Цегляна кладка в будівництві як і раніше має надзвичайно широке поширення, що обумовлено її високою вогнестійкістю, міцністю, стійкістю до різних видів корозії і, як наслідок, високою довговічністю і надійністю кам'яних і армокам'яних конструкцій. Сучасний ринок кладок матеріалів досить різноманітний по виду пропонованої продукції, і, відповідно, властивості матеріалів, в залежності від їх призначення, також істотно відрізняються один від одного за показниками міцності, середньої щільності, водопоглинання і т.д.
Слід зазначити, що більшість кладок матеріалів випускаються за новітніми технологіями і відповідають вимогам не тільки російських, але і європейських норм.
Однак кам'яна кладка складається не тільки з цегли або блоків, вона являє собою складну конструкцію, і з позиції структурної механіки в основі формування її властивостей лежить взаємодія структурних елементів - від найбільш великих до субмикроскопических частинок / 1 /.
Основними елементами цегляної кладки є кладочні і розчини кладок. При зведенні будівельних конструкцій будівель і споруд з штучних і природних кам'яних матеріалів розчини кладок за допомогою системи вертикальних і горизонтальних швів пов'язують між собою елементи кладки і забезпечують єдину роботу конструкції. Правильний вибір розчину для виконання робіт є одним з найважливіших умов забезпечення якості кам'яних конструкцій. На жаль, в Росії, за рідкісним винятком, вибору кладок розчинів не приділяється належної уваги. У масовому порядку, не враховуючи ні виду, ні призначення кладок матеріалів, на будівельних майданчиках застосовують в кращому випадку «Гарцовка», а найчастіше приготовлені безпосередньо в будівельних умовах будівельні розчини з «дозованих» лопатою і відрами піску, цементу і води. У більшості випадків результати такого підходу до виробництва кладок можна спостерігати на стінах будівель та споруд у вигляді висолів, цвілі і грибкових уражень (рис. 1). Освіта контрастного білого нальоту, плям або розлучень суттєво погіршує естетичний вигляд споруди і може привести надалі до корозії і руйнування кам'яних конструкцій.
Експлуатація кам'яних конструкцій, як правило, здійснюється в умовах впливу атмосферних опадів, забруднень повітряного середовища, перепадів температур і утворення конденсату, а в окремих випадках і грунтових вод, що надходять по капілярах матеріалів. Наявність капілярних пор розміром 10 Нм - 100 мкр, як в кладок матеріалах, так і в розчину кладки, сприяє транспортуванні розчинених у воді солей по будівельної конструкції. Переміщення розчинних солей становить велику небезпеку для кам'яних конструкцій. Результатом кристалізації окремих видів солей може стати руйнування структури матеріалів, що знижує їх несучу здатність. Присутність солей з високою гігроскопічністю призводить до істотного зволоженню кладки, що в свою чергу погіршує теплотехнічні показники огороджуючих конструкцій і сприяє розвитку цвілевих і грибкових уражень. За даними Ф. Фресселя 121, шкідливий вплив солей на кам'яні конструкції визначається їх розчинність і гігроскопічністю (табл. 1). Найбільш негативну роль в цьому відіграють хлориди, карбонати, сульфати і нітрати, особливо солі лужних і лужноземельних металів. У більшості випадків поява висолів пов'язано з наявністю розчинних сполук у складі кладок розчинів і кладок матеріалів. Наприклад, наявність лугів в цементі допускається ГОСТом, в складі наповнювачів також може бути присутнім різна кількість розчинних солей. Залежно від якості вихідної сировини і технології виробництва в складі кладок матеріалів, як правило, також можуть міститися розчинні сполуки. При замішуванні розчину водою вільні луги цементу негайно переходять в рідкий стан, а луги, пов'язані силікатами і алюминатами, переходять в розчин у міру гідратації цементу. При контакті з СО2 повітря лугу карбонизируют, в результаті чого утворюються висоли, представлені карбонатами натрію і калію.
