Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы

Н есмотря на огромное количество существующих защитных покрытий для строительных материалов большинство из них выполняет свои функции в течение достаточно короткого времени. Общеизвестна необходимость повторного окрашивания наружных поверхностей зданий из-за разрушения слоя краски. Короткий срок службы подавляющего большинства окрашивающих материалов обусловлен тем, что в условиях атмосферных воздействий они быстро разрушаются [1]. В связи с этим актуальна проблема создания специализированных пропиточных составов, позволяющих поддерживать высокий уровень защитных свойств строительных материалов в течение длительного времени.

В работах [2, 3] были представлены данные исследований эффективности гидрофобизации и улучшения механических свойств пористых строительных материалов (цементные бетоны, керамический и силикатный автоклавный кирпич, газобетон) с помощью нового вида пропиточной композиции «Аквастат», которая представляет собой водный серосодержащий раствор, стабилизированный специальными добавками [4]. Было показано, что пропитка строительных материалов раствором «Аквастат», позволяет улучшить все основные характеристики - существенно снизить водопоглощение, повысить прочность и морозостойкость. Установлено также, что состав не вымывается водой и обладает бактерицидными свойствами. Пропитанные им материалы обладают паропроницаемостью, приобретают химическую стойкость по отноше-

И.А. МАССАЛИМОВ Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы нию к солевым растворам, кислотам, органическим растворителям, не подвергаются деструкции под действием атмосферных факторов и защищают строительные изделия и конструкции в течение длительного времени. Указанные существенные улучшения всех эксплуатационных характеристик обеспечиваются образованием в процессе пропитки на-норазмерного водоотталкивающего слоя серы на поверхности пор строительных материалов.

Таким образом, предложенный в [2 - 4] метод пропитки строительных материалов может быть успешно использован для защиты всех элементов конструкций, подверженных интенсивному воздействию влаги: фундаментных блоков, колодезных колец, водопропускных труб, шпал, участков стен, свай, арок, перекрытий, бордюрных камней, тротуарной плитки. Т. е., состав может быть использован в тех случаях, когда применение большинства традиционно используемых материалов проблематично. Причиной столь успешного применения предлагаемого состава является неорганическая природа серы, которая не подвергается со временем деструкции, как широко используемые в качестве защитных покрытий органические материалы - полимеры. Химическая инертность серы, ее стойкость к агрессивным средам придает предлагаемому пропиточному материалу химстойкость, что также обуславливает долговечность защитного покрытия на основе серы.

В данной работе, в развитие данных полученных в [2 - 4], приводятся результаты исследований влияния пропитки на свойства строительных материалов. Ранее в [2 - 4] указывалось, что в результате пропитки на поверхности пор строительных материалов образовывался нанораз-мерный водоотталкивающий слой серы, обеспечивающий долговечную и эффективную защиту строительных материалов от химических и атмосферных воздействий. Наличие наночастиц на сколах бетонных образцов определялось с помощью изображений сканирующего мультимикроскопа СММ-2000Т. В данной работе проведен анализ распределения размеров частиц серы, выделенных из пропиточного раствора. Для этой цели серосодержащие молекулы пропиточного раствора разрушали, в результате молекулярный раствор превращался в гидрозоль серы, который промывали водой. Затем порошок серы высушивали и на устройстве Shimadzu SALD – 7101 проводили измерение интегрального (рис. 1а) и дифференциального (рис. 1б) распределения частиц серы по размерам.

( к содержанию з

И.А. МАССАЛИМОВ Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы

а

Рис. 1. Распределение частиц по размерам, полученных из пропиточного раствора «Аквастат»: а - интегральное распределение; б - дифференциальное распределение

Из рис. 1а видно, что все частицы имеют размер меньший, чем 220 нм, причем 90% частиц имеют размер меньший 100 нм. Измерения показали, что минимальный размер частиц, зафиксированный устройством Shimadzu SALD – 7101, равнялся 20 нм. Из рис. 1б видно, что максимальное число частиц имеет размер около 50 - 60 нм. Несмотря на то, что условия образования наночастиц в порах материалов и в гидрозоле разные, кривые дифференциального и интегрального распределения частиц по размерам на рис. 1 близки к значениям, полученным с помощью сканирующего мультимикроскопа СММ-2000Т. Этот факт свидетельствует о том, что в процессе высыхания и в порах и порошка серы, полученного из пропиточного раствора, происходит трансформация молекул пропиточного состава в наночастицы серы.

И.А. МАССАЛИМОВ Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы

При использовании на практике таких изделий как бетонные плитки мощения, которые эксплуатируются в жестком режиме воздействия влаги и механических нагрузок, а также знакопеременных температур важно использовать изделие с минимальными значениями коэффициента водопоглощения, так как срок службы его сильно зависит от количества воды, проникшей в поры. Для выяснения возможности уменьшения коэффициента водопоглощения при использовании пропитки «Аквастат» были проведены измерения кинетики водопоглощения для вибропрессованной бетонной плитки при изменении продолжительности пропитки образцов. Кинетика водопоглощения измерялась в течение двух суток, данные приведены на рис. 2.

