Использование торфяных добавок для гидрофобизации строительных материалов. (Часть 2)

16.10.2012

Рис. 1. Модель распределения влаги при затво рении водой цементосодержащей смеси с торфяной добавкой (зерен заполнителя и гидрофобных частиц на рисунке не показано)

Из всех приведенных выше групп химических соединений, входящих в состав торфяного сырья изначально гидрофобными являются только битумы. Поэтому если вносить в цемент гидрофобную добавку, представляющую высушенный и раздробленный до пылевидного состояния торф, то наиболее вероятен будет следующий процесс взаимодействия воды с растворной (бетонной) смесью. При проникновении воды к частицам цемента и гидрофильным соединениям торфа (на их долю приходится примерно 90-98 % органического вещества1), последние (благодаря более высокому потенциалу влаги [5]) будут «оттягивать» молекулы Н2 О на себя (рис. 1), причем чем ближе расположены молекулы воды к гидрофильной частице, тем выше ее энергия связи. Гидрофобные соединения (2-10 %) наоборот будут отталкивать молекулы жидкости.

В этом случае в микрообъемах материала, граничащих с гидрофильными соединениями, будет создаваться избыток влаги, в то время как периферийные зоны и зоны, расположенные недалеко от гидрофобных участков, будут ощущать ее дефицит для осуществления полноценного процесса гидратации. Это дестабилизирует структуру цементного камня в процессе твердения, создавая ней зоны с высокой и сравнительно низкой прочностью. Разница между прочностными показателями таких участков будет тем больше, чем выше концентрация добавки. Например, при использовании в качестве вяжущего органоминеральной смеси, состоящей из порт-ландцемента (90 %) и низинного торфа (10 %), прочность экспериментальных образцов была в 2-2,5 раза ниже по сравнению с контрольными. Более того, были отмечены незначительные гидрофобные свойства сухой смеси и строительных материалов на ее основе.

В связи с тем, что в настоящее время не существует достаточно простых способов разделения органического вещества торфа на составляющие его компоненты, наиболее перспективным является научное направление по разработке методов, которые позволяют придавать гидрофобные свойства изначально гидрофильным соединениям. В основе одного из них лежит использование химической деструкции торфа, в результате которой, его органическая масса претерпевает сложные превращения с образованием твердых, жидких и газообразных продуктов.

В связи со сложностью группового химического состава торфа различных типов и видов, для гидрофобизации цемента и сухих сыпучих смесей на его основе использовали органические добавки, которые выделялись из сырья со строго определенными физикохимическими характеристиками. Добавки вносились в цемент (сухую строительную смесь) в количестве 0,5-10 %. Соотношение компонентов зависело от вида добавки, необходимого гидрофобного эффекта и других качественных характеристик конечного продукта. Существенным отличием от предшествующих технологий гидрофобизации [6-9] является то, что для придания дисперсному материалу максимального гидрофобного эф- фекта проводится специальная операция - активация органоминеральной смеси. При ее осуществлении, на внешней поверхности минерального вяжущего образуется защитная водоотталкивающая пленка.

Для оценки водоотталкивающих свойств были проведены эксперименты по смачиванию различных видов гидрофобизированных по разработанному способу цементов. Практически во всех случаях характер процесса впитывания (или точнее сказать невпитывания) капли воды, находящейся на поверхности идрофобизированного цемента, одинаков. Однако качественные показатели эффективности применения тех или иных материалов для гидрофобизации будут зависеть не только от вида гидрофобизатора, но и от самого минерального дисперсного материала. Гидрофобный эффект в модифицированных цементах возрастает при повышении степени разложения исходного торфяного сырья, применяемого для получения добавок. Сравнение группового химического состава органического вещества торфа, применяемого для изготовления добавок показывает, что наибольшей гидрофобно- стью обладают те цементы (сухие смеси), в которые вносились модификаторы с преимущественным содержанием битумов, а также гуминовых и фульвовых кислот.

Но вместе с тем химическая деструкция позволяет получать гидрофобные добавки и из сырья с малым исходным содержанием последних. В качестве примера можно привести верховой торф с R = 10 %, содержание в котором битумов составляло примерно 0,6 %, а гуминовых веществ примерно 10 %. Правда в этом случае эффективность гидрофобизации будет небольшой2 (сравнить кривую 3 с кривыми 1 и 2, рис. 2, 3). При оптимальном соотношении исходных компонентов в сухой строительной смеси система приобретает высокие водо-отталкивающие свойства.

Например, в экспериментах с портланди глиноземистым цементами, практически во всех случаях наблюдается значительное превышение времени смачивания, по сравнению с ГОСТ 10178-85 [8], в 2-144 раза (в зависимости от концентрации компонентов). Но, несмотря на это, после интенсивного механического перемешивания происходит нормальное схватывание и твердение раствора на основе гидрофобно- модифицированных минеральных вяжущих.