Интегральные водонепроницаемые добавки

Влияние кристаллических гидроизоляционных добавок на самовосстановление и проницаемость бетона

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Связанные данные

Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу от соответствующего автора.

Абстрактные

В данной статье исследуется эффективность специальной кристаллической гидроизоляционной добавки (CWA) в бетоне в зависимости от соотношения вода-вяжущее. Были приготовлены четыре бетонные смеси с ОВУ и без него; два из них с водовяжущим отношением 0.45 и два из них с водовяжущим отношением 0.55. Водопроницаемость и прочность на сжатие были испытаны на затвердевших образцах бетона, и наблюдалось самозалечивание трещин с течением времени. Цементная паста и паста CWA были приготовлены для уточнения результатов, полученных на бетонных образцах. SEM и EDS, XRD и FTIR были выполнены на отвержденных пастах, чтобы объяснить механизм работы CWA. Результаты показывают, что добавление CWA не оказало существенного влияния на прочность бетона на сжатие, но уменьшило глубину проникновения воды в бетон, причем снижение было более эффективным для смесей с более низким водовяжущим отношением. Относительно эффекта самовосстановления можно сделать вывод, что добавление CWA улучшает залечивание трещины в бетоне, но эффективность самовосстановления сильно зависит от начальной ширины трещины. Механизмы, участвующие в уменьшении глубины проникновения воды и залечивании трещин в бетоне, можно объяснить различными механизмами; один – создание геля CSH из непрореагировавших клинкерных зерен, затем образование карбоната, и дополнительный механизм – образование геля (высокорасширяющийся гидрокарбонат, богатый магнием) из добавок на основе магния. Также нельзя исключать присутствие силиката натрия, который будет трансформироваться в карбонат/бикарбонат.

Ключевые слова: бетон, кристаллическая примесь, самовосстановление, проницаемость, прочность на сжатие, SEM, EDS, XRD, FTIR

1. Введение

Как и все другие материалы, бетонные конструкции имеют свой срок службы; вредные вещества из окружающей среды проникают в бетон и вступают в реакцию с его составляющими, что приводит к износу и/или коррозии закладной стали, что влияет на ее долговечность. Долговечность бетона во многом зависит от свойств его микроструктуры, таких как пористость и распределение пор по размерам, поскольку газы (например, CO₂ из атмосферы) и жидкости (например, вода, в которой растворены агрессивные ионы) могут проникать в материал через поры [1]. В большинстве случаев реагенты, вызывающие деградацию бетона, проникают в бетонную матрицу вместе с водой. Поскольку долговечность бетона является одним из наиболее важных свойств, как с финансовой точки зрения, так и с точки зрения устойчивости, сокращение или, что еще лучше, минимизация проникновения воды должно быть главным приоритетом. Хорошо известно, что тщательно разработанная бетонная смесь, должным образом изготовленная и выполненная (доставленная на площадку, залитая, подвергнутая вибрации и отверждению) и имеющая низкое соотношение воды и вяжущего, приводит к получению конечного продукта с низкой водопроницаемостью и повышенной долговечностью [2,3]. ]. Известным и широко распространенным методом снижения водопроницаемости бетонных смесей и, соответственно, повышения их долговечности является введение в бетонные смеси дополнительных вяжущих материалов (ВВМ) [4,5]. Из-за пуццолановой активности и эффекта наполнения использование SCM может привести к получению бетона с высокими характеристиками, который имеет как улучшенные механические свойства, так и сниженную проницаемость, что приводит к повышению долговечности [6,7,8].

