CC BY
58
В. В. Бабков, А. И. Габитов, А. В. Мохов, В. П. Климов, А. Е. Чуйкин
Роль щелочей в процессах высолообразования на поверхностях
наружных стен зданий
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел. (347) 228-22-00
V. V. Babkov, A. I. Gabitov, A. V. Mokhov, V. P. Klimov, A. E. Chuikin The role of alkali in the processes of wall salt formation on the surface of the external walls of buildings
Ufa State Petroleum Technological University 195, ul. Mendeleeva, 450080, Ufa, Russia; Ph.: (347) 2282200
Проанализирована роль щелочей в процессах высолообразования на поверхности наружных стен зданий. Приведен расчет объемных изменений твердофазных продуктов в реакциях гидратации и карбонизации щелочей, протекающих в процессе высолообразования.
Ключевые слова: высол; высолообразование; твердофазный продукт; щелочь.
Одним из главных источников высолообразования на поверхностях наружных стен зданий из штучных стеновых материалов являются едкие щелочи и соли щелочных металлов, обладающие высокой растворимостью 1 2. Содержание щелочей в цементах, производимых предприятиями Республики Башкортостан и Южного Урала, достигает 1.5—2.5 % в пересчете на №20, что связано в значительной степени с практикой возврата цементной пыли в технологический цикл в целях повышения выхода конечной продукции.
Щелочи в значительных количествах образуются также при взаимодействии с клинкерными составляющими цемента и продуктами его гидратации противоморозных добавок №N0^ К2С03, добавок — ускорителей твердения №2Б04, СаС12, используемых в кладочных растворах при ведении работ в зимних условиях. Вступая в химические реакции с С3А портландцемента и продуктом гидратации силикатных фаз цемента Са(0Н)2, названные добавки частично связываются в практически нерастворимые двойные соли, при этом катионы добавок №+, К+ в присутствии воды образуют значительные количества высокорастворимых щелочей. Выполненный нами
The role of alkali in the processes of wall salt formation on the surface of the external walls of buildings has been analyzed. The volume-changing calculation of hard-phase products in the reactions of alkali-hydration and alkali-carbonization taking place in the process of wall salt formation is given.
Key words: alkali; wall salt formation; wall salt; hard-phase product.
количественный анализ этих процессов показал, что объем выхода щелочей в этих реакциях составляет 56—81 % от массы химически взаимодействующей добавки 3 4, что при дозировках добавок до 10—12 % от массы цемента делает их источником резкого повышения содержания щелочей в кладочных растворах.
Химическое взаимодействие щелочей с водой и углекислым газом воздуха в сочетании с миграционными процессами перемещения растворов щелочей в направлении открытой поверхности обусловливает процессы высоло-образования, а также механическое воздействие продуктов карбонизации и гидратации карбонатов на структуру кладочных материалов и кладочных растворов.
Картина этих воздействий и их многоцик-ловый характер представлены данными табл. 1 многостадийных химических процессов и объемных изменений в реакциях гидратации и карбонизации щелочей.
Данные табл. 1 указывают на то, что после затворения цементной композиции водой и гидратации оксидов Na2O и K2O, с образованием гидроксидов NaOH, KOH и их растворов в условиях осушения внешней поверхности происходит миграция растворов щелочей к на-
Дата поступления 28,01,09
Объемные изменения в реакциях гидратации и карбонизации щелочей и характеристика продуктов реакций по растворимости и цвету
№ реак- ции Химическая реакция Коэффициент увеличения объема твердой фазы ио Цвет продукта реакции Растворимость продуктов реакции в воде при 20 °С, г/100 г воды
По оксиду кальция СаО
1 СаО + Н2О ^ Са(ОН)2 1.986 - 0.148
2 Са(ОН)2 + СО2 ^ СаСОз + Н2О 1.116 - 0.0065
По оксиду натрия №20
1 №20 + Н2О ^ 2№ОН 1.448 белый 107
2 2№ОН + СО2 ^ №2СОз + Н2О 1.115 белый 21.5
3 2№ОН + СО2 ^ №2СОз ■ Н2О 1.467 белый 48.5 бв
4 2№ОН + СО2 + 6Н2О ^ №2СОз ■ 7Н2О 4.092 бц Р.
