Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Аспирант Ерофеева И.В., д.т.н., Калашников В.И.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Влияние комплексных гидрофобизирующих добавок на водопоглощение минеральношлаковых вяжущих

Нами проведены научные исследования, целью которых явилось изучение влияния реакционно-активной гидрофобной добавки олеата натрия С₁₆Н₃₃СООNa, гидрофобизатора SILSAN CO, а также их комплексов с металлоорганическими гидрофобизаторами – стеаратами металлов кальция Са(С₁₈Н₃₅О₂)₂ и цинка Zn(C₁₈Н₃₅О₂)₂ в минеральношлаковых вяжущих (МШВ). Для выявления воздействия различных гидрофобизаторов на водостойкость МШВ в щелочной среде, методом прессования была отформована серия образцов на карбонатношлаковом (КШВ) и глиношлаковом вяжущем (ГШВ) при ранее подобранных оптимальных соотношениях «шлак:известняк» и «шлак:глина» – 60:40. В качестве гидрофобизирующей добавки была исследована реакционно – активная и растворимая в воде гидрофобная добавка – олеат натрия С₁₆Н₃₃СООNa. Если стеариновую кислоту заменить другими жирными кислотами, например олеатами, то свойства в целом сохраняются, возрастает растворимость в воде щелочного мыла, набухаемость в воде становится меньше. Олеиновая кислота является представителем непредельных одноосновных карбоновых кислот. Форма молекул у нее такова, что силы взаимодействия между молекулами сравнительно невелики и вещество оказывается жидким. Механизм действия олеатов металлов в МШВ обусловлен реакционным процессом, протекающим в растворе между ними и гидролизной известью Ca(OH)₂, выделяемой из силикатов шлака. В результате образуется щелочь NaOH, необходимая для активации твердения шлака и стеарат кальция в молекулярной форме с последующей гидрофобизацией поверхности пор мономолекулярным слоем. Образование щелочи NaOH является позитивным фактором, так как увеличивается ее содержание и общая щелочность системы.

Практический интерес представляет использование комбинированного продукта в виде олеатов металлов и нерастворимого металлического мыла, сочетающего в себе положительные свойства одного и другого. В отличие от диспергирующих свойств олеата натрия, продукты его реакции с Ca(OH)₂ теряют диспергирующие свойства и приводят к дополнительной гидрофобизации за счет молекулярно-дисперсного распределения нерастворимого металлического мыла.

При определении водоотталкивающих свойств МШВ с комплексными гидрофобизаторами, методом прессования при давлении 25 МПа была отформована серия образцов из КШВ и ГШВ. При использовании комбинации стеаратов металлов кальция и цинка с олеатом натрия влажность составляла 12%. Оптимальная дозировка индивидуальных порошковых добавок составляла 2,5% от массы композиционного МШВ, а добавок, включающих комбинацию стеаратов цинка или кальция с олеатом натрия, и стеаратов этих металлов с гидрофобной жидкостью SILSAN CO по 1,25% каждой от массы вяжущего. Для ускорения реакции образования стеарата кальция с олеатом натрия в МШВ добавляли гашеную Елецкую известь Ca(OH)₂, стехиометрически по реакции с олеатом натрия в количестве 0,3% от массы композиционного вяжущего.

В комбинации со стеаратами цинка и кальция также была исследована и гидрофобная жидкость SILSAN CO, вводимая в композицию при приготовлении её. Влажность смеси была 10%. Попытка гидрофобизации КШВ и ГШВ гидрофобизирующей жидкостью SILSAN CO, вводимой с водой затворения на щелочном активизаторе, не увенчалась успехом, в связи с сильным гелеобразованием композиции SILSAN CO в смеси со щелочью. Поэтому в качестве активизатора твердения в такую систему было принято вводить соду Na₂CO₃ в сухом виде в количестве 4% от массы вяжущего. При этом обнаружен сильный пластифицирующий эффект жидкости SILSAN CO, вследствие чего влажность смеси была снижена до 10%.

Исходя из стехиометрии, рассчитано, что введение 3,9 % соды Na₂CO₃ и 0,3 % Сa(OH)₂ в сухом виде соответствует введению 3% щелочи NaOH от массы МШВ. Отпрессованные образцы твердели в норм.-влажн. условиях в течение 28 суток, а затем обезвоживались в эксикаторе над хлоридом кальция при W = 5-10% до стабилизации постоянной массы. В табл. приведены составы и значения водопоглощения образцов при длительном экспонировании их в воде и для каждого состава рассчитан коэффициент длительной водостойкости.

