Выцветы на бетонных изделиях, причины их образования и методы борьбы с ними

Выцветы и высолы, образующиеся на поверхности строительных конструкций, доставляют немало неприятностей строителям. Им подвержены бетонные изделия, штукатурка, керамика. Что они собой представляют, и как от них избавиться?

Чаще всего выцветание возникает на бетонных изделиях. Его можно увидеть также на облицовочной фасадной и тротуарной плитке. По виду это образовавшийся на поверхности материала белесый налет. Различают выцветы первичные и вторичные. Первые возникают во время затвердевания бетона, вторые – когда материал начинает стареть, подвергаясь при этом воздействию атмосферных явлений.

Первичное выцветание

В свежеуложенном бетоне имеется система капилляров, пронизывающих его толщу. Поры заполняет водный раствор продуктов гидратации цемента, в частности, гидроксид кальция – Ca(OH)2. Во время затвердевания бетона он вступает в реакцию с CO2 (углекислым газом), образуя карбонат кальция (CaCO3).

В том случае, если бетонные изделия покрыты водой, гидроксид кальция распространяется по их поверхности, в результате чего на ней образуется налет карбоната кальция. Таким образом происходит то, что называется первичным выцветанием бетона.

В результате реакции концентрация гидроксида кальция, который находится в устье пор, снижается в сравнении с концентрацией его в толще бетона. Происходит перенос вещества из глубины на поверхность бетона и вступление его в реакцию с углекислотой. При этом поры медленно заполняются нерастворимым в воде карбонатом кальция до тех пор, пока этот процесс полностью не останавливается.

Нерастворимость карбоната кальция в воде вызывает самозамедление процесса первичного выцветания. Время, в течение которого возможен первичный выцвет, определяется довольно просто. Нужно налить воды на затвердевающий бетон. Если его склонность к выцветанию еще сохраняется, на краях просыхающей лужицы воды быстро появляется белый налет карбоната кальция. Однако, если налить воду по истечении восьми часов после начала схватывания бетона, белый налет не появится. Это означает, что все устья пор уже заполнились карбонатом кальция.

Природу этого явления подтверждает то, что если затвердевание бетона происходит в азотной среде, белый налет не образуется, поскольку в этом случае отсутствует углекислый газ, который вступает в реакцию с гидроксидами цемента. Чем выше содержание в воздухе углекислого газа, тем выше скорость выцветания ЖБИ.

Бетон часто используется при строительстве промышленных объектов, читайте о нашей услуге и особенностях их проектирования.

Вторичное выцветание

В отличие от первичного вторичное выцветание появляется с течением времени – причем даже тогда, когда не было первичного выцветания, и процесс затвердевания бетона происходил правильно, без всяких отклонений от нормы. Внешне это проявляется в том, что бетонная поверхность становится светлее.

Причиной, вызывающей вторичный выцвет, является атмосферное воздействие. Химическая природа вторичного выцветания состоит в гидратации компонентов бетона в затвердевшем материале. Она продолжается до тех пор, пока возрастает прочность бетона, и может проходить в течение года.

Затем налет начинает смываться, но очень медленно – только через год бетонная поверхность может очиститься от карбоната кальция и обрести первоначальный цвет. Каким образом происходит размывание нерастворимого карбоната кальция? Дело в том, что он медленно преобразуется в растворимый в воде бикарбонат кальция. Время восстановления первоначального цвета бетонных плиток определяется климатическими условиями. Если долго стоит сухая погода, вторичное выцветание сохраняется дольше.

Если налет исчезает естественным путем, вероятность появления вторичного выцветания в дальнейшем остается, но она очень невелика.

Чтобы определить возможность появления первичных выцветов, нужно просто смочить поверхность водой – как уже было сказано выше. Смоделировать вторичное выцветание можно несколько более сложным способом. В качестве опытных образцов нужно взять стопку изделий из бетона, сложенных на строительной площадке или дворе завода ЖБИ. Материалы нужно опрыскивать водой в течение получаса два раз в день. Вторичные выцветы (если они возможны) появляются в тех местах, где плитки соприкасаются друг с другом. В этом месте вода не просыхает долго. На поверхности плиток вода высыхает быстрее, поэтому выцветы там не появляются. Этот опыт одновременно является наглядным примером того, как не следует хранить бетонные изделия.

Степень вторичного выцветания можно определить количественно с помощью фотометра – путем измерения яркости бетонной поверхности.

Причины выцветания и способы борьбы с ним

Основная причина выцветов заключается в присутствии в бетоне гидроксида кальция, который мигрирует на поверхность бетона из его внутренних слоев и вступает в реакцию с находящимся в воздухе углекислым газом. При этом образуется карбонат кальция. Следовательно, чтобы на бетонной поверхности появился выцвет, гидроксид кальция должен мигрировать из тела бетона на поверхность. Для миграции должны существовать определенные условия, и они имеются. Это наличие капилляров, по которым осуществляется движение Ca(OH)2, и разность концентрации гидроксида внутри и на поверхности бетона.

