Гидроизоляционные материалы улучшенного качества

В современном строительстве широко востребованыгидроизоляционные материалы на неорганической основе, показателитрещиностойкости, адгезионной прочности, водонепроницаемости и морозостойкостикоторых необходимо повышать.

Одним из способов совершенствования свойствгидроизоляционных материалов может быть использование химических добавок, в томчисле добавок нового типа, которые разработаны и используются для тяжелых илегких бетонов в работах кафедры «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС (подруководством проф. Л. Б. Сватовской). К добавкам такого типа относятсяколлоидные растворы кремниевой кислоты, содержащие частицы наноразмера ихарактеризующиеся специальными поверхностными свойствами, которые и должныспособствовать улучшению указанных выше свойств — трещиностойкости, адгезионнойпрочности, водонепроницаемости и морозостойкости.

В соответствии с современными представлениями,рассматриваемые гидроизоляционные материалы относятся к тонкослойным цементнымкомпозициям (ТЦК), поскольку им свойственна малая толщина (до 20 мм) при большой открытойповерхности уложенного материала (поэтому к качеству ТЦК и предъявляютсяповышенные требования).

Рассматриваемая нами проблема решалась в рамках схемывзаимодействия ТЦК с бетонным основанием-подложкой, представленной на рис.1.

(1) Са2+		+ ? ОН2 ®	Са	?	ОН2
Покрытие		Основание	Контактная зона
(2) Са2+		+ ? ОН2 ®	Са	?	ОН2
Основание		Покрытие	Контактная зона

Рис. 1

Эти композиции объединяет цементная матрица, или гидросиликатнаяоснова, которая предполагает, что в ТЦК должны быть использованы добавки,увеличивающие при твердении образование гидросиликатных фаз, в том числе иновых гидросиликатов, а также способствующие проникновению компонентов ТЦКвглубь бетонного основания и обеспечивающие при этом дополнительное повышенноеобразование гидросиликатных фаз в основании-подложке.

Предлагаемые добавки, например коллоидный растворкремнекислоты, содержащий дисперсии размера 10–5...10–7 см, будут оказывать нагидроизоляционное поверхностное покрытие одновременно три воздействия:

1) усиливать гидратацию;

2) блокировать поры соответствующего размера;

3) способствовать увеличению водонепроницаемости, клеящейспособности за счет присутствия коллоидных частиц кремнезоля.

Вместе взятые эти воздействия обеспечат повышение плотностиструктуры ТЦК, следствием чего будет повышение трещиностойкости,водонепроницаемости, морозостойкости и адгезионной прочности к бетоннойподложке.

Кроме того, возможно возникновение донорно-акцепторноговзаимодействия между гидросиликатами наносимого покрытия и поверхностибетонного основания-подложки и формирование, таким образом, повышеннойадгезионной прочности ТЦК к бетонному основанию. (При этом схемы 1 и 2 (рис.1) свидетельствуют о том, что чем больше гидросиликатов образуется впокрытии и присутствует в основании, тем выше качество контактной зоны и всеймакрокомпозиции в целом.)

Для получения гидроизоляционной ТЦК проникающего действияучтено химическое взаимодействие вводимых электролитов с составляющими поровойжидкости бетонной основы и образование труднорастворимых соединений, которыебудут блокировать продвижение компонентов ТЦК.

Исследования по ГОСТ 5802-86 показали, что водопоглощениеТЦК с кремнезолем уменьшается на 18–23 % до 2,5 % (рис. 2). Приэтом (установлено с помощью автоматического анализатора изображений«ВидеоТест») уменьшается размер пор.

Рис. 2

Физико-химическими методами исследования определено, что вприсутствии кремнезоля повышается степень гидратации цемента, а по даннымдифференциально-термического исследования установлено, что в присутствиикремнезоля количество химически связанной воды увеличивается на 26 %.

Этот вывод подтверждают данные калориметрическихисследований, которые показали, что общее количество тепла, выделяющееся через72 ч, с кремнезолем на 17 % выше и составляет 273 кДж/г.

Исследование трещиностойкости производилось по косвеннойоценке — отношению прочности при изгибе к прочности при сжатии. Установлено,что для всех видов цемента в присутствии 0,3 % кремнезоля происходит повышениепрочностей при сжатии и изгибе, причем наибольший рост прочности при изгибе (40%) наблюдается при использовании Пикалевского портландцемента ПЦ400 Д20, чтоповышает Ктр ТЦК от 0,18 для контрольного состава до значения 0,23 с золем.Исследования морозостойкости показали, что в присутствии кремнезоляморозостойкость ТЦК повышается на 50 % и достигает значения, соответствующегомарке F300, а водонепроницаемость увеличивается на 33 % от марки W12контрольного состава до марки W16 с кремнезолем (табл. 1).

Состав покрытия	Морозостойкость		Водонепроницаемость
	Циклы	Марка, F	МПа	Марка, W
Базовый состав ТЦК	200	200	1,2	12
Базовый состав ТЦК + кремнезоль	300	300	1,6	16

Таблица 1

Поскольку ТЦК гидроизоляционного покрытия используется втонком слое до 20 мм,то было чрезвычайно важно определить, какова степень защиты бетонного основанияподложки по водонепроницаемости при разной толщине наносимой ТЦК, или иначе,что происходит со свойствами бетонного основания, при нанесении ТЦК разнойтолщины. Для исследования в качестве подложки использованы бетоны класса от В15до В30.

Нами определено (рис. 3), что, во-первых,водонепроницаемость бетона, покрытого ТЦК с кремнезолем, повышается, иво-вторых, толщина ТЦК не должна превышать 10 мм. При этих параметрахводонепроницаемость бетонного основания повышается на 0,8 МПа; каждые 2,5 мм защитного покрытияповышают водонепроницаемость бетонного основания на 0,2 МПа. При этом ТЦК,активированная кремнезолем, толщиной 7,5–10 мм поднимает уровеньводонепроницаемости бетона класса В15 до уровня высококачественного бетонакласса В30.

Рис. 3

Установлено (рис. 4), что адгезионнаяпрочность увеличивается на 41–65% при использовании ТЦК, активированнойкремнезолем (кривая 2) и отличающейся повышенным содержаниемгидратных соединений, и на 35–47 % при увеличении класса бетона от В15 до В30,используемого в качестве подложки и также характеризуемого повышеннымсодержанием гидратных соединений.

Рис. 4

Полученные результаты подтверждают идею о том, что чембольше гидросиликатов в основании и покрытии, в котором использованы бетоныразных классов, тем выше адгезия (что, видимо, объясняется большим количествомсвязей по донорно-акцепторному механизму взаимодействия). Кроме того, отрывпокрытия, активированного золем, идет по основанию или покрытию (когезионно), вто время как в контрольном образце разрыв идет по контакту, то есть зольусиливает контактную зону.

При создании высокоэффективных ТЦК, кроме повышенныхтребований к основным физико-механическим характеристикам покрытия и егоадгезии к подложке, требуется следующий уровень взаимодействия «покрытие —основание», в результате которого компоненты ТЦК проникают в бетонную подложкуи обеспечивают при этом улучшение ее эксплуатационных свойств.

Полученные данные подтверждают предположения о том, что прииспользовании добавки нового типа, представленной коллоидным растворомкремниевой кислоты, улучшаются основные физико-механические характеристики ТЦК,а именно — трещиностойкость, водонепроницаемость, морозостойкость и адгезионнаяпрочность. ТЦК, активированная кремнезолем, представляет собойгидроизоляционный материал улучшенного качества.