О гидратации и твердении ССС при отрицательных температурах
реклама
О гидратации и твердении ССС при отрицательных температурах Сообщение, сделанное на 5-й международной специализированной конференции BaltiMix “Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес” д.т.н. Валентином Корневым, профессором, заведующим кафедрой строительных и специальных вяжущих веществ СПбГТУ. Удлинение цикла строительных работ на переходные периоды (зима-весна и осень-зима), необходимость проведения работ в зимний период обусловили востребованность цементных растворов и бетонов и технологий строительных работ, относящихся к зимнему бетонированию. Особые условия формирования бетона на морозе связаны с замерзанием воды как химического компонента реагирующей системы, а также с замедлением гидратации и твердения цемента. Практические приемы (методы) зимнего бетонирования связаны с сохранением в твердеющем бетоне воды в жидком состоянии. Условно эти приемы можно разделить на физические и химические. Физические сводятся к сохранению положительных температур в бетоне за счет его прогрева, химические основаны на снижении температуры замерзания воды при растворении в ней противоморозных добавок. Имеющийся опыт зимнего бетонирования не может быть в полной мере использован для разработки составов и условий применения сухих строительных смесей (ССС) на основе портландцемента при ведении работ при отрицательных температурах. Большинство составов ССС на основе портландцемента содержат редиспергируемые полимерные порошки (РПП), которые при затворении сухой смеси водой образуют водные дисперсии (латексы). В случае замерзания воды коалесценция частиц латекса и пленкообразование становятся маловероятными. Кроме полимерных дисперсий (нерастворимых в воде полимерных частиц), в состав сухих смесей часто входят водорастворимые полимеры (например, эфиры целлюлозы). Процесс твердения таких цементно-полимерных смесей при отрицательных температурах и в присутствии противоморозных добавок изучен недостаточно. Большинство ССС предназначено для тонкослойной технологии — для нанесения в виде тонкого слоя на массивную строительную конструкцию, поверхность которой может иметь низкую или отрицательную температуру. При этом масса наносимого материала мала по сравнению с массой конструкции, и покрытие достаточно быстро приобретает температуру подложки. Развитие экзотермических процессов при гидратации цемента в этих условиях не может существенно повысить температуру смеси. Как правило, ССС относятся к цементно-полимерным композициям. Компоненты этих композиций (цемент и полимер), изначально химически индифферентные друг к другу, отвердевают каждый по своим законам и схемам. Тем не менее, их взаимное влияние существенно. Это влияние состоит в торможении процессов гидратации безводных цементных минералов за счет их экранирования полимерными пленками, такими стабилизаторами, как поверхностноактивные вещества (ПАВ), освобождающимися при слиянии редиспергированных полимерных частиц, а также обычно присутствующим в системе в качестве защитного коллоида поливиниловым спиртом (ПВС). В свою очередь, цементные минералы, химически связывая воду (гидратируясь), обезвоживают полимерную дисперсию изнутри, создавая необходимые условия для сближения и последующего слияния полимерных частиц во фрагменты пленок. При этом значащим фактором для пленкообразования является воздействие на полимерную частицу солей, переходящих в раствор из растворимых компонентов цемента при затворении цемента водой. В раствор переходят ионы Са2+, К+, Na+, ОН-, SO42-, безусловно влияющие на коагуляционную устойчивость полимерных частиц, которые обычно специально дополнительно стабилизируют для обеспечения их устойчивости в этих системах. Поскольку процессы отвердевания цементно-полимерных систем регулируются химическими реакциями, происходящими в системе, то температура протекания реакций является существенным фактором воздействия на них, а снижение температуры по известным химическим законам обязательно вызовет их замедление, и чем ниже температура твердения, тем это замедление сильнее — вплоть до практически полной остановки процесса. В цементных системах, не содержащих противоморозных добавок и замороженных сразу (в первые часы) после изготовления, большая часть воды переходит в лед при температуре от -2°С до -5°С. В данном температурном интервале происходит замерзание воды в порах радиусом более 0,1 мкм. При падении температуры ниже -10°С количество замерзшей воды увеличивается незначительно (замерзание имеет место в порах, диаметр которых не превышает 0,1 мкм). У затвердевшего цемента незамерзающая вода находится в порах, образующихся вследствие химической усадки (контракции) и в CSH- геле, и только при снижении температуры до -40°С замерзает вода, находящаяся в контракционных порах (примерно 0,05 мкм), а затем (ниже -60°С) — сорбированная вода, находящаяся в микропорах. Основными факторами, определяющими замерзание воды в твердеющих цементных системах, являются степень гидратации цемента (до замерзания) и значение водоцементного отношения (В/Ц). Степень гидратации цемента до замерзания напрямую зависит от времени выдержки растворной