Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Максимальннй сток весеннего половодья рек Донского района

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Максимальннй сток весеннего половодья рек Донского района"

На правах рукописи

! А

; АТАЕВА Светла нЬ 'Анатольевна

^— щие

ОБЪЕМНАЯ И ПОВЕРХНОСТНАЯ ГИДРОФОБИЗАЦИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ НАРУЖНЫХ СТЕН ИЗ КЕРАМЗИТОБЕТОНА

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва -1997

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете

- доктор технических наук, профессор Орентлнхер Л.П.

• доктор технических наук, профессор Федин A.A.

- кандидат. технических наук, ст. науч .сотрудник Гагарин В.Г.

- ПКТИ «Промстрой»

Зашита состоится «/У» 1997 г. в часов

на заседании диссертационного совегта К 053.11.02 в Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Шлюзовая наб., 8, ауд, № 307.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « v g» _1997 г.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

Ученый секретарь специализированного совета

Ефимов Б. А.

Актуальность работы. Обострение энергетической проблемы и повышение требований к качеству теплового режима жилища требуют погшх экономически оправданных конкурентоспособных решений по совершена попа-шпо эксплуатационных свойств наружных стен в индустриальном строитель- ( стве.

Наиболее перспективным и, п то же время сегодня еще наименее применяемым, является возможность регулирования всего комплекса эксплуатационных свойств наружных ограждений, в том числе гидротехнических и теп-лофизическич свойств, с помощью объемной и поверхностной гидрофобиза-цш! легких бетонов кремнийорганичесхими соединениями (КОС), обладающими важными преимуществами перед другими видами гидрофобнзаторов.

Таким образом, определенна эксплуатационных характеристик, в частности гидрофизических и теплофизических свойств гидрофобизированного легкого бетона, а также выделение из ассортимента применяемых в строительстве КОС наиболее эффективных представляется актуальным.

Целью настоящей работы является определение влияния гидрофобиза-ции кремнийорганическими соединениями керамзитобетона на его гидрофизические и теплозащитные свойства а наружных ограждениях для включения в нормативную документацию с целью использования в расчетах влажност-ного состояния и теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкций.

Научная ношгш-ч работы: и определены количественные характеристики гндро- и теплотехнических свойств керамзитобетона при объемной и поверхностной гидрофобизацпи исследованными в настоящей работе КОС; в разработана классификация пщрофобизующих соединений по степени модифицирующего эффекта в бетонах ограждающих конструкций; п определена расчетная разновесная влажность и прирост теплопроводности на 1 % влажности гидрофобизированного керамзитобетона в различных влажность» зонах эксплуатации; а исследована комплексная добавка полифункционапьного действия, сочетающая в себе кремнийоргаиическнй компонент 119-315 и супернластнфи-катор С-3;

и исследованы гидрофобнзнрующие свойства кремнийорганического соединения разветвленного строения - олигометилгидридсилоксана , стандартизированного позднее как «136-394». Произведен расчет на ЭВМ влажност-ного состояния наружных ограждений из керамзитобетона, показавший.

что модифицированные бетоны выходят на квазистанционарный режим на 2 года позднее контрольного, однако при меньшем влагосодержании.

Реализация работы. Результаты исследований включены в ((Рекомендации по гидрофобизации наружных стен кремнийорганическим соединением 119-215», предложены для использования в СНиП «Строительная теплотехника» новой редакции и апробированы на Криворожском и Жуковском ДСК, на КПД г.Пензы. Были гидрофобизированы конструкции безрулонной кровли жилых домов серии КР-94АППС, торцевые панели жилого дома серии 121, стеновые панели ПС-145-12-25П.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 193 страницах, из них -147 страниц машинописного текста, 32 таблицы, 27 рисунков, список литературы 107 наименований на 11 страницах и приложение на 10 страницах.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

■ исследованные КОС являются регуляторами макро- и микроструктуры ке-рамзитобетона и ее гидрофобизаторами;

и комплексная добавка полифункционального действия, сочетающая крем-нийорганический гидрофобизатор 119-315 и суперпластификатор С-3, введенная в оптимальных количествах, позволяет улучшить эксплуатационные свойства керамзитобетона. Выявлен синергиругащий эффект добавки, особенно на морозостойкость бетона; в разработана классификация гидрофобизаторов для оценки степени их эффективности, основанная на учете изменения капиллярного всасывания воды Жетоном до и после процесса его гидрофобизации;