Портландцемент и другие цементы, создаваемые на его основе, образуют при гидратации значительное количество гидроксида (до 15% от всей цементной массы или до 100 килограммов в 1 м3 бетона). Чтобы не появилось выцветание, должны использоваться цементы с низким содержанием трехкальциевого силиката (алита). Однако эти виды цементов медленно твердеют и имеют более низкую марку.

Другим способом снижения количества гидроксида кальция в бетоне является использование добавок, связывающих Ca(OH)2. Имеющиеся недорогие добавки – зола ТЭС и пуццолан – могут быстро давать эффект только при интенсивной тепловлажностной обработке бетона, в частности, при автоклавировании. Однако введение нужного для связывания гидроксидов кальция количества добавок уменьшает скорость затвердевания бетона. Это ухудшает его качество и снижает цену. Нужно иметь в виду, что выцвет – это поверхностное явление. Гидроксид кальция, остающийся внутри бетона, в процессе выцветания не участвует.

Как уже говорилось, для возникновения выцветов в бетоне должны присутствовать капилляры. По ним раствор Ca(OH)2 выходит на поверхность изделий. Образование капилляров в затвердевающей бетонной смеси вызывается двумя причинами – неправильным соотношением песка и цементного теста, а также неверным составом цементного теста.

Чтобы в твердеющем бетоне не возникали сообщающиеся между собой микропустоты, по котором возможно перемещение жидкой фазы, отношение песка к цементному тесту должно быть строго определенным. Правильная технология производства ЖБИ предусматривает использование песка с оптимальным фракционным составом и малой удельной поверхностью.

Наличие капилляров в цементном камне говорит и об излишке воды в смеси. При невысоком содержании воды капиллярная пористость бетона оказывается низкой. Ее значение определяется по формуле Г.И. Горчакова, которая выглядит следующим образом:

Пк = (В – CoЦ)*10%, где В и Ц – расход воды и цемента на 1 м3 бетона (в кг) соответственно, Cо – доля, которую составляет химически связанная вода от массы цемента. Обычно Cо > 0,15-0,2.

Капиллярную пористость можно снизить, уменьшив водосодержание смеси и обеспечив ее плотную укладку. Последнее достигается двумя способами:

• применением суперпластификаторов и внедрением вибролитьевой технологи;
• использованием интенсивного вибропрессования при укладке смеси.

Однако все эти меры не гарантируют полного исчезновения капиллярных пор. В большем или меньшем количестве они все равно будут присутствовать.

Влияют на появление выцветов и условия, в которых хранятся и затвердевают бетонные изделия. К ним относится состав воздуха (содержание в нем CO2) и присутствие конденсированной влаги.

Выше приводился пример того, как присутствие воды вызывает появление на поверхности белой пленки – карбоната кальция. Процесс происходит следующим образом. В воздухе имеется определенное количество углекислого газа, который в присутствии воды вступает в реакцию с гидроксидом кальция, образуя нерастворимый в воде карбонат кальция.

Процесс этот происходит в устье капилляров, при этом образующийся CaCO3 кольматирует поры, т.е. заполняет их, перекрывая доступ воды внутрь материала. Водонепроницаемость бетона возрастает, однако цвет его при этом не меняется.

Чтобы искусственно интенсифицировать процесс кольматации при изготовлении ЖБИ применяют принудительную подачу в камеры, где происходит затвердевание бетона, углекислого газа. Желательным является и одновременная подача водяного пара.

В качестве защиты от выцветов используется также защитная пропитка бетона силиконовыми составами и водоразбавляемыми акриловыми бесцветными дисперсиями.

Силиконовая пропитка довольно плохо противостоит выцветам и не предотвращает их в достаточной степени. Она препятствует проникновению внутрь бетона капельной жидкости, но не способна предотвратить проникновение водяного пара, который конденсируется внутри. Акриловые дисперсии создают прозрачную пленку, препятствующую проникновению внутрь жидкости и частично водяного пара. Это предотвращает образование на поверхности карбоната кальция.

Покрытие наносится на бетонные изделия небольшой толщиной, что обеспечивает его защитное действие в течение 1-2 лет. Не слишком долгий срок, но достаточный для того, чтобы выцвет не появился, поскольку он как раз образуется в первые 2 года. Степень газопроницаемости пленки такова, что под ней образуется слой карбоната кальция, предотвращающий появление на поверхности выцветов.

Выводы

Появление выцветов на бетонной поверхности обусловлено многими факторами. Борьба с ними заключается в создании определенных условий, при которых образование выцветов становится минимальным. 

• Бетон должен обладать минимальной водопроницаемостью и пористостью.
• При твердении материала к его поверхности должен обеспечиваться доступ углекислого газа.
• Во время затвердевания и последующей выдержки бетона его поверхность должна защищаться от попадания влаги. Это позволит процессам карбонизации снизить вероятность образования выцветов на ЖБИ в процессе их эксплуатации.
• Выцветание предотвращается прозрачными поверхностными покрытиями, созданными из водных акриловых дисперсий.

Проектная группа ЮГ - ваш помощник при проектировании и строительстве.