В настоящее время разработаны специальные добавки для уменьшения проникновения воды в бетон. В соответствии с ACI 212.3 R-16 [2,9,10] добавки, предназначенные для уменьшения проникновения воды в бетон, подразделяются на две подкатегории: добавка», где устойчивость к воде под давлением очень ограничена и не подходит для бетона, подвергающегося воздействию воды под давлением, и добавка, снижающая проницаемость для гидростатических условий (PRAH), или «гидроизоляционный материал», который достаточно стабилен, чтобы противостоять воде под давлением. и используется в водонепроницаемых конструкциях резервуаров, фундаментов, защитной оболочки и т. д. [2,4,11]. Кристаллические гидроизоляционные добавки (КВА) относятся к группе продуктов PRAH, они состоят из портландцемента, специально обработанного кварцевого песка и смеси «активных химикатов», хотя химический состав активных химикатов держится в секрете всеми производителями [12,13]. ,10]. Эти активные химические вещества вступают в реакцию с водой и частицами цемента в бетоне и увеличивают плотность гидратов силиката кальция в бетоне и вызывают закупоривающие поры осадки в капиллярах и микротрещинах [10,14]. В результате глубина проникновения воды в бетон с внедренным КВА должна быть ниже по сравнению с глубиной проникновения воды в эталонный бетон, что подтверждается авторами в [15, 16,17,18,19,20], но также оспаривается в [18]. Как описано ранее, CWA также способствует самозаживлению трещин [16,17]. Исследование, представленное в [0.1], предполагает, что каждый CWA производит разные продукты/кристаллы, ответственные за снижение проникновения воды и самовосстановление бетона. Что касается самозаживления, то ширина трещин, которые могут полностью зажить, в исследованиях различается; полностью залеченные трещины в [18] имеют ширину до 0.3 мм, в [19,20] – до 0.4 мм, а в исследованиях [21] залечивались даже трещины шириной до 22 мм. Согласно [22], эти добавки более эффективны в смесях с более высоким водовяжущим, чем в смесях с более низким водовяжущим, поскольку более высокое содержание воды в смеси способствует самозалечиванию. Что касается других свойств, CWA, как сообщается, улучшает устойчивость бетона к циклам замораживания-оттаивания [23], снижает проникновение ионов хлорида [15,23], улучшает устойчивость к сульфатному воздействию [22] и незначительно влияет на прочность на сжатие бетона. бетон [23]. Результаты теста на водопоглощение значительно различались между исследованиями; ХВА снижал водопоглощение в [15], не влиял на водопоглощение в [XNUMX] и отрицательно влиял на водопоглощение в [XNUMX].

В исследованиях проникновения воды в бетон под давлением либо используется более низкое значение давления воды, чем предписано в стандарте EN 12390-8 [14,15,16,24], либо используется режим испытаний с изменяющимся во времени давлением воды [20]. До сих пор только авторы [10] применяли давление воды, предписанное в EN 12390-8 [25], но на бетонные образцы, выдерживаемые значительно дольше (90 дней), чем предписано в этом стандарте (28 дней). Причина более длительного времени отверждения бетона, вероятно, связана с инструкциями производителя, согласно которым бетон с добавкой CWA должен быть предварительно кондиционирован перед испытанием на водопроницаемость, что обеспечивает достаточное время для роста кристаллов CWA. Однако в соответствии с европейским стандартом испытания на проникновение воды под давлением строго предписаны EN 12390-8 [25] и должны соблюдаться.

Целью данной работы является определение эффективности и механизма действия того или иного CWA, недавно появившегося на европейском рынке. Эффективность КВА проверялась на двух бетонных смесях с разным соотношением вода-вяжущее путем измерения глубины проникновения воды под давлением (и прочности на сжатие) в соответствии с европейским стандартом и путем контроля способности трещин к самозаживлению. Была предпринята попытка объяснить механизм действия CWA методами SEM, EDS, XRD и FTIR на затвердевших образцах пасты цемент/CWA.

2. Материалы и методы

Экспериментальная часть исследования была направлена на определение влияния кристаллической гидроизоляционной добавки (КВА) на водопроницаемость под давлением и уменьшение ширины трещин в бетоне, а также объяснение механизма действия КВА. Для этого необходимо было провести исследование на двух уровнях: (а) бетон и (б) цементно-цементная масса. Для определения влияния CWA на свойства бетона были приготовлены и испытаны четыре бетонные смеси. Учитывая, что рост кристаллов происходит исключительно в цементном тесте, образцы цементного теста и теста CWA были приготовлены и использованы для объяснения эффекта самовосстановления с использованием методов растрового электронного микроскопа (СЭМ), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС), рентгеноструктурного анализа. дифракция лучей (XRD) и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR).