■ исследованы характеристики керамзитобетона, гидрофобизированного КОС разветвленного строения, позволяющие рассматривать подобные соединения в качестве наиболее эффективных регуляторов структуры бетона, комплексно влияющих на гидрофизические и теплозащитные свойства бетона;

и исследованы возможности регулирования величины паропроницаемости керамзитобетона в зависимости от строения КОС и метода гидрофобизации материала; ,

■ рассчитано на ЭВМ влажностное состояние наружных ограждений в двух климатических зонах, показывающее уменьшение эксплуатационной равновесной влажности керамзитобетона и его расчетной теплопроводности при применении исследованных КОС. \:

Содержание работы

~Ф:<зш:о-хшТичёские основы гидрофобизацни КОС, как модификаторов" структуры и регуляторов эксплуатационных свойств бетонов изложены в трудах ученых В.Г. Батракова, О.С. Вершининой, Г.И. Горчакова, К.П. Грине-, вич, В.В. Зверева, Д.В. Назаровой, В.М. Москвина, Л.П. Орентлихер, A.A. Пащенко, M.IÍ. Хигеровича н др. Анализ литературных источников показывает, что повышение теплозащиты ограждающих конструкций и i легкого бетона возможно путем регулирования его гидрофизических свойств. Л.П. Орентлихер установила взаимосвязь гидрофизических свойств с теплофизи-ческимн свойстггмн гидрофобпзпрсванпого легкого бетона г наружных ог-p;r:u».ciu::.; гсокструкцнлх. Необходимость позишения теплозащиты огрик-дениЙ диктуется повышенными требованиями к те пл о в л аж н ост и о м у режиму и комфортности жилища, что подчеркивается в работах В.Н. Богословского, В.Г. Гагарина, Н.Я. Спиваха, В.Р. Хлевчука и др.

В основу работы положена исходная рабочая гипотеза, заключающая в ТОМ, что объемное и поверхностное модифицирование КОС различного состава и строения легких бетонов вызывает существенное качественное и количественное изменение гидрофизических и теплозащитных свойств бетона в ограждении, что нуждается в оценочной классификации эффективности действия гидрофобизатороп.

Выбор эффективных КОС длл гидрофобизацни керамзнтобею/п обусловлен выяснением роли различных функциональных групп, строения и величины углеводородного радикала, строение полнсидоксановон цепи олигомер-пых молекул КОС. В табл. 1 приведены характеристики КОС, использованные ¡5 настоящей рзботе.

Определен состав комплексной гндрофобно-пластифицирующей добавки, исходя из представлений о явлениях синергизма и аддитивности действия ее компонентов в цементных системах в результате сохранения как особенностей, характерных для каждого из них, так и проявления общих свойств, которые оик придают бетонным смесям и бетонам. Основными компонентами добавки являются соединение 119-315 и суперпластификатор С-3. В результате проведенных исследований получено A.C. СССР №1645252 «Комплексная добавка в бетонную смесь» от 08.09.1991 г.

Приведены результаты исследования структуры модифицированного ке-рамзитобетсна после тепловлажиостной обработки (ТВО). С помощью элек-тронносканируюшей микроскопии было определено, что на равномерность распределения КОС в бетоне влияет строение полимолекул. С увеличением длины углеводородного радикала, а также при разветвленном строении самой полимолекулы КОС равномерность их распределения ухудшается. Глубина же проникания КОС при поверхностной гидрофобизацни практически одинакова и составляет 100- 120 мкм, что вероятно определяется размером эмуль-

сионных глобул. На глубине 20-30 мкм отмечается уплотнение структуры бетона, подтвержденное рентгенофазовым методом исследования. Предполагается, что уплотненный слой при поверхностной гидрофобизации является зоной активного хемосорбционного модифшшрования гидратных новообразований КОС. Объемное введение КОС благотворно влияет на контактную зону «зерно заполнителя - растворная составляющая», измельчая структуру цементного камня и уплотняя контактную зону пористого заполнителя с растворной матрицей.

Таблица 1. Кремнийорганические соединения, используемые в работе

Обозна -чение КОС Функциональные группы Содержание активного водорода, % Углеводородный радикал, его строение- Структурное строение полимолекулы

136-41 -Н 1,3 ... 1,42 - QjHj, линейное линейное

119- ' 215 -ОС2Ы5 - -ОСвНп, изомерное то же

119315 -II, - ОС2Н5 0,247 - OCgHp, изомерное то же

136394 -Н 0,5... 0,8 - СИз, линейное разветвленное

Рснтгенофазовый анализ зафиксировал большую степень гидратации портландцемента по пику 1,765 • 10"4 mim под пленкой гидрофобнзатора по сравнению с контрольным керамзитобетоном после ТВО, причем с увеличением содержания активного водорода н уменьшением размера углеводородного радикала степень гидратации возрастает. Та лее тенденция наблюдается и при объемном введении КОС.

