Минеральношлаковые вяжущие и бетоны на их основе – это энергоэффективные и экономичные строительные материалы [1, 2]. Недостатком таких материалов является не высокая водостойкость их. Поэтому целью наших исследований явилось изучение влияния реакционно-активной гидрофобной добавки олеата натрия С₁₆Н₃₃СООNa (Ол. Na), гидрофобизатора SILSAN CO (Sil), а также их комплексов с металлоорганическими гидрофобизаторами – стеаратами металлов кальция и цинка в МШВ.

Для выявления воздействия различных гидрофобизаторов на водостойкость минеральношлаковых вяжущих в щелочной среде, методом прессования была отформована серия образцов на карбонатношлаковых вяжущих и глиношлаковых вяжущих при соотношениях «шлак:известняк» и «шлак:глина» – 60:40, соответственно. В качестве гидрофобизирующей добавки была исследована реакционно-активная и растворимая в воде гидрофобная добавка – олеат натрия.

Механизм действия олеатов металлов в минеральношлаковых вяжущих обусловлен реакционным процессом, протекающим в растворе между ними и гидролизной известью Ca(OH)₂, выделяемой из силикатов шлака. В результате образуется щелочь NaOH, необходимая для активации твердения шлака, и стеарат кальция (Cт. Ca) в молекулярной форме с последующей гидрофобизацией поверхности пор мономолекулярным слоем.

2(С₁₆Н₃₅СООNa) + Ca(OH)₂ = (C₁₆H₃₃COO)₂Ca + 2NaOH

Образование щелочи NaOH является позитивным фактором, так как увеличивается ее содержание и общая щелочность системы.

Практический интерес представляет использование комбинированного продукта в виде олеатов металлов и нерастворимого металлического мыла, сочетающего в себе положительные свойства одного и другого. В отличие от диспергирующих свойств олеата натрия, продукты его реакции с Ca(OH)₂ теряют диспергирующие свойства и приводят к дополнительной гидрофобизации за счет молекулярно-дисперсного распределения нерастворимого металлического мыла.

При определении водоотталкивающих свойств минеральношлаковых вяжущих с комплексными гидрофобизаторами, методом прессования при давлении 25 МПа была отформована серия образцов из карбонатношлакового вяжущего и глиношлакового вяжущего. При использовании комбинации стеаратов металлов кальция и цинка (Cт. Zn) с олеатом натрия влажность смеси составляла 12%. Оптимальная дозировка индивидуальных порошковых добавок составляла 2,5% от массы композиционного минеральношлакового вяжущего, а добавок, включающих комбинацию стеаратов цинка или кальция с олеатом натрия, и стеаратов этих металлов с гидрофобной жидкостью SILSAN CO по 1,25% каждой от массы вяжущего. Для ускорения реакции образования стеарата кальция из олеата натрия в минеральношлаковых вяжущих добавляли гашеную Елецкую известь (составы 5 и 11, таблица). Стехиометрическое содержание ее по выше приведенной реакции с олеатом натрия составило 0,3% от массы композиционного вяжущего при дозировке олеата натрия 2,5%.

В комбинации со стеаратами цинка и кальция также была исследована и гидрофобная жидкость SILSAN CO, вводимая в композицию при приготовлении её. Влажность смеси была 10%.

Попытка гидрофобизации карбонатношлакового вяжущего и глиношлакового вяжущего гидрофобизирующей жидкостью SILSAN CO, вводимой с водой затворения на щелочном активизаторе, не увенчалась успехом, в связи с сильным гелеобразованием композиции SILSAN CO в смеси со щелочью. Поэтому в качестве активизатора твердения в такую систему было принято вводить соду Na₂CO₃ в сухом виде в количестве 4% от массы вяжущего. При этом обнаружен сильный пластифицирующий эффект жидкости SILSAN CO в присутствии соды, вследствие чего влажность смеси была снижена до 10%.

Спрессованные образцы твердели в нормально-влажностных условиях в течение 28 суток, а затем обезвоживались в эксикаторе над хлоридом кальция при W = 5-10% до стабилизации постоянной массы. В таблице приведены составы и значения водопоглощения образцов при длительном экспонировании их в воде и коэффициент длительной водостойкости. Практически все комплексные добавки значительно снижают водопоглощение в ранние сроки по сравнению с бездобавочными составами: у образцов глиношлакового вяжущего – в 1,9-3,9 раза, а у образцов карбонатношлакового вяжущего – в 1,4-6,5 раза.

