Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Инженер Суздальцев О.В., д.т.н., Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Архитектурно-декоративные бетоны нового поколения, гидрофобизированные стеаратом цинка

Эффективность стеаратов и олеатов металлов, как гидрофобизаторов, была изучена ранее на бетонах на основе минеральношлаковых вяжущих из смеси шлака и тонкомолотых горных пород. Горные породы были представлены известняком, глиной, гранитом, песчаником [1]. Высокие гидрофобные свойства стеарата цинка также были получены на растворах на цементном вяжущем. Таким образом, в результате аналитического обзора литературы мы выявили, что наиболее эффективным среди металлорганических гидрофобизаторов является стеарат цинка. Это было характерно для минеральношлакового бетона и цементного бетона старого поколения. При создании архитектурно-декоративных порошковых и порошково-активированных бетонов нового поколения основой качества и эксплуатационной долговечности является «высокая» реология.

В качестве сырьевых материалов в научных экспериментах использовали: Вольский портландцемент марки 500 Д0 (СЕМ 42,5), в качестве каменной муки (П_М) – гранит, размолотый до удельной поверхности – 3700 см²/г. В качестве тонкого песка (П_Т) фракции 0,16-0,63 мм – гранитный песок, в качестве песка заполнителя (П_З) использовали также гранитный песок фракции 0,63-2,5 мм. В качестве пластифицирующей добавки применяли гиперпластификатор Melflux 5591 F в количестве 1% от массы цемента (Ц). В качестве гидрофобизатора – стеарат цинка в количестве 1% от массы цемента. Для удешевления и упрощения технологии введения порошкового гидрофобизатора мы однородно смешивали его с цементом, без дополнительного длительного помола. Порошковый гидрофобизатор кратковременно перемешивался совместно с цементом в лабораторной мельнице в течение 15 минут для однородного распределения порошковой добавки в смеси. Полученная смесь совместно перемешивалась с остальными компонентами смеси до образования однородной консистенции. Образцы бетона твердели в нормальных условиях в течении 28 суток. Во время твердения часть образцов испытывалась по ГОСТ на 1, 7 и 28 сутки. После этого, проводили испытание на водопоглощение в течении 90 суток и на капиллярный подсос в течение 7 суток. Основные физико-технические свойства и реологические критерии архитектурно-декоративного порошково-активированного песчаного бетона контрольного состава приведены в таблице (ПАПБ-1).

Таблица

Физико-технические свойства и реологические критерии архитектурно-декоративного порошково-активированного песчаного бетона

Наименование компонентов	На 1 м^3, кг	Объем на 1 м^3, л	В/Ц, В/Т	ρ, кг/м^3				Прочность МПа, через, сут.
								1	7	28
ПЦ Вольский 500 Д0 СЕМ 42,5	700	225,8	0,315	ρвл 1 сут. 2437	0,43	1	0,67	Rсж=53 Rиз=9	Rсж=97 Rиз=11,2	Rсж=108 Rиз= 17,3
ГП Melflux 5581F 1,0% от Ц	7	5,4			= 2,1
Гранит молотый (ПМ), Sуд = 3700 см^2/г	300	107,9	0,101	ρтеор	= 2,22 = 4,80				=6,48кг/МПа; =0,15МПа/кг = 40,4 кг/МПа Rсж/Rи = 6,2
				2444
Песок тонкий гранитный (ПТ), фр. 0,16-0,63 мм	700	251,8
				Куп	Vвд = 560,2 Свд = 57,1 % Vвдт = 812 Свдт = 82,7% = 77,4 %
Песок крупный гранитный (ПЗ), фр. 0,63÷2,5 мм	470	169		0,997
			Расплыв конуса Хегерманна 32 см, Расплыв Км 46,5 см
ΣМсух. ΣVсух. Вода	2177 ― 221,1	― 759,9 221,1
Мб.с.	2398,1	―
Vб.с	―	981

Соотношение всех компонентов смеси в контрольном составе и в гидрофобизированном было одинаковым. Полученные результаты показывают, что металлоорганический гидрофобизатор – стеарат цинка несколько загущает бетонную смесь. Так, расплыв смеси по конусу Хагерманна негидрофобизированного состава (ПАПБ-1) равен 32 см, а с гидрофобизатором (ПАПБ-13) – 21 см. Такое загущение смеси связано с низкой смачиваемостью стеаратов, перекрывающих поверхность минеральных частиц и наличием вовлеченного воздуха. Для увеличения расплыва смеси необходимо было незначительно увеличить В/Т – отношение (0,107 (ПАПБ-13)).

Введение стеарата цинка в бетон, существенно уменьшило показатели прочности в начальные сроки твердения образцов в нормальных условиях. Прочностные показатели у гидрофобизированного бетона оказались на 23% ниже, чем контрольного. Такое заметное снижение прочности у бетона с порошкообразным стеаратом цинка связано с понижением плотности с 2437 кг/м³ до 2312 кг/м³. Несмотря на понижение прочностных показателей архитектурно-декоративного гидрофобного порошково-активированного песчаного бетона, они все же остаются достаточно высокими.

Водопоглощение по массе гидрофобизированных образцов архитектурно-декоративного порошково-активированного бетона в первые часы насыщения образцов в воде низкое и составляет 0,68 %, что в 2,3 раза ниже контрольного состава (1,61 %). Водопоглощение гидрофобизированного бетона на 3 сутки было 2,29 %, что также ниже контрольного состава в 1,22 раза. Значения водопоглощения гидрофобизированных составов становятся равными значениям контрольного состава через 22 суток. При более длительном нахождении образцов в воде до 3 месяцев гидрофобный эффект уменьшается и составы с гидрофобизатором насыщают 3,9 % воды по массе за счет более высокой пористости.

Принятый состав бетона, в котором три основных компонента представлены гранитом – гранитная мука, тонкий гранитный песок и песок-заполнитель, которые составляют 67% по массе от всех сухих компонентов бетона, открывают широкие возможности для производства и реализации таких компонентов на горных выработках. Это карьеры диорита, сиенита, диабаза, базальта, лабрадорита и т.п. Использование их продукции позволят создавать не только декоративные бетоны различной цветовой гаммы, но и высокопрочные и долговечные песчаные бетоны.

Капиллярный подсос определяли в соответствии с ЕN 1015–18:2002 на балочках 40×40×160 мм, установленных в воду вертикально на глубину 7 мм в течении недели. Показано, что стеарат цинка значительно уменьшает капиллярное всасывание образцов бетона в первые минуты и часы экспонирования образцов воде. Так, капиллярное водонасыщение гидрофобизированных образцов через 15 минут нахождения образцов воде в 2 раза ниже значений водопоглощения по массе контрольного состава (0,1 %), и составляло 0,052%. Значение капиллярного подсоса гидрофобного состава через неделю были ниже значения контрольного состава в 1,3 раза. В целом, можно отметить, что значения капиллярного подсоса как контрольного, так и гидрофобного составов малы. В процессе капиллярного подсоса бетона контрольного состава отмечено, что к 7-м суткам высота подъема жидкости по капиллярам находится в пределах 6-8 % от высоты образцов-балок. На балках с гидрофобизатором высота подъема составила 3,7-4 % от высоты образца, равной 160 мм. В ходе капиллярного подсоса в течение недели отмечено полное отсутствие высолообразования на поверхности гидрофобизированных бетонов.

Проведенные исследования по объемной гидрофобизации бетонов порошкообразным стеаратом цинка не позволили получить высоких результатов по гидрофобизации. В связи с этим необходимо было изучить поверхностные способы гидрофобизации при использовании которых не затрагивается изменение растекаемости самоуплотняющихся бетонов и их прочностных показателей.

Литература:

1. Калашников В.И., Мороз М.Н., Нестеров В.Ю., Хвастунов В.Л., Василик П.Г. Минерально-шлаковые вяжущие повышенной гидрофобности. Строительные материалы. 2005. № 7. С. 64-68.