Рентгенограмма модифицированного керамзнтобетоиа позволяет определить степень гидратации портланцемепта по пику 1,765 • 10"4 мкм. Основная гндросиликатная масса имеет скрьгпюкристаллическое строение. Продукты гидратации алюминатов н ашомоферрнтов имеют переменный состав и представлены твердыми растворами сульфоалюминатаого и алюмоферрптш-го типа и скрытнокристаллнческнмн продуктами их разрушешш.' Разница в фазовом составе контрольного и модифицированного керамзптобетона проявляется в большей интенсивности линий Са(ОН)2 у модифицированного керамзнтобетоиа .

Исследование порового пространства керамзнтобетоиа показало, что прн модифицировании КОС, а также комплексной добавкой уменьшается

средний размер открытых пор, наиболее опасных с точки зрения ухудшения гидрофизических свойств и морозостойкости. Показатель среднего размера открытых пор X керамзитобетона, модифицированного 136-41, уменьшился на 34,7 % комплексной добавкой - на 19,5%, 136-394 - на 4,6% по сравнению с контрольным керамзитобетоном при одновременном увеличении показателя однородности размеров открытых пор, что позволило прогнозировать повышение морозостойкости, физико-механических свойств с одновременным' снижением паропроницаемости и влагопроводности керамзитобетона при модифицировании его КОС.

Дилатометрические исследования подтвердили, что в керамзитобетоне с модифицирующими кремнийорганическими добавками формируется мелкодисперсная структура с преобладающим количеством условно-замкнутых пор, с более мелкими и однородными по размеру открытыми порами. Дилатометрический эффект у модифицированного керамзитобетона проявляется при сдвиге депрессий температур замерзания воды влево на 2-4 °С с одновременным уменьшением предельного относительного удлинения Е| более чем в 2 раза по сравнению с контрольным керамзитобетоном. По полученным результатам можно сделать вывод, что морозостойкость гидрофобизирован-ного керамзитобетона значительно выше, чем у контрольного. Выявлен си-нергирующнй эффект комплексной добавки на морозостойкость керамзитобетона.

Были определены коэффициенты температурного линейного расширения (КТЛР) модифицированного керамзитобетона. Установлено, что объемное введение КОС повышает КТЛР бетона в диапазоне температур от 10 до 0°С и снижает его в зоне отрицательных температур. Комплексная добавка повышает КТЛР при 10°С и снижает его в зоне,температур от 0 до - 30°С, но не изменяет КТЛР при 9°...0°С и - 30 ... - 50°С. Полученные в зоне положительных температур значения КТЛР керамзитобетона с объемной гндрофоби-зацией согласуются с результатами определения емкости монослоя сорбированного водяного пара гидрофобизированным керамзитобетоном. В табл.2 представлены КТЛР гидрофобизированного керамзитобетона в воздушно-сухом состоянии в зависимости от величины емкости монослоя сорбированного водяного пара. Отчетливо наблюдается тенденция КТЛР керамзитобетона повышаться с увеличением емкости монослоя, которая, вероятно, и определяет разновесную влажность керамзитобетона в воздушно-сухом состоя-' нии. Снижение значений КТЛР бетона, гидрофобизнрованного КОС, в зоне отрицательны?: температур обусловлено, вероятно, особым состоянием молекул воды в момослое на стенках пор и капилляров.

Таким образом исследованные КОС являются эффективными регуляторами структуры керамзитобетона. Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств, водопоглощення и морозостойкости гидрофобизированного керамзитобетона после ТВО показали благоприятное

s

воздействие гидрофобизации КОС. Способствует этому также использование шпаклевки соответствующего состава: A.C. СССР№ 1576508 С0426/00.

Таблица 2. КТЛР гидрофобизнрованного объемно керамзитобетона в воздушно-сухом состоянии в зависимости от величины емкости монослоя сорбированного водяного пара

Керамзитобетон, добавка Значения пературе, КТЛР- °С , 106, °С"1при тем- Значения емкости монослоя сорбированного водяного пара, кг/кг

10 0 -20

Без добавки, 6,8 6,6 6,1 0,00863

контрольный

136-41 7,7 6,8 5,8 0,01120

Комплексная 7,1 6,5 5,9 0,00879

добавка 119-

315+С-3 .

