Гидрофобный бетон – это бетон , который отталкивает воду. Он соответствует стандартам, изложенным в определении водонепроницаемого бетона . Разработанный в Австралии в середине 20-го века, миллионы кубических ярдов гидрофобного бетона были уложены в Австралии, Азии и Европе , а также в Соединенных Штатах с 1999 года. Его эффективное использование в сотнях конструкций способствовало его широкому распространению и распространению. растущее использование. [1] [2]
Типичный бетон достаточно гидрофильен . Это происходит из-за сложной системы крошечных капилляров , которые всасывают воду через сеть микротрещин внутри бетонной плиты. [3] Эта затвердевшая матрица создает непрерывный цикл «от источника до погружения», то есть вода сверху постоянно притягивается к более низкой высоте. Коэффициент Дарси относится к способности сжиженной воды под давлением течь через любые имеющиеся поры и капилляры. Более низкая константа Дарси коррелирует с более высоким качеством материала. [4]
Коммерческие компании используют разные подходы для модификации обычной бетонной смеси с целью создания гидрофобного бетона, каждый из которых предполагает каким-то образом заполнение пористой бетонной смеси. Некоторые из наиболее часто используемых методов включают формирование полимера , инфузию мелких пятнышек и кристаллические образования, причем последний используется наиболее широко. [ нужна цитата ]
Образование полимера происходит за счет полимеризации водорастворимого форполимера посредством ионного обмена с ионами двухвалентных металлов, такими как ионы Ca и Fe , с образованием эластичных нерастворимых частиц. Эти мелкие частицы мигрируют и концентрируются в небольших трещинах и капиллярах, образующихся в бетоне по мере его высыхания. По мере полимеризации резиновые пробки образуют и надолго закрывают эти пути прохождения воды, значительно снижая как водопоглощение, так и водопроницаемость. [ нужна цитата ]
Кристаллическая технология используется для создания гидрофобного бетона путем формирования кристаллических структур в крошечных капиллярах, порах и других воздушных карманах, остающихся в процессе отверждения бетона. Во время этого образования в капиллярах и порах свежезатвердевшего бетона остаются побочные продукты, обычно гидроксид кальция , сульфаты , карбонаты натрия, калий , кальций , а также гидратированные и негидратированные частицы цемента. Эти кристаллические структуры затем закупоривают поры и капилляры, не позволяя воде течь через них. После добавления кристаллических химикатов в бетонную смесь посредством добавки или покрытия они вступают в реакцию с побочными продуктами в присутствии воды. Эта реакция затем образует нерастворимую кристаллическую структуру, которая закупоривает поры. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все химические вещества не вступят в реакцию. При нанесении в качестве покрытия химическая реакция протекает посредством процесса химической диффузии. Это процесс миграции раствора с высокой химической плотностью к химическому раствору с низкой плотностью до тех пор, пока они не придут в равновесие. Замачивание бетона в воде создает низкую химическую плотность в порах, а нанесение кристаллического химического вещества в качестве покрытия создает высокую химическую плотность. Эти две жидкости диффундируют через внутреннюю структуру бетона, пока не достигнут равновесия во всей внутренней структуре. Когда этот процесс завершен, кристаллическая структура гидрофобного бетона завершена. [5] [ нужен лучший источник ]
Конечная цель при создании гидрофобного материала — уменьшить полярность молекул . Поскольку молекулы воды очень полярны, они легко притягиваются к частично положительным или частично отрицательным зарядам. На нейтральной поверхности молекулы воды группируются и притягивают друг друга, образуя сферическую каплю воды. Эти капли могут затем испаряться с поверхности бетона, а не впитываться в капилляры бетона. Точная структура и состав кристаллов, используемых в гидрофобном бетоне, не являются общедоступной информацией; однако из-за его свойств можно предположить, что это неполярная молекула. [6] [7]
Свойство отталкивать воду придает гидрофобному бетону возможность избегать загрязнения частицами, растворенными в каплях воды. Поскольку сами кристаллы не полярны, взаимодействие между кристаллами и растворенным кислородом незначительно. Это позволяет бетону противостоять ржавчине арматуры , которая часто снижает прочность бетона, сквозь который проходят железные стержни. Стандартный коммерческий бетон имеет среднее водопоглощение 4-10%. Напротив, гидрофобный бетон имеет в среднем 0,3-1%.
Упускаемым из виду свойством гидрофобного бетона является его способность отталкивать влагу из воздуха. В отличие от жидкой воды, молекулы воды в воздухе движутся с более высокой кинетической энергией и в конечном итоге существуют в газообразной форме. Кристаллические структуры гидрофобного бетона достаточно компактны, чтобы предотвратить перемещение влаги по капиллярам бетона.
