К.т.н. Рахимов М.А., к.т.н. Рахимова Г.М.,
магистрант Рахимов А.М.
Карагандинский государственный технический университет, Казахстан
Влияние
модифицирования на морозо– и коррозиестойкость
цементных
материалов
Известно, что кинетика и степень коррозионного и
морозного разрушения цементных материалов в значительной степени определяются
особенностями его структуры.
В зависимости от строения молекул ингредиентов,
составляющих модификатор, и состава модификатора меняется характер гидратации
цемента, структурообразования цементного камня и его физико–механические
свойства. Доказано, что первостепенное значение в высокой стойкости цементных
материалов имеет их пористость: воздушные, седиментационные, контракционные поры,
их размер, количество, характер
распределения в объеме цементного материала, наличие гидрофобизирующих «вкрапленников» как на внутренней поверхности
пор и капилляров цементного камня, так и встроенных в объеме полученных
гидратных новообразований. Применение модификаторов гидрофобизирующего действия
позволяет получать цементные материалы высокой стойкости к действию агрессивных
сред, мороза и сложных разрушающих воздействий среды.
Исследования показывают, что технический прием
объемной гидрофобизации цементных материалов нового порядка может быть
осуществлен комплексным применением гидрофобизирующих модификаторов и
гидрофобных водонерастворимых трегеров.
Условно можно в этом случае процессы гидрофобизации цементных материалов
рассматривать в последовательности:
– первая фаза: гидрофобизация внутренней поверхности
пор и капилляров цементного камня в бетоне, достигаемая в результате
хемосорбционного взаимодействия органических соединений (ПАВ) с гидратными
новообразованиями цемента, способствует уменьшению разрушительного действия
морозного пучения, снижению вероятности образования и роста зародышей
кристаллов солей, что в сочетании с эффектом пластификации и снижения
водопотребности бетонной смеси положительно влияет на стойкость бетона.
– вторая фаза: применение трегера позволяет увеличить
концентрацию гидрофобизирующих ингредиентов в удельном объеме цементного камня,
что существенным образом отодвигает процесс образования трещин во времени
(трещины в цементном камне без трегеров образуются раньше в 3–5 раз и развиваются быстрее) и, в
конечном счете, увеличивает долговечность цементных материалов.
Нами исследовалась стойкость цементного камня и
цементного раствора, изготовленных на основе модифицированного коллоидного
цементного клея типа МКЦ к действию сульфатной агрессии и мороза. Результаты
испытаний приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Результаты испытания цементных материалов
на основе модифицированного коллоидного цементного
клея
на морозостойкость
|
Вид материала |
Потери в массе, %, после циклов |
Кмрз* после циклов |
||||||||
|
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
|
Без
добавки |
2,9 |
5,11 |
8,97 |
– |
– |
0,92 |
0,86 |
0,74 |
– |
– |
|
МКЦ–А |
нет |
нет |
1,96 |
2,18 |
2,42 |
0,97 |
0,98 |
0,90 |
0,89 |
0,88 |
|
МКЦ–АУ |
нет |
нет |
1,88 |
1,95 |
2,24 |
0,97 |
0,99 |
0,90 |
0,89 |
0,89 |
|
МКЦ–АВ |
нет |
нет |
1,60 |
1,97 |
2,15 |
0,97 |
0,12 |
0,10 |
0,90 |
0,90 |
|
МКЦ–АТ |
нет |
нет |
нет |
нет |
1,45 |
1,00 |
0,9 |
0,91 |
0,92 |
0,93 |
|
МКЦ–АПС |
нет |
нет |
нет |
нет |
1,10 |
1,05 |
1,09 |
1,14 |
1,95 |
1,10 |
Анализ результатов таблиц 1 и 2
показывает, что предлагаемые цементные материалы, изготовленные из модифицированного
коллоидного цементного клея, имеют высокие показатели стойкости. Разрушающее
действие сульфатной коррозии, судя по росту массы цементного камня вследствие
образования продуктов коррозии, в частности эттрингита снижается в 2,7–4,5
раза; процессы высолообразования существенным образом флегматизируются и сводятся
к появлению едва заметных следов, (лучшие результаты показывают составы МКЦ-АТ
и МКЦ-АПС). В то же время образцы
цементного материала без модифицирования уже через 6 месяцев испытаний почти
полностью покрылись высолами. Результаты испытания на морозостойкость также
показывают, что предлагаемые модифицированные цементные материалы существенным
образом выгодно отличаются от цементного камня без модификаторов.
В цементном камне и растворе на основе
модифицированного коллоидного цементного клея типа МКЦ признаки разрушения
(шелушение) от действия мороза начали проявляться только после 250–300
циклов, при сохранении высокого
коэффициента морозостойкости (от 0,88 до 1,1), в то время как бетон без добавок
был снят с испытаний после 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания
с потерей прочности более 25%. Полученный результат высокой стойкости
модифицированных цементных материалов к действию мороза и агрессивной среды
связан не только с плотностью, особенностями капиллярно-пористой структуры и
кинетикой диффузии агрессивного водного раствора, но и с подавлением роста
кристаллов и их модифицированием, что существенно снижает кристаллизационное
давление солей в порах материала, и именно кристаллизационное давление солей и
морозное пучение приводят к разрушению
строительных конструкций.
Таким образом, нами также подтверждено и установлено,
что высокая стойкость модифицированных цементного камня и цементного раствора
связана со снижением скорости протекания процессов коррозии и корразии вследствие
применения комплексного модифицирования, в нашем случае, является применение
разработанных нами гидрофобизирующих комплексных модификаторов и гидрофобного
трегера, а также механоактивации смеси «цемент плюс ингредиенты модификатора».
В нашем случае в состав гидрофобизирующих
модификаторов включен волокнистый ингредиент (волластонит), который по-нашему
мнению, обеспечивает вследствие микроармирования эластичность поровых
мембран и тем самым снижает разрушение
от роста кристаллов эттрингита и фазового перехода воды в лед.
Волокнистый наполнитель можно также рассматривать, по
Гриффитсу, как действенный «тормоз» развития трещин (рисунок 1).
а)
б)
1–гидрофобный трегер; 2–след развития трещин; 3–волластонит
а) цементный камень без модификатора; б) цементный
камень с гидрофобизирующим модификатором, содержащий ингредиент волластонит
плюс гидрофобный трегер
Рисунок 1 – Схема развития трещин при испытании
образцов–кубов
на прессе (стенки пресса смазаны маслом для исключения
трения – эффекта обоймы)
Из рисунка 1 видно, что развитию трещин препятствует
не только гидрофобный водонерастворимый трегер, но и включения волластонита.
Косвенным доказательством, что не только гидрофобный
водонерастворимый трегер плюс гидрофобизирующий модификатор, но и волластонит
способствуют повышению морозостойкости, могут также быть результаты испытания
цементного камня на водопоглощение до и после испытания их на морозостойкость
(рисунок 2).
В основе опыта лежит факт, что чем меньше
морозостойкость материала, тем больше в нем произошли разрушения структуры
цементного камня вследствие морозопучения, что является причиной повышения
водопоглощения.