136-394 7,6 6,7 6,0 0,00970

Поверхностная гидрофобизация за счет создания более благоприятных влажностных условий для гидратации и структурирования цемента под крем-нийорганической пленкой повысила предел прочности на сжатие при применении 136 -41 на 57,9%, 119-315 - на 46,7%, 136-394 - на 45,0%. Та же тенденция наблюдалась и при объемной гидрофобизации. Анализ результатов показал, что есть закономерность повышения прочности модифицированного керамзитобетона в зависимости от количественного содержания активного водорода, а также строения бокового радикала (при оптимальном введение КОС и одинаковом расходе вяжущего). Закономерно также повышение предела прочности на растяжении Ир, что свидетельствует о повышении трещи-ностойкости материала. Изменение прочности на растяжение составило при применении 136-41 - 32%, при применении 119-315 и 136-394 - 28%. .

Водопоглощение гидрофобизнрованного керамзитобетона оценивалось стандартными испытаниями. Анализ результатов показал, что при объемном введении КОС водопоглощение керамзитобетона, модифицированного различными составами, практически одинаково, что можно объяснять объяснить стереохимическими условиями, более благоприятными для модифицирования структуры бетона, чем для реализации гидрофобных свойств КОС. При

поверхностной гидрофобизацин КОС обрабатывается уже структурированная ' повег)Ч;-;ость;гпярофобизатор хемосорбированными монослоями заполняет -поры и капилляры При этог\ ¡'ак известно, происходит фиксация активной группы на поверхности материала содержащей Са(ОН)2, а углеводородные радикалы образуют «гидрофобной шетку», плотность упаковки которых определяется строением радикалов. Известно, что наиболее плотно «упаковываются» линейные радикалы, наименее - разветвленные, изомер-' ные. У исследованных КОС: 136-41 имеет линейные радикалы (-СгН?), изомерное строение имеет - 2 - этилгексиловый радикал (-С^Нп) в соединении 1 !9 -3!5, что обусловливает сравнительно более «рыхлую», более проницаемую для молекул воды унакоьку. Соответственно и водоплоглощение керам-зитобетона, гидрофобизированного 136-41 меньше, чем керамзитобегона, обработанного 119-315. Интересен случай применения олигометилгидридси-локсана в 136-394, где линейность радикала (-СНз) сочетается с разветвленным строением его полисилоксановой цепи. Это позволило получить низкое водопоглошение керамзитбетона при поверхностной гидрофобизацин.

Проведенное ранее исследование структуры гидрофобизированного ке-рамзитобетона и экспрессный дилатометрический метод позволили сделать прогноз о высокой морозостойкости гндрофобизирокшного керамзитобето-на, что подтверждено стандартными испытаниями на морозостойкость. Однако, можно отметить, что и здесь на изменение прочности на сжатие в процессе длительного испытания оказывает влияние структура гидрофобизатора. При объемном введении КОС более эффективны комплексные добавки по-лифункциоиального действия, В комплексе с суперпластификатором С-3, являющимся активным модификатором структуры, воздействующим в первую очередь на алюминатнуто составляющую портландцемента, кремнийоргани-ческое соединение 119-315 дает повышение прочности в среднем на 10% после 100 циклов испытания на морозостойкость.

В результате исследовании были определены илажностныс характеристики н теплопроводность керамэитобетоиа, модифицированного КОС. Для анализа тепловлажностного режима наружных ограждений важно определить равновесное влагосодержание материала ограждений, достигаемое им в процессе эксплуатации.

В области гигроскопического состояния равновесное влагосодержание будет определяться сорбционными свойствами материала. Исследования сорб-ционных свойств проводились динамическим методом на экспериментальной установке в НИИСФ в диапазоне изменения относительной влажности воздуха ф от 10 до 99%. По результатам эксперимента определены изотермы сорбции - десорбции водяного пара контрольного керамзитобегона, а также керамзитобетона, модифицированного 136-41, 119-315+С-3 и 136-394. Анализируя результаты исследования, можно сделать следующие выводы:

1) По классификации БЭТ изотермы сорбции контрольного и модифицированного керамзитобетона относятся ко II типу, для которого характерно наличие точки перегиба кривой сорбции в области малых давлений водяного пара (\QZ<p Z30%), свидетельствующая о заполнении пор монослоем сорбированного водяного пара.

