Предотвращение выцветания бетонных изделий

Выцветы на поверхности бетонных изделий и методы их предотвращения

 

Выцветы и высолы на поверхности строительных материалов и конструкций (бетона, керамики, штукатурных поверхностей и т.п.) стали, чуть ли не обыденной неприятностью. В этой статье мы помещаем материал об исследовании, предотвращении и борьбе с выцветами. Довольно распространенный вид бетонных изделий, являются выцветы - появление белесого налета на поверхности бетона. В особенности это касается цветных мелкоштучных изделий: тротуарной плитки, облицовочных фасадных. Выцветы бетона принято подразделять на первичные и вторичные. Первичные проявляются уже при твердении бетона, вторичные - при его старении под действием атмосферных факторов.

 

Первичные выцветания

 

Свежеуложенный бетон пронизан системой капиллярных пор, заполненных водным раствором продуктов гидратации цемента, главным образом гидроксида кальция. В обычном случае по мере твердения устьях пор, вступает в реакцию с углекислым газом окружающего. Из-за этого концентрация гидроксида кальция в устье поры становится ниже, чем в ее объеме. Это вызывает постоянный массоперенос гидроксида из объема на поверхность материала. Постепенно капилляры заполняются карбонатом кальция, и процесс замедляется, а затем и совсем останавливается. Когда поверхность бетона или хотя бы какой-либо ее участок покрыт пленкой воды, гидроксид кальция может распространиться по всей поверхности, а затем образовать налет карбоната кальция, нерастворимый в воде. В этом случае может появиться первичное выцветание бетона. Нерастворимость карбоната кальция предопределяет "самоторможение" химического процесса. Время, в течение которого возможно проявление первичного выцветания, можно определить путем простого испытания, налив немного воды на поверхность твердеющего бетона. Если бетон склонен к выцветанию, то вскоре можно увидеть белый налет карбоната кальция по краям высыхающей лужицы. Если такое испытание провести позже чем через восемь часов твердения бетона на воздухе, то налета не образуется, так как к этому времени устья пор уже закупорены карбонатом кальция. Подтверждением этой гипотезы служит тест на бетоне, твердеющем в атмосфере азота. Отсутствие белого налета в таком случае - результат, подтверждающий карбонатную природу явления и указывающий на связь скорости выцветания с содержанием углекислого газа в воздухе.

 

Вторичные выцветания

 

Вторичное выцветание проявляется при атмосферном старении бетона даже в том случае, если бетон нормально затвердел и "испытание смачиванием" дает отрицательный результат. Внешне это проявляется как общее осветление поверхности бетона. Есть основания считать, что причиной вторичного процесса является продолжение процессов гидратации компонентов цемента в отвердевшем материале. В частности, об этом говорит тот факт, что вторичное выцветание имеет место до тех пор, пока продолжается рост прочности бетона. Наблюдения показали, что выцветание бетонных плиток может проявляться в течение года после изготовления изделий. Затем налет постепенно смывается, и примерно через год плитки самоочищаются и восстанавливают свой первоначальный цвет. Размывание налета объясняется медленным превращением карбоната в бикарбонат, более растворимый в воде. Сроки восстановления цвета плиток зависят от климата в данной местности. При засушливом климате вторичное выцветание сохраняется дольше. Однако затяжные дожди, постоянно смывающие гидрооксид кальция с поверхности бетона, лишь затягивают процесс выцветания. Повторное проявление вторичного выцветания после естественного исчезновения налета случается крайне редко. Методы, соответствующие методы и методики. Один из простейших - уже описанное "испытание смачиванием". Он дает хорошее представление о том, что может произойти с изделием при конденсации влаги в пропарочной камере, и характеризует первичное выцветание. Для того чтобы смоделировать вторичное выцветание в условиях хранения бетонных изделий на заводском дворе или на стройплощадке, можно периодически (дважды в день) опрыскивать стопку плиток дистиллированной водой в течение 30 минут. Вторичные выцветы отмечались на плитках в местах их соприкосновения друг с другом, где вода долго не высыхала. Верхний слой плиток высыхал достаточно быстро и не был подвержен выцветанию. Эти испытания показывают как надо, а точнее - "как не надо" хранить бетонные изделия. Количественную оценку вторичного выцветания можно проводить, измеряя яркость поверхности фотометром.

 

Факторы, влияющие на выцветание

 

