вод. Искусственный камень на основе такого цемента характеризуется высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и стойкостью к агрессивной среде – сульфатной коррозии, что и определяет область его применения как основы для получения гидроизоляционных покрытий проникающего действия.

Предыдущими исследованиями установлены оптимальные составы шлакового вяжущего [1, 2], подобрано рациональное содержание добавок-электролитов[3], исследованы основные физико-механические и специальные свойства гидроизоляционных покрытий на основе разработанных вяжущих композиций [4].

Повысить водонепроницаемость цементного камня наиболее простым методом позволяют добавки солей-электролитов, обуславливающие образование дополнительных кристаллогидратов. Соли-электролиты, растворяясь в воде, глубоко проникают в структуру бетона и вступают в реакцию с составляющими продуктов твердения цементного камня. В результате формируются водонерастворимые новообразования, которые заполняют поры, капилляры, трещины бетона до 0,5 мм, а также предотвращают фильтрацию воды даже при наличии высокого гидростатического давления. При этом образованные кристаллогидраты внедряются в структуру бетона, уплотняя ее и предотвращая отслаивание гидроизоляционного покрытия от бетонной подложки.

Оптимальный состав солей, использованных для получения гидроизоляционных композиций, защищен патентом Украины.

Результаты исследования влияния солей электролитов, взятых в различных соотношениях на прочность при сжатии (а) и водопоглощение (б) покрытий, полученных на основе разработанных составов после 7 и 365 суток твердения, представлены на рис. 1.

Сравнение вышеприведенных данных показывает, что введение солей электролитов существенно не влияет на прочность вяжущих систем (при твердении в течение 7 суток), которая составляет 8,17 МПа и несколько уступает составам сравнения – Кальматрону, Пенетрону и составу без солей.

Анализ результатов исследования прочности при сжатии покрытий на 365 сутки показывает, что при использовании всех составов, кроме состава, включающего соли-электролиты с оптимальным соотношением компонентов, присущ некоторый спад прочности во времени. Наибольшей потерей прочности после 1 года твердения отличаются составы сравнения (Кальматрон и Пенетрон), прочность которых уменьшилась примерно в 1,3–1,6 раза.

В результате проведенных экспериментов было также установлено, что пропитка цементно-песчаных образцов гидроизоляционными растворами, содержащими комплекс солей, позволяет уменьшить значение водопоглощения в 17,7–21,4 раза (после 7 суток твердения) и в 2,5–4,4 раза (после 365 суток твердения), что подтверждается данными проведенных экспериментов.

Обобщение полученных зависимостей показывает, что наименьшей величиной водопоглощения как на 7 сутки (0,5 мл), так и на 365 сутки (2,9 мл) характеризуются покрытия, полученные на основе цементно-шлаковых композиций, модифицированных добавками цеолита и солей-электролитов.

Полученные покрытия характеризуются значительно более высокой надежностью по сравнению с традиционно применяемыми материалами аналогичного механизма действия и назначения, а их способность к гидроизоляции бетона не снижается даже после 1 года эксплуатации, как это было зафиксировано для аналогов сравнения (рис. 1).

 

Рис. 1. Прочность при сжатии (а) и водопоглощение (б) покрытий на основе вяжущих композиций, содержащих портландцемент, доменный гранулированный шлак и добавки природного цеолита
1, 2, 3 – дополнительно включают соли-электролиты (карбонаты, сульфаты, нитраты) в различных соотношениях; 
4 – базовый состав цементно-шлаковой композиции, модифицированный добавкой цеолита, но не содержащий солей-электролитов; 5, 6 – составы сравнения: Пенетрон и Кальматрон соответственно

Для раскрытия механизма процессов синтеза прочности разработанных оптимальных составов вяжущих систем исследован фазовый состав новообразований с использованием рентгенофазового, дифференциально-термического анализов, электронной микроскопии. Результаты проведенных исследований приведены в таблице.

Таблица

Основные новообразования в гидроизоляционном покрытии на основе шлакового цемента, модифицированного добавкой природного цеолита и комплексом солей электролитов

Основные 
компоненты

вяжущего

Гидратные фазы по данным

РФА, нм

ДТА, ºС

После твердения в течение 1 суток

Портландцемент

+ шлак

2СаО·SiO2·H2O (0,301; 0,237; 0,196; 0,192 нм);

 

5СаО·6SiO2·5H2O (0,328; 0,176; 0,159 нм );

2СаО·SiO2·H2O (-) 527;

 

5СаО·6SiO2·5H2O (-) 130;

Портландцемент

+ шлак + цеолит

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (0,388; 0,301; 0,213; 0,197; 0,194; 0,175; 0,165 нм);

 

С2SН(С) (0,422; 0,165 нм).

