CC BY
20Кожухова М. И., аспирант, Строкова В. В., д-р техн. наук, проф.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Соболев К. Г., канд. техн. наук, доц.
Университет Висконсин-Милуоки, США
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОФОБИЗАЦИИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОННЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ*
kozhuhovamarina@yandex.ru
В работе изучены особенности влияния на степень гидрофобизации следующих характеристик: В/Ц отношение мелкозернистых бетонных композиций, количество гидрофобной эмульсии, применяемой для поверхностной гидрофобизации, а также вида применяемой эмульсии на основе полиметилгидроксисилоксана. Выявлена тенденция повышения гидрофобных характеристик на примере показателей контактного угла смачивании (КУ) при снижении водоцементного отношения и редуцировании количества гидрофобной эмульсии при обработке цементно-песчаных образцов-плиточек. При снижении В/Ц отношения цементно-песчаной композиции наблюдается снижение значений критического угла скатывания (КУС).
Ключевые слова: гидрофобизация, мелкозернистые бетонные композиции, контактный угол смачивания, критический угол скатывания, гидрофобная эмульсия_
Введение. Вопросы повышения долговечности строительных материалов волнует ученых и специалистов, пожалуй, с начального периода бурного развития строительной индустрии и является актуальным по настоящее время.
Бетонные материалы на цементной основе, ввиду широкого диапазона эксплуатационных характеристик имеют обширный спектр применения и потому являются наиболее популярными наряду с другими на рынке строительных материалов.
Увеличение сроков эксплуатации бетонных материалов, а также зданий и сооружений на их основе сводятся к методам, которые можно разделить на два метода. Первый представляет собой структурную (внутреннюю) модификацию, заключающуюся в повышении прочностных характеристик, снижению пористости и иных структурных дефектов, снижению величины внутренних усадочных напряжений, возникающих в процессе твердения бетонной массы, а также осуществлении внутренней гидрофобиза-ции [1-3].
Ко второму относят метод поверхностной (внешней) модификации, который реализуется, в основном, за счет применения пропиточных составов. Чаще всего, это кремнийорганические композиции, которые способствуют гидрофоби-зации верхнего слоя бетонной поверхности [4, 5]. Также, метод поверхностной гидрофобиза-ции может осуществляться за счет создания защитного водостойкого поверхностного слоя с образованием влагонепроницаемой защитной пленки. Формирование этого слоя осуществляется преимущественно с использованием органических составов на основе эпоксидных, поли-
эфирных, поливинилхлоридных, полиуретано-вых и других смол.
Экспериментальная часть. В рамках данной работы рассмотрен метод поверхностной гидрофобизации мелкозернистых бетонных образцов-плиточек с использованием эмульсий на основе гидрофобизирующей кремнийорганиче-ской жидкости полиметилгидроксисилоксана.
В качестве бетонных образцов выбраны цементно-песчаные композиции с различным содержанием водоцементного отношения, данные которых представлены в таблице 1.
Таблица 1
Составы цементно-песчаных бетонных
композиций
Характеристики Композиция А Композиция Б
В/Ц 0,5 0,3
П/Ц 2,75 1,0
Для приготовления бетонных композиций использовался портландцемент типа класса ЦЕМ I 42,5 Н; фракционный кварцевый песок согласно ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» и Л8ТМ С778 «Фракционированный кварцевый песок» со средним размером частиц 425 мкм, а также вода питьевая водопроводная.
Предметом исследования в рамках данного эксперимента было выявление особенностей гидрофобизации поверхности мелкозернистого бетона при варьировании Ц/П и В/Ц отношений бетонной смеси, объема наносимой гидрофо-бизирующей эмульсии, а также вида самой эмульсифицированной композиции.
Для обработки образцов были приготовлены три типа гидрофобных эмульсий: контрольная, <«Ье11»-тип и «соге»-тип, где два последних
содержали частицы микрокремнезема [5, 6].
Покрытие бетонных образцов было осуществлено тремя способами. Первый способ заключался в нанесении эмульсии в один слой, так, чтобы едва скрыть шероховатость поверхности. Второй способ представлял двухслойное покрытие образцов. Третий способ заключается в нанесении минимального количества эмуль-
Композиция А
140
Core Контрольный 11-й способ ■ 2-й способ ■ 3-й способ
сии, необходимого для полного смачивания песчаных и цементных частиц.
Для оценки гидрофобных характеристик обработанных поверхностей бетонных образцов были измерены такие показатели как контактный угол смачивания (КУ) и критический угол скатывания (КУС) (рис. 1, 2.).
