CC BY
133
В. В. Бабков, А. И. Габитов, В. П. Климов, А. Е. Чуйкин , А. А. Оратовская, Л. Р. Равилова 2
Процессы высолообразования на поверхностях наружных стен зданий на основе штучных стеновых материалов
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел.: (347) 228-22-00, 252-10-63 2 ГУП институт «БашНИИстрой»
450064, г. Уфа, ул. Конституции, 3; тел.: (347) 242-99-55
Проанализированы процессы высолообразования на поверхностях наружных стен зданий на основе штучных стеновых материалов. Расклассифицированы растворимые ингредиенты из состава кладочного раствора и кладочных элементов по растворимости и способности выхода на поверхность стены в цикле замачивания и осушения. Оценен потенциал по количеству продуктов в кладочном растворе и кладочных элементах, способных раствориться в объеме свободной воды раствора или впитываемой воды при дождевании и выйти на поверхность кирпичной стены.
Ключевые слова: высол, высолообразование, капиллярный подсос, кладочный элемент, кладочный раствор, растворимость, химические добавки.
Проявление высолообразований на поверхностях наружных стен зданий, элементов малой архитектуры, выполненных на основе кладок из керамического, силикатного кирпича, вибропрессованных бетонных блоков с использованием кладочных растворов на цементной и известково-цементной основах является весьма распространенным явлением, нарушающим эстетику восприятия и чистоту фасадов зданий 1 2. При этом в ряде случаев для высо-лообразований характерно их многократное, в течение многих лет и десятилетий, рецидиви-рование, что предопределяет также и деструктурирующее влияние на конструкционный материал мигрирующих растворов солей с их выкристаллизованием не только на поверхности, но и в поровом пространстве кладочных материалов.
Источниками высолообразований являются кладочные растворы и штучные материалы кладок, содержащие разнообразные растворимые продукты. Вода, как среда растворения этих продуктов, попадает в кладку в виде воды затворения кладочного раствора и при увлажнении стены осадками. Особенно большое количество воды попадает в кладку через ее торец при замачивании дождем,
Дата поступления 08.06.07 86 Башкирский химический жу
таящим снегом в тех случаях, когда кладка при ее исполнении не защищается пленочными материалами. Подобные мероприятия по защите кладки от замачивания предусмотрены технологическими стандартами ряда стран. В частности, коды Канады регламентируют как обязательное мероприятие такую защиту торцов кладки на основе вибропрессованных бетонных блоков на периоды дождя и ночного времени.
Если говорить о кладочных растворах то растворимые продукты, формирующие картину высолообразования, содержатся в клинкерном цементе, продуктах его гидратации и их перекристаллизации. Хорошо растворимыми являются химические добавки разного назначения, вводимые в кладочные растворы, и, в частности, противоморозные добавки, добавки-ускорители твердения.
Чтобы составить представление о развитии, последовательности и интенсивности включения названных продуктов в процессы высолообразования, необходимо предварительно составить классификацию этих продуктов по их растворимости и концентрации в кладочном растворе. Потенциал высолообра-зования со стороны кладочного раствора предопределяется сочетанием именно этих параметров кладочного раствора — растворимости продуктов и их количествам в единице объема раствора, единице площади стены.
Данные, представленные в табл. 1 по трем группам вышеназванных продуктов, а также табл. 2 и 3, позволяют прогнозировать картину процесса высолообразования, которая будет связана с сезоном строительства и, соответственно, с необходимостью использования противоморозных добавок и добавок-ускорителей твердения в зимних условиях, и с отсутствием такой необходимости в летних условиях.
В летнее время при работе с бездобавоч-ными кладочными растворами главным фактором, обусловливающим достаточно интенсивное высолообразование на начальной стадии
возведения и эксплуатации стены, являются высокорастворимые едкие щелочи К20 + №20, которые при приготовлении кладочного раствора полностью растворяются в воде затво-рения. Концентрация этих продуктов в единице объема кладочного раствора приведена в табл. 1.
Анализ содержания едких щелочей по трем заводам, поставляющим цементы в Республику Башкортостан, показал концентрацию этих продуктов в цементах ПС-400 — Пс-500 в пределах 1.05—2.3 %.
При интенсивном осушении стены в солнечную погоду, сочетающуюся с обдувом поверхности ветром, формируется градиент перемещения значительного, до 150—200 л на м3 кладочного раствора, избытка части воды за-творения (свыше того количества, которое расходуется на гидратацию вяжущего) совместно с растворенными в нем щелочами, к открытой наружной поверхности стены. В этом случае протекают два параллельных процесса — выноса раствора на поверхность и осушения поверхности с выкристаллизованием продуктов высолообразования. В условиях интенсивного осушения в теплую солнечную погоду этот
процесс выноса продуктов может быть реализован почти в полном объеме за короткое время. Далее воздействие дождя может достаточно быстро смыть эти хорошо растворимые продукты и наружная стена, подведенная под крышу, очистится от этой категории высолов.
