CC BY
9УДК 669.9.015
В.В. БАБКОВ, д-р техн. наук, А.В. МОХОВ, инженер, А.И. ГАБИТОВ, д-р техн. наук, А.Е. ЧУЙКИН, канд. техн. наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет (Республика Башкортостан)
Цикличность высолообразования на поверхности наружных стен зданий из штучных материалов
Одним из главных источников высолообразования на поверхности наружных стен зданий из штучных стеновых материалов являются едкие щелочи и соли щелочных металлов, обладающие высокой растворимостью [1, 2]. Содержание щелочей в цементе, производимом 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.
Щелочь в значительном количестве образуется также при взаимодействии клинкерной составляющей цемента и продуктов его гидратации с противоморозны-ми добавками №N0^ К2С03 и добавками-ускорителями твердения СаС12, используемыми 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 связы-
ваются в практически нерастворимые двойные соли, при этом катионы добавок К+ в присутствии воды образуют значительное количество высокорастворимых щелочей. Выполненный количественный анализ этих процессов показал, что объем выхода щелочей в этих реакциях составляет 56-81% массы химически взаимодействующей добавки [3, 4], что при дозировке добавок 10-12% массы цемента делает их источником резкого повышения содержания щелочи в кладочных растворах.
Химическое взаимодействие щелочи с водой и углекислым газом воздуха в сочетании с миграцией их растворов в направлении открытой поверхности обусловливает высолообразование и механическое воздействие продуктов карбонизации и гидратации карбонатов на структуру кладочных растворов.
Картина этих воздействий и их многоциклический характер представлены данными таблицы многостадий-
Таблица
Объемные изменения в реакциях гидратации и карбонизации щелочей и характеристика продуктов реакций по растворимости и цвету
Химическая реакция Коэффициент увеличения объема твердой фазы Цвет продукта реакции Растворимость продуктов реакции в воде при 20оС, г/100 г воды
По оксиду кальция CaO
CaO + H2O ^ Ca(OH)2 1,986 0,148
Ca(OH)2 + CO2 ^ CaCO3 + H2O 1,116 0,0065
По оксиду натрия Na2O
Na2O + H20 ^ 2NaOH 1,448 белый 107
2NaOH + CO2 ^ Na2CO3 + H2O 1,115 белый 21,5
2NaOH + CO2 ^ Na2CO3-H2O 1,467 белый 48,5 бв
2NaOH + CO2 + 6H2O ^ Na2CO3'7H2O 4,092 бц р.
2NaOH + CO2 + 9H2O ^ Na2C03'10H20 5,269 бц 6,95 бв
По оксиду калия К2О
K2O + H20 ^ 2KOH 1,352 белый 95,3
2KOH + CO2 ^ K2CO3 + H2O 1,037 бц 111
2KOH + CO2 +H2O ^ K2CO3-H2O бц 198
4KOH + 2CO2 + H2O ^ 2K2CO3-3H2O Примечание: бв - по безводному проду 1,47 сту; бц - бесцветный продукт. бц 169
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
56 январь 2010 ШГ^ШЫ *
ных химических процессов и объемных изменений в реакциях гидратации и карбонизации щелочей.
Из данных таблицы следует, что после затворения цементной композиции водой и гидратации оксидов №2О и К20 с образованием гидроксидов №ОН, КОН и их растворов в условиях осушения внешней поверхности происходит миграция растворов щелочей к наружной поверхности. Последующее осушение поверхности обусловливает образование высолов белого цвета в виде щелочей №ОН, КОН. Далее реализуются процессы карбонизации щелочей с образованием №2СО3, К2СО3; при этом продукт №2СО3 имеет белый цвет и сохраняет цвет высолов. Если на этой стадии поверхность стены достаточно длительно находится в условиях жаркой и сухой погоды, то происходит фиксация высолов в виде сухих продуктов №ОН, КОН, №2СО3, К2СО3 белого цвета на поверхности стены. В этих условиях будет происходить также осушение (обезвоживание) поверхностных слоев кладки.
Последующее замачивание стены косым дождем обусловит растворение высокорастворимых №ОН, КОН, К2СО3, №2СО3 (см. таблицу) 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 высолообра-зования может повторяться многократно.
