Гидрофобный бетон - Hydrophobic concrete

Гидрофобный бетон является конкретный который отталкивает воду. Он соответствует стандартам, изложенным в определении водонепроницаемый бетон. Разработано в Австралия в середине 20-го века в Австралии были уложены миллионы кубометров гидрофобного бетона, Азия, и Европа, а в Соединенные Штаты с 1999 года. Его эффективное использование в сотнях конструкций способствовало его широкому признанию и растущему использованию.^[1]^[2]

Структура

Типичный бетон вполне гидрофильный. Это происходит из-за сложной системы крошечных капилляры, которые всасывают воду через сеть микротрещин в бетонной плите.^[3] Эта затвердевшая матрица создает непрерывный цикл «источник - опускание», что означает, что вода сверху постоянно вытягивается в область более низкой возвышенности. Коэффициент Дарси относится к способности сжиженной воды под давлением проходить через любые имеющиеся поры и капилляры. Более низкая постоянная Дарси коррелирует с материалом более высокого качества.^[4]

Коммерческие компании используют разные подходы к модификации обычной бетонной смеси с целью создания гидрофобного бетона, все из которых включают в себя то или иное заполнение пористой бетонной смесью. Некоторые из наиболее часто используемых методов включают: полимер образование, настой мелких пятнышек и кристаллический образования, причем последние наиболее широко используются.

Формирование полимера происходит за счет полимеризации водорастворимого преполимера посредством ионного обмена с ионами двухвалентных металлов, такими как Ca и Fe ионы с образованием резиноподобных нерастворимых частиц. Эти мелкие частицы мигрируют и концентрируются в мелких трещинах и капиллярах, образующихся в бетоне по мере его высыхания. По мере протекания полимеризации резиновые пробки образуют и надолго закрывают эти пути воды, значительно снижая водопоглощение и водопроницаемость.

Кристаллическая технология используется для создания гидрофобного бетона путем нанесения кристаллические структуры образовываться в крошечных капиллярах, порах и других воздушных карманах, оставшихся в процессе отверждения бетона. Во время этого образования побочные продукты остаются в капиллярах и порах свежеотвержденного бетона, обычно гидроксид кальция, сульфаты, карбонаты натрия, калий, кальций, а также гидратированные и негидратированные частицы цемента. Эти кристаллические структуры затем закупоривают поры и капилляры, предотвращая протекание через них воды. После добавления кристаллических химикатов в бетонную смесь через добавку или покрытие они вступают в реакцию с побочными продуктами в присутствии воды. Затем в результате этой реакции образуется нерастворимая кристаллическая структура, которая забивает поры. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все химические вещества не прореагируют. При нанесении в качестве покрытия химическая реакция протекает через процесс химической диффузии. Это процесс перемещения раствора с высокой химической плотностью к химическому раствору с низкой плотностью до тех пор, пока они не придут в равновесие. Замачивание бетона водой создает в порах низкую химическую плотность, 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 внутренней структуре. Когда этот процесс завершен, кристаллическая структура гидрофобного бетона завершена.^[5]

Характеристики

Конечная цель при формировании гидрофобного материала - уменьшить полярность из молекулы. Потому что молекулы воды очень полярны, они легко притягиваются к частично положительным или частично отрицательным зарядам. На нейтральной поверхности молекулы воды собираются и притягиваются друг к другу, образуя сферическую каплю воды. Эти капли могут затем испариться с поверхности бетона, а не впитаться в капилляры бетона. Точная структура и состав кристаллов, используемых в гидрофобном бетоне, не являются общедоступной; однако из-за его свойств можно предположить, что это неполярная молекула.

Свойство отталкивать воду дает гидрофобному бетону возможность избегать загрязнения частицами, растворенными в каплях воды. Поскольку сами кристаллы неполярны, между кристаллами и растворенным кислородом мало взаимодействия. Это позволяет бетону выдерживать арматура ржавчина, которая так часто подрывает прочность бетона, через который проходят железные прутья. Стандартный товарный бетон имеет среднее водопоглощение 4-10%. Напротив, гидрофобный бетон имеет в среднем 0,3-1%.

Недооцененное свойство гидрофобного бетона - это его способность отталкивать влагу в воздухе. 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 в гидрофобном бетоне достаточно компактны, чтобы влага не проникала через капилляры бетона.

Обработка

Гидрофобный бетон производят различными способами, которые подпадают под две категории; покрытия или же примеси. Оба позволяют формироваться кристаллическим структурам в присутствии воды.

