Влияние солей проникающей гидроизоляции на фазовый состав и пористость цементного камня

В настоящее время в строительстве применяется большое количество гидроизоляционных материалов, различных по механизму действия. Особый класс представляет так называемая гидроизоляция проникающего действия, при использовании которой водонепроницаемость бетона достигается не только за счет дополнительного защитного покрытия из цементного камня или раствора на его поверхности, но и в результате уплотнения его внутренней структуры.

Гидроизоляционные композиции проникающего действия в своем составе, как правило, содержат цемент, песок и комплекс солей. Исследование данных композиций позволило установить, что основную долю в повышение водонепроницаемости бетона вносит солевая составляющая композиции. Так, при обработке комплексом солей водонепроницаемость контрольного образца увеличивается на 78 %, а при использовании твердой нерастворимой гидроизоляционной части («песок + цемент») - на 43 % от значения водонепроницаемости образца, обработанного полным составом проникающей гидроизоляции (рис. 1). Полученные результаты подтверждают эффективность химических добавок в гидроизоляционных составах. Поэтому в дальнейшем мы исследовали влияние только солевой составляющей на фазовый состав и пористость цементного камня.

Для выявления механизма формирования фазового состава цементного камня в присутствии солей проникающей гидроизоляции были проведены рентгенофазовый (РФА) и дифференциально-термический анализы (ДТА), а также ртутная порометрия контрольного бессолевого цементного камня и цементного камня, обработанного отдель но хлоридом кальция, нитратом натрия, сульфатом натрия, а также сульфатом алюминия, не входящим в известные составы проникающей гидроизоляции [1]. Образцы пропитывали растворами солей после твердения камня в течение 3 месяцев. В качестве контрольного образца рассматривался цементный камень на основе портландцемента ПЦ 500-Д0 Искитимского цементного завода.

РФА (рис. 2) показывает, что пропитка камня нитратом натрия NaNO3 приводит к более активному образованию эттрингита (AFt) и моногидросульфоалюмината кальция (AFm). Об этом свидетельствует повышение интенсивности линий с межплоскостными расстояниями 9,77; 5,62; 4,69; 3,88; 3,48 А для AFt и 8,98; 4,71; 2,88; 2,45; 1,80; 1,63 А для AFm [2].

Заметно снижение количества Са(ОН)₂ QHn, А: 4,93; 2,63; 1,93). Кривые комплексных термограмм цементного камня, обработанного NaNO₃ (рис. 3), также показывают большее количество гидросульфоалюминатов AFt и AFm фаз в области 135 и 199 °C в сравнении с термограммами цементного камня без добавок. Эндоэффекты при 135,275, 597 °C отражают ступенчатую дегидратацию гидронитроалюмината кальция 3CaO Al₂O₃ Ca(NO₃)₂' ЮН₂О, образовавшегося в результате реакции между гидроалюминатом кальция, гидроксидом кальция и нитратом натрия [3]. Уменьшается площадь эндоэффекта при 486 °C, отражающего дегидратацию Са(ОН)₂, об этом свидетельствует и уменьшение потери массы при данном эффекте с 3,01 % до 2,27 %.

На рентгенограммах цементного камня, пропитанного раствором хлорида кальция СаС12з появляются новые фазы: моногидрохлорид алю-

0 Контроль □ Растворная часть (П+ПЦ) И Кальматрон И Раствор солей Кальматрона

4,93           3,04 2,63

а)

Рис. 2. Рентгенограммы цементного камня, исходного (б) и обработанного раствором нитрата натрия NaNO3 (а) после предварительного твердения в течение 3 месяцев

Рис. 1. Водонепроницаемость цементно-песчаного раствора при обработке его композицией-аналогом «Кальматрона» и его составными частями: 1-1 сутки; 2-3 сутки; 3-7 сутки; 4-28 сутки

DTA/uV

Рис. 3. Дериватограмма цементного камня, обработанного раствором нитрата натрия NaNO3, после предварительного твердения в течение 3 месяцев

