Л. П. ОРЕНТЛИХЕР, д-р техн. наук, проф., И. П. НОВИКОВА, канд. техн. наук (МИСИ); И. И. ЛИФАНОВ, д-р техн. наук, Э. Н. ЮРЧЕНКО, инж. (ВНИИФТРИ), Способы оценки влияния поверхностной гидрофобизации бетона и модифицирующих его структуру добавок
Для оценки степени и причин повышения долговечности бетона при защите его поверхности гидрофобными составами проводили дилатометрические и калориметрические исследования [1...3] нескольких партий керамзитобетона класса В 12.5 средней плотности 1200 кг/м3. Слитная структура бетона при этом модифицировалась воздухововлекающей добавкой КМ или суперпластификатором С-3. Поверхность бетонных образцов покрывалась кремний-органическим гидрофобизатором 119- 215, либо кремнийорганической жидкостью 136-41.
Дилатометрический эффект характеризовался депрессией температуры фазового перехода воды и значением относительного удлинения — скачка деформаций. Как известно, депрессия температуры замерзания воды определяет размер пор, в которых замерзает вода. Чем меньше поры, тем при более низкой температуре вода переходит в лед; температурный скачок деформаций оценивает число пор, в которых удерживается вода.
На рис. 1 представлены результаты дилатометрических измерений воздушно-сухих- и водонасыщенных образцов с защитным покрытием и без него. Из сопоставления кривых видно, что в воздушно-сухом состоянии низкотемпературные деформации образцов, защищенных и не защищенных гидрофобизатором, практически идентичны. Однако температурные деформации водонасыщенных образцов резко отличаются. Дилатометрический эффект образцов без покрытия проявляется прн температуре—4 и 10 °С. При этом предельное относительное удлинение составляло е( = Д///= (56...76) X Ю 5. Образцы того же состава с покрытием 119— 215 имели меньший разброс депрессии температуры замерзания воды, удерживаемой порами бетона (—8...10 СС), и небольшой дилатометрический эффект, равный е, = (7...10)Х 10-5. Меньшее значение дилатометрического эффекта наблюдалось у образцов, покрытых самым эффективным в настоящее время гидрофобным составом 136—41. Для них предельное относительное удлинение составляло с. = (3-6)Х 10-5.
На рис. 2 представлены результаты дилатометрических измерений образцов керамзитобетона состава 2 с добавкой КМ. Введение добавки КМ не меняет размер пор по отношению к контрольному составу, о чем свидетельствует переход воды в лед при тех же температурах (— 4 н — 11 °С). Одиако добавка КМ влияет на перераспределение объема этих пор. Так, для состава 2 оказалось, что пор, в которых вода переходит в лед при — 4 °С, в 3 раза меньше, чем в составе 1. Гидрофобное покрытие 119—215 во всех рассматриваемых случаях резко уменьшает дилатометрический эффект. Приведенное относительное удлинение при температуре — 1 1 °С уменьшилось с 64х105 до 8Х105. При температуре — 5 °С этот эффект у образцов состава 2 с покрытием 119— 215 практически отсутствовал. У образцов с кремнийорганическим покрытием 136-41 температура замерзания воды смещена к — 12...— 13 °С. Разброс депрессии температуры и дилатометрического эффекта не наблюдается 8Х 10*5.
На рис. 3 представлены результаты дилатометрических измерений образцов керамзитобетона с добавкой С-3 (состав 3). Введение С-3 не приводит к образованию пор, в которых вода переходит в лед при — 4 °С. Защитные покрытия 119-215 и 136-41 для бетона состава 3, как и для керамзитобетона состава 2, резко снижает дилатометрический эффект. Дилатометрические кривые образцов с С-3 характеризуются появлением второго температурного скачка — резкого деформирования бетона при — 50 “С (см. рис. 3).
Из анализа результатов дилатометрических измерений видно, что добавки и поверхностное гидрофобное покрытие бетона по-разному влияют на поведение водонасыщенного бетона при замораживании.