Наявність лугів в початковий період гідратації для цементів різних виробників може коливатися в широких межах - від 5 до 45% від їх загального змісту. Іншим джерелом освіти карбонатів є портландіт - продукт гідратації портландцементу, при взаємодії якого з С02 повітря утворюється карбонат кальцію. При взаємодії лугів цементів в кладок розчинах з шкідливими сірчистими і азотними сполуками атмосферного середовища або води за-творіння відповідно утворюються сульфати і нітрати. Джерелами хлоридів найчастіше є наповнювачі і вода замішування розчинів кладок.
Існує помилкова думка, що після зведення кам'яних конструкцій кладку можна знесолити, тим самим назавжди позбутися від ризику утворення плям на поверхні. Всі існуючі на сьогодні методи боротьби з висолами, на жаль, дають лише тимчасовий ефект і застосовуються лише до певних концентрацій солей в будівельних конструкціях. Наприклад, використання різного роду змивів має лише короткочасне дію, і, як правило, висоли через деякий час знову проявляються на поверхні. Крім того, боротьба з висолами в уже зведених кам'яних конструкціях - досить дорога процедура і з урахуванням її тимчасової дії істотно збільшує витрати на ремонт і експлуатацію будівель і споруд. Таким чином, найбільш ефективним методом боротьби з висолами є попередження їх утворення на стадії зведення кам'яних конструкцій.
Найпоширенішими висолами на поверхні кам'яних конструкцій є карбонати, тому на їх прикладі буде розглянуто механізм утворення висолів і можливі заходи щодо їх запобігання.
Як зазначалося раніше, висоли утворюються в результаті міграції розчинених солей через пористу структуру матеріалу до його поверхні, де після випаровування води розчинені в ній солі осідають на поверхні матеріалів. Для кладок розчинів на основі портландцементу механізм утворення СаСОе в основному можна представити таким чином (рис. 2). Гідроксид кальцію (портландіт), продукт гідратації портландцементу, розчиняється в водних плівках, адсорбованих уздовж стінок пір матеріалу, з утворенням іонів Са 2 * і ОН. При цьому в пори матеріалу з атмосфери дифундує С02. який розчиняється в тих же водних плівках, частково утворюючи вугільну кислоту (Н2 ШОЕ). В результаті реакції нейтралізації при взаємодії вугільної кислоти і гідроксиду кальцію утворюється важко розчинний СаСОе (рис. 3), часто дану реакцію називають карбонізацією вапна (гідроксиду кальцію). Істотний вплив на швидкість утворення висолів надають температура, вологість, концентрація в атмосфері С02. а також троянда вітрів конкретного населеного пункту. Як правило, найбільш часто висоли утворюються в міжсезоння, а також в регіонах зі змінною вологістю протягом доби, коли періодично забезпечується швидка міграція солей до поверхні і таке ж швидке випаровування води на поверхні конструкції.
З огляду на джерела і механізм утворення висолів, повинні передбачатися відповідні методи профілактичної боротьби з ними. В основу цих методів покладено кілька основних напрямків: це герметизація поверхонь кам'яних конструкцій; створення умов для припинення міграції води до поверхні кам'яних конструкцій; зв'язування гідроксиду кальцію (портландіта) на стадії його утворення за допомогою активних мінеральних добавок і застосування в складах кладок сумішей комплексних добавок, що дозволяють виключити основні передумови утворення плям на поверхні кам'яних конструкцій.
Метод герметизації поверхні полягає в створенні на поверхні кам'яних кладок водонепроникних покриттів. Метод досить ефективний, але непридатний для огороджувальних конструкцій будівель, крім того, досить дорогий.