мината кальция ЗСаО-А12О3СаС1210Н2О ^Д!тц А: 7,89; 2,7; 2,56; 2,32) и высокоосновная форма оксихлорида кальция ЗСа(ОН)2СаС1212Н2О У!п, А: 2,71; 2,56; 2,41; 2,16) [3]. Добавка СаС12 способствует увеличению в образцах количества высокоосновной формы гидросульфоалюмината кальция ГСАК-3 <.d!n, к 9,77; 5,62; 3,88; 2,56). Вместе с этим цементный камень с СаС12 отличается от контрольного цементного состава сниженным содер- жанием Са(ОН)2 yin, к 4,93; 3,11; 2,63; 1,93). Данные РФА подтверждает дифференциальнотермическое исследование. Наличие эндоэффекта при 323 °C свидетельствует о том, что обработка цементного камня раствором СаС12 приводит к образованию ЗСаО А12О3 СаС12 ЮН2О [3]. Анализ кривых дериватограмм показывает большее количество гидросульфоалюминатов кальция в области 140 °C. Сокращается площадь эндоэффекта при

Бровкина Н.Г., Овчаренко Г.И., Быков В.Г., Изосимов М.П.

2,00Е+00 1,80Е+00 1,60Е+00

^ 1,40Е+00 1,20Е+00

с 1,00Е+00

i 8,00Е-01

§ 6,00Е-01 4,00Е-01 2,00Е-01 0,00Е+00

Ц.К. Ц.К. с Ц.К. с ЦК. сСаС2 ЦК. с

Na2SO4 NaN03              A12(SO4)3

OS-суммарный Иг1>10л4 0 10л4>г2>10лЗ □ 10лЗ>гЗ>10л2 ■ г4<10л2

Рис. 4. Распределение пор по размерам в образцах цементного камня, обработанных растворами солей Na2SO4, NaNO3, СаС12, AI2(SO4)3

490 °C, что свидетельствует об уменьшении содержания Са(ОН)2.

При обработке цементного камня раствором сульфата натрия Na₂SO₄, в результате обменной реакции последнего с Са(ОН)₂ образуется дополнительное количество гипса CaSO₄-2H₂O, что приводит к увеличению содержания эттрингита (d/n, А: 9,77; 5,62; 3,88; 3,60). Повышение количества ГСАК-3 отражают и данные ДТА: увеличивается площадь и потеря массы эндоэффекта при 141 °C. Наличие Na₂SO₄ уменьшает содержание Са(ОН)₂. Площадь эндоэффекта при 500 °C уменьшается, как и потеря массы, которая снижается в сравнении с контрольным значением на данном эффекте с 3,01 % до 2,68 %.

Также РФ А фиксирует дополнительное образование эттрингита с межплоскостными расстояниями 9,7 7; 5,62; 3,8 8; 4,6 9; 2,5 6 А при обработке цементных образцов раствором сульфата алюминия A12(SO4)3 [1].

Данные РФА и ДТА свидетельствуют о том, что пропитка цементного камня растворами солей СаС12, NaNO3, Na2SO4, а также A12(SO4)3 приводит к их взаимодействию с составляющими цементного камня с образованием, главным образом, различных AFt и AFm фаз:

• 1)    A1₂(SO₄)₃ + Са(ОН)₂ + Н₂О

  -► C₃A-3CaSO₄-32H₂O;

• 2)    C₄AHi₃_]9 ~ь СаС1₂ + Н₂О *

С3АСаС1210Н2О + Са(ОН)2СаС1212Н2О;

• 3)    С₄АН₁₃_₁₉ + NaNO₃ + Са(ОН)₂+ Н₂О ->

  -> C₃ACa(NO₃)₂10H₂O+NaOH;

• 4)    С₄АН₁₃.₁₉ + Na₂SO₄ + Са(ОН)₂ + Н₂О -> C₃A-3CaSO₄-32H₂O+NaOH.

Наличие дополнительных новообразований в уже затвердевшем камне должно снижать его по ристость. Для подтверждения этого был проведен анализ ртутной порометрии образцов, пропитанных указанными выше солями. Согласно данным порометрии (рис. 4), суммарная пористость образцов, обработанных растворами солей, уменьшается. При этом происходит существенное сокращение количества пор размером 104 > г2 >103 А, пор капиллярного характера, располагающихся между малогидратированными частицами цемента, а также в массе кристаллизующихся новообразований. Объем пор радиусом 1000 А (100 нм) - 10000 А (1000 нм) уменьшается до 60-65 %. Заметно снижение (до 40 %) микропор 103>гЗ>102 А, возникающих между отдельными кристаллами гидратов и их сростками в массе новообразований.

Таким образом, уплотнение структуры цементного камня в бетоне при пропитке его растворами солей проникающей гидроизоляции происходит из-за обменных реакций с образованиеми большего количества AFt и AFm фаз. При их образовании снижается размер и объем пор, что приводит к увеличению водонепроницаемости цементного камня.