Влияние гидрофобизирующей пропитки поверхности на долговечность материалов на основе цемента

Бетон, пропитанный полимером – Применение и свойства полимеров в бетоне

Применение различных полимеров в бетоне

  1. Бетон с полимерной пропиткой (PIC)
  2. Полимер-модифицированный бетон (PMC)
  3. Полимербетон (ПК)
  4. Полимер как защитное покрытие
  5. Полимер как связующее вещество
  6. Другие инновации

Бетон с полимерной пропиткой

В случае пропитанного полимером бетона форполимеры или жидкие мономеры с низкой вязкостью частично или полностью пропитывают систему пор структуры затвердевшего цементного композита. После этой процедуры всей обработанной конструкции дают полимеризоваться. Обычный процесс твердения затвердевшего бетона приводит к накоплению в его пустотах значительного количества свободной воды. Эти заполненные водой пустоты составляют значительную часть общего объема компонента. Он колеблется от 5% в случае плотного бетона и 15% в случае бетона с щелевой структурой. В случае пропитанного полимером бетона именно эти пустоты (поры, заполненные водой) необходимо заполнить выбранным полимером. Таким образом, основным фактором, влияющим на содержание мономера, являются: содержание влаги в затвердевшем бетоне и воздушные пустоты в бетоне.

Процедура производства бетона с полимерной пропиткой

Операции, связанные с процессом пропитки для получения пропитанного полимером бетона: 1. Доступен хорошо спроектированный цементный бетон. Они должны быть достаточно влажными, отвержденными и набрать оптимальную прочность. 2. Влага удаляется путем сушки бетона. Сушка осуществляется путем нагрева конструктивного элемента до температуры поверхности порядка 120-150 градусов Цельсия. Для сушки небольших образцов можно использовать воздушную печь. Если элемент имеет большую поверхность, можно использовать толстое одеяло, скажем, толщиной 10 мм, чтобы предотвратить любой температурный градиент. Еще одним сложным применением является использование инфракрасных обогревателей. Для полного удаления влаги из бетона требуется от 6 до 8 часов прогрева. 3. После полного удаления бетонная поверхность охлаждается до безопасного уровня. Это может достигать температуры 35 градусов по Цельсию. Эта температура позволит избежать возгорания. 4. Теперь бетон поступает в вакуумный отсос, где удаляется весь воздух из бетонной конструкции. Количество пропитываемого мономера определяет время и степень применения вакуума. 5. Бетон после достаточного удаления воздуха погружают в раствор мономера. Его замачивают на длительное время, пока не будет достигнута нужная глубина проникновения мономера. Время выдержки зависит от вязкости мономера, подготовки образца и основных характеристик бетона. Чтобы сократить время, необходимое для достижения желаемого проникновения, предпочтительно использовать внешнее давление, такое как воздух или газообразный азот. Это способствует быстрому проникновению. 6. После вышеописанной процедуры поверхность покрывается пластиковым листом. Это помогает предотвратить испарение мономера. 7. Осуществляется термокаталитический метод полимеризации. Этот метод включает полимеризацию путем нагревания катализируемого мономера до необходимого уровня температуры. Это будет варьироваться от 60 градусов до 150 градусов по Цельсию. Выбранный диапазон температур зависит от типа мономера. Нагрев может осуществляться под водой или путем впрыска пара низкого давления, или с помощью инфракрасных обогревателей, или в воздушной печи. Нагревание разлагает катализатор и, следовательно, инициирует реакцию полимеризации. Как только мономер проник в бетон, полимеризацию также можно инициировать с помощью ионизирующего излучения, такого как гамма-лучи. Полимеры, когда они полностью полимеризованы или когда они сшиты, действуют как твердые вещества, заполняющие пустоты, в которые они импрегнированы. 8. Затем бетонной конструкции дают остыть. Всю процедуру с 1 по 8 можно осуществить только на заводе ЖБИ. Мономеры, такие как акрилат, стирол, винилхлориды и т. д., обычно используются для пропитки бетона. Еще одним широко используемым мономером является метилметакрилат (ММА).

Читайте также:
Какая гидроизоляция лучше для крыши? | Баумерк | Баумерк

Свойства бетона с полимерной пропиткой

1. Полимербетон приобретает кубическую прочность на сжатие более 100 Н/мм 2 . Эта прочность не зависит от прочности обычного бетона. 2. Прочность на изгиб бетона, пропитанного полимером, обычно составляет около 15 Н/мм 2 . Это немного выше, чем у простого бетона с самой высокой прочностью, изготовленного из обычных ингредиентов. 3. Модуль упругости лежит в пределах от 30 до 60 Н/мм 2 . Это значение аналогично значению, полученному для высокопрочного бетона (т.е. около 45 Н/мм 2 ) 4 . Бетон, пропитанный полимером, имеет меньшие проблемы ползучести и усадки из-за меньшего количества пор. 5. Бетон, пропитанный полимером, обладает высокой устойчивостью к воздействию кислот, сульфатов и хлоридов по сравнению с PCC.

