Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Ломоносова Т.И., МИИТ (руководитель Добшиц Л.М., д.т.н., профессор) «Материалы на минеральной основе для защиты поверхности строительных конструкций из бетона и железобетона»

Введение

Проблема долговечности на сегодняшний день является актуальной, так как разрушению подвергаются огромной количество разнообразных конструкций. В последнее время число повреждений бетонных и железобетонных конструкций постоянно растет, и это приводит к необходимости выявления причин и критического их осмысления с тем, чтобы в будущем избегать нерационального применения этого материала и исключать дефекты при его изготовлении.
Причинами появления дефектов могут быть: ошибки проектирования; дефекты материалов; технология изготовления и монтажа. К этому перечню следует добавить условия эксплуатации, которые в последнее время сильно изменились в связи с изменением экологической ситуации. В настоящее время значительная часть бетонных и железобетонных конструкций подвергается в период эксплуатации действию агрессивных сред, что требует принятия мер по защите и предотвращению коррозии материала конструкции.
Проанализировав и обобщив все методы защиты строительных конструкций от внешних воздействий, можно выделить две основные группы по повышению их стойкости и долговечности.
К первой группе относятся все способы по защите поверхности строительных конструкций. Ко второй группе относятся все способы и методы по созданию более долговечного материала строительных конструкций.
Защиту поверхности строительных конструкций можно провести двумя основными способами: нанесением защитного покрытия на поверхность и пропиткой этой поверхности. Защитное покрытие может быть на органической и неорганической (минеральной) основе.
Материалы на минеральной основе
Материалы на органической основе имеют ряд недостатков, состоящих главным образом в различии свойств защитного покрытия и основы, и, как следствие, в нарушении их совместной работы, проявляющемся отслоением покрытия. Недостатками являются также низкая долговечность, невысокая прочность, сложная технология укладки, высокие эксплуатационные расходы.
Материалы на минеральной основе имеют следующие преимущества по сравнению с материалами на органической основе: высокая прочность, морозостойкость, адгезия; паропроницаемость; устойчивость к воздействию гидростатического давления и воздействию агрессивных сред; простота применения и несложная технология нанесения; высокое сцепление с основой, хорошая совместная работа с ним.
В настоящее время ассортимент строительных материалов на минеральной основе довольно разнообразен. В ходе сравнения свойств основных предлагаемых на рынке материалов на минеральной основе были выявлены их недостатки: получение проектных свойств на 28-е сутки твердения; медленное схватывание смесей (3…4 час.); длительный уход за твердеющей смесью (в течение 10…14 сут), что приводит к дополнительным трудовым и энергетическим затратам; не возможность их использования при постоянном подпоре воды, при срочных ремонтных работах.
Для устранения вышеперечисленных недостатков защитных материалов на минеральной основе на кафедре «Строительных материалов и технологии» Московского государственного университета путей сообщения был создан материал «Герсмесь».
Материал «Герсмесь» представляет собой многокомпонентный порошкообразный материал светло-серого цвета, полученный механохимической активацией исходных составляющих: портландцемента, глиноземистого, гипсоглиноземистого цементов и других компонентов [1].
«Герсмесь» – минеральный композиционный материал, обладающий гидроизолирующим, защитным, тампонирующим и проникающим действием. Применение материала «Герсмесь» обеспечивает комплексную защиту строительных конструкций, состоящую в совмещении активной и пассивной защиты. Пассивный метод заключается в защите бетона путем нанесения на его поверхность дополнительного слоя защитного материала. Активный – защита бетона путем пропитки его поверхности материалами, повышающими непроницаемость наружных слоев бетона. Комплексная защита, таким образом, образуется путем создания трехслойной структуры: наружный защитный слой из материала «Герсмесь»; слой бетонной конструкции, пропитанный материалом «Герсмесь» (переходный слой); защищаемая бетонная конструкция (рис. 1).

1

В связи с образованием на поверхности изолируемого материла водонепроницаемого слоя (наружный слой) и с заполнением поверхностных трещин, пор и капилляров продуктами гидратации (переходный слой), обработка поверхности конструкции материалом на минеральной основе «Герсмесь» повышает их плотность, прочность, морозостойкость и, следовательно, срок службы.