Из рис. 2 видно, что уже погружение вибропрессованной бетонной плитки в серосодержащий раствор на 2 часа существенно снижает во-допоглощение. Результаты показывают, что водопоглощение плитки сильно зависит от продолжительности пропитки. Установлено, что

Рис. 2. Кинетика водопоглощения вибропрессованных бетонных плиток в зависимости от длительности пропитки водорастворимой серой способом полного погружения:

1 - непропитанный (контрольный) образец тяжелого бетона;

2 - непропитанный (контрольный) образец вибропрессованной бетонной плитки;

3 - пропитка вибропрессованной плитки в течение 2 ч полным погружением в раствор серы;

4 - то же, в течение 5 ч;

5 - то же, в течение 12 ч;

6 - то же, в течение 48 ч.

И.А. МАССАЛИМОВ Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы пропитка ее в течение 48 часов практически устраняет проникновение воды в поры и превращает вибропрессованную бетонную плитку практически в водонепроницаемый материал, пригодный для длительного применения в условиях действия знакопеременных температур. Таким образом, варьируя продолжительность пропитки, осуществляемой погружением изделия в раствор при комнатной температуре, можно добиваться желаемого результата.

Не менее важной характеристикой, обуславливающей практическое применение изделий из бетона, является его прочность, способность не разрушаться при ударных воздействиях. В [2, 3, 5] было установлено, что однократная пропитка «Аквастат» приводит к упрочнению плитки мощения на 37% и увеличению количества ударов до разрушения в 2,9 раз. Для исследования влияния продолжительности пропитки на прочность и ударную стойкость были пропитаны образцы бетона в течение 6 и 12 часов, высушены и измерены их механические характеристики, приведенные в таблице. Из нее видно, что варьирование продолжительности пропитки практически не влияет на плотность бетона, привес массы в сухом состоянии и на величину упрочнения, – для обоих вариантов пропитки упрочнение равно 32%. Необходимо отметить кардинальное увеличение ударной стойкости. Причем, ударная стойкость

Показатели плотности, прочности и ударной выносливости вибропрессованной бетонной плитки, пропитанной серосодержащим раствором плотностью 1,24 г/см2 *

В s s в о в и s ф ft м	X! у и в Н О 5 в в о К v	ф V Я о „ В В ”g ® В v \О в h 6 О S н g у Ф R В о Е 2 ° В 1 s ft п	Л У ^ ^ и и ф к £ ft в в ° 5 ч м ™ ХО л В О ft 3 ф § н ф а л V   В ф м В И „ ф к	Статическая прочность бетона при сжатии, МПа		Упрочнение, %	Количество ударов до разрушения бетона
				непро-питанного	пропитанного		непро-питанного	пропитанного
6	2,27	2,43	6,8	21,2	28,0	32,0	141	410	191
12	2,28	2,44	6,9	20,7	27,3	31,9	139	448	322

* Испытания на ударную стойкость проводились ударами груза массой 4,5 кг, падающего с высоты 1 м

И.А. МАССАЛИМОВ Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы зависит от продолжительности пропитки: при пропитке в течение 6 часов она увеличивается в 2,9 раз, также как и в [2, 3], а при пропитке в течение 12 часов увеличение ударной стойкости достигает 3,22 раза. Таким образом видно, что обработка «Аквастат» позволяет существенно (в разы) увеличить стойкость материалов к разрушению и имеет прямой смысл ее использовать для обработки таких изделий как: тротуарные плиты мощения, дорожные плиты и др., т. е. для всех изделий по которым осуществляется движение людей и транспорта.

Представленные в данной работе и ранее в [2–6] результаты указывают на то, что серосодержащие растворы хорошо зарекомендовали себя в сложных ситуациях, когда изделия эксплуатируются в условиях статического воздействия, воды, механических воздействий. В этих условиях эксплуатируются дорожные изделия и элементы конструкций подвалов, цоколей, стоки, лотки, колодцы и др. В этих случаях пропитка используется в качестве самостоятельного защитного покрытия. В то же время опыт работы показывает, что возможно его использование и в качестве эффективной грунтовки перед нанесением битумного покрытия на крыши домов (рис. 3. (а) и (б)).

В этом случае перед нанесением битума или любой другой полимерной композиции проводится обработка цементной стяжки пропиткой «Аквастат». Необходимо отметить, что сера очень хорошо совмещается с битумом, особенно при горячем способе, который используется в боль-

б

а

Рис. 3. Общий вид кровли многоэтажного дома (а) и схема расположения защитных слоев крыши, перечисленных в порядке их расположения сверху вниз (б)

^^^^^^^^^^^^ 60

к содержанию 1

И.А. МАССАЛИМОВ Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы шинстве случаев. В этих случаях сера в области пор, куда попадает битум, играет роль связующего элемента между органическим покрытием и минеральной компонентой цементной стяжки. Такой способ защищает здание от протечек воды, даже если будет поврежден слой битумной кровли.

Данные, представленные в этой работе, позволяют надеяться на широкое распространение предложенного авторами эффективного и долговечного способа защиты строительных материалов от атмосферных и химических воздействий с применением пропитки «Аквастат».

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Массалимов И.А., Мустафин А.Г., Чуйкин А.Е. и др. Упрочнение и увеличение водонепроницаемости бетона покрытиями на основе наноразмерной серы // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2010, Том 2, № 2. C. 54–61. URL: (дата обращения: __________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Massalimov I.A., Volgushev A.N., Chuikin A.E. et al. Building material protection of long duration by the coatings on basis of nanosized sulfur. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2010, Vol. 2, no. 2, pp. 54–61. Available at: (Accessed _______). (In Russian).