Применение бетона с полимерной пропиткой

Применение пропитанного полимером бетона в различных областях строительства поясняется ниже: 1. Пропитка поверхности настила моста: Настилу моста разрешается подвергаться пропитке, чтобы избежать проникновения влаги, химикатов, а также ионов хлора. Этим методом можно защитить настилы мостов, построенные в районах с высоким содержанием соленой воды и влаги. 2. Ремонт конструкций: Поврежденные конструкции можно восстановить методом полимерной пропитки. Этим методом можно увеличить срок службы конструкций, которые не подлежат реконструкции. Следовательно, этот метод помогает в реставрации, а также в сохранении каменных памятников. 3. Подводные и морские применения: способность полимерной пропитки помогает улучшить структурные свойства, устойчивость к водопоглощению и свойства непроницаемости бетонной конструкции. Это делает их широко используемыми в подводном строительстве и для морских сооружений. Конструкции, построенные на опреснительных установках и сооружениях морского дна, используют этот метод бетонного строительства. Замечено, что частичная пропитка бетонных свай морской водой снижает коррозию стальной арматуры в 24 раза. 4. Применение в ирригационных сооружениях. Использование традиционных методов при ремонте и реабилитации плотин и других важных гидротехнических сооружений оказалось неэффективным и несовершенным. Позже выяснилось, что они вызывают большую потерю выгод, получаемых от орошения, выработки электроэнергии, борьбы с наводнениями и т. Д. Но метод пропитки работает лучше всего. Бетон из сильно поврежденного участка удаляется, латается и высушивается. Затем этот участок обрабатывается полимерной пропиткой. 5. Элементы конструкции. Бетон, пропитанный полимером, обладает большим потенциалом в качестве конструкционного материала. PIC также показывает значительные улучшения по сравнению с обычным бетоном. Внутренние трещины и пустоты являются основным фактором всех проблем в обычной бетонной конструкции. Поскольку полимерная пропитка останавливает первопричину, ее лучше всего использовать в элементах конструкции. Подробнее: Полимермодифицированный бетон – типы, свойства и применение в строительстве Геополимерный бетон – экологически чистый строительный материал

Читайте также:
Балконы на втором этаже

Влияние гидрофобизирующей пропитки поверхности на долговечность материалов на основе цемента

Во многих случаях срок службы железобетонных конструкций сильно ограничивается проникновением хлоридов до стальной арматуры или карбонизацией облицовочного бетона. Водоотталкивающая обработка поверхностей материалов на основе цемента часто считается защитой бетона от этих повреждений. В данной работе на поверхность образцов бетона были нанесены три типа гидрофобизаторов. Профили проникновения силиконовой смолы в обработанный бетон были определены с помощью ИК-Фурье-спектроскопии. Были измерены капиллярное всасывание воды, проникновение хлоридов, карбонизация и коррозия армирования как в образцах с пропитанной поверхностью, так и в необработанных образцах. Результаты показывают, что поверхностная пропитка существенно снижает коэффициент капиллярного всасывания бетона. Эффективный барьер против хлоридов можно создать путем глубокой пропитки. Водоотталкивающая пропитка поверхности силанами также может замедлить процесс карбонизации. Кроме того, также был сделан вывод, что поверхностная пропитка может обеспечить эффективную защиту от коррозии стальной арматуры в бетоне с мигрирующим хлоридом. Таким образом, можно ожидать повышения прочности и продления срока службы железобетонных конструкций за счет применения соответствующей водоотталкивающей пропитки поверхности.

1. Введение

Разработка цемента и бетона относится к середине 1800-х годов и оказалась революционной инновацией в области строительных материалов. Сегодня железобетон является единственным наиболее широко используемым строительным материалом в мире как для целых зданий, так и для основных конструктивных элементов, которые должны выдерживать различные значительные нагрузки. Железобетон используется в таких больших количествах, потому что он обладает относительно хорошей долговечностью, низкими затратами на техническое обслуживание и удобством. Однако в настоящее время общепризнано, что срок службы многих железобетонных конструкций зачастую недостаточен. Стоимость первоначальных ремонтных мероприятий часто значительно превышает стоимость нового строительства. Основной причиной этих проблем затрат на техническое обслуживание и ремонт и плохой эксплуатационной пригодности является недостаточная долговечность железобетонных конструкций [1–3].

