Д.т.н., профессор Калашников В.И., к.т.н. Мороз М.Н.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Исследование морозостойкости гравелитошлакопесчаного бетона, модифицированного лаком «ВВМ-М-7»

Под влиянием атмосферных воздействий и условий эксплуатации стеновые материалы подвергаются большему или меньшему увлажнению. При отрицательных температурах вода в порах материала замерзает с увеличением объема. При замораживании материала, поры которого нацело заполнены водой, могут развиваться высокие растягивающие напряжения, приводящие к разрушению. Это обстоятельство приводит к убеждению, что механическая прочность пористых материалов не всегда определяет сопротивляемость стеновых материалов действию мороза, и, что при неблагоприятной структуре пор даже очень прочные материалы неизбежно будут разрушены замерзающей водой. При этом величина создаваемых напряжений зависит от особенностей пористой структуры.

Кроме кристаллизационного давления льда, вода вследствие термовлагопроводности мигрирует в сторону поверхности, имеющую более низкую температуру, и оказывает гидравлическое давление на стенки пор. Наружные слои стеновых ограждений обычно более увлажнены и под действием мороза увлажняются дополнительно при миграции воды.

В первую очередь вода превращается в лед в поверхностных, более увлажненных и более интенсивно охлаждаемых слоях материала. По мере охлаждения образцов вначале замерзает вода в крупных порах, затем, в более и более мелких. С этой целью в морозостойких бетонах создаются резервные сферические поры – микросфероиды – для миграции вытесненной воды в них.

Чем больше относительный объем резервных пор в единице объема материала, тем больше циклов попеременного замораживания и оттаивания необходимого, чтобы вызвать разрушение образца, т.е. морозостойкость тем выше, чем больше его условно-замкнутая пористость, представленная резервными порами. Исходя из более низкого водопоглощения гидрофобизированных бетонов, можно полагать, что гидрофобизирующие добавки создают в капиллярной структуре дополнительную резервную пористость. Однако, правомерно ли говорить о том, что капиллярные гидрофобизированные поры равноценны резервным гидрофильным сферическим порам от воздухововлечения по степени снятия напряжений при перемещении в них воды ? Чтобы ответить на этот вопрос были проведены испытания на морозостойкость минеральношлаковых образцов в соответствии с ГОСТ10060.2-95 по ускоренной методике 3.

Для испытания были изготовлены образцы-кубы размером 70´70´70 мм методом прессования при давлении 25 МПа из контрольного гравелитошлакопесчаного бетона с соотношением «вяжущее:песок» = 1:1,5 [1, 2] и состава, пропитанного гидрофобной жидкостью – лаком «ВВМ-М-7». Соотношение компонентов вяжущего – молотый шлак:молотыйгравий составляло 60:40. Влажность смеси – 8% от массы вяжущего. Гидрофобизация осуществлялась методом опрыскивания поверхностей образцов бетона гидрофобной жидкостью пульверизатором в два слоя с перерывом между опрыскиванием 2 часа. Формирование гидрофобного слоя осуществлялась при комнатной температуре.

Испытания на морозостойкость гидрофобизированных бетонов, вопреки ожиданиям, не дали позитивных результатов. Оказалось, что сильная гидрофобизация прессованных минеральношлаковых бетонов не приводит к повышению морозостойкости. Контрольные бетоны имеют более высокую морозостойкость, чем гидрофобизированные (таблица).

Таблица

Морозостойкость контрольных и гидрофобизированных

мелкозернистых бетонов

Наименование бетона	Влажность смеси, %	Вид гидрофобизатора	Марка по морозостойкости, F
ГрШПБ вяжущее:песок 1:1,5	8	–	400÷500
	8	Лак «ВВМ-М-7»	200÷300

На пропитанных бетонах при испытании на морозостойкость действие пониженной температуры приводит к отслоению поверхностного слоя толщиной, соизмеримой с глубиной пропитки (рис. 1).

Рис. 1 Образование трещин в поверхностном слое

образцов, пропитанных гидрофобной жидкостью

лаком «ВВМ-М-7», от воздействия мороза

Нами было дано теоретическое объяснение механизма отслоения тонкого поверхностного слоя. Отслоение связанно с действием отрицательного капиллярного давления при перемещении воды из гидрофильного капилляра в гидрофобный за счёт увеличения ее от объема на границе льдообразования.

Рис. 2 Схема механизма отслаивания поверхностного слоя в бетонах,

гидрофобизированных пропитывающими жидкостями

Разработанная нами схема изменения объёма жидкой воды, льда и растягивающих напряжений показана на рис. 2.

Расчёты показывают, что при вдавливании жидкости в гидрофобный капилляр диаметром 10 мкм при угле смачивания на поверхности, равном 120º, возникающее Лапласовое давление воды составляет 4,3 МПа, что превышает прочность бетонов на осевое растяжение при их марках на осевое сжатие М500-М600. При уменьшении радиуса гидрофобизированного капилляра до 1 мкм давление воды возрастает до 43 МПа.

Авторы [3] в своей работе установили, что отслоению поверхностного слоя подвержен кирпич, пропитанный силиконовыми гидрофобизаторами.

Нашими исследованиями установлено, что пропитка, понижая морозостойкость, существенно увеличивает коррозионную стойкость бетонов в сульфатных водах и в растворах серной кислоты 3%-ой концентрации.

Библиографический список

1. Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Мороз М.Н., Кудашов В.Я.Перспективы создания геосинтетических вяжущих из высокодисперсных горных пород // Достижения. Проблемы и перспективные направления развития. Теория и практика строительного материаловедения. Десятые академические чтения РААСН. – Казань: Изд-во Казанского гос. арх.-строит. ун-та, 2006. - С. 201-203.

2. Калашников В.И. Использование дисперсных гравелитовых пород в качестве основного структурообразующего компонента минеральношлаковых вяжущих // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. – Пенза, 2004. – С. 121-125.

3. Вyckalo William, Nicholson Patrik S. The spalling of siliconetreated masonry. «J. Can. Ceram. Coc.», 1973, 42, 25-30 (анг.).