Исследование эффективности гидрофобизирующих добавок в цементно-песчаных растворах в зависимости от водоцементного отношения

Данная статья посвящена исследованию эффективности гидрофобизирующих добавок в цементно-песчаных растворах в зависимости от водоцементного отношения. Консистенцию растворной смеси определяли при водоцементном отношении от 0,45 до 0,7. Проведенное исследование показывает, что при увеличении водоцементного отношения более 0,55 кремнийорганическая жидкость (ГКЖ-94) несколько загущает растворную смесь, а стеарат цинка сохраняет расплыв конуса, практически, на прежнем уровне. Установлено, что стеарат цинка обладает более высокой гидрофобизирующей эффективностью, чем гидрофобизатор ГКЖ-94, не снижая при этом прочности при сжатии цементно-песчаного раствора. С увеличением водоцементного отношения с 0,45 до 0,7 прочность при сжатии цементно-песчаного раствора через 28 суток твердения со стеаратом цинка равна 42,8 и 25,9 МПа, соответственно, а с ГКЖ-94 равна 32,5 и 18,0 МПа, соответственно.

Ключевые слова: водопоглощение, водоцементное отношение, гидрофобизирующие добавки, консистенция растворной смеси, прочность при сжатии, цементно-песчаные растворы Важнейшей технико-экономической характеристикой штукатурных покрытий является их долговечность. Разрушение штукатурок определяется, в основном, двумя факторами — попеременным насыщением водой и высушиванием и морозным воздействием. Разрушение происходит в результате накопления повреждений, возникающих под воздействием напряжений в материале при объемных изменениях воды в порах цементного камня при попеременном замораживании и оттаивании, а также напряжений, возникающих от неравномерных деформаций усадки и набухания при попеременном воздействии воды и сухого воздуха. В обоих случаях важной характеристикой материала, определяющей в значительной степени его долговечность, является водопоглощение.

Из обзора литературных данных известно, что одним из способов снижения водопоглощения и, соответственно, повышения долговечности строительных материалов на основе портландцемента является использование гидрофобизирующих добавок — кремнийорганических жидкостей [1,2,7]. В последние годы на российском рынке химических добавок появилась новая группа современных гидрофобизирующих добавок — стеараты цинка, кальция, магния, марганца, алюминия и олеат натрия. Для улучшения водоотталкивающих свойств, рекомендуется в цементно-песчаные растворные смеси добавлять эффективные гидрофобизирующие добавки, в соответствии с работами [5,6], позволяющие улучшить гидрофобные свойства цементно-песчаных растворов. В связи с этим, для проведения исследований по определению сравнительной эффективности гидрофобизирующих добавок нами была изучена два гидрофобизатора различной химической природы: стеарат цинка (C17H35COO)2Zn и кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94.

Исследования проводились на строительных растворах с использованием цемента «Вольскцемент» ПЦ500Д0 и песка Сурского месторождения с Мкр =1,5 состава цемент: песок=1:3.

Дозировка гидрофобизирующей добавки стеарата цинка составляла 1%, а кремнийорганической жидкости ГКЖ-94 — 0,15% от массы цемента. Консистенцию растворной смеси определяли на встряхивающем столике по ГОСТ [4] при водоцементном отношении от 0,45 до 0,7. Показана зависимость консистенции цементно-песчаной растворной смеси от водоцементного отношения (В/Ц) с гидрофобизирующими добавками (рис. 1).

гидрофобизирующий цементный раствор штукатурный.

Рис. 1. Зависимость консистенции цементно-песчаного раствора от водоцементного отношения (В/Ц) с гидрофобизирующими добавками

Как видно на рис. 1, при увеличении водоцементного отношения более 0,55 кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 несколько загущает растворную смесь, а стеарат цинка сохраняет расплыв конуса, практически, на прежнем уровне. Однако, учитывая незначительное изменение консистенции смеси, эти эффекты можно не принимать во внимание. С увеличением дозировки стеарата загущение возрастает.

Результаты определения прочности при сжатии цементно-песчаного раствора с гидрофобизирующими добавками в различные сроки приводится в таблице 1, а зависимость водопоглощения от водоцементного отношения для этих составов на рис. 2.

Рис. 2 Прочность при сжатии цементно-песчаного раствора с гидрофобизирующими добавками в различные сроки твердения

Влияние добавок на прочность при сжатии также незначительно и, на наш взгляд, не превышает обычную экспериментальную погрешность для такого рода исследований Следует отметить положительное влияние стеарата цинка на прочностные показатели цементно-песчаного раствора при В/Ц = 0,55 и В/Ц=0,6. Гидрофобизирующая добавка не только не снижает прочностные показатели, как в начальные сроки твердения, так и в нормативные сроки при этих водоцементных отношениях, а показывает превышение таковых значений. Так, прочность на осевое сжатие образцов со стеаратом цинка при водоцементных отношениях В/Ц=0,55 и В/Ц=0,6 через 3 суток испытания превышает таковые значения контрольных составов на 28,3−17,7%, соответственно. В нормативные сроки твердения гидрофобизированных образцов при В/Ц=0,55 прочность на сжатие выше контрольного состава в 1,32 раза. С увеличением водоцементного отношения с 0,45 до 0,7 прочность при сжатии цементно-песчаного раствора через 28 суток твердения со стеаратом цинка, равна 42,8 и 25,9 МПа, соответственно, а с ГКЖ-94 равна 32,5 и 18,0 МПа, соответственно. Гидрофобизирующую эффективность добавок оценивали по уменьшению водопоглощения цементно-песчаного раствора по ГОСТ 12 730.3−78 [3]:

Пw = Wк/Wг где Wк и Wг — водопоглощение образцов контрольного и гидрофобизированного составов, соответственно.

Зависимость показателя уменьшения водопоглощения от времени насыщения водой для всех исследованных составов приводится на рис. 3.

Рис. 3 Зависимость показателя водопоглощения от водоцементного отношения (В/Ц) цементно-песчаного раствора с гидрофобными добавками для различной продолжительности насыщения водой: а) ГКЖ-94; б) стеарат цинка

Как видно из рис. 2, для образцов со стеаратом цинка показатель Пw в первый час насыщения составляет 2,6−2,9, для ГКЖ-94 — 1,35−1,55 раз, соответственно. За 9−11 часов насыщения показатель уменьшения водопоглощения интенсивно снижается до 1,6−1,7 для стеарата цинка и до 1,16−1,33 для ГКЖ-94. Через 6 часов во всех составах со стеаратом цинка, кроме состава с водоцементным отношением В/Ц=0,7 показатель уменьшения водопоглощения мало зависит от водоцементного отношения. С увеличением дозировки кремнийорганической жидкости ГКЖ-94 до 1% прочностные показатели снижаются в 2−3 раза в первые трое суток твердения.

Проведенные исследования показали, что стеарат цинка обладает более высокой гидрофобизирующей эффективностью, чем гидрофобизатор ГКЖ-94, не снижая при этом прочности при сжатии цементно-песчаного раствора.