Основные свойства материала на минеральной основе «Герсмесь»

Материал «Герсмесь» имеет хорошие строительно-технологические свойства, которые были определены в соответствии с нормативами. Среди основных свойств следует выделить высокую прочность при сжатии – до 45МПа, высокую адгезию – до 3,5 МПа, водонепроницаемость через сутки – W50, сроки схватывания: начало – от 3 до 15 мин, конец – 30 мин [2].
Для защиты конструкций и проведения ремонтных работ в зимнее время без обогрева разработаны составы, состоящие из материала на минеральной основе «Герсмесь» с комплексными противоморозными добавками. Наиболее рациональными по технологическим, прочностным и экономическим показателям определены две комбинации добавок: первая – формиат натрия (2,5 %) и «Лигнопан Б-4» (3 %), вторая – формиат натрия (2,5 %) и суперпластификатор С-3 (0,4 %).
Установлено, что разработанный материал на минеральной основе «Герсмесь» является грибостойким. Использование вышеназванных комбинаций противоморозных добавок также образуют грибостойкие составы [3].
При изучении совместной работы покрытия и основания определена хорошая работа материала на минеральной основе «Герсмесь» с бетоном поверхности. Модуль упругости материала «Герсмесь» через 28 сут составил 1655,80 МПа, что ниже в 15…20 раз модуля упругости основы – бетона. Это свидетельствует о пониженном трещинообразовании материала «Герсмесь», и о высоком качестве сцепления покрытия с бетоном, не зависящим от величины деформации. Материал «Герсмесь» по составу однороден с бетоном, одинаково с ним реагирует на изменения внешних условий.
Определено, что материал «Герсмесь» имеет высокую твердость (10,7 кг/мм2, что выше твердости цемента на 15 %) и способствует упрочнению поверхности бетона после его нанесения.
В структуре пор наибольшее количество составляют условно-замкнутые поры (65 %), что свидетельствует о высокой морозостойкости состава и, следовательно, повышенной его долговечности.

Исследование стойкости материалов на минеральной основе в среде бытовых сточных вод

Было проведено исследование влияния слабоагрессивной среды сточных вод на коррозию цементного камня [4]. Целью работы было изучение процесса коррозии, определение влияния среды на коррозионную стойкость бетона, а также наблюдение за поведением защитного покрытия «Герсмесь» в слабоагрессивной среде сточных вод.
Стойкость цементного камня определялась по изменению прочности при сжатии образцов-кубов со стороной 2 см. Достоверность эксперимента была установлена химическим анализом проб образцов из агрессивной среды, который показал, что цементный камень подвергается изменению, на его поверхности были выявлены продукты коррозии.
На основании исследования процесса коррозии в слабоагрессивной среде сточных вод определено:
в начальный период времени после нанесения покрытия наблюдается увеличение прочности вследствие продолжающейся гидратации, а также под влиянием защитного и проникающего действия материала «Герсмесь»;
в дальнейшем идет уменьшение прочности за счет процесса коррозии, протекающем при взаимодействии слабоагрессивной среды бытовых сточных вод с цементным камнем (протекание процессов коррозии установлено химическим анализом образцов);
наибольшее отрицательное влияние на прочность цементного камня из компонентов комплексной среды оказывают сульфаты и хлориды;комплексная среда бытовых сточных вод способствует меньшему снижению прочности, чем некоторые моносреды.
Построена физическая модель влияния агрессивных моно- и комплексной сред на скорость коррозии бетона. Испытанием материала в однокомпонентной среде, состоящей из наиболее агрессивного элемента из всех веществ, содержащихся в комплексной среде, можно судить о скорости коррозии материала в комплексной среде. В моносреде с поверхностью бетона будет взаимодействовать некоторое число молекул вещества 1 (рис. 2). В комплексной среде молекулы нескольких веществ находятся в перемешанном состоянии, и соприкосновение с поверхностью бетона молекул именно вещества 1 будет меньше. Вследствие этого негативное влияние наиболее

1

Математические модели прочности в зависимости от концентрации среды и времени

На основе полученных в эксперименте результатов прочности при сжатии образцов в различных агрессивных средах были построены математические модели, приведенные на рис. 3 и 4.
В качестве модели регрессии была принята полиномиальная функция 2-го порядка с двумя переменными параметрами: время X1 и концентрация агрессивной среды X2.

