Гидрофобизация как средство повышения стойкости бетона
К противокоррозионным мероприятиям, повышающим стойкость железобетонных конструкций, относятся средства первичной и вторичной защиты, включающие всякого рода покрытия, препятствующие непосредственному
контакту внешней агрессивной среды с поверхностью бетона. К ним же относится и гидрофобизация: объемная, выполняемая на стадии изготовления бетона и относящаяся к средствам первичной защиты, и поверхностная, выполняемая после изготовления железобетонных изделий или монолитных конструкций и относящаяся к средству вторичной зашиты.
Назначение гидрофобнзации в обоих случаях заключается в придании поверхностям, непосредственно соприкасающимся с внешней агрессивной средой, гидрофобных свойств взамен гидрофильных, присущих поверхностям обычного бетона на портландцементе. Гидрофобные свойства препятствуют смачиванию бетона водой и водными растворами, тем самым предотвращают возникновение и развитие процессов коррозии,
При действии агрессивной среды на бетон и развитии процессов приходится иметь дело о водой или водными растворами солей, кислот и щелочей, и Условия смачивания поверхности агрессивными растворами имеют большое значение для глубины и скорости деструктивных процессов.
Особенно велика роль условий перемещения агрессивных растворов в толще бетона для глубины и распространения коррозионных повреждений. Перемещение воды в бетоне возможно за счет градиента гидравлического давления при одностороннем напоре, а также при капиллярном всасывании раствора за счет сил поверхностного натяжения и наличия вогнутого мениска при гидрофильных свойствах поверхностен стенок пор, капилляров и микротрещин. Возможно перемещение воды и паров за счет тепломассопереноса.
Основным хорошо известным средством предупреждения проникания воды и растворов солей является повышение плотности бетона. Для количества перемещаемых растворов важны величина градиента напора, число и размеры пор и капилляров. Это последнее определяет плотность бетона, технической характеристикой которой является марка (В-2, В-4 и т. д.), а также коэффициент фильтрации.
При капиллярном всасывании раствора повышение плотности бетона не снижает и не прекращает проникание водных растворов в его толщу. Единственным способом снижения или исключения капиллярного подсоса от увлажняемой поверхности является придание поверхностям гидрофобных свойств. Силы поверхностного натяжения и образование выпуклого мениска воды в капиллярах не способствуют, а препятствуют прониканию водных растворов в толщу бетона.
Размер переноса влаги за счет тепломассопереноса определяется градиентами температуры и влажности, а также структурой и плотностью бетона, которая играет существенную роль в перемещении растворов. Таким образом, снижение размера (при неполной гидрофобизации) или исключение перемещения воды или водных растворов солей в бетоне при гидрофобнзации может рассматриваться как средство повышения стойкости и долговечности бетона.
Эффект повышения стойкости за счет гидрофобнзации достигается тогда, когда проникание агрессивных растворов происходит в отсутствие гидравлического напора при периодическом смачивании ими поверхности бетона, г также при капиллярном всасывании растворов от частично погруженной в него части конструкций, например свай, фундаментов, при наличии испаряющей поверхности. При сравнении между собой двух способов гидрофобнзации — объемной как средства первичной защиты и поверхностной как средства вторичной защиты — можно отметить, что в принципе их действие ка:-: средств для повышения стойкости бетона в жидких агрессивных растворах аналогично, хотя и зависит от зила и свойств гидрофобизатора.
При объемной гидрофобизацни специальное вещество вводится в бетонную смесь при ее перемешивании — например, добавка гидрополисилоксана ГКЖ-94, кремнийоргаиические олигомеры и другие вещества, вступающие во взаимодействие с продуктами гидролиза минералов цемента [И- Дополнительный эффект получается, если при реакции выделяется газообразный водород, а также при вовлечении в бетонную смесь небольшого количества воздуха, распределенного в виде мелких пузырьков. Образование микропузырьков газа или вовлеченного воздуха способствует созданию микропористой структуры бетона, что вместе с гидрофобизацией капилляров создает условия для повышения его стойкости.