Умови для припинення міграції води до поверхні кам'яних конструкцій досягається шляхом об'ємної гідрофобія-зації кладок розчинів або блокуванням капілярних пір мікрочастинками. Освіта висолів в даному випадку може бути ослаблене (або виключено на деякий період) за рахунок зниження капілярної активності при об'ємної гідро-фобізаціі або шляхом включення до складу розчинів кладок тонких наповнювачів, наприклад мікрокремнезема, Метакаолін, або ультрадисперсних карбонатних наповнювачів, які блокують капілярні пори.
Застосування в складах кладок сумішей комплексних добавок, що дозволяють виключити основні передумови утворення висолів, - досить новий і перспективний метод. Результати досліджень, представлені в / 4 /, показують високу ефективність їх застосування. Оригінальність дії даних добавок заснована на поєднанні і спільної реалізації всіх основних принципів боротьби з висолами. Комплексний підхід в дії добавок дозволяє запобігти утворенню плям на поверхні кам'яних конструкцій практично всіх видів солей.
З метою перевірки ефективності використання різних підходів для запобігання висолів в кам'яних конструкціях були проведені порівняльні випробування зразків кладок розчинів. Випробування проходили за методикою, розробленою на постійному зволоженні зразка, починаючи з початкового етапу твердіння. Експериментальні склади зразків наведені в табл. 2. Зразки після виготовлення 24 години витримувалися при 20 ° С і вологості 55%, після чого протягом 28 діб їх зволожували при температурі 5 ° С, таким чином моделювали вплив на кам'яну кладку атмосферних опадів при температурі, найбільш сприятливою для утворення висолів. Щодоби проводився візуальний контроль поверхні кладок розчинів на наявність солей.
Для експериментальних досліджень були обрані три різні підходи до запобігання утворення висолів і виготовлені п'ять зразків розчину:
Зразок 1 - контрольний зразок розчину;
Зразок 2 - розчин кладки з комплексною добавкою Elotex ERA 100;
Зразок 3 - розчин кладки з добавкою мікрокремнезема;
Зразок 4 - розчин кладки з добавкою Метакаолін;
Зразок 5 - розчин кладки з об'ємною гідрофобізацією силанами.
Кількість цементу як основного джерела гідратного вапна (портландіта) в твердіє розчину кладки прийнято постійним для всіх зразків. Введення добавок здійснювалося за рахунок зниження вмісту кварцового піску.
Результати досліджень (рис. 4) показали, що утворення висолів на поверхні контрольного зразка починається на другу добу твердіння і посилюється до 14-ї доби, після чого інтенсивність висолоутворення знижується і до 28-ї доби настає стабілізація.
На поверхні зразка з комплексною добавкою Elotex ERA 100 протягом усього терміну випробувань утворення висолів не спостерігалося.
Освіта плям на поверхні зразків з добавками мікрокремнезема і Метакаолін спостерігалося в перші і другі добу твердіння, потім стабили зірованним на сьому добу твердіння, однак локальне висолоутворень тривало на зразках до 14 діб.
Незначні висоли на поверхні зразків з об'ємною гідрофобізацією силанами були відзначені в початковий період твердіння, але в подальшому на протязі всього терміну твердіння висолоутворень не спостерігалося.
Слід зазначити, що на ефективність дії в складах розчинів добавок мікрокремнезема і Метакаолін, найімовірніше, вплинула температура повітря, при якій проводився експеримент. Тому застосування добавок даного типу доцільно при середньодобовій температурі вище 18 ° С. Об'ємна гідрофобізація силанами показала непогані результати, за винятком початкового періоду твердіння, що може бути також пов'язане з впливом температури на гідратацію цементу. Найбільш хороший результат отримано при використанні в складі розчину комплексної добавки Elotex ERA 100. Відсутність висолів на протязі всього періоду випробувань говорить про ефективність її застосування, в тому числі і при мінімальних температурах повітря.
Проведені експериментальні дослідження показали ефективність різних методів попередження утворення плям на поверхні кам'яних конструкцій. Пріоритет в даному напрямку слід віддавати добавкам комплексної дії, що виключає висолоутворень на всіх стадіях твердіння розчинів кладок.