Основной причиной, можно сказать, первопричиной появления выцветов является наличие гидрооксида кальция Са(ОН)2 в цементном камне. Чтобы выцветы появились на поверхности бетона, Са(ОН)2 должен мигрировать из объема цементного камня на эту поверхность. Для этого необходимы пути миграции - капилляры и силы, побуждающие к миграции - разность концентраций Са(ОН)2 в жидкой фазе на поверхности и в объеме материала; и, наконец, нужна эта жидкая фаза. Разберем эти факторы по порядку. Портландцемент и другие виды цемента на основе портландцементного клинкера в процессе гидратации образуют довольно большое количество Са(ОН)2: до 15% от массы цемента, т.е. до 100 кг в 1 м3 бетона. Простейшая рекомендация в этом случае для предотвращения выцветов: использование цементов с пониженным содержанием трех кальциевого силиката (элита). Но такие цементы характеризуются низкой скоростью твердения и пониженной маркой. Другой вариант уменьшения количества Са(ОН)2 - использование добавок, способных связывать его, например активных кремнеземистых добавок. Однако доступные и дешевые добавки, такие как пуццолана или золы ТЭС, в реальные сроки проявляют себя в должной степени только при интенсивной тепловлажностной обработке, в основном при автоклавировании. Кроме того, введение добавок в количествах, достаточных для связывания всего Са(ОН), понизит скорость твердения бетона и скажется на его стоимости. При оценке эффективности этого пути следует учитывать, что "выцветы"- явление поверхностное, поэтому подавляющая доля Са(ОН)2 не принимает участия в рассматриваемом процессе, т.е. остается "запертой> в бетоне. Другим необходимым условием образования выцветов является наличие капилляров, по которым жидкая фаза цементного камня с растворенным в ней Са(ОН)2 выносится на поверхность изделия. Возможных причин образования капиллярных пор в затвердевшей цементно-песчаной смеси (растворной части бетона) по крайней две: неправильно выбранное соотношение "песко-цементное тесто" и состав самого цементного теста. Чтобы в затвердевшем бетоне не образовывалась система сообщающихся микропустот, по которым может мигрировать жидкая фаза, необходимо обеспечивать достаточное количество цементного теста по отношению к песку. Это - известная задача в технологии бетона, для успешного решения которой необходимо применять пески с оптимальным зерновым составом и с невысокой удельной поверхностью. Капиллярные поры в самом цементном камне - неизбежная плата за избыточное содержание воды. Чем ниже водосодержание, тем ниже капиллярная пористость бетона. Ориентировочно ее можно подсчитать по формуле, предложенной Г.И. Горчаковым:

 

Пк=(В-CoЦ)*10%, где

• В - расход воды на 1 м3 бетона, кг;
• Ц - расход цемента на 1 м3 бетона, кг;
• Cо - доля химически связанной воды в частях от массы цемента (обычно о> =0,15-0,2).

Для снижения капиллярной пористости с помощью уменьшения водосодержания смеси при обеспечении плотной ее укладки используют два пути:

• применение суперпластификаторов в сочетании с вибролитьевой технологией;
• применение интенсивного уплотнения методом вибропрессования.

 

Но в любом из этих случаев технология не защищает от образования капиллярных пор: их будет меньше или больше, но они будут. 

 

Условия твердения бетонных изделий так же влияют на появление выцветов. Главнейшие факторы в этом случае - СО., воздуха и возможность конденсации влаги на поверхности изделий. Влияние влаги на поверхности твердеющих изделий уже было рассмотрено. В случае если поверхность изделий сухая, а в воздухе есть достаточное количество СО2, происходит карбонизация поверхностного слоя изделий. При этом Са(ОН)2, растворенный в жидкости, заполняющей поры, переходит в нерастворимый карбонат кальция - СаСО2. Все это происходит не в устьях пор, а внутри капилляров. Карбонат кальция кольматирует поры, повышая водонепроницаемость бетона, но, не изменяя его цвета. Для интенсификации этого процесса можно использовать принудительную подачу углекислого газа в камеры твердения. Источником воздуха, обогащенного углекислым газом, могут быть отходящие газы из котельной. В подаваемую смесь целесообразно вводить водяной пар. Этот прием использован в технологии Джонсон (США).

 

Защитная пропитка поверхности бетона

 

Возможны два варианта пропитки поверхности бетонных изделий: силиконовыми составами или бесцветными водоразбавляемыми акриловыми дисперсиями. Пропитка силиконами оказалась не очень эффективной в отношении предотвращения выцветания. Предотвращая попадание жидкой воды внутрь бетона, силикон практически не влияет на поступление в поры бетона водяного пара, который может там конденсироваться. Покрытие бетона акриловыми дисперсиями создает на его поверхности прозрачную пленку, которая закрывает поры бетона и предотвращает выделение карбоната кальция на поверхности. Малая толщина покрытия ограничивает срок его службы 1-2 годами. Но этого вполне достаточно, так как белый налет обычно образуется в первые два года. Интересно отметить, что благодаря газопроницаемости пленки, поверхностный слой бетона под ней карбонизируется по описанной ранее схеме. Это служит гарантией от последующих выцветов.

 

Заключение

 

Выцветание поверхности бетонных изделий - процесс многофакторный, и борьба с ним достаточно трудна. Однако можно создать условия, сводящие его к минимуму:

• Бетон должен иметь минимально возможную пористость и водопроницаемость.
• При твердении изделий желательно обеспечить доступ углекислого газа к их поверхности.
• В процессе твердения и при последующей выдержке на заводе-изготовителе необходимо защищать поверхность изделий от попадания влаги. Со временем естественные процессы карбонизации понизят вероятность выцветания бетона в процессе эксплуатации.
• Появление выцветов, возможно, предотвратить прозрачными поверхностными покрытиями из водных дисперсий акрилатов.

 

Высолы на тротуарной плитке исчезают сами в течение 1-2 недель после начала эксплуатации покрытия. При этом, чем интенсивнее эксплуатируется покрытие, тем быстрее исчезают высолы.