5 2№ОН + СО2 + 9Н2О ^ Ыа2СОз ■ ІОН2О 5.269 бц 6.95 бв
По оксиду калия К2О
1 К2О + Н2О ^ 2КОН 1.352 белый 95.3
2 2КОН + СО2 ^ К2СО3 + Н2О 1.037 бц 111
3 2КОН + СО2 +Н2О ^ К2СО3 ■ Н2О бц 198
4 4КОН + 2СО2 + Н2О ^ 2К2СО3 ■ ЗН2О 1.47 бц 169
ружной поверхности. Последующее осушение поверхности обусловливает образование высо-лов белого цвета в виде щелочей №ОН, КОН. Далее реализуются процессы карбонизации щелочей с образованием №2СО3, К2СО3, при этом продукт №2СО3 имеет белый тон и сохраняет цветовой тон высолов 5.
Можно предположить, что если на этой стадии поверхность стены попадает на достаточно длительном временном интервале в условия жаркой и сухой погоды, то произойдет фиксация высолов в виде комбинации сухих продуктов №ОН, КОН, №2СО3, К2СО3 белого тона на поверхности стены. В этих условиях будет происходить также осушение (обезвоживание) поверхностных слоев кладки и высвобождение капиллярной пористости конструкционного материала кладки от капиллярной влаги.
Последующее замачивание стены косым дождем обусловит растворение высокорастворимых №ОН, КОН, К2СО3, №2СО3 (табл. 1) и их возврат в объем кладки наружной стены по механизму капиллярного подсоса. Этот механизм выхода высолов на поверхность и их возврат в сочетании с определенной степенью смыва дождем и сдува ветром части продуктов высолообразования может повторяться многократно.
Другая возможность развития процесса связана с гидратацией карбонатов натрия и калия в присутствии избытка капиллярной влаги, мигрирующей вместе с растворами ще-
лочей, а также влаги дождевания. При этом продукты гидратации в значительной степени обесцвечиваются. Процессы гидратации представлены несколькими реакциями в табл. 1. Особенность этих процессов — образование продуктов с большим коэффициентом увеличения объема твердой фазы (до 1.5—5.3 раз по нашим расчетам, см. табл. 1), что для поверхностных слоев конструкционного материала будет сочетаться с механическим воздействием кристаллов №2СО3 • (7...10)Н2О, К2СО3 • (1...1.5)Н2О и в условиях многократной повторяемости цикла приведет со временем к деструкции поверхностных слоев кладки.
Для реакции взаимодействия одного твердофазного продукта с водой и газом с образованием в результате химического взаимодействия нового твердофазного продукта коэффициент увеличения (изменения) объема твердой фазы и0 может быть рассчитан в соответствии с зависимостью:
и = ту -Ух/тх 'Гу, где тх и ту — соответственно молекулярные массы исходного и вновь образованного твердофазных продуктов в соответствии со стехиометрией реакции;
Ух и уу — соответствующие плотности твердофазных продуктов, г/см3.
По этой методике были рассчитаны объемные изменения твердофазных продуктов в химических реакциях, представленных в табл. 1.
В условиях осушения наружной поверхности будет происходить дегидратация гидрокарбонатных фаз с многообразным характером проявления и утраты рисунка и цветового тона высолов.
Описанные выше процессы были подтверждены моделированием в лабораторных условиях, а также данными натурных наблюдений на кладках из керамического, силикатного кирпича, вибропрессованных бетонных блоков.
Литература
1. Бабков В. В., Климов В. П., Сахибгареев Р. Р., Чуйкин А. Е. и др. // Строительные материалы.- 2007. №8.- С. 74.
2. Розанталь Н. К., Чехний Г. В. Причины образования и методы предупреждения образования высолов на поверхности строительных конструкций // Материалы 1-й Всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона «Бетон на рубеже третьего тысячелетия». - М.-2001.- Том 3.- С. 1444.
3. Бабков В. В., Габитов А. И., Чуйкин А. Е., Мохов А. В. и др. // Строительные материалы.- 2008.- №3.- С. 2.
4. Бабков В. В., Габитов А. И., Чуйкин А. Е. и др. // Баш. хим. ж.- 2007. №5.- С. 156.
5. Мулюков Э. И. Щелочное набухание и защела-чивание грунтов // Труды международной конференции по геотехнике «Развитие городов и геотехническое строительство».- С.-Петербург, 2008.- Том 4.- С. 631.