смеси до ее замораживания. Применительно к ССС выдержка смеси до ее замерзания не превышает живучести смеси, которая обычно находится в пределах 3 часов. При этом временем охлаждения смеси до отрицательных температур после ее нанесения можно в большинстве случаев пренебречь из-за малой толщины слоя наносимой смеси. Таким образом, замораживанию подвергается растворная смесь сразу после ее приготовления или (условно) в течение 1-3 часов после приготовления. Если в последующем температура становится положительной, гидратация возобновляется. Обсуждая эти и другие данные по твердению цемента при отрицательных температурах в отсутствие противоморозных добавок, можно отметить следующее. Для того, чтобы в твердеющем на морозе цементе сохранилась вода, необходимая для его хотя бы небольшой гидратации, должна успеть сформироваться микроструктура, содержащая воду, не замерзающую при 0°С, то есть коагуляционная структура, содержащая определенное количество гелевых и контракционных пор. Такая структура создается в период от момента затворения цементной смеси водой до ее охлаждения на низкотемпературной подложке. Та вода, которая до ее превращения в лед успевает накопиться в микроструктурах гидратирующегося цемента (кроме связанной химически), и становится резервом для продолжения гидратации цемента при отрицательных температурах. Остальная вода, заполняющая межзерновое пространство, превращается в лед и остается вне реакции гидратации. Отсюда следует, что способность цемента гидратироваться на морозе зависит прежде всего от его активности (способности к гидратообразованию), которая определяется фазово-минералогическим составом, тонкостью помола, видом и содержанием гидравлических добавок. Гидратация цемента в присутствии противоморозных добавок, обеспечивающих в системе существование жидкой фазы при отрицательных температурах, существенно осложняется вследствие изменения физико-химических свойств самой воды из-за растворения в ней солей-электролитов, из-за влияния добавок на растворимость цементных минералов и продуктов их гидратации, а также из-за изменения коллоидно-химических свойств цементных частиц. Процессы осложняются также физикохимическим взаимодействием добавок с цементными минералами и продуктами их гидратации, в результате которого изменяется кинетика схватывания и твердения цементных минералов, в системе же появляются новые химические соединения — продукты взаимодействия цементных фаз и противоморозных добавок. Изменяется микро- и макроструктура цементного камня. Кроме того, добавки, химически не прореагировавшие с твердеющим цементом, в дальнейшем выкристаллизовываются в виде самостоятельных солевых фаз. Противоморозные добавки участвуют в образовании оксисолей и двойных солей гидратов: оксихлоридов, гидрохлоралюминатов, гидрокарбоалюминатов, гидронитриталюминатов, гидроксинитратов кальция. При низких температурах основное количество противоморозных добавок связывается в соединения такого типа за первые 3-7 суток гидратации, а к 14 суткам эти реакции завершаются. Состав поровой жидкости при твердении постоянно меняется: растворы концентрируются вследствие химического поглощения воды цементными минералами, однако при кристаллизации двойных солей концентрация электролитов в воде снижается. Вновь высвобождается вода, необходимая для гидратации цемента. Кроме прямого (физико-химического) снижения температуры замерзания воды, противоморозные добавки приводят к перераспределению пор цементного камня в сторону образования микропористой структуры, в которой физико-химически связанная вода замерзает, как уже указывалось выше, при температурах меньше 0°С. Таким образом, цементная часть рассматриваемой цементно-полимерной системы при отрицательных температурах в присутствии противоморозных добавок образует цементный камень. Свойства этого камня, безусловно, отличаются от свойств цементного камня, затвердевшего в отсутствие противоморозных добавок. Тем не менее, его прочность, морозостойкость, коррозионная стойкость, деформативные свойства, как показывают результаты многочисленных работ и существующая практика, вполне приемлемы для использования цементных систем с противоморозными добавками при изготовлении строительных изделий и конструкций, предполагающих множество областей применения. Вторым ингредиентом твердеющих цементно-полимерных композиций, к которым относится большинство ССС, является водная дисперсия органического полимера. Наиболее часто в сухих смесях применяют сухие дисперсии полимеров (сополимеров винил-ацетата и этилена, лаурата, стирола, акрилата), способные при затворении водой очень быстро образовывать водные дисперсии, устойчивые в цементных системах. Эти водные системы при замерзании воды радикальным образом изменяют как свои свойства, так и свойства всей цементно-полимерной системы. Очевидно, что при затворении сухой смеси водой (при положительных температурах) образуется полимерная дисперсия, а при нанесении растворной смеси на низкотемпературную подложку температура полимерной дисперсии падает до 0°С и ниже. При этом требуют оценки, по крайней мере, два свойства полимерной дисперсии: ее коагуляционная (агрегативная) устойчивость и