Объем высолообразования по Са(0Н)2 при полном осушении стены по свободной воде кладочного раствора (части воды затворе-ния кладочного раствора) мал и составляет в зависимости от типа стены (табл. 2, 3) от 6 до 37 г/м2. Этот продукт также способен смыться при косом дождевании, однако при определенных условиях возможна его перекристаллизация (карбонизация) с превращением в практически нерастворимый кальцит СаСО3. В условиях повторного замачивания стены на значительную толщину или при про-мачивании стены с торца из-за негерметичнос-ти кровли высолообразование извести будет повторяться практически бесконечно в силу большого содержания этого продукта в цементном растворе. При этом в силу относительно низкой растворимости Са(0Н)2 (табл. 1) интенсивность высолообразования будет умеренной. Повторное замачивание
Таблица 1
Растворимость ингредиентов цементов, продуктов их гидратации, химических добавок в цементные кладочные растворы, способных обусловить высолообразование. Содержание продуктов в 1 м3 кладочного раствора
№ п/п Ингредиенты Растворимость при 1 = 20 оС, г/100 г воды 3 Концентрация продукта, % от массы цемента Содержание продукта в кладочном растворе, кг/м3
Компоненты цемента
1 №0Н(№20 + Н20) 107 0.2-2.5 0.8-10
2 кон(к2о + н2о) 95.3
Продукты гидратации и перекристаллизации цемента
3 Са(ОН)2 0.148 13-27 ' 52-108
4 СаС03 (кальцит) 0.0065
Химические добавки в кладочные растворы
5 NaN02 82.9 5-10 20-40
6 К2СО3 111 5-15 20-60
7 №2Б04 52.9 5-10 20-40
8 СаС12 74.5 1.5-4.5 6-18
9 №С1 35.7 1.5-3.5 6-14
Таблица 2
Потенциал свободной воды затворения кладочного раствора на 1 м2 кирпичной кладки
Толщина стены Тип стены Объем раствора л 2 4 3 на 1 м стены , м Объем свободной воды на 1 м2 стены, л
120 мм Облицовочный слой в составе теплоэффективной трехслойной стены 0.02 3.75
640 мм Монослойная кирпичная стена 0.13 25.17
640/2 мм Замачивание монослойной кирпичной стены на 1/2 толщины 0.065 12.58
Таблица 3
Потенциал по количеству продуктов в кладочном растворе, способных раствориться в объеме свободной воды и выйти на поверхность кирпичной стены площадью 1 м2, кг
№ п/п ~ Хиц_сгены (табл. 2) Ингредиенты "" 120 мм 640 мм 640/2 мм
Компоненты цемента
1 №0Н(№20 + Н20) кон(к2о + н2о) 0.02-0.20 0.10-1.31 0.05-0.65
2
Продукты гидратации и перекристаллизации цемента
3 Са(ОН)2 0.006 0.037 0.019
Химические добавки в кладочные цементные растворы
4 NaN02 0.391-0.782 2.62-5.24 1.31-2.62
5 к2со3 0.391-1.173 2.62-7.85 1.31-3.93
6 №2Б04 0.391-0.782 2.62-5.24 1.31-2.62
7 СаС12 0.117-0.352 0.79-2.36 0.39-1.18
8 №С1 0.117-0.274 0.79-1.83 0.39-0.92
стены будет содействовать также углублению очистки стены от щелочей до их полного вымывания из объема и смыва с поверхности наружной стены, так что единственным источником высолообразования в этом случае (кроме продуктов в составе кладочных элементов) останется известь.
В зимних кладках картина выноса на поверхность водного раствора с выкристаллизованием продуктов высолообразования может быть более интенсивной. Кроме едких щелочей в кладочном растворе могут присутствовать противоморозные добавки и добавки-ускорители твердения, необходимые для производства работ в данное время года. Процесс выноса на поверхность растворимых продуктов не начнется до тех пор, пока не установится положительная температура окружающего воздуха, благоприятная для размораживания свободной воды с присутствующими в ней растворимыми продуктами, ее выхода на поверхность с последующим высолообразованием.
Добавки в кладочные растворы, применяемые в зимний период, обладают высокой растворимостью до 1 кг/л, подобной растворимости едких щелочей. При этом высолы на наружной поверхности стены будут более интенсивными по сравнению с летней кладкой, что связано с присутствием противоморозных добавок в зимнем кладочном растворе. Объем высоло-образования на наружной поверхности стены по сумме ингредиентов цемента и химических добавок, применяемых в зимний период, может достигать, при условии полного растворения и выхода на поверхность, в зависимости от типа стены, от 0.8 до 14 кг/м2. В летний период большая часть высолов этой категории может быть смыта дождями.