2) Форма кривой сорбции - десорбции определяется видом связи влаги с внутренней поверхностью материала. На участке изотермы сорбции при <р от 10 до 60%, который соответствует моно- и полимолекулярной адсорбции, модифицированный керамзитобетон имеет сорбцию выше, чем контрольный керамзитобетцн, т.к. первый обладает более мелкой пористостью, а значит

' более развитой удельной поверхностью. На участке <р от 60 до 100%, соответствующему полимолекулярной адсорбции и наложению на нее капиллярной конденсации, сорбция модифицированного керамзитобетона меньше, чем у контрольного. Процесс капиллярной конденсации протекает менее интенсивно у модифицированного керамзитобетона, что объясняется более слабой связью полимолекулярных слоев водч с поверхностью пор и капилляров мрлифнцированного керамзитобетона по сравнению с контрольным керамзи-тобетоном.

3) Максимальное сорбционное влагосодержание W^* различно для исследованных систем: для контрольного керамзитобетона Wp»*. 6,23%; для ке-

' рамзитобетона, модифицированного 136-41 Wm«*- 4,59%; для керамзитобетона, модифицированного комплексной добавкой 119-315+С-3 Wm« = 5,1%; для " керамзитобетона, модифицированного 136-394 W™ . 4,57%.

Структура материала характеризуется удельной поверхностью пор, которая была определена по методу В.Г.Гагарина, усовершенствующему эталонный метод БЭТ. Микроструктурные характеристики модифицированного ке-. рамзитобетона, определенные по изотерме сорбции, представлены в табл. 3.

Таблица 3. Микроструктурные характеристики модифицированного керамзитобетона

Модифицированный керамзитобетон Средняя плотность рш, кг/м3 Г емкость монослоя Wm кг/кг Площадь удельной поверхности пор А-10-3,м2/кг Константа С

Контрольный 1005 0,00863 32,9 16

136-41 1042 0,0112 42,86 11

119-315+С-3 1030 0,00842 32,1 31

136-394 1041 0,00970 36,9 15

По результатам табл. 3 видно, что'с повышением газообразующей способности кремнийорганического соединения увеличивается площадь удельной поверхности микропор керамзитобетона, что влечет за собой увеличение емкости монослоя сорбированной влаги. В то же время модифицирование бетона КОС позволяет снизить сорбционную влажность керамзитобетона в условиях капиллярной конденсации: при применении 136-41 и 136-394 - на 27%; при применении комплексной добавки - 18%.

Исследование капиллярного всасывания проводили по методике НИИСФ. Уравнение капиллярного всасывания воды материалом имеет вид:

М,= М„+К,(^т, - Ути),

где К) - коэффициент капиллярного всасывания, кг/(м2 ч);

Т|-время, ч.

Мп; тц- определяют по графику искомые точки соответствуют ко-

ординатам точек перелома кривой капиллярного всасывания воды; К; определяют по наклонам отрезков прямых графика М=Г Экспериментально-расчетным методом получены коэффициенты Кь К2, Кэ для поверхностной гидрофобизации и модифицированного керамзитобетона. Полученные данные позволяют ввести количественную характеристику влияния гидрофобизации на капиллярное всасывание воды материалом. В качестве такой характеристики предлагается безразмерная величина - коэффициент эффективности гидрофобизатора:

Н = Кг/Кк,

где Кг, К, - коэффициенты капиллярного всасывания на соответствующих друг другу участках кривой капиллярного всасывания гидрофобизированного и контрольного керамзитобетона соответственно.

Для исследованных КОС значения Н представлены в табл. 4. изменяется от 0 до 1 для различных гидрофобизаторов, Значения Н приближающиеся к 1, указывают на "слабые" гидрофобизирующие свойства КОС.

. Таблица 4. Значения коэффициента эффективности гидрофобизатора

для керамзитобетона

Гидрофобизатор Поверхностная гидрофобнзацня Объемная гидрофобнзацня

н, н2 классы н, н2 классы

136-41 0.05 0,11 1-2 0,39 0,31 4-4

119-315 0,42 0,29 5-3 0,44 -

136-394 0,04 0,14 1-2 0,37 . 0,34 4-4

С учетом того, что в течение 48 ч механизм капиллярного всасывания воды керамзитобетоном практически не меняется, уравнение капиллярного всасывания можно записать:

М=КгНг>/т, при т£48ч.;

М= Кг Н,>/48 + К2 • Н2(>/т--*/48), при т>48 ч.

где К), К: - коэффициенты капиллярного всасывания воды материалом без гидрофобизации на соответствующих участках кривой капиллярного всасывания; Н], Нг - коэффициент эффективности гидрофобизатора на соответст- • вующих участках кривой капиллярного всасывания.