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (-) 140;

 

 

С2SН(С) (-) 770.

Портландцемент

+ шлак + цеолит +соли

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (0,324; 0,256; 0,242; 0,213; 0,197; 0,194; 0,175 нм);

 

3СаО·Al2O3·СаSO4·12H2O (0,488; 0,273; 0,144; 0,158 нм);

 

3СаО·Al2O3·Са(NO3)2·10H2O (0,381; 0,294; 0,273; 0,187 нм);

 

СаSO4·2H2O (0,256; 0,177; 0,171 нм).

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (-) 140;

 

 

3СаО·Al2O3·СаSO4·12H2O (-) 498;

 

3СаО·Al2O3·Са(NO3)2·10H2O (-) 775;

 

СаSO4·2H2O (+) 340.

После твердения в течение 1 года

Портландцемент

+ шлак

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (d = 0,301; 0,256; 0,234; 0,220; 0,215; 0,206; 0,197; 0,175; 0,166; 0,162; 0,157 нм);

 

2СаО·SiO2·H2O (d = 0,301; 0,275; 0,237 0,205; 0,196; 0,192; 0,181; 0,174 нм)

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (-) 150;

 

 

2СаО·SiO2·H2O (-) 538

 

 

 

Портландцемент

+ шлак + цеолит

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (d = 0,240; 0,223; 0,212; 0,197; 0,166; 0,162 нм),

 

2СаО·SiO2·H2O (d = 0,301; 0,275; 0,224; 0,196; 0,192; 0,186 нм),

Na{AlSi2O6}·H2O (d = 0,241; 0,221; 0,190; 0,185; 0,178; 0,168; 0,165; 0,160 нм),

 

(Na, Са)4·{Al8Si16O48}· 24H2O (d = 0,455; 0,332; 0,259; 0,207; 0,195; 0,187; 0,178; 0,168; 0,166 нм).

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (-) 150;

 

 

2СаО·SiO2·H2O (-) 525

 

Портландцемент

+ шлак + цеолит +соли

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (d = 0,262; 0,248; 0,234; 0,215; 0,208; 0,202; 0,197; 0,175; 0,166; 0,162 нм),

 

2СаО·SiO2·H2O (d = 0,334; 0,262; 0,245; 0,196; 0,186; 0,174 нм),

 

Na{AlSi2O6}·H2O (d = 0,564; 0,345; 0,216; 0,185; 0,173; 0,165; 0,160 нм),

 

(Na, Са)4·{Al8Si16O48}· 24H2O (d = 0,346; 0,332; 0,298; 0,289; 0,207; 0,195; 0,193; 0,187; 0,166 нм),

 

3СаО·Al2O3·СаSO4·12H2O (d = 0,287; 0,260; 0,235; 0,206; 0,190; 0,187; 0,166; 0,155 нм),

 

3СаО·Al2O3·СаСO3·12H2O (d = 0,346; 0,330; 0,286; 0,217; 0,201; 0,186; 0,166; 0,160; 0,155 нм),

 

3СаО·Al2O3·Са(NO3)2·10H2O (d = 0,187 нм),

 

Na8Al6Si6O24(SO4)·H2O (d = 0,286; 0,261; 0,213; 0,160 нм),

 

(Na5К1Са2)Al6Si6O24(SO4)1,5 (d = 0,288; 0,263; 0,215 нм)

 

3СаО·Al2O3·3СаSO4·32H2O (-) 150;

 

2СаО·SiO2·H2O (-) 520;

 

 

 

 

 

3СаО·Al2O3·СаSO4·12H2O (+) 800;

 

 

3СаО·Al2O3·Са(NO3)2·10H2O (-) 815

Введение комплексной добавки в состав растворной смеси приводит к ряду последовательных и параллельных обменных реакций между ее компонентами.

Учитывая полученные результаты физико-химических исследований, предложен следующий механизм действия солей проникающей гидроизоляции: использование солей NaNO3, Na2SO4, Na2CO3 приводит к взаимодействию их с составляющими цементного камня с образованием AFt и AFm фаз:

NaNO3 + C4AH13–19 + Ca (OH)2 + H2O →

C3A·Сa (NO3)2·10H2O + NaOH + 3СаО·Ca (NO3)2·14–16 H2O;

Na2SO4+C4AH13–19 +Ca (OH)2+H2O → C3A·3СaSO4·32H2O+NaOH

Механизм действия карбоната натрия Na2CO3 можно представить как его реакцию с гидроалюминатом кальция в присутствии гидроксида кальция с последующим образованием двух труднорастворимых продуктов, один из которых – двойная соль:

Na2СO3+C4AH13+Ca (OH)2+H2O → C3A·СaСO3·12H2O+NaOH+СаCO3

Также возможна простая обменная реакция:

Na2СO3 + Ca (OH)2 +H2O → СаCO3 + NaOH.