способность к слиянию (коалесценции) полимерных частиц и последующему пленкообразованию. Согласно известным представлениям, у поверхности латексных частиц, которая модифицирована адсорбционными слоями стабилизаторов- эмульгаторов (обычно анионоактивными или неионогенными ПАВ), образуются гидратные прослойки, не замерзающие при падении температуры ниже 0°С. Эффективная толщина этих прослоек имеет порядок 10-8 м и зависит от степени насыщения адсорбционных слоев (то есть плотности заполнения поверхности латексной частицы стабилизирующим ПАВ), присутствия в системе защитных коллоидов, температуры и содержания электролитов в латексе. Именно эти гидратные прослойки обуславливают неэлектростатический фактор стабилизации — структурное отталкивание. Агрегация и последующая коагуляция латекса происходит при температурах более низких, чем криогидратные точки растворов электролитов, то есть после полного замерзания свободной водной фазы. При замораживании латекса электролит выполняет двоякую дестабилизирующую роль, снижая электростатический барьер коагуляции, а также ослабляя структурное отталкивание: при введении электролита в латекс количество незамерзающей (гидратной) воды в нем снижается. Таким образом, превращенный в водную дисперсию РПП в составе цементной растворной смеси и в присутствии сильных электролитов — противоморозных добавок (неорганических растворимых солей) — имеет многие предпосылки для его агрегирования и коагуляции. Повышение коагуляционной устойчивости латексов при замораживании может быть достигнуто путем их модифицирования добавками этиленгликоля и глицерина, которые образуют ассоциаты с ПАВ- стабилизаторами латексных частиц, в результате чего возрастает агрегативная устойчивость латексов при действии отрицательных температур. Для ССС такой подход неприменим из-за нецелесообразности введения в сухую смесь жидкости. Отсутствие коагуляции при отрицательных температурах является первым необходимым (но недостаточным) условием дальнейшего слияния латексных частиц и пленкообразования. Вторым условием образования полимерных пленок из латексных частиц является присутствие жидкой фазы, которая является средой для их слияния (коалесценции). Нужно полагать, что после замерзания воды коалесценция станет маловероятной. Однако, если замерзания в присутствии противоморозных добавок не произойдет, жидкая фаза (водный раствор) будет находиться при отрицательной температуре, и процессы коалесценции частиц замедлятся. Кроме того, такие процессы возможны только при условии, если полимерная водная дисперсия находится при температуре, не меньшей минимальной температуры пленкообразования (МТП) дисперсии конкретного полимерного состава. Для полимерных дисперсий различного состава МТП может отличаться на десятки градусов. Вышеприведенные сведения о возможности твердения при отрицательных температурах цементнополимерных композиций, к которым относятся модифицированные РПП ССС на основе портландцемента, являются лишь общим методологическим подходом для понимания этого процесса. Условная схема твердения таких смесей при отрицательных температурах может состоять из следующих этапов. Этап первый. До затворения водой исходная сухая смесь представляет собой смесь портландцемента (размер частиц 0-80 мкм), заполнителей (размер частиц 0,16-5 мм), РПП (размер частиц 50-250 мкм), сухих противоморозных добавок (размер частиц 0,1-1 мм). Этап второй — затворение сухой смеси водой. Сухая смесь предварительно выдерживается при положительных температурах и затворяется теплой водой. При затворении сухой смеси частицы цемента и заполнителя смачиваются водой и затем образуют первичную грубую дисперсию. Происходит тепловыделение при смачивании цемента водой (теплота сорбции). Начинается процесс растворения противоморозных добавок и редиспергация РПП в воде затворения. А также процесс коллоидации цемента, обусловленный начальной его гидратацией. Этап третий. Перемешивание растворной смеси осуществляется через 10 минут после затворения. При этом заканчивается растворение противоморозных добавок и завершается диспергация РПП, то есть образуется полимерная дисперсия, состоящая из дисперсионной среды в виде раствора электролитов и редиспергированных полимерных частиц, характеризующихся средним размером 0,01-0,5 мкм. Оформляется структура полимерных частиц, включающая их поверхностную стабилизацию и образование гидратной оболочки. На этом этапе важной характеристикой полимерной дисперсии является ее коагуляционная устойчивость к сильным электролитам — противоморозным добавкам. Образовавшаяся полимерная дисперсия находится в межчастичном пространстве интенсивно гидратирующегося цемента. Этап четвертый — выдерживание растворной смеси до использования. Растворная смесь до ее нанесения на конструкцию некоторое время (в пределах живучести смеси) выдерживается при положительных температурах. При этом желательно выбирать такие противоморозные добавки, которые мало влияют на сроки схватывания цемента. В этот период ускоряется гидратация цемента, и из цементного геля и полимерной дисперсии формируется начальная легкоподвижная коагуляционная структура. Формирующиеся на поверхности цементных минералов