Перенос влаги в материалах на основе цемента является важнейшим физическим процессом для их долговечности, поскольку многие эффекты, влияющие на долговечность строительной конструкции, вызываются самой водой, а также переносимыми ею вредными веществами. Если материалы на основе цемента, такие как строительный раствор и бетон, подвергаются воздействию воды, может иметь место ряд процессов разрушения. Один доминирующий процесс или комбинация различных процессов могут в конечном итоге ограничить ожидаемый срок службы железобетонных конструкций. Коррозионное воздействие воды на бетон можно разделить по крайней мере на три различных типа. Во-первых, чистая вода, находящаяся в постоянном контакте с материалами на основе цемента, действует как растворитель. Связующая матрица, состоящая из Ca(OH)2 и гель CSH постепенно растворяется путем гидролиза. Во-вторых, в водном поровом растворе бетона могут растворяться газы окружающей среды. Таким образом образуются кислоты, например, при растворении CO2 и так2, которые могут быстро реагировать с продуктами гидратации цемента. При третьем типе коррозионного воздействия вода действует в основном как транспортное средство и переносит растворенные соединения, такие как ионы хлорида, в пористую систему цементирующей матрицы. Помимо коррозионных воздействий, вода также играет важную роль в некоторых других физических и химических повреждениях бетона, таких как замораживание-оттаивание, щелочно-агрегатная реакция, коррозия стали и усадка при высыхании.

Читайте также:
Пайка проводов: как спаять электрические провода вместе

Очевидно, что все эти три типа только что упомянутых агрессивных атак действуют с поверхности бетона. На протяжении всей истории на открытые поверхности конструкционных бетонных элементов наносился ряд защитных материалов для предотвращения проникновения воды, включая масла, воски или краски. В настоящее время достигнуты большие успехи в производстве гидрофобизаторов и разработке гидрофобизирующих средств. Доказано, что пропитка поверхности гидрофобизаторами должна быть эффективным профилактическим методом бетонных конструкций [4–9]. Более полную информацию об исследованиях по водоотталкивающей обработке можно найти в материалах серии конференций HYDROPHOBE (Hydrophobes I–VIII) из [10–17].

В этой публикации кратко описан основной механизм водоотталкивающей обработки материалов на основе цемента. Три типа гидрофобизаторов в виде жидкости, крема и геля были нанесены на поверхность двух типов материалов на основе цемента. Последующие эффекты поверхностной пропитки на снижение капиллярного всасывания воды, проникновение хлоридов, карбонизацию и коррозию арматуры в бетоне будут измерены и обсуждены.

2. Основной механизм водоотталкивающей обработки

Как правило, водоотталкивающие средства для обработки поверхностей в основном подразделяются на три группы в зависимости от механизма, с помощью которого достигается защита. На рис. 1 показаны виды обработки поверхности в соответствии с этой классификацией [18]. Обработка поверхности силанами относится к «пропитке», основные механизмы которой приведены в следующих двух абзацах.

(A)

(A)

(B)

(B)

(c)

(c)

(A)
(B)
(c)

Наиболее важными водоотталкивающими агентами на основе кремния являются силаны и силоксаны, представляющие собой полимеры, содержащие три алкоксигруппы, обозначаемые OR’, связанные с атомом кремния, причем каждый атом кремния несет органическую алкильную группу, обозначаемую R. Кремниевый функционал алкоксигруппа реагирует с водой и дает реакционноспособную силанольную группу (стадия гидролиза). Дальнейшая конденсация за счет сшивки с гидроксильными группами приводит к образованию полисилоксана (кремниевой смолы) в качестве активного водоотталкивающего продукта, который связан с неорганическим субстратом ковалентными силоксановыми связями, как показано на рисунке 2. Органофункциональные алкильные группы снижают критическое поверхностное натяжение. поверхности материала и, таким образом, обеспечивают гидрофобность, в то время как функциональные группы кремния обеспечивают реакционную способность с подложкой и контролируют глубину проникновения.