Практически все комплексные добавки значительно снижают водопоглощение в ранние сроки по сравнению с бездобавочными составами: у ГШВ–в 1,9-3,9 раза, а у КШВ в 1,4 - 6,5 раза. Состав 11 из ГШВ ведет себя аномально, водопоглощение по массе через 15 минут достигло 10,8%, что выше негидрофобизированного состава в 2,77 раза.

Комплексные добавки стеарата цинка + SILSAN CO и стеарата кальция + SILSAN CO в составах КШВ имеют высокие показатели коэффициента длительной водостойкости (К_вод) от 0,98-0,99, а в ГШВ эффективность комплекса стеарата цинка и SILSAN CO практически исчезает. Водопоглощение по массе с этими же добавками в указанных составах превышают значения контрольного состава. Добавка SILSAN CO в индивидуальном виде как в составах КШВ, так и в составах ГШВ повышает К_вод до 0,83-0,84 по сравнению с негидрофобизированным составом, что ниже значений при введении комплексной гидрофобизации с этой же гидрофобной жидкостью.

В более поздние сроки после 70 суток экспонирования в воде образцов из КШВ с комплексными добавками эффективно снижают водопоглощение, повышая К_вод. Более низкие значения водопоглощения по массе (6,5%), отмечены на составах из КШВ с комплексными гидрофобными добавками олеата натрия сo стеаратом кальция и с К_вод 0,97, что выше негидрофобизированного на 0,37, и с добавлением индивидуально олеата натрия (6,5%) с К_вод 0,88. Состав 7 снижая водопоглощение контрольного состава до 6,5%, имеет самый низкий К_вод – 0,68. При этом водопоглощение контрольных образцов из КШВ через 70 суток насыщения в воде равно 9,2%, а К_вод составляет 0,6.

Таблица

Характеристика состава и кинетика водопоглощения МШВ

с комплексными гидрофобизаторами

№ состава	Компоненты вяжущего			Количество компонентов, %, от массы композиционного вяжущего					Водопоглощение образцов по массе, %, через					Длител. коэфф. водостойкости	Плотность, г/см^3
	щлак	известняк	глина	Акти- ви- затор твер- дения		Вода	Дозировка добавок, %	известь	15 минут	1 час	3 суток	28 суток	70 суток
				NaOH	Na2CO3
1	60	40	–	3	–	12	–	–	5,2	6,4	7,2	8,5	9,2	0,60	1,94
2	60	40	–	–	4	10	Sil/2,5	–	3,6	4,5	6,3	7,5	8,2	0,83	1,93
3	60	40	–	–	4	10	Sil+Са 1,25+1,25	–	1,5	2,4	5,8	7,5	8,1	0,99	2,01
4	60	40	–	–	4	10	Sil+Zn 1,25+1,25	–	1,4	1,6	5,6	7,2	7,6	0,98	1,83
5	60	40	–	3	–	12	Ол.Na/2,5	–	1,1	1,8	4,6	6,5	6,5	0,88	1,95
6	60	40	–	3	–	12	Ол.Na+Са 1,25+1,25	0,3	1,4	2,7	6,3	6,5	6,5	0,97	1,92
7	60	40	–	3	–	12	Ол.Na+Zn 1,25+1,25	0,3	0,8	1,7	5,4	6,8	6,9	0,68	1,98
8	60	–	40	3	–	12	–	–	3,9	5,6	6,1	6,9	7,9	0,51	2,02
9	60	–	40	–	4	10	Sil/2,5	–	1,8	3,0	5,3	6,1	6,4	0,84	2,03
10	60	–	40	–	4	10	Sil+Са 1,25+1,25	–	1,8	2,9	6,6	8,0	8,6	0,85	1,84
11	60	–	40	–	4	10	Sil+Zn 1,25+1,25	–	10,8	11,6	12,4	13,7	14,1	0,14	1,79
12	60	–	40	3	–	12	Ол.Na/2,5	–	2,1	3,2	7,2	11,1	12,6	0,72	1,94
13	60	–	40	3	–	12	Ол.Na+Са 1,25+1,25	0,3	1,0	1,6	3,7	5,0	5,3	0,97	2,00
14	60	–	40	3	–	12	Ол.Na+Zn 1,25+1,25	0,3	1,0	1,6	3,5	4,7	5,0	0,59	2,00

Комплексные добавки олеата натрия со стеаратом кальция и олеата натрия со стеаратом цинка в ГШВ понижают водопоглощение по массе по сравнению с контрольным в 1,49 – 1,58 раза. К_вод ГШВ с комплексной добавкой «олеата натрия со стеаратом кальция» выше негидрофобизированного и составляет 0,97 (контрольный 0,51). Как и в КШВ, добавка «олеата натрия со стеаратом цинка» понижает водопоглощение бездобавочного состава на ГШВ в 1,58 раз, но К_вод почти не отличается от такового значения для контрольного состава (0,59).