На основе Н нами предлагается классификация КОС. Согласно ей эффективность гидрофобизатора отражается классами Ьд и Ьг, каждый из которых определяется коэффициентом Н на соответствующем участке кривой капиллярного всасывания.

Класс 111 определяется из условия:

(ь,-1)-о,1<н,<а1Го,1,

где Н1 - коэффициент эффективности гидрофобизатора на 1 участке графика М=^т).

Класс ¡и определяется' аналогично по коэффициенту Н* . Классы Ь| и ^ записываются через тире. Чем эффективней гидрофобйзатор, тем меньше значения показателеч'классов.

Исследован процесс влагопереноса в модифицированном керамзитобето-не. Коэффициент влагопроводности р. был определен двумя методами: стационарным и нестационарным. Главное их отличие состоит в том, что при стационарном определении р учитывается не только движение жидкости, но также и пара, в то время как при нестационарном методе учитывается только капиллярная влагопроводность материала.

Коэффициент влагопроводности зависит от ряда факторов, к которым относится структура материала, характер связи влаги с материалом, влажность и температура материала. Указанные факторы учитываются при экспериментальном определении Р.

Максимум значений р у контрольного и модифицированного керамзито-бетона наблюдается при влажности выше максимальной сорбционной при Ф- 97%, кроме керамзитобсгона, модифицированного 136-41. Для контрольного керамзитобетоиа максимум р зафиксирован при У/=23%; для 119-315+С-3 и при 12%; для 136-394 при V/« 7%, для 136-41 - при V/» 2%, которая является меньше максимальной сорбционной. Это свидетельствует о перемещении влаги преимущественно в парообразном состоянии. Смещение максимумов р влево у модифицированных керамзитобетоиов свидетельствует об уменьшении радиусов влагопроводящих капилляров.

Для определения нестационарного коэффициента плагопроводности был применен экспериментально-расчетный метод, разработанный в НИИСФе. Был отмечен различный характер зависимости р от влажности контрольного н модифицированного керамзитобетона. У контрольного керамзитобетона р резко возрастает с повышением влажности материала, в то время как у модифицированного керамзитобетона {3 медленно возрастает до влажности \¥=13%, затем плавно уменьшается до 0 в точке максимального увлажнения. В промежуточных точках Р контрольного керамзитобетона в 4-8 раз превышает р керамзитобетона, модифицированного КОС. Это объясняется особенностями поровой струтуры контрольного керамзитобетона, имеющий большое количество открытых пор более крупных и неоднородных по размеру по сравнению с модифицированным керамзитобетоном (см. стр. 8), а также изменением смачиваемости стенок капилляров КОС.

На основе коэффициента нестационарной влагопроводности были рассчитаны профили влажности ограждений из модифицированного керамзитобетона при увлажнении их поверхностей косым дождем. Глубина намокания ограждений составила - для контрольного керамзитобетона - 0,12 м; для модифицированного керамзитобетона - 0,05 м.

Влияние гидрофобизации на паропроницаемость керамзитобетона исследовалась по стандартной методике. В табл. 5 представлены результаты исследования паропроницаемости модифицированного керамзитобетона.

Таблица 5. Паропроницаемость объемно модифицированного керамзитобетона

Керамзитобетон, модифицированный Сопротивление паропроницаемости Я, м2-ч-Па/мг Коэффициент паропроницаемости ц, мг/(м2'Ч-Па)

Контрольный 0,508 0,030

136-41 0,646 0,024

119-315+С-З 0,589 0,023

136-394 0,563 0,026

Характеристики паропроницаемости керамзитобетона с кремнийорганиче-ским покрытием представлены в табл. 6.

Анализ табл. 5 свидетельствует, что сопротивление паропроницания К модифицированного КОС керамзитобетона больше по сравнению с контрольным составом. Повышение И согласуется с результатами исследования поровой структуры модифицированного КОС керамзитобетона, согласно которым в растворной матрице уменьшается количество открытых пор при уменьшении их среднего размера. Сопротивление паропроницанию керамзитобетона с

гидрофобным покрытием (табл.6) зависит от направления движения водяного пара через покрытие. К резко возрастает при движении водяного пара через покрытие вглубь образца, что объясняется механизмом экранирования молекул воды углеводородными радикалами КОС.

