CC BY
10УДК 666.9.015
В.В. БАБКОВ, д-р техн. наук, Э.А. ГАФУРОВА, О.А. РЕЗВОВ, В.С. АСЯНОВА, инженеры, Л.Н. ЛОМАКИНА, канд. техн. наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет
Состав продуктов высолообразования из наружных стен на основе вибропрессованных бетонных изделий
Проблема высолообразования на поверхностях наружных стен зданий, элементов малой архитектуры, выполненных на основе вибропрессованных бетонных блоков с использованием кладочных растворов на цементной и известково-цементной основах, по-прежнему остается актуальной. Несмотря на достаточную изученность процессов образования высолов, цикличности этих процессов и способов защиты стен от продуктов высолообразования, в этой области до сих пор остается много неразрешенных вопросов.
Как было показано в [1—4], основными источниками высоло-образования в кладках на основе вибропрессованных бетонных блоков являются избыточное количество оксидов калия и натрия в цементах и минералогический состав цемента, а также противоморозные добавки №N02, К2С03, используемые в кладочных растворах в зимнее
время, а также добавка — ускоритель твердения Na2SO4.
В целях более подробного изучения процессов высолообразования, а также определения химического и минералогического состава высо-лов из вибропрессованных бетонных изделий были проведены исследования.
Чистые образцы вибропрессованных бетонных стеновых блоков из одной партии в лабораторных условиях помещались в ванночки с водой для осуществления процесса капиллярного подсоса. Пробы вы-солов собирались при их первом появлении на поверхности и в течение последующего увеличения объема продуктов высолообразования через равные промежутки времени. Пробы анализировались на приставке Oxford РЭМ JEOL JSM-6610 LV. На рис. 1 показаны снимки частиц продуктов высолообразования при различных увеличениях.
б
SEI iOfctf WDTlmm SS4Ö 2|im ■' —1 ' -
Sample WOO 22 Pec 3011
Элементный анализ всех проб показал присутствие С, О, К. Данные усредненных результатов количественного анализа (табл. 1), указывают на вероятность наличия карбонатов натрия и калия (№2С03, К2С03) в составе исследуемых солей.
Кроме того, были собраны высо-лы с поверхности стен зданий на основе вибропрессованных бетонных блоков, имеющих возраст кладки более 5 лет, которые также изучены. На рис. 2 приведены снимки частиц продуктов высолообразова-ния, собранных со здания в возрасте 11 лет.
Элементный анализ проб показал присутствие элементов Са, С, О, №, К. Также присутствует элемент S, что можно объяснить выходом №^04, который вероятнее всего вводился в кладочный раствор швов в качестве добавки-ускорителя при возведении кладки. Данные усредненных резуль-
Таблица 1
Элемент Весовой % Атомный %
C 21,76 28,27
Na 14,72 9,99
K 0,34 0,14
O 63,17 61,6
Итого 100 -
Таблица 2
Элемент Весовой % Атомный %
C 13,12 19,48
O 48,64 54,2
Na 23,51 18,23
S 13,81 7,68
K 0,53 0,24
Ca 0,38 0,17
Итого 100 -
Рис. 1. Частицы первичных продуктов высолообразования из вибропрессованного бетонного стенового блока при разных увеличениях: а - 800; б - 9500
Рис. 2. Частица продуктов высолообразования из кладки на основе вибропрессованных бетонных блоков в возрасте 11 лет при разных увеличениях: а - 600; б - 5000
74
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2012
jVJ ®
Сухая зона
Зона испарения
и образования
высолов
Зона полного
увлажнения
1«- Емкость с водой
Рис. 3. Схема постановки вибропрессованных бетонных блоков в режиме капиллярного подсоса в течение трех месяцев
татов количественного анализа (табл. 2) указывают на вероятность нахождения карбонатов кальция, натрия и калия (СаС03, №2СО3, К2С03) в составе исследуемых солей.
Отсутствие катиона Са+2 в составе проб первичных высолов и его наличие во всех образцах, собранных с кладок более старшего возраста указывает на то, что малорастворимый Са(ОН)2 на небольших сроках замачивания не выходит на поверхность вместе с другими растворимыми щелочами, а карбонизируется во вну-трипоровом пространстве. Кроме того, количественные соотношения элементов показывают явное преобладание иона СО-2. Это позволяет утверждать, что карбонизация ги-дроксидов натрия и калия происходит в полном объеме сразу после выхода на поверхность.
Полученные данные подтверждаются результатами анализа рент-
генограмм, полученных на дифрак-тометре D2 Phaser.
С поверхности образцов, находившихся в режиме капиллярного подсоса в течение трех месяцев, были сняты сколы из двух областей: неувлажненной зоны и зоны образования высолов (рис. 3).
Полученные результаты позволяют предположить следующий механизм процесса высолообразова-ния в вибропрессованных бетонных штучных стеновых изделиях. В процессе гидратации исходных материалов в объеме изделия образуются гидроксиды кальция, натрия и калия:
K20+H20^2K0H;
Na2O + H2O ^ 2NaOH;
C3S+P-C2S+C3A+C4AF+CS+H^ ^С-$-Н+эттрингит+Са(ОН)2 + др.
Концентрация Ca(OH)2 значительно превышает концентрацию NaOH и KOH. Таким образом, исходя из закона действующих масс гидроксид кальция первым вступает в реакцию с углекислым газом воздуха при замачивании изделия [5]:
Ca(0H)2+C02+H20^CaC03j+2H20.
Нерастворимый карбонат кальция осаждается во внутрипоровом пространстве изделия. Одновременно с карбонизацией гидроксида кальция происходит снижение pH среды и концентрации Ca(0H)2, и в
реакцию с углекислотой вступают гидроксиды натрия и калия:
2№ОН+СО2+Н2О^№2СО3+2Н2О;
2КОН+СО2+Н2О^К2СО3+2Н2О.
