Даукенова А.Н., магистрант кафедры «Технология промышленного и гражданского строительства»,

Дюсембин Е.А., научный руководитель, к.т.н., доцент кафедры «Технология промышленного и гражданского строительства»

Евразийский Национальный Университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан

«Использование добавок для улучшения гидроизоляционных свойств бетона»

Важнейшими конструктивными материалами современного капитального строительства являются бетон и железобетон. Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердения тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителя, взятых в определенных пропорциях. [1] Бетон – один из основных строительных материалов. Он ценен тем, что ему можно придавать самые разнообразные свойства, изменяя в широких пределах, прочность, плотность, теплопроводность и изготовлять из него сборные конструкции, изделия и монолитные сооружения различной формы и назначения. [1]

Как известно, бетон используется в качестве строительного материала уже несколько тысячелетий. Минойцы на о.Крит, например, изготовляли бетон из дробленных или размолотых глиняных черепков, связанных известью. Греки и позже римляне добавляли к составу минойцев вулканический туф или размолотый кирпич. Это было весьма важной ступенью, поскольку такие добавки позволяли бетону затвердевать в воде. Они практически изменили процесс твердения цемента и связывания им бетона. Два знаменитых сооружения, свидетельствующие о гибкости и долговечности древнего бетона, сохранились до наших дней – Базилика Константина и Пантеон в Риме. Между древними и современными цементами имеется одно значительное различие. Греческие и римские цементы затвердевали и наращивали прочность в результате химического процесса – пуццолановой реакции, происходящей в присутствии извести и кремнистых материалов, растворяемых щелочью, подобно тем, что содержатся в туфе и глинистых черепках. Цементы же, изготовляемые в настоящее время, состоят преимущественно из силикатов кальция, которые гидратируются без добавления извести. [4]

Современное производство бетона и железобетона тесно связано с широким использованием различных химических добавок. В промышленно развитых странах мира объем бетона с добавками составляет 25-90% и из года в год возрастает. [2]

Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки в бетон. Их подразделяют на две группы. К первой относятся химические вещества, добавляемые в бетон в небольшом количестве (0,1-2 % массы цемента) для изменения в необходимом направлении свойств бетонной смеси и бетона. Ко второй относят тонкомолотые материалы, добавляемые в бетон в количестве 5-20% и более для экономии цемента или для получения плотного бетона для получения плотного бетона при малых расходах цемента. К тонкомолотым добавкам относят золы, молотые шлаки, пески, отходы камнедробления и некоторые другие материалы, придающие бетону специальные свойства (повышающие его плотность, жаростойкость, изменяющие электропроводимость, окрашивающие и т.д.). Широкое применение находят химические добавки. Под добавками для бетонов и строительных растворов в соответствии с ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия» понимаются различные продукты, вводимые в бетонные и растворные смеси с целью улучшения их технологических, повышения строительно-технических свойств бетонов и растворов и придания им новых свойств. Добавки представляют собой химические вещества (реагенты) как органического, так и неорганического строения, сложного или простого состава. Они вводятся в состав бетона вместе с водой затворения и могут иметь жидкое, твердое и пастообразное состояние. Назначение добавок весьма разнообразно. Их количество, нашедшее применение в производстве раствора, бетона и железобетонных конструкций, составляет более 300 наименований. Они классифицируются по основному эффекту действия:

1. Добавки, регулирующие свойства бетонных смесей: пластифицирующие, т.е. увеличивающие подвижность бетонной смеси; стабилизирующие, т.е. предупреждающие расслоение бетонной смеси; водоудерживающие, уменьшающие водоотделение.

2. Добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетона: ускоряющие схватывание, замедляющие схватывание, ускоряющие твердение, обеспечивающие твердение при отрицательных температурах (противоморозные).

3. Добавки, регулирующие плотность и пористость бетонной смеси и бетона: воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, уплотняющие (воздухоудаляющие и кольматирующие поры бетона), добавки – регуляторы деформаций бетона, расширяющие добавки.

4. Добавки, придающие бетону специальные свойства: гидрофобизирующие, т.е. уменьшающие смачивание бетона; антикоррозионные, т.е. повышающие стойкость к агрессивным средам; ингибиторы коррозии стали, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стали; красящие; придающие бактерицидные и инсектицидные свойства.

К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят кремнийорганические жидкости: метилсиликонат натрия (ГКЖ-11), этилсиликонат натрия (ГКЖ-10) и этилгидросилоксановая жидкость (ГКЖ-94). Применяют их для увеличения стойкости бетонов и растворов в агрессивной среде, для долговечности бетона, а также в качестве гидрофобизаторов поверхности ячеистых бетонов.

Эти добавки находят все более широкое применение в цементной промышленности и при производстве бетонных работ. Так же как при приготовлении цементов с добавками гидрофильного типа, например с.д.б. (сульфитно-дрожжевая бражка), промышленность выпускает цементы с гидрофобизирующими добавками, что позволяет назвать их в первом случае пластифицированными, а во втором – гидрофобизирующими. При введении в бетонную смесь гидрофобизирующих добавок значительно повышаются морозостойкость, водонепроницаемость, деформативность и другие свойства бетонов. При этом удается с большим успехом регулировать тепловыделение, что имеет существенное значение при бетонировании конструкций или частей сооружений больших объемов, устраиваемых без членения (опоры мостов, фундаменты, например, под доменные печи, блоки гидротехнических сооружений и т.д.). Следует иметь ввиду, что каждая из гидрофобизирующих добавок дозируется в строгом соответствии с нормативными указаниями или в полном соответствии с опытными данными, полученными при ее изучении. Особый интерес представляет применение комплексных ПАВ (поверхностно-активных веществ), когда удается использовать положительное действие каждой добавки (гидрофилизующее и гидрофобизирующее). Эффект их применения значительно выше, чем от добавок одного вида, что подтверждено многочисленными исследованиями и опытными работами. Таблица 1. [3]

Таблица 1.