1

2

В результате проведенного эксперимента было установлено:
1. Среда с 10-кратной предельной концентрацией ускорила проведение эксперимента для образцов без защиты в 1,53 раза, покрытых материалом «Герсмесь», – в 1,87 раза.
2. Период от погружения бетона в агрессивную среду до достижения им прочности, равной 60 % от первоначальной, обозначим «эксплуатационный срок», после которого необходимо проводить ремонт конструкций. «Эксплуатационный срок» для бетона без защиты по модели 1 составит 18,5 месяца, для бетона с покрытием маетриалом «Герсмемсь» – 37,5 месяца. Таким образом, эффект от применения защитного покрытия материалом «Герсмесь» составляет 2,03 раз.
3. Суммарные затраты на проведение ремонтных работ в течение 50 лет эксплуатации конструкций бытовой сточной канализации составят в среднем без защитного покрытия 1151,74 руб/м2, с защитным покрытием материалом «Герсмесь» – 620,97 руб/м2. Эффективность защитного покрытия «Герсмесь» составляет в таком случае 1151,74/620,97 = 1,85.

Выводы

Разработан эффективный метод комплексной защиты конструкций из бетона и железобетона от действия агрессивных сред, заключающийся в создании на поверхности конструкций защитного покрытия материалами на минеральной основе и в пропитке поверхности данными материалами.
Создан материал на минеральной основе «Герсмесь» с высокими строительно-технологическими свойствами, установлена возможность его применения с противоморозными добавками для работ при отрицательной температуре.
В ходе эксперимента установлена необходимость защиты бетона и железобетона в слабоагрессивной среде бытовых сточных вод, что существующими нормативными документами не предусматривается.
Разработана физическая модель влияния агрессивных моно- и комплексной сред на скорость коррозии бетон, с помощью которой можно определить стойкость материала в комплексной агрессивной среде по испытаниям материала в наиболее агрессивной моносреде.
Построены модели влияния агрессивной среды сточных вод на стойкость цементного камня, которые позволяют определить прочность материала в агрессивной среде бытовых сточных вод в любой момент времени.
Установлено, что при применении покрытия материалом «Герсмесь» в 2,03 раз увеличится срок службы конструкций, в течение 50 лет эксплуатации конструкций бытовой канализации расходы при создании защитного покрытия сократятся в 1,85 раз.
На основании проведенных экспериментальных исследований можно рекомендовать материал на минеральной основе «Герсмесь» для защиты поверхности строительных конструкций из бетона и железобетона.

Литература

1. Добшиц Л. М., Клибанов А. Л. Новый гидроизоляционный материал «Герсмесь» для повышения водонепроницаемости строительных конструкций // Современные технологии строительных материалов и конструкций: материалы Всерос. науч.-техн. конференции. Саранск, 2003. С. 13–16.

2. Добшиц Л. М., Ломоносова Т.И. Повышение долговечности бетонных и железобетонных конструкций материалами на минеральной основе // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы V Междунар. науч.-техн. конференции. Ч.1. Волгоград, 2009. С. 221–227.

3. Добшиц Л.М., Ломоносова Т.И. Исследование свойств защитного покрытия с добавками // Строительная физика в XXI веке: материалы науч.-техн. конференции. Тезисы докл. М.2006. С. 570–571.

4. Добшиц Л. М., Кононова О.В., Ломоносова Т.И. II Всерос. (Междунар.) конференция по бетону и железобетону (Москва, 5–9 сентября 2005 г.). Бетон и железобетон – пути развития // Научные труды конференции: в 5 кн. Т. 4: Вторичная защита от коррозии. М., 2005. С. 471–476.


Информационные партнеры