Читайте также:
Эластичные напольные покрытия для кухонь и ванных комнат

Действие гидрофобизаторов в основном основано на их низком поверхностном натяжении. Поведение воды при контакте с поверхностью материала определяется поверхностным натяжением, которое можно измерить углом смачивания, как показано феноменологически на рис. 3. Интенсивность водоотталкивающих свойств связана с углом смачивания между водой и поверхностью материала. обработанная поверхность. Контактные углы капли воды более 90° представляют собой гидрофобные свойства с гидрофильными свойствами менее 90°. Чем больше угол контакта, тем более водоотталкивающей становится поверхность. Фактически гидрофобность гидрофобизаторов реализуется в два этапа. Во-первых, эффект бусинок заставляет капли воды быстро стекать и покидать поверхность. Во-вторых, когда вода имеет тенденцию растекаться и образовывать водяную пленку на поверхности, водопоглощение снижается за счет исключения через обработанные капилляры.

(A)

(A)

(B)

(B)

(A)
(B)

Принцип гидрофобности: (а) необработанный бетон, контактный угол θ менее 90°; (b) обработана водоотталкивающей пропиткой, угол контакта θ больше 90°.

3. Материалы и методы
3.1. Материалы и подготовка образцов

Для серии испытаний были подготовлены два типа раствора и образцы бетона. Использовали обычный портландцемент марки 42.5, дробленые заполнители максимальным диаметром 20 мм и плотностью 2620 кг/м 3 , речной песок максимальной фракцией 5 мм и плотностью 2610 кг/м 3 . Точные составы бетона, использованного в этом проекте, приведены в таблице 1. Смесь с В/Ц = 0.5 была названа бетоном С. Также был приготовлен раствор с более высоким водоцементным отношением (В/Ц = 0.6), который был назван раствором. М. Некоторые образцы, приготовленные как из бетона С, так и из раствора М, впоследствии были пропитаны различными количествами гидрофобизаторов. Образцы бетона использовались для испытаний на водопоглощение, испытание на проникновение хлоридов, испытание на карбонизацию и испытание на коррозию стали. Образцы строительного раствора были подготовлены только для испытания методом нейтронной радиографии, чтобы избежать влияния естественного заполнителя при анализе изображения.

Из всех смесей, приведенных в таблице 1, были изготовлены кубики со стороной 100 мм. Для испытаний на коррозию стали также был изготовлен призматический образец другого типа размерами 280×150×115 мм с двумя стальными стержнями. Все образцы были спрессованы в стальные формы и выдержаны в течение суток перед извлечением из формы. После этого образцы были перемещены в комнату для отверждения (

Читайте также:
Ваше пошаговое руководство по утеплению крыши гаража

°С, относительная влажность > 95%). В возрасте 28 дней их выводили из сушилки для водоотталкивающей обработки поверхности.

3.2. Водоотталкивающая пропитка поверхности

После 28 дней влажного отверждения образцы далее хранили при относительной влажности 60% в течение 7 дней для сушки. Затем одна из формованных поверхностей кубических образцов и верхняя поверхность (280 × 115 мм) образцов прямоугольного параллелепипеда были пропитаны тремя различными типами гидрофобизаторов. Тип агентов, используемое количество и соответствующие коды образцов перечислены в таблице 2. После этого образцы снова хранили при относительной влажности 60% еще в течение 7 дней, чтобы обеспечить достаточную полимеризацию силана. После этого образцы с пропитанной поверхностью были готовы к дальнейшим испытаниям.

Одна серия была пропитана жидким силаном. В этом случае бетонная поверхность находилась в контакте с жидким силаном в течение одного часа. В течение этого периода жидкий силан мог впитаться в образец за счет капиллярного всасывания. Во второй серии одну из отформованных поверхностей покрывали силановым кремом. Расход на поверхность составил 400 г/м 2 . С третьей по пятую серию наносили 100, 400 и 600 г/м 2 силанового геля. Силановый крем и гель наносили на бетонные поверхности небольшой кистью.

Из образцов, обработанных гидрофобизаторами, с помощью специально изготовленной фрезы последовательно вырезали слои с обработанной поверхности толщиной 1 мм каждый. Порошок, полученный в результате этого процесса, собирали. Затем с помощью FT-IR-спектроскопии определяли содержание кремния в этих порошках. Этот метод был разработан и усовершенствован для этого конкретного применения Гердесом и Виттманном [19].

3.3. Водопоглощение и проникновение хлоридов

Водопоглощение образцов с обработанной и необработанной поверхностью измеряли стандартным методом [20]. Перед испытанием кубические образцы разрезали на две половины и сушили в вентилируемом сушильном шкафу при температуре 50°С в течение 7 сут до достижения массового равновесия. Когда образцы охлаждались до комнатной температуры, обработанные и необработанные образцы подвергали контакту с водой в течение выбранных периодов времени, как показано на рис. 4. Затем измеряли количество воды, поглощенной капиллярным всасыванием, взвешивая образцы через 1, 2, 4, 8, 24, 48 и 72 часа.