Исследования, испытания в натурных условиях и производственное применение на Зейской ГЭС (рис. 1). где было уложено свыше 300 тыс. м3 бетона, а также на других объектах показали высокую эффективность этого метода.
Гидрофобизация поверхностных слоев бетона достигается их обработкой растворами веществ, которые после впитывания и последующего удаления (испарения) жидкой фазы — растворителя остаются на поверхности пор и капилляров бетона, вступая пли не вступая в реакцию с его составными частями, или просто адсорбируются на поверхности, придавая ей гидрофобные свойства.
Объясняется это требование тем. что при действии солнечной радиации органические гидрофобнзаторы сложной структуры теряют свои свойства, вследствие чего поверхность становится гидрофильной и вновь начинает смачиваться водой. В то же время гидрофобные свойства более глубоких слоев бетона сохраняются, так как солнечная : радшшия не оказывает на них воздействий- Поэтому полезный эффект гидрофобизанин для конструкций сохраняется на длительное время, в то время как на внешней поверхности бетона, освещаемой солнцем, эффект сравнительно быстро пропадает. Вода и водные растворы, попадающие на поверхность бетонной нли железобетонной конструкции, где гидрофобный эффект пропал частично или полностью, не будут впитываться в толшу бетона и не будет оказывать на него вредного действия, не вызывать коррозии бетона и не разрушать бетон при последующем замораживании.
Гидрофобизацня как метод повышения стойкости бетона имеет особое значение для возводимых из бетона и железобетона скульптур и мемориалов, подвергающихся действию атмосферных осадков и загрязненной выбросами газов и пыли воздушной среды. Первостепенное значение имеет сохранение формы и фактуры поверхности бетона этих объектов, повреждение их поверхности совершенно недопустимо. Кроме того, в массивных сооружениях такого типа должен быть обеспечен обмен влаги в толще бетона с влагой внешней атмосферы. В капиллярно-пористом материале, каким является бетон, всегда содержится влага в микро- и макрокапиллярах в виде паров воды и адсорбированной воды. Эта система находится в состоянии подвижного равновесия с внешней средой — чем выше ее влажность, тем больше влаги в бетоне, и наоборот.
При повышении температуры среды температура в бетоне остается в течение некоторого (достаточно длительного) времени более низкой, создается градиент теплового потока (от поверхности бетона — к глубинным слоям). Влага в бетоне- перемещается вглубь, повышая его суммарную влажность При понижении внешней температур имеют место обратные процессы, перемещение влаги идет к наружной поверхности.
Если поверхность покрыта паронепроницаемым слоем, например красней нли плотно прилегающей облицовке х неизбежно в поверхностных слоях будет происходить накопление воды, при замораживании которой создаются условия для разрушения бетона.
Следовательно, для такого года сооружении кроме требований к плотности, прочности бетона должно быть выдержано и условие обеспечения равновесия во влажностном состоянии материала и внешней атмосферы Этому условию отвечает метод гидрофобизации, при котором перемещение жидкости я бетоне от периодически смачиваем водой поверхности в глубь а возможность сь.бодих обмена влаги между бетоне и наружной средой сохраняется.
Таким образом, практика подтвердила теоретические и экспериментальные результаты применения гидрофобизатора как средства повышения стойкости и долговечности железобетонных конструкций.
Но было бы неправильно считать гидрофобизацию панацеей от всех бед. Этот метод нельзя использовать для защиты напорных сооружений, где проникание и движение водных растворов в бетоне происходит за счет градиента гидравлического давления. Не дает он положительного эффекта и при коррозии вида и в сильно- агрессивной среде, например при действии КИСЛОТ/
При периодическом смачивании и при коррозии, связанной с капиллярным смачиванием, гидрофобизация даст хороший технико-экономический эффект.
Экономический эффект от применения любого метода первичной и вторичной защиты в конечном счете определяется не размером затрат в период возведения сооружения, а снижением суммарного расхода на выполнение текущих и капитальных ремонтов в период эксплуатации. И здесь метод гидрофобизации имеет определенное преимущество по сравнению с другими средствами защиты (особенно вторичной) по стоимости, простоте выполнения и долговечности.