гидратные фазы образуют гелевые структуры, характеризующиеся присутствием сорбированной (гелевой) воды. Степень гидратации цемента на этой стадии не превышает 2%. Чем дольше этот этап, тем больше в системе образуется незамерзающей впоследствии воды. Этап пятый — нанесение растворной смеси (которая предварительно вновь перемешивается) на конструкцию, имеющую отрицательную температуру. Учитывая ограниченность опыта применения сухих смесей при отрицательных температурах, а также характер общих условий выполнения отделочных работ, вряд ли целесообразно планировать применение смесей при температурах ниже 10°С. Минимальная температура растворной смеси в момент ее нанесения должна быть на 20°-30°С выше проектируемой температуры эксплуатации. Очевидно, что рабочая поверхность должна быть освобожденной от льда и сухой. При нанесении должны сохраняться технологические характеристики растворной смеси. Прежде всего это пластичность (подвижность) и водоудерживающие свойства. Обезвоживание растворной смеси за счет гидратации цемента и частичного отсоса воды подложкой создают начальные условия для слияния полимерных частиц и образования фрагментов полимерной пленки. Поскольку растворная смесь на этом этапе пока еще находится при положительных температурах, гидратационные процессы в ней продолжаются с обычной скоростью. На этой стадии проявляются адгезионные свойства полимерной части растворной смеси и цементного геля. Этап шестой — формирование покрытия. Благодаря малости толщины слоя покрытие довольно быстро остывает до проектной температуры. При этом все процессы гидратации и структурообразования замедляются. Тем не менее, через определенное время растворная смесь схватывается, но не замерзает и начинает медленно твердеть. При отрицательных температурах в присутствии жидкой фазы наряду с гидратацией цемента за счет дальнейшего обезвоживания системы продолжается также слияние полимерных частиц и пленкообразование. В результате этих процессов формируется композиционная цементно-полимерная структура. Раствор должен достичь некоторой критической прочности — только после этого возможно его замораживание при температурах ниже проектной. По информации, предоставленной СП ССС (www.spsss.ru) подготовил Сергей ЗОЛОТОВ Гидрофобизация строительных материалов: состояние и перспективы В статье рассмотрены положительные эффекты гидрофобизации строительных материалов и сооружений, позволяющие существенно снизить энергетические затраты на поддержание требуемого температурного режима в помещениях зданий, сооружений и уменьшить материальные затраты на проведение текущих ремонтов и других видов работ. Высокая водопоглощаемость и водопроницаемость пористых минеральных строительных материалов обусловливает их достаточно быстрое разрушение в результате воздействия воды, изменение физических и эксплуатационных характеристик. Вода, проникая в поры материала, растворяет его кристаллические структуры, нарушает сцепление между ними, что приводит к снижению его прочности. Существенной причиной понижения прочности и обеспечения деформации пористых строительных материалов при их увлажнении является обратимая адсорбция воды и растворение в ней вяжущих веществ. Образование адсорбционного слоя воды понижает поверхностную энергию твердого тела, а, следовательно, и работу образования новых поверхностей при деформации. Сорбированные же молекулы воды мигрируют по поверхностям, вновь образующимся в деформационном материале, что уже при малых напряжениях приводит к его разрушению вследствие лавинно развивающейся ползучести. К снижению прочности неорганических пористых материалов приводит и расклинивающее действие водных пленок, растворяющих микроэлементы их структуры. Особенно сильно разрушение происходит при многократном попеременном намокании и высыхании. Капиллярная миграция воды вызывает неравномерное распределение механических напряжений, что также способствует разрушению. При такой миграции вода, растворившая компоненты стройматериала в одних его участках, осаждает их в виде солей в других. Это приводит к развитию неконтролируемых процессов кристаллообразования и отложения солей, объем которых превышает первоначальный объем растворившихся компонентов, что вызывает механические разрушения части пористой структуры минерального строительного материала и создает условия вымывания его компонентов (появление высолов) и возникновения других дефектов внутренней и поверхностной структуры. Обычно в зимнее время особенно сильно разрушаются наружные покрытия, так как под влиянием разности температур внутри материала по порам происходит перемещение воды в область наиболее низких температур, где образуется максимальное количество льда, который увеличивает объем в 8-9 раз, создавая при этом огромное давление, приводящее к разрушению пористой структуры. Можно утверждать, что увеличение долговечности строительных материалов и улучшение эксплуатационных условий помещений, прежде всего, связано с защитой от проникновения в строительные материалы воды. Принято считать, что основным средством предупреждения проникновения воды и водных растворов солей является увеличение плотности бетона. Однако следует отметить, что при капиллярном всасывании увеличение плотности бетона не оказывает существенного влияния на перенос и проникновение воды и водных растворов солей в объем цементного камня. Для гидрофобизации сооружений применяют покрывные, клеющие, цементирующие и другие составы, образующие на поверхности строительного материала водонепроницаемую изоляционную пленку, которая закупоривает поры бетона. Однако подобные защитные средства нельзя признать достаточными, т.