Модифицирующие добавки приводят к образованию в бетоне более мелких (в нашем случае незначительно отличающихся по размеру) пор, что подтверждается более низкими температурами фазового перехода воды (— 10 °С). Модифицирующие добавки, введенные в состав бетона при изготовлении, ненамного уменьшаю пеформации водонасыщенного бетона при замораживании. В то же время гидрофобное поверхностное покрытие бетонных образцов кремннйорганическими жидкостями 119-215 и 136-41 независимо от наличия в них модифицирующих добавок способствовало многократному уменьшению деформаций образцов при замораживании. Гидрофобное гокрытж препятствует насыщению пор бетона водой до критического состояния и, как следствие, неизбежно приводит к повышению водо- и морозостойкости бетона. Однако эффект гидрофобизации поверхности с точки зрения значительного снижения водопоглощения бетона наблюдается прн кратковременном увлажнении до 24 ч. Затем при нахождении в воде в течение 48 ч ,по методике дилатометрических испытаний эффект гидрофобизации сводится к нулю и восстанавливается при высыхании бетона. При этом водонасыщенные образцы с покрытием и без него, казалось бы, не должны отличаться дилатометрическим эффектом, так как водопоглощенне у них к этому времени уравнивается [4]. Но, как видно из рис. 1...3, резкое снижение дилатометрического эффекта наблюдается у образцов с кремнийорганическимн покрытиями. Дилатометрическая кривая водонасыщенных образцов без покрытия выше дилатометрической кривой тех же образцов в воздушно-сухом состоянии. У керамзитобетона с защитным составом дилатометрическая кривая круто опускалась вниз, располагаясь ниже кривой тех же образцов в воздушно- сухом состоянии. Это свидетельствует о том, что при охлаждении последних (в данном случае до — 30 °С) происходит обезвоживание бетона вследствие миграции воды и части образцов к периферии. Незначительный дилатометрический эффект обусловлен тем, что в поверхностном слое бетона, защищенном кремнийорганическим покрытием, отсутствовала вода насыщения, а следовательно, и лед, поэтому мигрирующая вода свободно проникала в поры и капилляры поверхностного слоя, постепенно замерзая в них по мере заполнения. Это приводило к тому, что фазовый переход воды практически не вызывал деформирования образцов.
При калориметрическом методе [31 структура бетона оценивается по объемной льдистости 0 (калориметрическому эффекту) или по обобщенному параметру т=/0(В/Ц)-3. Объемную льднстость 0 определяют, исходя из экспериментальных данных, как отношение объема образовавшегося в порах бетона льда к объему образца. Объем образовавшегося льда определяют по формуле
Калориметрические измерения показали, что в бетоне с добавкой КМ (образцы 2—1 н 2—2) образуется меньшее количество льда по сравнению с контрольными образцами. Меньшее количество льда образуется также в образцах с покрытием (1-4п и 1-5п). Льдистость по массе образцов бетона составов I и 2, имеющих гидрофобное покрытие, примерно одинакова (см. таблицу). Несмотря на высокую льдистость, образцы имели незначительный дилатометрический эффект.
На первый взгляд, кажущихся противоречий по результатам дилатометрических и калориметрических измерений нет. В образцах с гидрофобным покрытием н без него вода замерзает в различных условиях. Вода, содержащаяся в поверхностном слое контрольного бетона без покрытия, замерзая, в первую очередь блокирует воду, находящуюся в центральной части образцов, поэтому последняя как бы замерзает внутри образца, расширяя его объем. В бетонных образцах с гидрофобным покрытием поверхностный слой содержит меньшее количество воды, поэтому при охлаждении образцов она мигрирует, а следовательно, замерзает без деформирования бетона.
Таким образом, в незащищенных и защищенных гидрофобными составами образцах замерзает примерно одинаковое количество воды. В первом случае это приводит к деформированию образцов, во втором — деформирования ие происходит.
Калориметрия замерзшего бетона, отражая его капиллярно-пористое строение, позволяет прогнозировать морозостойкость, но не способна выявить влияние перераспределения влаги при ее замерзании на морозостойкость бетона при наличии гидрофобного покрытия, которое не изменяет структуру материала.
Дилатометрические испытания четко показали изменение качественных и количественных характеристик бетона при его замораживании и положительное влияние гидрофобного покрытия на морозостойкость керамзитобетона.
Бетон и железобетон, 1991