Прочность и долговечность бетона, модифицированного пропиточными составами на основе серы

ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ БЕТОНА, МОДИФИЦИРОВАННОГОПРОПИТОЧНЫМИ СОСТАВАМИ НА ОСНОВЕ СЕРЫ

Проведены исследования по изучению влияния пропитки полисульфидным раствором на изменение прочности бетона и ее влияния на ударную стойкость бетонной плитки. Результаты данных исследований свидетельствуют, что пропитка образцов вибропрессованной бетонной тротуарной плитки и бетонных образцов-кубов различных классов прочности водными растворами на основе полисульфида кальция приводит к существенному увеличению прочности на сжатие и ударной вязкости. Приведенные данные показывают, что прочность изделий можно регулировать, варьируя продолжительность и кратность пропитки, а также применяя метод предварительного вакуумирования образцов. Пропитка раствором полисульфида кальция плотностью 1,23 г/см3 может быть рекомендована для повышения прочности бетонных изделий, которые подвержены интенсивному увлажнению и механическим воздействиям.

М ашиночитаемая информация о CC- лицензии в метаданных статьи (HTML- код ):

, публикуется на условиях ...

ажнейшими проблемами эксплуатации объектов промышленного и гражданского строительства являются: повышение долговечности строительных материалов и изделий; повышение сроков эксплуатации возводимых и существующих зданий и сооружений; снижение затрат на эксплуатацию и ремонт зданий; создание комфортных условий эксплуатации помещений; сохранение исходного внешнего вида и уменьшение степени загрязнения наружных поверхностей зданий и сооружений. Названные проблемы предопределены пористой структурой строительных материалов и конструкций, в том числе бетонных и железобетонных [14].

Стены, фундаменты, перекрытия, покрытия и другие бетонные элементы зданий, а также дорожной инфраструктуры (бордюры, плиты мощения для дорог, улиц, тротуаров) в процессе эксплуатации увлажняются и накапливают в своей поровой структуре воду.

Наличие воды в поровом пространстве бетонных изделий и конструкций значительно меняет условия их работы. Мигрируя через капиллярные поры, вода постепенно растворяет кристаллы солей, что в цикле попеременного увлажнения и осушения бетона нарушает структуру материала, уменьшает его прочность. Кроме того, вода при замерзании в поровой структуре бетона увеличивается в объеме до 10%, что создает давление на поверхности пор свыше 200 МПа (2000 кг/см2) [15–18]. Образующееся внутреннее напряжение в структуре бетона приводит к образованию трещин [12, 19]. Следовательно, для повышения долговечности и улучшения эксплуатационных свойств бетонных изделий и конструкций (прочности, теплоизоляционных характеристик, внешнего вида и др.) необходимо, прежде всего, защитить их от прямого воздействия воды [1, 2]. Эффективным способом снижения водопоглощения строительных материалов является пропитка различного рода водоотталкивающими (гидрофобизирующими) составами [11, 20, 22, 25].

При рассмотрении вопроса защиты конструкций зданий и сооружений необходимо учитывать то, что разные части зданий, например, фасады и стены подвалов, подвергаются внешним воздействиям разного характера и интенсивности. Особенно быстро разрушаются лакокрасочные покрытия, нанесенные на части зданий, соприкасающихся с землей

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

(подземные сооружения, подвалы, фундаменты, цоколи и др.), и которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности, таких, как действия грунтовых вод, а также воздействия механических нагрузок. Для защиты строительных конструкций, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, используются гидроизоляционные материалы проникающего действия (Пенетрон, Ксайпекс и др.), обеспечивающие блокирование порового пространства и защиту от проникновения влаги [21]. Но, несмотря на высокие характеристики этих гидроизоляционных материалов для обработки бетона, необходимо отметить их относительно высокую стоимость, что существенно сокращает круг потребителей.