к. они приводят к изменению внешнего вида и фактуры поверхности строительного материала. Кроме того, весьма существенным недостатком таких покрытий является то, что они лишают материал возможности «дышать», т.е. препятствуют циркуляции воздуха и испарению влаги из пор. Последнее приводит к разрушению заградительной системы и материала, отсыреванию стен за счет капиллярного подсоса грунтовых вод и т.п. Этим же недостатком обладают пропиточные, инъекционные и тампонажные жидкости, которые часто применяются для понижения водопроницаемости материала или уплотнения содержащихся в нем пор и пустот. Учитывая вышеизложенное с достаточной степенью достоверности можно утверждать, что единственным способом снижения или исключения капиллярного подсоса от увлажняемой различными способами поверхности бетона является придание ей гидрофобных свойств, когда силы поверхностного натяжения и образования выпуклого мениска воды в капиллярах не способствуют, а препятствуют проникновению ее в толщу бетона. Эффект повышения стойкости за счет гидрофобизации достигается тогда, когда проникновение воды в объем бетона происходит не за счет гидравлического напора, а при периодическом смачивании ею поверхности изделия, а также при капиллярном всасывании от погруженной в воду части конструкций. Следует иметь в виду, что гидрофобизация основана на ориентированном взаимодействии на твердой поверхности молекул органических соединений с образованием гидрофобных монослоев. Эти слои ориентируются при взаимодействии таким образом, что гидрофильные полярные группы гидрофобизатора направлены к твердой поверхности, а гидрофобные радикалы — в окружающую среду. Для получения устойчивых водоотталкивающих покрытий необходимо, чтобы полярные группы гидрофобизатора были химически связаны с поверхностью твердого тела. Пленки из гидрофобных радикалов можно представить в виде щеток, которые и придают ей водоотталкивающее свойства. Водоотталкивающие покрытия часто не являются мономолекулярными слоями, а образуют на поверхности твердого тела неоднородную по толщине объемную пленку химического соединения. Такая пленка вследствие нарушения ориентации и неоднородности менее гидрофобна, но более устойчива в процессе эксплуатации. Для проведения гидрофобизации на поверхность строительной конструкции или детали любым способом наносится раствор соответствующего гидрофобизатора. Глубина его проникновения тем больше, чем ниже его поверхностное натяжение и вязкость и чем выше пористость строительного материала. Стенки пор и все частицы материала, вошедшие в контакт с раствором, обволакиваются водоотталкивающей пленкой гидрофобизатора. При этом ни размеры пор, ни фактура поверхности твердого тела не изменяются, а прочность поверхностных слоев и стенок пор несколько увеличивается. В то же время материал теряет способность смачиваться водой и капиллярно ее всасывать. Как отмечается в ряде работ, проникновение воды в поры материала не имеет места даже при сильном дожде. Однако при давлении, значительно превышающем гидростатическое, и особенно при длительном воздействии, вода постепенно проникает в поры гидрофобизированного материала. Последнее обусловлено тем, что при гидрофобизации все поры сохраняются открытыми, и лишь стенки их теряют способность смачиваться водой. При оценке целесообразности гидрофобизации материала следует помнить о том, что она исключает капиллярный подсос и фильтрационное проникновение воды и водных солевых растворов в объем бетона при сравнительно небольших гидростатических давлениях, при одновременном сохранении материалом открытой пористости. Гидрофобный эффект на внешней поверхности материала с течением времени снижается. Последнее происходит в результате атмосферного воздействия на поверхность твердого тела. Однако внутренние гидрофобные слои сохраняют водоотталкивающее свойство в течение 7-10 и более лет. Исследования особенностей гидрофобизации поверхности строительных пористых материалов и защитных свойств гидрофобных покрытий начаты в 1960- е годы. Гидрофобизирующие составы готовились на основе мылонафта, синтетических жирных и древесных кислот. С появлением на рынке кремнийорганических соединений в конце 1970-х годов начались исследования по гидрофобизации поверхности строительных материалов кремнийорганическими гидрофобизаторами: ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94, ГКЖ-94М, ФЭС-50, ФЭС-80. Однако широкого практического применения в народном хозяйстве бывшего СССР этот метод защиты строительных материалов не нашел. Последнее можно объяснить тем, что кремнийорганические гидрофобизаторы были достаточно дефицитными, дорогостоящими и пожаронебезопасными. Кроме того, эффективность защиты от коррозии и эрозии строительных конструкций, а также сохранность тепла в жилых помещениях и т.