Гидрофобный бетон производят различными способами, которые делятся на две категории; покрытия или добавки . Оба позволяют кристаллическим структурам образовываться в присутствии воды. [ нужна цитата ]
При создании гидрофобного бетона посредством нанесения покрытия покрытие распыляется или наносится кистью на пористые поверхности. В большинстве случаев его наносят на обычную бетонную плиту, которая затем подвергается коррозийному процессу, обнажающему большую часть капилляров бетона. Этого можно достичь путем струйной обработки поверхности водой под давлением около 3000–4000 фунтов на квадратный дюйм. Также подходят пескоструйная обработка и кислотное травление. Добавление воды – следующий шаг. Его можно наносить как вертикально, так и горизонтально, но температура не должна опускаться ниже 33 градусов по Фаренгейту, чтобы предотвратить замерзание. Также следует избегать чрезмерного испарения. В районах с высокой скоростью испарения этот процесс часто происходит ночью, когда температура ниже. Как только поры максимально пропитаются водой, наносят покрытие. Гидрофобные химикаты имеют форму порошка и смешиваются с водой в соотношении пять частей порошка на две части воды для нанесения кистью. Для нанесения распылением соотношение составляет пять частей порошка на три части воды. Покрытие наносится в количестве 1,25–1,5 фунта на квадратный ярд и продолжается до тех пор, пока не будет покрыта вся поверхность. Если поверхность требует еще одного слоя, его необходимо нанести в течение сорока восьми часов после первого нанесения гидрофобной смеси. После нанесения бетон должен затвердеть во влажной среде через два-три часа после нанесения. Это достигается путем опрыскивания поверхности водой не менее трех раз в день в течение нескольких дней. Иногда также используются ингибиторы испарения. В зависимости от климата процесс отверждения может занять больше времени и потребовать более частого смачивания. После затвердевания бетон выдерживается две-три недели, прежде чем процесс будет завершен. [ нужна цитата ]
Когда гидрофобный бетон изготавливается с использованием добавки, порошок с гидрофобными химикатами добавляется в процессе дозирования. Другими словами, его добавляют в саму бетонную смесь при укладке бетона. Обычная дозировка составляет два-три процента от бетонной смеси. Поскольку вода является частью процесса дозирования, дополнительный процесс отверждения не требуется. Этот подход более простой и менее трудоемкий, но его можно использовать только при укладке нового бетона. [8] [ нужен лучший источник ]
Гидрофобный бетон можно использовать в тех же целях, что и обычный бетон, чаще всего там, где ремонт обычного бетона опасен или стоимость структурного повреждения может быть очень пагубной. Туннельные работы являются основным применением гидрофобного бетона, поскольку подземный ремонт сложен и дорог. [9] Это также популярный выбор для закладки фундамента зданий и тротуаров в местах ниже уровня грунтовых вод . [ нужна цитата ]
Подводное использование гидрофобного бетона является основным применением на морских объектах. Часто используется для удержания воды при создании бассейнов и прудов. НАСА использовало гидрофобный бетон для строительства бассейна, который используется для подготовки астронавтов к прогулкам по Луне. Гидрофобный бетон также используется в тех случаях, когда он подвергается воздействию дождя или дождевых луж, например, для зеленых крыш, других видов крыш, парковочных сооружений и площадей. [ нужна цитата ]
Среди многих преимуществ использования гидрофобного бетона — сокращение времени укладки и снижение затрат. Использование гидрофобного бетона может сократить время выполнения промышленного проекта, поскольку обычный бетон включает в себя период защиты от коррозии, а также период гидроизоляции. Гидрофобный бетон одновременно обеспечивает защиту от коррозии и гидроизоляцию.
Аналогично, сокращение времени снижает затраты на установку. Обычный бетон с мембранной основой может стоить около 5 долларов США за квадратный фут, хотя цены могут варьироваться в зависимости от применения. Одноэтапный процесс установки гидрофобного бетона снижает стоимость примерно до 3,20 долларов США за квадратный фут. По данным компании Hycrete из южной Калифорнии, такая экономия может быстро накапливаться в ходе реализации проекта.
По оценкам, в 1998 году только в Западной Европе на ремонт гидрофильным цементом было потрачено около пяти миллиардов долларов. Большая часть ремонта была необходима из-за ущерба, нанесенного коррозией воды в городских районах. Поскольку водная коррозия незначительна или отсутствует вообще, гидрофобный бетон сохраняется лучше, чем обычный бетон, который через несколько лет обычно выглядит изношенным и состаренным.
С экологической точки зрения гидрофобный бетон также выгоден, поскольку он «зеленый». Возможность повторного измельчения делает его легко пригодным для повторного использования. Хотя обычный бетон можно повторно измельчить, это очень дорогостоящий процесс, который часто означает, что бетон попадает на свалку. Это преимущество гидрофобного бетона позволяет его экономически эффективное повторное использование в будущих проектах.
Некоторые другие недостатки гидрофобного бетона связаны с процессом нанесения. При нанесении в качестве покрытия он может проникнуть в материал только на глубину до 12 дюймов. Кроме того, сам процесс нанесения покрытия чрезвычайно трудоемкий. Если толщина конструкции превышает 12 дюймов или это проект большой площади, подход с добавлением добавок даст лучшие результаты. [ нужна цитата ]
Использование альтернативной кристаллической технологии для производства гидрофобного бетона возможно только при наличии воды, поскольку перед нанесением покрытия поверхность необходимо тщательно смачивать. [10]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)