Другая возможность развития высолообразования связана с гидратацией (см. таблицу) карбонатов натрия и калия в присутствии избытка капиллярной влаги, мигрирующей вместе с растворами щелочей, а также влаги дождя. При этом продукты гидратации в значительной степени обесцвечиваются. Особенность высолообразования — образование продуктов с большим коэффициентом увеличения объема твердой фазы (см. таблицу). Для поверхностных слоев конструкционного материала это означает возникновение механического воздействия кристаллов №2СО3-(7-10)Н2О, К2СО3(1—1,5)Н2О и в условиях многократной повторяемости цикла приведет со временем к деструкции поверхностных слоев кладки [5].
Коэффициент увеличения (изменения) объема твердой фазы и0 для приведенных в таблице реакций может быть рассчитан по уравнению:
ио = my ■ Yx/mx ■ У у, где mx и my — соответственно молекулярные массы исходного и вновь образованного твердофазного продукта в соответствии со стехиометрией реакции; ух и уу — соответствующие плотности твердофазных продуктов, г/см3. По этому уравнению были рассчитаны объемные изменения твердофазных продуктов в химических реакциях, представленные в таблице.
В условиях осушения наружной поверхности будет происходить дегидратация гидрокарбонатных фаз с многообразным характером проявления и утраты рисунка и цвета высолов.
Описанные выше процессы были подтверждены моделированием в лабораторных условиях, а также данными натурных наблюдений на кладках из керамического, силикатного кирпича, вибропрессованных бетонных блоков.
Таким образом, важной особенностью высолообра-зования является цикличность, повторяемость, что предполагает как вариант блокировки процессов принудительный или естественный смыв продуктов на стадии их интенсивного появления, последующую сушку поверхностных слоев материала стен также естественным или принудительным способом с последующей гидрофобизацией поверхности наружной стены.
Эта технология может быть реализована более дешевым естественным путем. Максимум высолообразования проявляется в начале весны. В летний период, соче-
тающийся с периодическими дождями, будут протекать два параллельных процесса — растворение высолов на фасаде и осушение поверхностных слоев наружных стен, что обусловит постепенный возврат высолов в объем кладки и очистку фасадов от них. На стадии достаточно длительной сухой погоды на очищенную от высолов стену можно нанести гидрофобный экран, который заблокирует высолы в объеме кладки, допуская в последующее время ее осушение по механизму паро-проницания влаги наружу.
Список литературы
1. Бабков В.В., Климов В.П., Сахибгареев Р.Р., Чуй-кин А.Е. и др. Механизмы высолообразования на поверхностях наружных стен зданий из штучных стеновых материалов // Строит. материалы. 2007. № 8. С. 74-76.
2. Розенталь Н.К., Чехний Г.В. Причины образования и методы предупреждения образования высолов на поверхности строительных конструкций: В кн. Материалы 1-й Всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона «Бетон на рубеже третьего тысячелетия». 2001. Т. 3. С. 1444-1447.
3. Бабков В.В., Габитов А.И., Чуйкин А.Е., Мохов А.В. и др. Высолообразование на поверхностях наружных стен зданий из штучных стеновых материалов // Строит. материалы. 2008. № 3. С. 2-4.
4. Бабков В.В., Габитов А.И., Чуйкин А.Е. и др. Особенности высолообразования на поверхности возводимых в зимних условиях наружных стен зданий на основе штучных стеновых материалов // Башкирский химический журнал. 2007. № 5. С. 156-159.
5. Федосов С.В., Базанов С.М. Сульфатная коррозия бетона. М.: Изд-во АСВ, 2003. 192 с.
А.В. Ушеров-Маршак
БЕТОНОВЕДЕНИЕ
лексикон
М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2009. 112 с.
Издание подготовлено в виде толкового словаря, ориентированного на формирование понятийно-терминологического аппарата бетоноведения - одной из динамично развивающихся, сложных и специфических областей материаловедения. Учтены тенденции международной интеграции науки о бетоне и его технологии.
«Бетоноведение: лексикон» содержит более 650 терминов и понятий, 150 аббревиатур международно признанных словосочетаний, наиболее часто употребляемых в профессиональной научно-технической литературе и нормативных документах. Особенность издания состоит в насыщенности информацией физико- и коллоидно-химического характера в связи с возрастающей ролью этих знаний при обосновании составов, структур, свойств, технологических процессов получения и службы бетона.
Издание рассчитано на широкий круг представителей науки, образования, в том числе учащихся вузов и колледжей, практики строительной сферы.
Цена 1 экз. без почтовых услуг 250 р., НДС не облагается
Книгу можно заказать с сайта издательства
www.rifsm.ru
Тел./факс: (495) 976-20-36, 976-22-08 e-mail: mail@rifsm.ru
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
iU!' ® январь 2010 57