Тип и наименований добавки	Состав добавки	Количество добавки, %
		В бетонах	В растворах
Гидрофильная – с.д.б.	Кальциевая соль лигно-сульфоновых кислот с примесью редуцирующих веществ	0,15-0,30*	0,15-0,30*
Гидрофобизирущая - мылонафт	Натриевые соли не растворимых в воде органических кислот; извлекаются из отходов щелочной очистки керосиновых, газойлевых и соляровых дистилляторов нефти	0,08-0,50**	0,05-0,10**
Гидрофобизирущая – асидол (двух марок) после омыления или эмульгирования	Нефтяные кислоты; извлекаются из щелочных отходов масляных и соляровых дистиллятов	0,08-0,50	0,05-0,10
Гидрофобизирущая – абиетат натрия (в виде жидкости и порошка)	Продукт омыления абиетиновой смолы	0,01-0,025*	0,01-0,025*
Гидрофобизирущие – пластифицирующие – кремнийорганические жидкости	Этилгидросилоксановая жидкость ГКЖ-94, метилсиликонат натрия ГКЖ-11; этилсиликонат натрия ГКЖ-10	0,05-0,015***	0,05-0,15***

* В расчете на сухое вещество. Для ряда специальных случаев размер добавки может быть увеличен.

** В расчете на товарный раствор мылонафта, содержащий 45-50% воды.

*** В расчете на 100%-ную жидкость.

Эффективность добавок по критерию эффективности оценивают в лаборатории предприятия и на производстве при соблюдении следующих условий:

- изготавливают бетон контрольного и основного составов, применяемых на производстве;

- в лабораторных и производственных условиях уточняют выбранную оптимальную дозировку добавки с учетом цели ее применения;

- работу проводят при температуре окружающего воздуха и материалов, соответствующих условиям производства;

- тепловую обработку бетонов проводят по режимам, принятым на производстве:

1. в лабораторных условиях – в лабораторной пропарочной камере;

2. в производственных условиях – вместе с соответствующими изделиями и конструкциями.

Гидрофобизированные бетоны характеризуются определенным «запасом» клинкерного фонда, на что указывает способность испытуемого порошка при затворении водой образовывать относительно прочный цементный камень. Установленный факт важен для процессов самозалечивания («самозатягивания») трещин, затягивающих в процессе эксплуатации конструкций.

Повышение водонепроницаемости бетона с гидрофобизирующими добавками объясняется не только улучшением удобоукладываемостисмеси, модифицированием структуры цементного камня и спецификой влияния на изменение знака смачиваемости стенок капилляра, но и уменьшением усадочных деформаций в гидрофобизированных цементных системах [4].

Известно, что в ряде случаев морозостойкостью бетона определяется долговечность железобетонных конструкций и сооружений. Разрушение бетона от совместного воздействия воды и мороза наносит большой ущерб нашему народному хозяйству.

Проблеме морозостойкости бетона у нас и за рубежом посвящено большое количество работ [5, 6-8, 9,10 и др.]. Определенный интерес представляет работа [11], в которой приведены методы моделирования процесса льдообразования в порах строительной воды может изменяться в очень широких пределах – от нуля до сотен атмосфер в зависимости от насыщения пор водой и скорости замораживания.

Особенностью всех этих работ является то, что авторы рассматривают вопросы морозостойкости преимущественно в зависимости от макро- и микропористости структуры материала. На этот счет существует множество гипотез: кристаллизационное давление льда, гидравлическое давление в капиллярах при отжатии воды из зоны замерзания, гидростатическое давление в порах, в капиллярах, различие в коэффициентах линейного расширения льда и скелета заполнителей и т.д. [5, 6-8].

Одним из наиболее эффективных, значительно повышающих морозостойкость бетонов являются добавки гидрофобизирующего действия. Это объясняется не только особенностями структурообразования в таких бетонах, но и спецификой процессов льдообразования и модифицированием свойств самого льда в присутствии гидрофобизирующего ПАВ или при соприкосновении с гидрофобизирующего «ложем» - межпоровыми мемранами цементаного камня с хемосорбционными вкрапленниками гидрофобизатора.

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М., Стройиздат 1986.

2. Соловьев В.И. Бетоны с гидрофобизирующими добавками. Алма-ата, Наука Казахской ССР, 1990.

3. Шестоперов С.В., Технология бетона. Москва «Высшая школа», 1977.

4. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицируеющие добавки для цемента, растворов и бетонов. М., 1979.

5. Горчаков Г.И., Алимов Л.А., Воронин В.В., Акимов А.В. Зависимость морозостойкости бетонов от их структуры и температурных деформаций // Бетон и железобетон. 1972

6. Горчаков Г.И. Специальные строительные материалы для теплотехнического строительства. М., 1982.

7. Горчаков Г.И., орентхилер Л.П., Лифанов И.И., Мурадов Э. Повышение трещиностойкости и водостойкости лекгих бетонов. М., 1971.

8. Горчаков Г.И., Соловьев В.И., Ьомашпольский А.Л., Хигерович М.И. Добавки гидрофобизирующего действия как фактор технико-экономической эффективности цементов и бетонов // Исследование и применение бетонов с суперпластификаторами. М., 1982.

9. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. М., 1975.

10. Стольников В.В. о теоретических основах сопротивляемости цементного камня и бетонов чередующимся циклам замораживания и оттаивания. Л., 1970.

11. Важенин Б.В. Изучение процесса образования льда в порах строительных материалов и методика испытаний на морозостойкость. Автореф. дис. ...канд.тех.найк. М., 1968.