Читайте также:
Pop Vs Putty - разница между Pop и Wall Putty - Civil Lead

Таким же образом, как описано в последнем абзаце, в течение 3 дней проводились испытания на проникновение хлоридов (28% раствор NaCl) для образцов, обработанных и необработанных гидрофобизатором. После испытания порошок измельчали ​​последовательно, начиная с поверхности образцов, подвергшейся воздействию солевого раствора. Затем с помощью ионселективного электрода определяли содержание хлоридов в порошке. Таким образом были определены профили содержания хлоридов в образцах, пропитанных водоотталкивающей пропиткой, и необработанных.

3.4. Нейтронная радиография

Образцы водоотталкивающих растворов и необработанные сопутствующие образцы также были испытаны с помощью нейтронной радиографии в Институте Пауля Шеррера (PSI) в Швейцарии. Нейтронная радиография была определена как идеальный и уникальный неразрушающий метод для изучения движения воды и распределения влаги в материалах на основе цемента из-за их сильного затухания водородом и их нечувствительности к доминирующим ингредиентам, таким как кремнезем и кальций в материалах на основе цемента. Подробнее об этом методе можно узнать в [21–26].

Сначала были получены нейтронные изображения образцов, находящихся в гигральном равновесии с атмосферой помещения (RH ≈ 60%; T ≈ 20°С). Затем повторно снимали нейтронные изображения на обработанных гидрофобизатором и необработанных образцах растворов после контакта с водой в течение 0.5 и 2 часов. Таким образом визуализировалось движение воды в образцах. Кроме того, некоторые образцы с импрегнированной поверхностью и необработанные образцы были помещены в воду на трое суток. Этого времени было достаточно для полного насыщения образцов. Затем на этих водонасыщенных образцах были получены нейтронные изображения. Исследовались как необработанные, так и поверхностно пропитанные образцы растворов в водонасыщенном состоянии. По нейтронным изображениям можно провести количественный анализ распределения влаги.

3.5. Ускоренная карбонизация

После сушки в лаборатории в течение 7 дней как обработанные, так и необработанные образцы подвергались ускоренной карбонизации в течение 7 и 28 дней. Согласно китайскому стандарту [27], концентрация CO2 газ поддерживался постоянным в %; относительная влажность в сатураторе около 70%; температура была

°С. Четыре поверхности, за исключением обработанной поверхности и противоположной ей поверхности, были герметизированы воском перед помещением в режим карбонизации. Таким способом в бетон вводилась карбонизация по нормали к двум противоположным поверхностям. Через 7 и 28 дней измеряли глубину карбонизации поверхности пропитанных и необработанных образцов путем опрыскивания раствором фенолфталеина 1% в этаноле.

Читайте также:
Как остановить конденсацию на окнах зимой. Стеклянный доктор
3.6. Армирующая коррозия

Это испытание соответствовало ASTM G 109-07 [28]; образцы размером 280 × 150 × 115 мм с резервуаром с раствором NaCl на исследуемой поверхности. Резервуар размером 150 × 75 × 75 мм располагался в центре верхней поверхности. Верхняя армированная сталь располагалась на расстоянии 20 мм от поверхности пруда, а нижняя сталь — на расстоянии 25 мм от поверхности дна. Концы стали были защищены гальванической лентой, а 200-мм участок посередине оголен. Во время испытания потенциал полуэлемента и плотность тока коррозии стальной арматуры в поверхностно-импрегнированных и необработанных образцах бетона непрерывно измерялись каждую неделю.

4. Результаты и обсуждение
4.1. Влияние водоотталкивающей пропитки поверхности на водопоглощение

Водопоглощение как необработанных, так и обработанных бетонных образцов было измерено при 72-часовом контакте с водой. Результаты, полученные в разное время, показаны на рисунке 5. Точки, указанные на рисунке 5, представляют собой средние значения трех независимых измерений. Также показано изменение отдельных измерений. Из результатов можно узнать, что весь бетон с поверхностной пропиткой поглощал гораздо меньше воды по сравнению с необработанным бетоном. В этом случае это не жидкая вода, а водяной пар, улавливаемый капиллярной конденсацией, когда он пересекает слой, пропитанный силаном. Кроме того, в нанопорах бетона может происходить капиллярная конденсация, так как молекулы силана не могут проникнуть в эти узкие пространства по геометрическим причинам. Поэтому небольшое количество капиллярно сконденсированной воды все же может мигрировать в поры путем диффузии. Но, по сравнению с необработанным бетоном, количество поглощенной воды значительно снижается за счет пропитки поверхности каждым типом силана.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: