Innovative technologies
BetonPRO
Мы создаём инновационные технологии производства дешевых мелкозернистых бетонов, пригодных для изготовления декоративных отделочных материалов, обладающих высокими физико-химическими показателями.
Новизна нашей продукции заключается в возможности применения бетонов для производства декоративных отделочных материалов, имитирующих более дорогостоящие природные (природный камень, гранит и др.)
Конъюнктура сегодняшнего рынка такова, что наши материалы имеют высокий потенциал продвижения вследствие доступности и малого уровня конкуренции.
Однако, при всех неоспоримых преимуществах любая продукция из бетона подвержена необратимым процессам коррозии. По этой причине борьба с коррозией бетона является чрезвычайно важной. В процессе решения этой проблемы нами были изучены не только сами процессы различных видов коррозии бетона, но и предложены инновационные методы борьбы с ней. Наиболее удобной математической моделью количественного описания зависимости коррозии бетона от времени является модель «карбонатной коррозии», так как ее можно описать законом Фика.
Для оценки срока службы изделий, выполненных из бетона или раствора на цементном вяжущем, можно использовать уравнение, описывающее кинетику нейтрализации бетона кислыми газами в соответствии с 1-м законом Фика [1]. С этой целью рассмотрим немаловажный негативный процесс карбонизации бетона. Согласно 1- му закону Фика, количество вещества, проходящее через воображаемое сечение, перпендикулярное направлению диффузии, пропорционально величине градиента, концентрации в этом сечении, площади сечения и времени диффузии. Н.В. Савицкий в своей диссертации [3] предложил использовать расчётные формулы для определения сроков карбонизации бетона, основанные на следующих допущениях:
- падение концентрации СО2 в порах бетона считается линейным;
- у поверхности бетона концентрация СО2 соответствует концентрации его в окружающем воздухе, а в зоне химической реакции принимается равным «0»;
- градиент концентрации СО2 для небольших отрезков времени является постоянной величиной.
Эти допущения позволяют использовать для расчётов уравнение 1-го закона Фика:
,где:
dm – количество углекислого газа, диффундировавшего через поверхность образца за время dt;
D – эффективный коэффициент диффузии углекислого газа в карбонизированном бетоне;
А – площадь поверхности бетона, через которую диффундирует углекислый газ;
C0 – массовая доля углекислого газа у поверхности бетона,
C – массовая доля углекислого газа в зоне поглощения,
x - толщина карбонизированного слоя бетона.
За бесконечно малый промежуток времени dt элементарное количество углекислого газа, поглощенного раствором бетона
dm = m0 · A · dx
,где dm – количество углекислого газа, поглощённого единицей объёма бетона, или объёмная концентрация связанного СО2 .
Объединяя уравнения 1 и 2 - получаем:
И далее, соответственно:
,где:
m0 = VCO2/VCC – реакционная ёмкость (способность) бетона;
VCO2 – объём поглощённого СО2 при н. у.;
VCC – объём карбонизированного бетона, поглотившего СО2;
ν – количество молей;
Vm – молярный объём;
αCaO – массовая доля обобщённого CaO в цементе, вступившего в реакцию;
mц – масса цемента;
MCaO – молярная масса оксида кальция.
Из источника [8] мы также знаем упрощённую формулу:
m0 ≈ 0,4 · Ц · p · f ≈ 0,144 · Ц
p – количество основных оксидов в цементе в пересчете на СаО в относительных величинах по массе, принимают по данным химического анализа цемента (для приближённого расчета p ≈ 0,6);
f – степень нейтрализации бетона, (в среднем f ≈ 0,6);
Ц – содержание цемента в бетоне, г/л.
Приняв для бетона класса В30 (на основе цемента марки 500, ПЦ 500-Д0-Н) Ц ≈ 338 г/л [6], получим m0 ≈ 48,672.
Среднее значение коэффициента диффузии для такого бетона D = 1,93 · 10-4 см2/c [6].
Из формул (4) и (5) следует, что минимальные: х - толщину защитного слоя и t -время при эксплуатации в идеальных условиях, можно вычислить по формулам:
Тогда, принимая C0 = 0,02 % (0,0002) и время эксплуатации t = 60 лет, получаем минимальную толщину защитного слоя (идеальные условия эксплуатации), (форм. 8):
и при толщине защитного слоя, x = 2 см, минимальный срок эксплуатации бетона – t, (форм. 9):
В реальных условиях проектная толщина защитного слоя должна быть выше, и бетон должен быть дополнительно защищён. Вот почему гидроизолирующие добавки и покрытия «BetonPRO», уменьшающие коэффициент диффузии D, эффективны и могут играть ключевую роль в защите бетона от коррозии.