2.1. Цементно-кристаллическая гидроизоляционная добавка

В качестве цемента использовали портландцемент CEM I 42.5 R в соответствии с EN 197-1 [26]. Химический состав цемента и CWA определяли с помощью XRF (рентгенофлуоресцентного) анализа с использованием Thermo Scientific ARL Perform’X Sequential XRF (Thermo Fisher Scientific Inc., Уолтем, Массачусетс, США) на расплавленных дисках, приготовленных путем смешивания образца и Fluxana ( FX-X50-2, тетраборат лития 50%/метаборат лития 50%). Данные, приведенные в таблице 1, были оценены с использованием программы UniQuant (версия 4.1). Плотность цемента, измеренная по EN 196-6 [27], составила 3140 кг/м 3 . На рис. 1 показан внешний вид цемента (слева) и CWA (справа).

Интегральные водонепроницаемые добавки

С тех пор Sika постоянно совершенствовала эти технологии и выпускала новые продукты, отвечающие потребностям клиентов. Имея в наличии как гидрофобные, так и блокирующие поры продукты, а также кристаллические продукты, решения Sika сделают ваш следующий проект водонепроницаемым на весь срок его службы.

Двумя основными технологиями производства добавок, снижающих проницаемость, являются гидрофильная кристаллическая и гидрофобная блокировка пор. Sika является единственным производителем, предлагающим обе технологии продукта! Гидрофильная кристаллическая добавка Sika, уменьшающая проницаемость (Sika WT-240 P), и гидрофобная добавка, блокирующая поры (SikaWatertight Concrete Powder), могут использоваться для эффективного снижения проницаемости бетона в гидротехнических сооружениях для удержания воды или сохранения от проникновения в кондиционированные помещения. Интегральные добавки обеспечивают ускоренное завершение конструкции и снижение трудозатрат по сравнению с традиционными гидроизоляционными конструкциями с использованием насыпных или приклеенных гидроизоляционных мембран. Кроме того, подземные конструкции, в которых используются добавки, снижающие проницаемость, менее чувствительны к процедурам обратной засыпки, которые могут повредить альтернативные технологии гидроизоляции.

Sika® Watertight Concrete Powder

Добавка, снижающая проницаемость

Sika® WT-240 P

Добавка, снижающая проницаемость

Особенности и преимущества

Увеличьте долговечность и срок службы
Повышение безопасности
Уменьшить трудозатраты на установку
Снижение затрат на обслуживание
Уменьшить время строительства
Резервная система гидроизоляции (по сравнению с листовым покрытием)
Более высокий уровень защиты подкрепления

Типичные области применения

Фундаменты/надстройки
Станции очистки воды/сточных вод
Мосты и шоссе
Парковочные гаражи
Сборный железобетон
Набрызг-бетон/туннелирование
Коммерческие и промышленные объекты
центры обработки данных
Морские сооружения
Бассейны

Как и в случае любого типа конструкции, гидроизоляционная конструкция должна соответствовать минимальным стандартам проектирования и строительства. Позаботьтесь о надлежащей гидроизоляции швов с помощью гидрошпонки и найдите места швов, чтобы создать предсказуемый рисунок растрескивания, который подкрепляется соответствующими системами гидроизоляции швов, такими как гидрошпонка из ПВХ или лента. применена экспансивная гидрошпонка. Состав бетонной смеси также имеет решающее значение. Например, размер заполнителя, качество и плотность упаковки ограничивают объем пасты и, следовательно, контролируют усадку. Использование низкого водоцементного соотношения позволит создать прочную, плотную и долговечную смесь, способную выдерживать нагрузки конструкции и выдерживать условия окружающей среды. Существующие технологии добавок могут использоваться для облегчения укладки бетона круглый год и решения современных строительных задач, таких как удержание осадки и характеристики перекачки. С экспертами в области гидроизоляции, герметиков, ремонта, напольных покрытий и кровель Sika® является вашим единственным решением. исходный поставщик для всех ваших потребностей продукта. От предварительной подготовки до ввода конструкции в эксплуатацию, ваша следующая работа по гидроизоляции находится в руках лидера рынка по инновациям, сервису и ценности.