Комплексные добавки «стеарата цинка+SILSAN CO» и «стеарата кальция+SILSAN CO» в составах карбонатношлакового вяжущего имеют высокие показатели коэффициента длительной водостойкости от 0,98-0,99, а в глиношлаковом вяжущем эффективность комплекса «стеарата цинка и SILSAN CO» полностью исчезает. Стеарат цинка и SILSAN CO в глиношлаковых вяжущих несовместимы. Состав 11 из глиношлакового вяжущего ведет себя аномально: водопоглощение по массе через 15 минут достигло 10,8%, что выше негидрофобизированного состава в 2,77 раза. Более того, состав 11 подвергается деструкции и прочность сильно снижается.

Хотя добавка SILSAN CO в индивидуальном виде как в составах карбонатношлакового вяжущего так и в составах глиношлаковых вяжущих повышает коэффициент длительной водостойкости до 0,83-0,84 по сравнению с негидрофобизированным составом.

Таблица. Характеристика состава и кинетика водопоглощения минеральношлаковых вяжущих с комплексными гидрофобизаторами

Комплексные добавки олеата натрия со стеаратом кальция и олеата натрия со стеаратом цинка в глиношлаковом вяжущем понижают водопоглощение по массе по сравнению с контрольным в 1,49-1,58 раза. В более поздние сроки после 70 суток экспонирования в воде образцов из карбонатношлакового вяжущего (и, особенно, с глиношлаковым вяжущем) с комплексными добавками водопоглощение практически не возрастает. Комплекс «олеат натрия+стеарат кальция» (состав 13, таблица) повышает коэффициент длительной водостойкости практически до 1, в то время, как комплекс «олеат натрия+стеарат цинка» (состав 7 и 14, таблица) сильно понижает его.

Оценка воздействия комплексных гидрофобизаторов на кинетику нарастания прочности чрезвычайно важна в связи с возможным негативным действием органических соединений, вводимых в повышенных дозировках. Результаты влияния гидрофобизаторов на прочность при сжатии, представлены в таблице.

Воздействие комплексных гидрофобизаторов «олеат натрия+стеарат металла» в глиношлаковом вяжущем положительно сказывается на повышение 28-суточной прочности образцов (до 76 МПа) по сравнению с 44,6 МПа контрольного состава. В образцах из карбонатношлакового вяжущего наблюдается торможение роста прочности на всех составах. Продолжительное твердение в воде в течение 70 суток способствует сильному дополнительному упрочнению контрольных образцов, так и образцов из карбонатношлакового вяжущего с комплексными добавками. Это является важным позитивным фактором, что определяет твердеющие системы как гидравлические.

Изучен прирост прочности образцов на минеральношлаковых вяжущих с комплексными гидрофобизаторами «стеаратами+SILSAN CO» от 28-ми суточной прочности после длительного насыщения водой.

Более высокую прочность на сжатие через 28 суток воздушно-влажностного твердения имеют составы, модифицированные комплексными гидрофобизаторами «стеарата кальция +SILSAN CO». Для карбонатношлакового вяжущего прочность на сжатие равна 54,9 МПа, а для глиношлакового вяжущего – 64,8 МПа, что выше контрольных составов соответственно на 27% и 45%.

Выявлено сильное блокирование процесса формирования прочности глиношлакового вяжущего с добавкой комплекса «стеарата цинка+SILSAN CO» (состав 11, таблица): образцы практически не затвердели в течение 28 суток воздушно влажностного твердения (2,45 МПа) и при последующем водном твердении прочность повысилась лишь до 4,89 МПа.

Более значительный прирост прочности образцов в воде наблюдается у образцов на карбонатношлаковом вяжущем. Комплекс «SILSAN CO+стеарат цинка» также сильно блокирует набор прочности. Прочность на сжатие этого состава при длительном экспонировании в воде выросла с 6,5 МПа до 79,7 МПа, т.е. в 12,22 раза. На глиношлаковом вяжущем с добавкой SILSAN CO в индивидуальном виде прочность на сжатие в воде возросла с 31,8 МПа до 81,1 МПа.

По результатам исследования, можно рекомендовать использование комплексных добавок «олеата натрия со стеаратом кальция» в карбонатно- и глиношлаковых вяжущих (состав 6 и 13 таблица), которые, обеспечивая низкое водопоглощение (6,5% и 5,3%, соответственно) через 70 суток, имеют достаточно высокие коэффициенты длительный водостойкости – 0,97 и имеют высокую прочность через 28 суток (37,5 и 58,8 МПа), а также после высушивания (61,6 и 89,3 МПа).

1. Мороз М.Н. Высокогидрофобные минеральношлаковые композиционные материалы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пенза, 2007.
2. Н.А. Ерошкина, В.И. Калашников, М.О. Коровкин. Минерально-щелочные вяжущие. Монография. М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012.

Все статьи автора «Мороз Марина Николаевна»