Проникающие в бетон гидроизоляционные материалы

Для расширения срока службы и защиты от внешних воздействий строительных материалов, таких как бетон, необходимо нанести на поверхность гидроизоляционный материал, например, кристаллические проникающие гидроизоляционные материалы (CPSM - crystalline penetration sealer materials. CPSM может проникать в существующие поры или возможные трещины таким образом, чтобы входящие в их состав кристаллы могли образовывать преграду для последующего проникновения воды. Эта статья описывает исследование кристаллического механизма, формирующегося в бетоне. Были проанализированы химические композиты, чтобы определить механизм CPSM и оценить глубину проникновения.

Высокая универсальность бетона делает его идеальным инструментом для строительства проектов всех форм и размеров. В настоящее время использование ускоряющих твердение хлоридов быстро развивается, поскольку необходимо ускорить строительство бетонных конструкций в суровых природных условиях. Внутреннее поровое пространство бетона позволят воде, кислотным и щелочным веществам проникать в бетон и вызывать коррозии арматурных стальных стержней, а также образовывать трещины, уменьшая срок службы конструкций [2,3]. Чтобы предотвратить разрушение конструкций инженеры придают все большее значение гидроизоляции.

При производстве гидроизоляционных, а также при ремонте бетонных конструкций, в основном, используются органические полимерные материалы [2]. Однако органические полимерные материалы не могут полностью защитить бетон, т.к. не может полностью исключить пористость, а также содержание щелочей в бетоне, вызывающий коррозию армирующего металла. В настоящее время кристаллические материалы для герметизации (CPSM) обеспечивают фундаментальное решение для долговечности, и они пользуются популярностью в странах Западной Европы и уже были применены в большом количестве проектов [4-6]. CPSM обладает хорошей гидрофильностью, что позволяет глубоко проникать в бетон. Содержание щелочей в глубине бетонной плиты намного больше, чем в районе поверхности. CPSM может проникать внутрь бетона, вызывая химическую реакцию со щелочью в присутствии воды и генерировать силиконовый гель, заполняющий капиллярные каналы. Такой силиконовый гель твердеет вследствие реакций гидратации и игольчато-структурированное вещество заполнит все капиллярные каналы в глубине бетонной конструкции[7], причем эти элементы станут постоянной частью бетона. Проникновение CPSM может уменьшить содержание щелочей в бетоне и предотвратить проникновение внешних вредных веществ до тех пор, пока вся вода не преобразуется, а бетонные поры не будут полностью заполнены[8].

Несмотря на то, что подобные способы гидроизоляции распространены в европейских странах, для Российской Федерации подобные вещества не являются массово распространенными. Отсутствуют официальные исследования, а также испытания необходимых пропорций.

CPSM, неорганический материал серого цвета, представляет собой искусственное вещество гидроизоляционное вещество, который в основном состоит из цемента, кварцевого песка и химических соединений, смешанных в виде геля, который набирает прочность путем химической реакции с водой путем образования гидрата. Гидратированный гель становится твердым веществом и заполняет все капилляры в глубине бетона, становясь постоянной частью бетона. Фотографии на рис. 1 до, во время и после гидратации показывают образование гидрата при соотношении воды к CPSM 2:5. На рисунках 1А и В показан состав без воды и с водой; Рис. 1C показывает, что в верхней части образца появляются белые кристаллы после 24 ч гидратации.

Рисунок. 1. Фотографии до, во время и после процесса гидратации образца

(А) до гидратации; (B) во время гидратации; (С) после гидратации

Чтобы увидеть, может ли CPSM создать гидроизоляционное покрытие, создавая силиконовый гель в бетоне который заполняет капиллярные каналы и микротрещины, мы сначала удаляем верхнюю часть CPSM из основных образцов, а затем выполняем два теста на проницаемость как для основного, так и для контрольного образцов по ГОСТ 12730.5-84[1].

Рисунок. 2. Тест на проницаемость воды и тест на проницаемость хлоридов

Лабораторные испытания этих образцов показывают аналогичную тенденцию для образцов с покрытием CPSM, как показано на рисунке 2, который представляет собой гистограмму, которая показывает количество обоих видов проницаемости при каждым условии, регистрируя на 20,62% меньшей водопроницаемости и на 18,71% ниже сопротивления образца проникновению ионов хлорида. Другими словами, обработанные CPSM образцы показывают меньшее проникновение воды по сравнению с контрольными образцами.

Коррозия, вызванная хлоридами, является одним из ключевых факторов, разрушающих бетон. Как только свободные Cl^- из окружающей среды проникают в бетон, в нем образуется CaCl₂ и большое количество кристаллической воды, при пониженной температуре расширяющейся и ускоряющие коррозию армирующих стальных стержней и вызывающих расширение и растрескивание бетонного базального тела. Однако, если материалы с CPSM проникают внутрь бетона и химически реагируют, образуя силиконовый гель, который герметизирует капиллярные каналы и микротрещины в теле бетона, образцы должны обладать хорошей устойчивостью к хлориду и воде. Это ясно объясняет почему образцы покрытия CPSM обладают меньшей непроницаемостью.

Рисунок. 3. Поперечное сечение образца бетона на 5 мм ниже поверхности (1000x)

Чтобы увидеть взаимодействие между CPSM и бетоном использовали фотографии электронного микроскопа (увеличение 1000x) образца. На рисунке 3 показано поперечное сечение образца на 5 мм ниже поверхности, наблюдаемые под электронным микроскопом после проникновения CPSM, что показывает, что некоторое количество игольчатых кристаллов было создано и равномерно распределено по поверхности. Это показывает, что CPSM реагируя со щелочной средой бетона производит силиконовый гель, который встраивается в капиллярные каналы бетона и образует защитный слой. В результате плотность поверхности бетона увеличивается. Кроме того, кристаллы кремния усиливают бетонную структуру и способствует повышению твердости бетонной поверхности. Следовательно, CPSM увеличивает жесткость бетонной поверхности.

Глубина проникновения находится в пределах 0-10 мм от слоя гидроизоляции в глубине бетонного образца, полученная на термогравиметрическом анализаторе.

Все вышеперечисленное указывает на эффективность работы проникающих гидроизоляционных материалов CPSM и возможность их использования в качестве гидроизоляции заглубленных частей зданий в строительной отрасли