Нами предлагается универсальный серосодержащий пропиточный состав [3], обеспечивающий проникновение и модифицирование структуры бетона и любых других пористых неорганических материалов. Пропиточный состав представляет собой жидкость, которая при обработке поверхности изделия или конструкции проникает на глубину 10–30 мм и более, образуя в порах материала защитное покрытие из гидрофобных наночастиц серы, которые не вымываются водой или другими растворителями и солевыми растворами [10].

Необходимо отметить, что применение нанотехнологий в области строительства в настоящее время позволяет решать важные задачи получения новых строительных материалов и дает существенные преимущества по сравнению с традиционными методами [4–6]. Вопросам снижения водопоглощения строительных материалов с применением на-норазмерных покрытий на основе серы посвящены работы [7, 8], в то же время возникающий при этом эффект упрочнения бетона освящен мало. Данная область применения пропиточных составов актуальна для целого класса изделий, таких, как дорожные и тротуарные бетонные плиты мощения, железобетонные трубы, кольца и арки засыпных мостов и др., которые в процессе эксплуатации подвергаются постоянным и интенсивным механическим и силовым воздействиям, и для них обеспечение высокой прочности и долговечности принципиально важно.

В связи с вышесказанным нами были проведены исследования по изучению влияния пропитки полисульфидным раствором на прочность вибропрессованных бетонных тротуарных плиток и образцов-кубов бетона размером 10х10х10 см.

Вибропрессованная бетонная плитка является распространенным изделием для мощения тротуаров городов России и обладает высоки-

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ ми декоративными свойствами (см. рис. 1), в тоже время на основании проведенных многолетних обследований тротуарных покрытий имеются вопросы по ее долговечности, связанные с повреждением бетонных плиток в условиях совместного механического воздействия и процессов замораживания и оттаивания (см. рис. 1) [23].

В работах [7–9] было показано, как обработка полисульфидным раствором существенно увеличивает морозостойкость вибропрессован-ных бетонных плиток с 300 до 600 циклов замораживания-оттаивания. В данной работе приведены результаты исследования зависимости прочности на сжатие вибропрессованной бетонной тротуарной плитки при различных способах обработки (см. рис. 2).

Исследуемый образец полностью погружался в полисульфидный раствор плотностью 1,23 г/см3 и выдерживался в растворе в течение определенного времени, далее образец высушивался при комнатной температуре до постоянного веса. Затем модифицированный образец испытывался на прочность по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

Из данных, приведенных на рис. 2, видно, что однократная пропитка плитки в течение 6 часов приводит к увеличению ее прочности на сжатие на 19,5%, увеличение продолжительности обработки до 12 часов приводит к увеличению прочности на 26,5%. Для образцов, пропитанных за два цикла по 12 часов, прочность на сжатие увеличивается на 41%. Таким образом, пропитка вибропрессованной бетонной тротуарной плитки полисульфидным раствором позволяет существенно уве- личить ее прочность.

Рис. 1. Бетонная плитка мощения: вид после укладки плит (слева); состояние после 4-х лет эксплуатации (справа)

Рис. 2. Зависимость прочности вибропрессованной бетонной тротуарной плитки от способа пропитки серосодержащим раствором:

1 – исходная серия образцов; 2 – образцы, пропитанные в течение 6 часов;

3 – образцы, пропитанные в течение 12 часов; 4 – образцы, пропитанные двукратно в течение 12 часов

При использовании тротуарной плитки важен параметр, учитывающий так называемую ударную вязкость, которая определяется как количество ударов до разрушения, которое может выдержать образец [13]. На рис. 3 приведены результаты определения количества ударов до разрушения для вибропрессованной бетонной тротуарной плитки, пропитанной серосодержащим раствором по трем вышеназванным способам.

Из диаграммы (см. рис. 3) видно, что пропитка приводит в существенному увеличению ударной вязкости: однократная пропитка в течение 6 часов приводит к увеличению числа ударов в 2,9 раза; увеличение продолжительности обработки до 12 часов приводит к увеличению до 3 раз; пропитка за два цикла по 12 часов приводит к увеличению ударной вязкости в 3,7 раза. Таким образом, пропитка вибропрессованной бетонной тротуарной плитки полисульфидным раствором позволяет существенно увеличить ударную вязкость изделий.