Возможные траектории жизни бетона
Профессор А.Ф. Полак
Способы борьбы с коррозией бетона в материалах «BetonPRO»:
Используем простое правило: при увеличении водонепроницаемости, уменьшается газопроницаемость, т. е. коэффициент диффузии, D газов, в уравнении первого закона Фика.
1) увеличение водонепроницаемости;
2) применение гидрофобизаторов;
3) нанесение полимеризующихся гидроизолирующих покрытий на поверхность бетона;
4) использование добавок к бетону.
Все меры направлены на уменьшение доступа агрессивных сред к поверхности бетона, уменьшение проницаемости и уменьшение эффективного коэффициента диффузии D.
Уменьшение проницаемости бетона для различных сред приводит к значительному увеличению срока его эксплуатации.
Проникающая гидроизоляция - защита изнутри.
Раствор проникающей гидроизоляции внедряется в толщу материала сквозь мельчайшие трещины, микроскопические отверстия и поры, после чего начинается процесс кристаллообразования. Растущие кристаллы заполняют пустоты, закупоривают поры и, что особенно важно, образуют химические связи с молекулами защищаемых конструкций, придавая последним дополнительную прочность и восстанавливая утраченную монолитность. На рисунках 2 и 3 показан этот процесс при большом увеличении.
Рис. 2. Микрофотография 1.
Рис. 3. Микрофотография 2.
Преимущества проникающей гидроизоляции «BetonPRO»:
- Увеличение устойчивости к замерзанию и действию соли;
- Легко наносится шпателем или кистью, требует минимальной подготовки поверхности;
- Хорошая химическая стойкость к воздействию слабых растворов кислот, солей, органических растворителей, а также сточных вод;
- Не препятствует миграции водяного пара из внутренней части здания;
- Выдерживает легкий пешеходный трафик;
- Содержит ингибитор коррозии, защищает арматуру.
Рис. 4. Поверхность бетона до и после обработки.
Способы борьбы с коррозией бетона в материалах «BetonPRO»:
1) увеличение водонепроницаемости;
2) применение гидрофобизаторов;
3) нанесение поликонденсирующихся полимерных покрытий;
4) использование добавок.
Все эти меры направлены на:
1) уменьшение доступа агрессивных сред к поверхности,
2) уменьшение проницаемости и эффективного коэффициента диффузии D (см. уравнение (форм. 1))
Меры, способы и результаты проведенной работы сведены в таблицу (таб.1):
| Метод борьбы | Способ достижения | Результат |
|---|---|---|
| Увеличение водонепроницаемости | Использование добавок | Продление срока службы бетона в 3 и более раз |
| Уменьшение смачиваемости | Использование гидрофобизаторов | Уменьшение скорости коррозии в 2 – 3 раза |
| Уменьшение контакта с агрессивной средой | Использование изолирующих покрытий | Замедление дегенеративных процессов в бетоне |
| Все методы сразу | Использование всех перечисленных средств | Продление срока службы бетона в 6 и более раз |
Рис. 5. Пример: высокая смачиваемость, низкая гидрофобность.
Поэтому, исходя из результатов проведенных исследований, можно с полной уверенность заявить: нет воды – нет коррозии!
На рис.5 и 6 ниже приведены противоположные примеры высокой гидрофобности у растений: поверхность не смачивается водой, что приводит к “выключению” негативного воздействия воды, находящейся в жидком состоянии, и при условии отсутствия дополнительного давления на поверхность (например, в ситуации – “косой дождь”). Можно утверждать, что это эффективный, но недостаточный метод. Для более полной защиты бетона необходимо использовать все возможные меры.
Наше главное направление - изучение, разработка и производство продукции для гидроизоляции и борьбы с коррозией .
Основные виды материалов «BetonPRO»:
- жидкие кольматирующие растворы;
- гидрофобизаторы на основе кремнийорганических соединений;
- добавки, повышающие водонепроницаемость;
- средства для защиты от коррозии.
Радикальная экономия и конкурентные преимущества.
Применение материалов «BetonPRO» позволяет:
- Получать бетоны с высокой водонепроницаемостью (W20) и устойчивостью к воздействию солей, слабых растворов кислот и диффузии газов;
- Значительно снизить коррозию арматуры;
- Сократить расходы на обслуживание и ремонт конструкций;
- Повысить долговечность изделий из бетона.