Реализация механизма естественного смыва высолообразований в виде щелочей и про-тивоморозных добавок и некоторых других высокорастворимых ингредиентов с поверхностей стен на основе штучных стеновых материалов иллюстрируются на рис. 1 и 2.
а) б)
Рис. 1. Реализация механизма естественного смыва высолообразований в виде щелочей и противоморозных добавок с поверхности кладки на основе вибропрессованных бетонных блоков: а) высолы на поверхности кладки, выполненной в ноябре 2003 г., с интенсивным проявлением высолообразования в мае 2004 г.; б) состояние поверхности стены в мае 2007 г.
а) б)
Рис. 2. Естественный смыв высолов в виде высокорастворимых продуктов с поверхности кладки на основе керамического кирпича: а) картина высолообразования в начале апреля 2004 г. в ходе исполнения кладки;
б) состояние поверхности стены в мае 2007 г.
Главной причиной высолов из керамического кирпича являются растворимые продукты, содержащиеся в шихте. Некоторая часть растворенных продуктов выносится на поверхность в процессе сушки и обжига штучных изделий. Растворимые продукты, оставшиеся внутри керамического кирпича, будут выходить на наружную поверхность кладки в ходе эксплуатации здания.
Источниками высолов из керамического кирпича являются растворимые сернокислые соли щелочных и щелочноземельных металлов: №2Б04, М^Б04, К2Б04, СаБ04. Водорастворимые хлористые соли №С1, КС1, СаС12, М^С12 и др., содержащиеся в глинистом сырье, при обжиге керамического кирпича, как правило, разлагаются и не выходят на наружную поверхность стены в виде высолов 5.
В процессе монтажа кладки свободная вода из кладочного раствора, проникая в кирпич, растворяет его растворимые продукты. Под действием капиллярного подсоса растворы солей выносятся на поверхность стены, образуя белую каемку высолов вокруг кирпича.
Расчет баланса водорастворимых продуктов в керамическом кирпиче представлен в табл. 4—6.
Авторами подготовлен и находится на утверждении в Минстройтрансе РБ нормативный документ «Рекомендации по контролю штучных стеновых материалов и кладочных растворов на высолообразование». Использование этого документа предприятиями-изгото-вителями и потребителями стеновой продукции позволит оперативно расклассифицировать стеновые материалы по их склонности к высолообразованию.
Таблица 4
Растворимость ингредиентов керамического кирпича, способных обусловить высолообразование. Содержание продуктов в 1 м3 кирпичной кладки
№ п/п Ингредиенты Р астворимость при 1 = 20 оС, г/100 г воды 3 Концентрация продукта, % от массы кирпича Содержание продукта в кирпичной кладке, кг/м3
1 №2Б04 52.9 0.02-0.28 0.36-5.00
2 1^0, 7.4
3 МйБ04 33.7 0.01-0.045 0.18-0.80
4 СаБ04 0.21 0.01-0.2 0.18-3.60
Таблица 5
Потенциал впитываемой воды при интенсивном дождевании на 1 м2 кирпичной кладки
Толщина стены Тип стены Объем на 1 м2 стены, л
120 мм Замачивание облицовочного слоя в составе теплоэффективной трехслойной стены «15
640/2 мм Замачивание монослойной кирпичной стены на 1/2 толщины «40
Потенциал по количеству продуктов в кирпиче, способных раствориться в объеме свободной воды и выйти на поверхность кирпичной стены площадью 1 м2, кг
№ п/п " " "—~^Липстены (табл.5) Ингредиенты —— 120 мм 640/2 мм
1 №2Б04 0.60-0.65 1.60-1.70
2 1^0,
3 MgS04 0.10-0.11 0.26-0.29
4 СаБ04 0.03 0.08
Литература
1. Чумаченко Н. Г., Арбузов П. А. Причины образования высолов на кирпичной кладке // Повышение эффективности строительного производства и эксплуатации надежности систем транспортирования газа: Труды Самарского филиала секции «Строительство» РИА.-1996.- Вып. 2.- С. 132.
2. Розенталь Н. К., Чехний Г. В. Причины образования и методы предупреждения образования высолов на поверхности строительных конструкций. // Материалы 1-й Всерос. конф. по проблемам бетона.- М., 2001.- Т. 3.-С. 1444.
3. Бабков В. В., Мохов В. Н., Капитонов С. М., Комохов П. Г. Структурообразование и разрушение цементных бетонов.- Уфа: ГУП «Уфимский полиграфкомбинат».- 2002.- 376 с.
4. Краткий справочник по химии. / Горонов-ский И. Т. и др.- Киев: «Наукова думка», 1974.- 901 с.
5. СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.- М.: ЦНИИОМТП Госстроя СССР, 1989.- 117 с.
6. Альперович И. А. Способы предотвращения вы-солов на глиняном кирпиче. Обзорная информация.- М.: ВНИИЭСМ, 1993.- 71 с.