д. в то время изготовителей мало интересовали, и лишь в настоящее время этому вопросу начали уделять определенное внимание. В Беларуси, к сожалению, отсутствует производство кремнийорганических соединений. Это, естественно, в какой-то мере тормозит широкое использование гидрофобизаторов в практике защиты строительных материалов и конструкции от воздействия воды и водно-солевых растворов. Вместе с тем страна располагает достаточной сырьевой базой для производства гидрофобизаторов. Это отходы жировой промышленности и развивающегося производства дизельного топлива из рапсового масла. На кафедре неорганической химии Белгосуниверситета разработаны на основе олеиновой кислоты водные и на органических растворителях составы, обеспечивающие гидрофобизацию практически всех пористых материалов. При этом их защитные свойства по всем техническим показателям соответствуют гидрофобизаторам, произведенным на основе кремнийорганических соединений, а по устойчивости к гидролизу превосходят составы, полученные из метил- и этилсиликатов (ГКЖ-11, ГКЖ- 10). Установлено, что обработка водным составом гидрофобизатора влажной поверхности бетона или других кальцийсодержащих строительных материалов способствует ускоренному высыханию. Наблюдаемый эффект «сушки» поверхности бетонных изделий обусловлен изменением межфазовой границы «твердое тело — вода», полным вытеснением с поверхности адсорбированной воды и переводом ее в не связанное с поверхностью состояние, обеспечивающее ее достаточно быстрое испарение. Химическое взаимодействие функциональных групп гидрофобизатора на основе олеиновой кислоты с поверхностью бетона, приводящее к изменению межфазовой границы, обеспечивает не только интенсивное удаление влаги с поверхности, но и модифицирует ее, т.е. делает устойчивой к атмосферному воздействию (карбонизация, гидратация, эрозия и т.д.) и существенно увеличивает адгезию лакокрасочного покрытия к поверхности бетона. Этот эффект обусловлен взаимодействием концевых углеводородных частей олеиновой кислоты с формируемыми пленочными структурами, а также отсутствием влаги на границе раздела фаз «поверхность бетона — лакокрасочная пленка». Кроме того, нейтрализуется эффект давления воды на лакокрасочную пленку с внутренней стороны окрашенного строительного материала. Эти факторы обеспечивают увеличение (более 10 лет) сохранности лакокрасочного покрытия, нанесенного на бетон или другой строительный кальцийсодержащий материал. В кратком обзоре не представляется возможным обратить внимание читателя на все положительные эффекты гидрофобизации строительных материалов. Но вместе с тем следует отметить, что гидрофобизация строительных материалов и сооружений в развитых странах широко используется, поскольку позволяет не только увеличить сроки эксплуатации, но и существенно снизить энергетические затраты на поддержание требуемого температурного режима в помещениях зданий, а также уменьшить материальные затраты на проведение текущих ремонтов и других видов работ. Можно надеяться, что появление на рынке Беларуси дешевых отечественных гидрофобизаторов строительных материалов привлекает внимание соответствующих служб и организаций к разработке технических рекомендаций по их применению в строительном комплексе. Последнее, по мнению авторов, приведет к широкому внедрению этих перспективных материалов в ремонтно-строительную индустрию. Литература 1. Сураев В. Гидрофобизация. Теория и практика//Технологии строительства. — 2002. — №1. — C. 120-121. 2. Гидрофобизация конструкций с помощью составов SCHOMBURG//Строительство и недвижимость. — 29.01.2002. С.К. РАХМАНОВ, доктор хим. наук (Белорусский государственный университет), С.Н. ЛЕОНОВИЧ, проф., доктор техн. наук (Белорусский национальный технический университет), Г.Л. ЩУКИН, канд. хим. наук, А.Л. БЕЛАНОВИЧ, канд. хим. наук (Белорусский государственный университет) Организация заводской лаборатории испытаний ССС Сообщение, сделанное на 5-й международной специализированной конференции BaltiMix “Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес” к.т.н. Павлом Зозулей, доцентом кафедры строительных и специальных вяжущих веществ Санкт-Петербургского государственного технологического института В самом общем виде требования к организации системы контроля качества продукции изложены в стандарте ГОСТ Р ИСО 9003-96 "Системы качества. Модель обеспечения качества при окончательном контроле и испытаниях". Этот документ является одним из трех российских госстандартов (ГОСТ Р ИСО 9001 и ГОСТ Р ИСО 9002), содержащих требования к системе качества. Общее положение системы контроля качества состоит в том, что изготовитель продукции должен разработать, документально оформить и поддерживать в рабочем состоянии систему качества как средства, обеспечивающего соответствие готовой продукции установленным требованиям. Для решения вышеназванной задачи на предприятии — изготовителе продукции организуется заводская лаборатория. Площадь рабочих помещений лаборатории и численность персонала зависят от объема и ассортимента производимой продукции. Ориентировочно при годовом объеме выпуска сухих смесей 15-30 тыс. т