Таблица 6. Характеристики паропроницяемости керамэнтобетона с кремнийорганическим покрытием

Керамзитобетон Покрытие Сопротивление' паропроницанию бетона с покрытием R, м'ч-Па/мг Сопротивление паропроницанию самого покрытия Я,, м'ч-Па/мг Коэффициент паро-проницаемости покрыта*^ мг/ мч-Па

Керамзитобетон без покрытия 0.508" 0,508 - -

136-41 0-572 0,706 0,077 0,21 1.3 • 10"' 4,76-Ю"4

119-315 0.5J0 0,697 0.002 0,20 ¡W 5-10"»

136-394 г 0.630 ; 0,765 0.27 0,75.10-' 3.7-10"

* Примечание. Над чертой - значение, определенное при положении образца гидрофобным покрытием вверх над водой; под черлгой • значение, определенное при положении обррца покрытием вниз над водой.

Результаты определения теплопроводности не позволяют говорить о непосредственном влиянии гидрофобизации на X керамзитобетона в сухом состоянии. Однако, приращение коэффициента теплопроводности на 1% влажности гидрофобизированного керамзитобетона, рассчитанное по методу наименьших квадратов, оказалась меньше в среднем на 28% (максимально на 34%) по сравнению с контрольным керамзитобетоном. Снижение максимальной равновесной влажности также влечет снижение расчетного коэффициента теплопроводности.

По полученным экспериментальным характеристикам был выполнен расчет на ЭВМ влажностного режима наружных ограждений из модифицированного керамзитобетона при сроке их эксплуатации 20 лет для двух климатических зон: умеренного климата (г. Москва) и климата повышенной влажности (г. Владивосток). Был применен метод последовательного увлажнения, учитывающий зависимости характеристик тепло-влагопереноса материалов от их влажности, разработанный НИИСФ. Анализ результатов расчета показал, что введение исследованных КОС и комплексной добавки вжерамзито-бетон не изменяет характера процесса влагообмена ограждений. Выход на квазистационарный режим эксплуатации' осуществляется при систематиче-

ском уменьшении влажности ограждения в течении более длительного срока (на 2...4 года) по сравнен™ с контрольным керамзитобетоном. Однако применение объемной гидрофобизации КОС позполяет снизить равновесную влажность керамзитобетона. Максимальная равновесная влажность составляет:

- для контрольного керамзитобетона - 5,13%;

- для керамзитобетона, модифицированного 136-41 и 136-394 - 4,29%;

- для- керамзитобетона, модифицированного 119-315+С-3 - 4,61%.

Расчет сравнительной экономической эффективности применения КОС показал высокую технико-экономическую эффективность бетонов, модифицированных КОС. Экономия тепла для ограждений пз керамзитобетона, модифицированного исследованными КОС в квазистационарном режиме эксплуатации, составит:

- в при применении гидрофобных покрытий - 8,3% на 1 кв.м площади конструкции;

в при объемном применении гидрофобизаторов класса 136 - 9,7%; в при применении комплексной добавки 119-315+С-3 - 7,5% на 1 кв.м площади конструкции.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Подтверждена высокая эффективность крсшпшоркшнчсских соединений, содержащих две акгшшмс группи при атоме кремния -ОС2Н5, а также имеющих разветвленное строение полнсилоксановой цепи и установлено влияние указанных факторов на теплозащитные свойства легкого бетона в ограждении.

2. Выявлена взаимосвязь и взаимозависимость мнкроструктурных характеристик, в частности плогаади удельной поверхности пор, емкости сорбнро-вапного водяного пара г» дсформатпвных, гидрофизических и теплотехнических свойств керамзитобетона, модифицированного КОС как объемно, так и поверхпоспю в воздушно-сухом состоянии, которое коррел1фуются с составом н строенном КОС модификаторов. Эти зависимости усиливаются во влалаюстпом состояшш модифицированного керамзитобетона.

3. Установлены количественные характеристики свойств керамзитобетона, модифицированного КОС, а таюкс керамзитобетона с поверхностной гндро-фобизацией водородосодержащнми олнгомерамн (136-41, 119-315, 136-394). Указанные КОС - гндрофобизаторы и модификаторы структуры существенным образом регу/шругот свойства керамзитобетона, в частности позволяют увеличить предел прочности на сжатие на 45-57,9%, предел прочности на растяжение при раскалывании на 28-32%, уменьшить низкотемпературные деформации в водонасыщенном состоянии в 2,42-8 раз с одновременным

уменьшением объема образующегося льда на 22,7-33,7%, снизить водопо-глощение в 1,18-2,7 раза, капиллярное всасывание в 2-6 раз, снизить сорбцн-онную влажность, в частности в условиях капиллярной конденсации на 1С-27%, при одновременном уменьшении коэффициента влагопроводности в 48 раз, снизить паропроницаемость при движении водяного пара через гидрофобное покрытие вглубь керамзитобетоиа на 1-24%, снизить приращеииа коэффициента теплопроводности на 1% влажности на 28-34%.