Рис. 3. Зависимость количества ударов до разрушения вибропрессованной бетонной плитки от способа пропитки серосодержащим раствором:

1 – исходная серия образцов; 2 – образцы, пропитанные в течение 6 часов;

3 – образцы, пропитанные в течение 12 часов; 4 – образцы, пропитанные двукратно в течение 12 часов

Наряду с вибропрессованной бетонной тротуарной плиткой в промышленном, гражданском, дорожном строительстве широко используются бетонные изделия различных классов прочности, которые подвержены интенсивному воздействию влаги и силовым воздействиям: фундаментные блоки, цокольные участки зданий, водопропускные трубы и арки засыпных мостов, шпалы, стены и полы подвальных помещений, сваи, перекрытия, бордюрные камни и др. [24]. Для изучения влияния обработки серосодержащим раствором на прочность бетона различных классов прочности в данной работе проведено определение прочности на сжатие образцов-кубов размером 10х10х10 см, пропитанных по различным режимам.

На рис. 4 приведены результаты определения прочности на сжатие бетонных образцов класса прочности на сжатие B15.

Из рис. 4 видно, что однократная обработка приводит к упрочнению образцов на 18%, двукратная обработка упрочняет бетон на 25%, а при-

Рис. 4. Зависимость прочности бетонных образцов класса прочности на сжатие B15 от способа пропитки серосодержащим раствором:

1 – исходная серия образцов; 2 – образцы, пропитанные в течение 6 часов;

3 – образцы, пропитанные в течение 12 часов; 4 – образцы, пропитанные в течение 1 часа двукратно с предварительным вакуумированием менение вакуумирования образцов и двукратной обработки упрочняет образец бетона на 43%.

На рис. 5 приведены результаты определения прочности на сжатие бетонных образцов класса прочности на сжатие B22,5.

Из рис. 5 видно, что однократная обработка приводит к упрочнению образцов на 14%, двукратная обработка упрочняет бетон на 19%, а применение вакуумирования образцов и двукратной обработки упрочняет образец бетона на 31%.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют сделать заключение, что пропитка образцов вибропрессованной бетонной тротуарной плитки и бетонных образцов-кубов различных классов прочности водными растворами на основе полисульфида кальция приводит к существенному увеличению прочности на сжатие и ударной вязкости. Данные, приведенные на рис. 2–5, показывают, что прочность изделий можно регулировать, варьируя продолжительность и крат-

Рис. 5. Зависимость прочности бетонных образцов класса прочности на сжатие B22,5 от способа пропитки серосодержащим раствором:

1 – исходная серия образцов; 2 – образцы, пропитанные в течение 6 часов;

3 – образцы, пропитанные в течение 12 часов; 4 – образцы, пропитанные в течение 1 часа двукратно с предварительным вакуумированием ность пропитки, а также применяя метод предварительного вакуумирования образцов.

Пропитка раствором полисульфида кальция плотностью 1,23 г/см3 может быть рекомендована для повышения прочности бетонных изделий, которые подвержены интенсивному увлажнению и механическим воздействиям, кроме того, обработка раствором полисульфида кальция приводит к существенному уменьшению водопоглощения бетона [7, 8, 9]. Применение предлагаемого метода упрочнения бетонных изделий позволит увеличить срок их службы, повысить безопасность эксплуатации конструкций зданий и сооружений, дорожных конструкций, в особенности частей сооружений, соприкасающихся с грунтом (подземные сооружения, подвалы, фундаменты, цоколи и др.) или эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности при атмосферных воздействиях или увлажнении грунтовыми водами.

У важаемые коллеги !

П ри использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё :

D ear colleagues !

T he reference to this paper has the following citation format :