Введение в цементно-шлаковую систему природных цеолитов позволяет связать свободные щелочи (Na, K) в нерастворимые гидроалюмосиликаты и окклюдировать анионы (СО32-, SO42-, NO3-) в сложные неорганические комплексы, что в свою очередь служит гарантией долговечности гидроизоляционного покрытия во времени [5, 6].

Таким образом, анализ результатов, полученных с использованием РФА и ДТА, подтверждает тезис о том, что наличие в составе цементного камня комплекса солей приводит на ранних стадиях гидратации к образованию наряду с гидросиликатами и гидроалюминатами кальция дополнительного количества структурно-активных гидратных AFt и AFm фаз, которые образуют кристаллический скелет, армирующий цементный камень, обеспечивая ускоренную кинетику нарастания прочности, уменьшая при этом степень водопоглощения и повышая водонепроницаемость гидроизоляционных покрытий во времени.

Экспериментально установлено, что при нанесении покрытия толщиной до 2 мм глубина проникновения гидроизоляционного материала в структуру бетона составляет несколько десятков сантиметров, причем введение цеолитной добавки в состав вяжущей композиции обеспечивает связывание свободных щелочных соединений в нерастворимые гидроалюмосиликатные соединения (до 90%), а количество солей-электролитов, попадающих в структуру защищаемого бетона, не превышает 0,04% на 1 м3.

Морозостойкость бетона после обработки разработанным гидроизоляционным составом повышается не менее чем на 100 циклов. Марка бетона по водонепроницаемости повышается на 4 ступени и более.

Выводы

Разработаны составы гидроизоляционных покрытий на основе цементно-шлаковых композиций, модифицированных природными цеолитами и солями электролитов, которые отличаются стабильностью эксплуатационных характеристик во времени и гарантируют долговечность полученного гидроизоляционного покрытия.

Одновременное введение в состав смешанных цементов различных по природе активности и свойствам минеральных добавок позволяет регулировать процессы структурообразования.

Предложенные составы гидроизоляционных материалов обеспечивают получение долговечного покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками. Морозостойкость бетона после обработки разработанным гидроизоляционным составом повышается не менее чем на 100 циклов. Марка бетона по водонепроницаемости повышается на 4 ступени и более.

Список литературы

1. Шлакомісткі цементи, модифіковані цеолітами як основа для отримання гідроізоляційних розчинів/ Пушкарьова, К.К., Суханевич, М.В., Бондар, К.В., Марцих, А.С.// Вісник ДонДАБА. Зб. наук. праць «Сучасні будівельні матеріали, конструкції та інноваційні технологія зведення будівель і споруд». – Том І, Вип. 2010–5 (85). – Макіївка: ДонДАБА, 2010. – С. 102–108.

2. Використання шлакомістких цементів, модифікованих природними цеолітами, для одержання гідроізоляційних покриттів проникної дії/ Пушкарьова, К.К., Суханевич, М.В., Бондар, К.В., Разумова, О.Є. // Зб. наук. праць ВАТ Укр НДІ Вогнетривів ім. Бережного, № 110. – Харків: Каравелла, 2010. – С. 587–592.

3. Гідроізоляційні покриття проникної дії на основі ПЦ ІІ/Б-Ш-400, модифіковані природними цеолітами / Пушкарьова, К.К., Суханевич, М.В., Бондар, К.В. // Науково-технічний збірник «Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка». – Київ, 2011. – № 6 (71). – С. 35–37.

4. Покращення експлуатаційних властивостей бетонних споруд за рахунок використання гідроізоляційних матеріалів / Пушкарьова, К.К., Суханевич, М.В., Бондар, К.В. // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. – Вип. 44, 2012. – C. 10–14.

5. Цеолиты в строительных материалах / Овчаренко, Г.И., Свиридов, В.Л., Казанцева, Л.К. – Барнаул: АлтГТУ, 2000. – 320 с.

6. Цеолитовые молекулярные сита / Д. Брек. – М.: Мир, 1976. – 768 с.


comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 21 740
Давайте попутешествуем во времени, «пробежимся» по разным уголкам Земли и пристально вглядимся в свои родные места, полюбуемся и восхитимся...
23.07.2003 / просмотров: 15 773
Туризм – одно из наиболее динамичных явлений современного мира. В последнее время он приобрел колоссальные темпы роста и масштабы влияния на...
23.07.2003 / просмотров: 9 996
В ряде стран Западной и Центральной Европы формируются природные парки регионального и местного значения, аналогов которым в Беларуси пока нет. Так...