4. Показана целесообразность применения предлагаемых комплексных добавок, где в качестве кремпийорганического компонента вводится олиго-. мер 119-315, а в качестве пластифицирующего С-3 (А.С.СССР № 1645252 "Комплексная добавка в бетонную смесь"). Полифункциональные добавки позволяют модифицировать структуру и свойства керамзитобстона. Установлено синергирутощее действие полифункциональных добавок особенно на морозостойкость керамзитобетоиа - после 100 циклов испытаний на морозостойкость прирост прочности составил 10%.

5. Предлагается экспрессная методика определения с последующей классификацией гидрофобизаторов по эффективности действия в бетоне. Для оценки влияния гидрофобизации на капиллярное водопоглощение бетона вводится безразмерный коэффициент эффективности гидрофобизаторов Н- Кг / К*, где Kt, Кк - коэффициенты капиллярного всасывания гидрофобизированкого и контрольного бетойа соответственно. Предлагаемая классификация позволяет определить эффективность гидрофобизатора, способа гидрофобизации, а также прогнозировать гидрофизические свойства бетона при применении гидрофобизатора определенного класса.

6. По результатам экспериментального исследования проведен расчет на ЭВМ влажностного режима наружных ограждений из керамзитобстона, модифицированного KQC, для двух климатических зон - умеренной и повышенной влажности в течение 20-летнего срока эксплуатации. Гидрофобтоа-ция керамзитобетоиа КОС с незначительным градиентом влажности замедляет выход на квазистационарный влажностный режим эксплуатации ограждений, одновременно уменьшая в среднем на 12,5% равновесную влажность.

7. Создан комплекс предложений по материаловедческому и технологическому совершенствованию гидрофизических и теплотехнических свойств наружных ограждающих конструкций. Результаты проведенных исследований предложены для использования в СНиЛ "Строительная теплотехника" новой редакции. Существенно, что полученные экспериментально-расчетные значения изменения влажности максимальной равновесной влажности гид-рофобизированного керамзитобетоиа позволяют уточнить теплотехнический расчет наружных ограждений.

8. Проведено практическое опробование результатов исследований на комбинатах крупнопанельного домостроения г.г. Кривого Рога, Жуковского и Пензы. Выли гидрофобизированы с последующими натурными обследова-

штш в течении ряда лет конструкции безрулонной кровли жилых домов серии КР-94АППС, торцевые панели жилого дома серии 121, стеновые панели ПС-145-12-25П с высоким эффектом.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Орентлихер Л.П., Новикова И.П., Назарова Д.В., Атаева- С А "Гвдрофобизация цементных бетонов как средство повышения их водонепроницаемости и долговечнее^". Идф. сб. Промышленность сборного геле-зобетоиа, вып.5.М.: ВИИЖелезобетон, 1989. - с.14-18.

2. Атаева С.А., Школьник О.В., Кремнийорганические гадрофобизаторы -регуляторы гидрофизических свойств бетонов. - УП Всесоюзная конференция по химии, технологии производства и практическому применению крем-нийорганических соединений. Тэз. докладов, ч.П - Москва, 1990 - с. 210.

3. Орентлихер Л.П., Атаева С.А, "Влажностные характеристики модифицированного керамзитобегона". Сб. докладов. - Москва, НИИСФ, 1997.

4. Орентлихер Л.П., Атаева С.А. "Особенности капиллярного всасывания воды керамзитобегона, модифицированного кремшшорпшпчеекпми соединениями". Сб. докладов. - Москва, НИИСФ, 1997.

5. А.С.СССР № 1576508 С04В26/00 "Шпаклевка". Орентлихер Л П Ло-гашша В.И., Атаева С.А., Б.И. № 25, 1990.

6. А.С.СССР № 1645252 С04В24/22 "Комплексная добавка в бетонную смесь". Орентлихер Л.П., Новикова И.П., Атаева С.А., Крылов Б.А., Назарова Д.В.. Б.И. №16,1991.

Лицензия ЛР № 020675 от 09,12.92 г.

Подписано в печать /'/. 05.Формат 60х84'/1б Печ. офсетная И- ¿5 Объем X пл. Т. 80 Заказ 99

Московский государственный строительный университет Типография МГСУ, 129337, Москва, Ярославское ш.,2б