а б
Рис. 1. Показатели контактного угла смачивания гидрофобизированных образцов
Результаты измерения КУ показали, что при В/Ц отношении равном 0,5 максимальные значения характерны для образцов, модифицированных эмульсией «shells-типа и превышают значения 130о, в тоже время, минимальные показатели КУ характерны для экспериментальных образцов, покрытых контрольным составом эмульсии, обеспечивая при этом значения КУ, не превышающих 120о. В то же время полученные результаты для композиции Б с В/Ц = 0,3 с наилучшими значениями КУ характерны для цементно-песчаных образцов, покрытых гидрофобной эмульсией «cores-типа. На основании представленных графиков следует также отметить разницу в значениях в зависимости от применяемого способа нанесения эмульсий.
При однослойном (способ 1) покрытии поверхности обоих композиций степень гидро-фобности экспериментальных образцов мелкозернистого бетона выше в сравнении с показателями для образцов, обработанных способом 2 и ниже, в случае применения третьего способа гидрофобной обработки. Для этих композиций и различных применяемых эмульсий результаты применения третьего способа демонстрируют лучшие показатели с максимальным значением КУ=133 o для композиции А при использовании эмульсии «shells-типа и КУ=130 о для композиции Б при использовании эмульсии «cores-типа. В тоже время, наименьшие значения, при тех же условиях относятся к образцам-плиточкам, об-
работанным двухслойным покрытием гидрофобных эмульсий с минимальными значениями КУ - 101о и 103о для композиций А и Б соответственно с использованием гидрофобной эмульсии контрольного состава.
Критический угол скатывания (КУС) был определен в рамках эксперимента для характе-ризации гидрофобных характеристик обработанных цементно-песчаных бетонных поверхностей плиточек.
Результаты измерений показали существенную разницу в значениях, где лучшие показатели были получены для образцов с В/Ц = 0,3, с использованием третьего метода поверхностной обработки и контрольной эмульсии со значением КУС = 16,9 о. Вторыми по эффективности оказались образцы с тем же В/Ц= 0,3, но с использованием 1-го и второго методов гидро-фобизации, обеспечивая значения КУС 32,1° и 35,7 о соответственно. В данном случае была использована эмульсия «соге»-типа.
Нужно также отметить максимальные значения (критический угол скатывания >90), характеризующие полное отсутствие КУС, которые были получены для образцов на основе композиции А, с применением третьего метода нанесения эмульсии контрольного состава. Для всех образцов на основе композиции Б показатели КУС имеют более низкие значения, по сравнению с образцами- представителями композиции А.
70 --
S 60--
л
Й 50--
30
20
t 10
Рис. 2. Показатели критического угла скатывания гидрофобизированных образцов
§ 40
0
Выводы. В рамках проведенных исследований было изучено влияние особенностей гид-рофобизации цементно-песчаных бетонных поверхностей с учетом варьирования Ц/П и В/Ц отношений бетонной смеси, объема наносимой гидрофобизирующей эмульсии, а также вида самой эмульсифицированной мелкозернистой бетонной композиции. Выявлено, что снижение В/Ц и использованием минимального объема гидрофобной эмульсии приводит к повышению показателей КУ. Применение эмульсий с содержанием микрочастиц, также способствуют повышению значения контактного угла смачивания, в сравнении с контрольным составом эмульсии. Относительно показателей критического угла скатывания, прямой их зависимости от рассмотренных исходных параметром не было выявлено, но замечено, что все образцы с меньшим В/Ц имеют тенденцию минимальных значений КУС.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках реализации Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 2-е изд., перераб. и доп.
М., 1998. 768 с.
2. Sobolev K., Batrakov V. Effect of a Poly-ethylhydrosiloxane Admixture on the Durability of Concrete with Supplementary Cementitious Materials/ Journal of Materials in Civil Engineering. 2007. №. 19, С. 809-819.
3. Ищенко К.М., Сулейманова Л.А., Жер-новский И.В. О возможности и способах применения анионоактивных кремнийорганических гидрофобизаторов для обработки материалов на основе вспученного перлитового песка и отходов его производства // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 3.С. 60-63.
4. CFIRE, Konstantin Sobolev, Michael Nosonovsky, Ismael Flores-Vivian, Sunil Rao, Marina Kozhukhova, Vahid Hejazi, Scott Muzenski, Brandon Bosch, Rossana Rivero, Tom Krupenkin, Konstantin Sobolev, 2013/9.
5. I. Flores-Vivian, V. Hejazi, M.I. Kozhukhova, M. Nosonovsky, K. Sobolev / Self-assembling particle-siloxane coatings for superhy-drophobic concrete ACS applied materials & interfaces. Т. 5. №24. 2013. С.13284-13294.
6. Кожухова М.И., Флорес-Вивиан И., Рао С., Строкова В.В., Соболев К.Г. Комплексное силоксановое покрытие для супергидрофобиза-ции бетонных поверхностей // Строительные материалы. 2014. № 3. С. 26-30.