необходимо иметь лабораторию площадью примерно 150 м2. По характеру размещения такая лаборатория может быть пристроена к основным производственным корпусам, встроена в них либо может строиться как отдельное здание. В любом случае лабораторные помещения целесообразно размещать в нижних этажах зданий. Высота таких помещений должна быть не менее 3-3,5 м. Стены лабораторных помещений окрашивают в светлые тона. Полы в помещениях для проведения испытаний растворных смесей и растворов могут быть либо бетонными, либо облицованными напольной плиткой, керамогранитом или стойкой к истиранию плиткой из природного камня. Деревянные полы лучше покрывать линолеумом или пластиком. Помещения размещаются и оборудуются в соответствии с видом проводимых испытаний. Силовой ток подводится к местам установки оборудования, водопровод и канализация — во все помещения лаборатории. Отопление должно быть центральное, водяное или паровое с кранами в каждом помещении для регулирования температуры воздуха. Лабораторные помещения должны быть оборудованы вентиляцией. Установки, служащие источниками пылевыделения — дробильные и помольные устройства, механические рассеиватели, смесители сухих компонентов, — либо снабжаются индивидуальными пылеотсасывающими системами, либо оборудуются вытяжными колпаками. Лаборатория по испытанию сухих строительных смесей должна иметь следующие помещения: . для приема, подготовки, хранения и испытания (влажность, дисперсность, наличие примесей) проб дисперсных материалов (заполнители, наполнители, минеральные добавки); . для приема, хранения и испытания (определение активности) минеральных вяжущих (цементы, известь, гипс); . для приготовления и испытания сухих растворных смесей (смешение, определение насыпной плотности, дисперсности), для затворения и определения свойств растворных смесей (водопотребности, подвижности, содержания воздуха в растворной смеси, срока годности); . для приема и хранения проб и образцов различных функциональных добавок (РПП, эфиры целлюлозы, суперпластификаторы, ускорители твердения, воздухововлекающие добавки); . для хранения образцов твердеющих растворов при относительной влажности воздуха 95-100% и температуре (20±2)°С (влажное хранение в ванне с гидравлическим затвором или же помещении, оборудованном увлажнителем и терморегулятором, а также оборудованном ваннами для раздельного водного хранения образцов при температуре (20±2)°С (для гидравлически твердеющих растворов); . должно быть помещение с контролируемой относительной влажностью воздуха (65±10)% и температурой (20±2)°С для хранения растворов в условиях воздушной среды (растворные смеси на воздушных вяжущих — гипсовые, известковые, магнезиальные); . помещение для проведения физико-механических испытаний (определение предела прочности при сжатии, при изгибе, прочности сцепления с основанием, стойкости к истиранию, измерения деформаций при твердении, водонепроницаемости, паропроницаемости, морозостойкости); . для выполнения работ аналитического характера (взвешивание, сушка, проведение химических анализов). Данное помещение должно быть оборудовано вытяжным шкафом и местами, пригодными для установки аналитических и технических весов (отсутствие сквозняков, защита от вибраций); . должна быть мехмастерская, предназначенная для изготовления различных расходных материалов — закладных реперных деталей, анкеров, отрывных пластин, нарезки керамических плиток для испытаний, изготовления форм и для проведения текущего ремонта лабораторного оборудования и инвентаря. В качестве минимально необходимого оборудования такая мастерская должна иметь слесарный верстак, оборудованный тисками, токарный станок (достаточно токарно-винторезного станка настольного типа), сверлильный станок, станок для резки керамических плиток, набор слесарного и измерительного инструмента (металлические линейки, рулетки, штангенциркули, микрометры). Помимо перечисленных помещений, в лаборатории должны быть предусмотрены кабинет начальника, кладовая для хранения резервного оборудования, приборов и материалов, помещения для размещения технической библиотеки и офисной техники (персональный компьютер, факс, копировальный аппарат), а также помещения бытового назначения (гардероб, душ, туалет) и кладовая для хозинвентаря. Лаборатория должна быть обеспечена холодной питьевой и горячей технической водой, а также телефонной связью. Для облегчения уборки основные помещения облицовываются глазурованной керамической плиткой. При планировании помещений лабораторий следует учитывать направление внутренних потоков проб и образцов материалов. Так, отделение приема и хранения исходных компонентов следует размещать у входа, а отделения хранения образцов для испытаний — по соседству с помещением для приготовления растворных смесей. Весы должны размещаться либо в отдельном помещении рядом с комнатой для проведения химических анализов, либо же непосредственно в этой комнате. В лаборатории желательно иметь два выхода, один из которых должен быть запасным и служить для приема материалов и эвакуации отходов. Это требование необходимо также по нормам пожарной безопасности. Оборудование лабораторий комплектуется следующим образом: поставляется заводами-изготовителями, приобретается (по каталогам) в специализированных магазинах и фирмах-поставщиках специализированного оборудования, изготавливается в мастерских предприятия или на заводах как нестандартное оборудование по индивидуальным заказам. По назначению лабораторное оборудование можно разделить на 3 категории: оборудование основной категории, оборудование для проведения аналитических работ и оборудование вспомогательной категории. К первой категории относятся все виды оборудования, которое используется для проведения различных испытаний сухих строительных смесей, растворных смесей и растворов. Ко второй — массоизмерительное оборудование, оборудование для сушки, а также для химикоаналитических операций и работ, связанных с их обеспечением, например, для дистилляции воды. К вспомогательному оборудованию относятся все виды оборудования, необходимого для проведения подготовительных работ к производству испытаний (машины и приспособления для изготовления образцов, дробильное, размольное и смесительное оборудование, сократители проб, вибросита, пробоотборники). Не реже одного раза в год все испытательное оборудование, все измерительные машины и приборы подлежат поверке, проводимой местными органами Государственного комитета по стандартам. Кроме того, испытательные машины и оборудование подлежат систематической поверке собственными средствами, для чего в лаборатории необходимо иметь собственные (поверенные) измерительные приборы (динамометры, влагомеры, термометры). Что касается конкретной комплектации лаборатории для испытания сухих строительных смесей, то следует отметить существенные упущения в действующих стандартах на строительные растворы — ГОСТ 28013-98 "Растворы строительные. Общие технические условия", а также ГОСТ 5802-86 "Растворы строительные. Методы испытаний" — как в части собственно требований, так и в их методическом обеспечении, определяющими их потребности в оборудовании. Так, например, отсутствует указание на необходимость контроля насыпной плотности сухих смесей, значение которой не только требуется для определения объема тары, но и может служить контрольным параметром правильности дозировки и стабильности качества смешения. Целесообразно внести изменение в методику определения подвижности растворных смесей, используя для характеристики этого показателя не метод погружения конуса (ГОСТ 5802), а расплыв конуса на стандартном встряхивающем столике. Отсутствует методика определения такого важного для практики показателя, как определение срока годности (живучести) растворной смеси. Требуется внесение изменений в методику определения водоудерживающей способности растворных смесей по ГОСТ 5802 как в части расчета этого показателя, так и в отношении комплектации метода расходными материалами — всасывающей подложкой по ГОСТ 6246 (промокательной бумагой) и разделительной тканью по ГОСТ 11109 (марлевой). Производство первой прекращено, а применение марлевой ткани снижает точность измерения из-за увлажнения марлевой прокладки и ведет к завышению результатов измерений. В свете современных достижений в области применения в строительных смесях ПАВ необходимо ввести контроль содержания воздуха в растворных смесях при использовании воздухововлекающих добавок, для чего необходимо использовать поромеры с объемом 1 л, которые в России не производятся. Для целого ряда строительных смесей — ремонтных, смесей для самовыравнивающихся наливных полов, для инъекционных и анкеровочных составов — необходимо оборудование для контроля объемных изменений на начальном этапе твердения растворной смеси, то есть в возрасте до 1 суток (в качестве примера может служить линейка от Wacker). Имеется также необходимость введения нормативных требований в отношении скорости приложения усилий при определении прочности сцепления растворов с основаниями (ГОСТ 28574, ГОСТ 28089, ГОСТ 24992). Имеются нерешенные вопросы в отношении методик испытаний новых гидроизоляционных материалов, теплоизоляционных систем для внешней теплоизоляции, некоторых видов реставрационных (например, санирующих) материалов, составов для самовыравнивающихся полов, анкеровочных и инъекционных растворных смесей. В связи с развитием и расширением как объемов, так и номенклатуры сухих строительных смесей требуется внесение также специальных требований в нормативные документы на некоторые виды основных компонентов сухих строительных смесей (гидратную известь, глиноземистый и высокоглиноземистые цементы). Следует отметить, что предполагаемая децентрализация государственной системы стандартизации (в соответствии с Федеральным законом о техническом регулировании) обострит ситуацию с унификацией требований к качеству продукции, методам контроля качества и оборудованию для испытаний. Одним из вариантов решения этой проблемы является организация региональных центров разработки и согласования нормативных требований к качеству сухих строительных смесей и методам их испытаний. Инициаторами создания и непосредственными организаторами таких центров могут стать Союзы производителей сухих строительных смесей. По информации СПССС (www.spsss.ru) подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