При создании гидрофобного бетона с помощью процесса покрытия покрытие распыляется или наносится кистью на пористые поверхности. В большинстве случаев его наносят на обычную бетонную плиту, которая затем подвергается коррозийному процессу, чтобы обнажить больше капилляров бетона. Это может быть достигнуто путем струйной обработки поверхности водой под давлением около 3000-4000 фунтов на квадратный дюйм. Пескоструйная обработка и кислотное травление также являются подходящими способами. Следующий шаг - добавление воды. Его можно наносить как вертикально, так и горизонтально, но температура не должна опускаться ниже 33 градусов. Фаренгейт для предотвращения замерзания. Также следует избегать чрезмерного испарения. В регионах с высокой скоростью испарения этот процесс часто происходит в течение ночи при более низких температурах. Как только поры максимально пропитаются водой, наносится покрытие. Гидрофобные химические вещества находятся в форме порошка и смешиваются с водой в соотношении пять частей порошка на две части воды для нанесения кистью. При нанесении распылением соотношение составляет пять частей порошка на три части воды. Покрытие наносится между 1,25-1,5 фунта на квадратный ярд и продолжается до тех пор, пока не будет покрыта вся поверхность. Если на поверхность требуется еще один слой, 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 замедлители испарения. В зависимости от климата процесс отверждения может занять больше времени и потребовать более частого смачивания. После того, как бетон затвердеет, он остается в течение двух-трех недель, прежде чем процесс будет завершен.

Когда гидрофобный бетон изготавливается с использованием добавки, порошок с гидрофобными химическими веществами 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 проще и менее трудоемок, но его можно использовать только при укладке нового бетона.^[6]

Использует

Гидрофобный бетон может использоваться в тех же областях, что и обычный бетон, чаще всего там, где обычный бетон опасен для ремонта или стоимость повреждения конструкции будет очень пагубной. Работа в туннелях - одно из основных применений гидрофобного бетона, поскольку подземный ремонт сложен и дорог.^[7] Это также излюбленный выбор для закладки фундаментов зданий и тротуаров в местах ниже уровень грунтовых вод.

Подводное использование гидрофобного бетона является основным применением на морских объектах. Часто используется для удержания воды при создании бассейнов и прудов. НАСА использовал гидрофобный бетон, чтобы построить бассейн, используемый для обучения космонавтов ходьбе по Луне. Гидрофобный бетон также используется в местах, подверженных воздействию дождя или луж, таких как зеленые крыши, другие виды крыш, парковочные конструкции и площади.

Преимущества

Среди многих преимуществ использования гидрофобного бетона он сокращает время монтажа и снижает затраты. Использование гидрофобного бетона может сократить трудозатраты на промышленный проект, поскольку нормальный бетон включает период защиты от коррозии, а также период гидроизоляции. С гидрофобным бетоном одновременно выполняется и защита от коррозии, и гидроизоляция.

Точно так же 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 области применения. Одноэтапный процесс установки гидрофобного бетона снижает стоимость примерно до 3,20 долларов США за квадратный фут. Такая экономия может быстро накапливаться в ходе проекта, как сообщает компания Hycrete из южной Калифорнии.

По оценкам, в 1998 году только в Западной Европе на ремонт гидрофильного цемента было потрачено пять миллиардов долларов. Большая часть ремонта была необходима из-за ущерба, нанесенного водной коррозией в городских районах. Поскольку водная коррозия практически отсутствует, гидрофобный бетон лучше сохраняется, чем обычный бетон, который обычно выглядит изношенным и состарившимся через несколько лет.

С экологической точки зрения гидрофобный бетон полезен еще и потому, что он «зеленый». Его способность к повторному измельчению позволяет легко использовать его повторно. Хотя обычный бетон можно повторно измельчить, это очень дорогостоящий процесс, который часто означает, что бетон попадает на свалку. Это преимущество гидрофобного бетона позволяет повторно использовать его в будущих проектах с минимальными затратами.

Недостатки

Некоторые другие минусы гидрофобного бетона связаны с процессом нанесения. При нанесении в качестве покрытия он может проникать в материал только на глубину до 12 дюймов. Кроме того, сам процесс нанесения покрытия чрезвычайно трудоемок. Если структура толще 12 дюймов или это проект большой площади, подход с добавками даст лучшие результаты.

Использование альтернативной кристаллической технологии для производства гидрофобного бетона возможно только при наличии воды, поскольку перед нанесением покрытия поверхность необходимо тщательно смочить.^[8]