Так как карбонаты калия и натрия — хорошо растворимые соли, они легко выходят на поверхность изделия. При осушении на поверхности и во внутрипоровом пространстве вблизи поверхности образуются кристаллогидраты солей натрия и калия. Дальнейшее увлажнение приведет к их растворению. Определенное количество солей смывается атмосферной влагой, а часть в результате диффузии снова попадает в объем изделия. Во внутрипоровом пространстве растворимые №2СО3, К2СО3 вступают в реакцию с некарбонизирован-ным Са(ОН)2:
№2СО3+Са(ОН)2^СаСО3|+2№ОН;
К2СО3+Са(ОН)2^СаСО3|+2КОН.
Кроме того, в процессе диссоциации растворимых солей в воде вновь образуются гидроксиды калия и натрия, способные при следующем замачивании карбонизироваться углекислым газом воздуха, чем можно объяснить цикличность процессов высолообразования. Одновременно масса карбонатов кальция во внутрипоровом пространстве будет увеличиваться, и со временем СаСО3 станет выходить на поверхность и оставаться в виде нерастворимого белого налета.
Рис. 4. Нанесение гидрофобизатора Гидро-щит-супер (в) и Типром К Люкс (г) непосредственно по высолам без предварительной очистки поверхности блоков: а, б - высолы на поверхности стеновых блоков; в, г - блоки после обработки гидрофобизаторами
| Гидрофобизированная грань J,
| Негидрофобизированная грань |
Рис. 5. Блокировка высолообразования на поверхностях вибропрессованных бетонных блоков гидрофобизаторами: а - Гидрощит-супер; б - Типром К Люкс. Нанесение непосредственно по высолам
rj научно-технический и производственный журнал
Ш ноябрь 2012 75
Важной особенностью процессов высолообразования является их цикличность [6], что в сочетании с другой особенностью — образованием продуктов с большим коэффициентом увеличения объема твердой фазы (до 1,5—5,3 раз [6, табл. 1]) для поверхностных слоев конструкционного материала будет сопрягаться с механическим воздействием кристаллов №2С03-(7—Ю)Н20, К2С03-(1—1,5)Н20 и приведет со временем к деструкции поверхностных слоев материала кладки [7].
Эффективным способом повышения долговечности кладок наружных стен и блокировки процессов высолообразования является гидрофобизация. Так как продукты высолообразования представляют собой в основном высокорастворимые карбонаты №2С03 (растворимость в воде при 1=20°С 21,8 г/100 мл), К2С03 (растворимость в воде при 1=20оС 110,5 г/100 мл), можно говорить об эффективности способа гидрофо-бизации наружных стен без предварительной очистки поверхности непосредственно по высолам. При этом водная составляющая гидро-фобизатора растворяет растворимые карбонаты и вовлекает продукт высолообразования в объем кладки, а гидрофобная пленка осаждается непосредственно на поверхности и в поверхностных слоях материала. Перемещение раствора щелочей в объем кладки опережает гидрофобную составляющую раствора гидрофобизатора, при этом формируется чистая от высолов гидрофобизированная поверхность, обеспечивающая блокировку кладки от замачивания при косом дожде и блокировку выхода раствора щелочей из кладки наружу. В условиях теплой погоды при этом будет происходить осушение кладки по механизму паро-проницания наружу. Если в составе высолов присутствуют нерастворимые карбонаты кальция, они удаляются одновременно с гидро-фобизацией механически в процессе кистевания. Данный метод был апробирован в лабораторных и натурных условиях (рис. 4—6).
Ключевые слова: вибропрессованные бетонные блоки, высолообразова-ние, высолы, гидрофобизация.
Список литературы
1. Розенталь Н.К., Чехний Г.В. Причины образования и методы предупреждения образования высолов на поверхности строительных конструкций // Материалы I Всероссийской конфе-
Рис. 6. Гидрофобизация участка стены на основе вибропрессованных блоков Типромом К Люкс поверх высолов: а - участок стены, обильно покрытый высолами; б - участок стены после нанесения гидрофобизатора поверх высолов; в - участок стены после первого смыва высолов дождеванием и последующего осушения стены; г - участок стены в последующие циклы замачивания-осушения стены
ренции по проблемам бетона. Москва, 2001 г. Т. 3. С. 1444-1447.
2. Бабков В.В., Климов В.П., Са-хибгареев Р.Р., Чуйкин А.Е. и др. Механизмы высолообразования на поверхностях наружных стен зданий из штучных стеновых материалов // Строительные материалы. 2007. № 8. С. 74-76.
3. Бабков В.В., Габитов А.И., Чуйкин А.Е., Мохов А.В. и др. Высо-лообразование на поверхностях наружных стен зданий из штучных стеновых материалов // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 2-4.
4. Бабков В.В., Габитов А.И., Чуйкин А.Е. и др. Особенности высолообразования на поверх-
ностях возводимых в зимних условиях наружных стен зданий на основе штучных стеновых материалов // Башкирский химический журнал. 2007. № 5. С. 156-159.
5. Штарк И., Бернд В. Долговечность бетона. К.: Изд. ОРАНТА. 2004. 295 с.
6. Бабков В.В., Мохов А.В., Габитов А.И., Чуйкин А.Е. Цикличность высолообразования на поверхности наружных стен зданий из штучных материалов // Строительные материалы. 2010. № 1. С. 56-57.
7. Федосов С.В., Базанов С.М. Сульфатная коррозия бетона. М.: Изд. АСВ, 2003. 192 с.
Электронная подписка
на журнал «Строительные материалы»®
http://ejournal.rifsm.ru/
76
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2012
