В 1974 г. были изучены свойства бетона на гидрофобном портландцементе, находившегося длительное время в эксплуатации. Объектом изучения (работу проводили совместно с Р. Д. Тешабаевым) служил бетон в дорожных покрытиях, выполненных в Москве в 1958—1959 гг., следовательно, исследования проводили через 15—16 лет. Бетон таких конструкций находится в очень тяжелых условиях службы Известно, что в Москве температура проходит через ноль более 100 раз в год. Следовательно, бетоны, выбранные для исследования, претерпели 1500-кратное замораживание. Попеременное замораживание и оттаивание дорожного бетона происходит практически в водной среде, содержащей хлориды натрия и кальция, так как эти соли применяют для облегчения очистки дорог от льда. Кроме того, верхнее полотно бетона дорог подвергается частому намоканию и высыханию, что, как известно, тоже расшатывает структуру материала. Наконец, необходимо отметить, что образцы-керны высверливали из тех участков дорог, которые характеризовались интенсивным движением транспорта, например прохождением около 4400 автомобилей в часы пик.
Отбору проб из конструкций дорог, построенных в конце 50-х годов с применением гидрофобного цемента, предшествовало обследование, проведенное в 1974 г. комиссией Главмосинжстроя, в которую вошли главные инженеры дорожных строительных трестов столицы и другие специалисты. Комиссия отметила, что более 50% дорожных бетонных покрытий, выполненных в 1958 г. с применением обычного портландцемента, требует капитального ремонта из-за разрушения поверхности вследствие недостаточной (для данных условий) морозостойкости бетона. По этой причине, как отметила комиссия, часть таких автотрасс уже через 7—8 лет эксплуатации была перекрыта асфальтом. Вместе с тем комиссия констатировала, что дорожные бетоны, изготовленные в свое время на гидрофобном портландцементе, после 15—16 лет эксплуатации практически не обнаруживали явлений шелушения и других видов разрушения.
В конце 50-х годов обычный и гидрофобный цементы марки 400 (по испытанию в растворах жесткой консистенции), использованные в обследованных дорожных бетонах, изготавливали на одном и том же заводе из малоалюминатного клинкера, причем они содержали 8—12% доменного гранулированного шлака. Гидрофобно-пластифицирующей добавкой служил мылонафт (0,2% массы цемента). Иногда мылонафт заменяли асидолом (0,1%). Применяли бетоны марки М350 на гранитном щебне. При использовании гидрофобного цемента расход воды и цемента был несколько ниже, чем при использовании обычного цемента. Бетоны обоих видов получились практически равнопрочными по испытаниям в возрасте 28 сут.
Были проведены сравнительные испытания бетонов на гидрофобном и обычном портландцементах, прослуживших 15 лет. Из высверленных кернов выпиливали образцы в форме цилиндров высотой 10 см для определения естественной влажности бетона, объемной массы, предела прочности при сжатии и др. (рис. 29). Часть образцов предварительно высушивали для измерения капиллярного всасывания и водопоглощения. Показатели основных свойств исследованных бетонов приведены в табл. 22, из которой видно, что объемная масса и прочность бетона на гидрофобном цементе оказались выше, а естественная влажность, капиллярное всасывание и водопоглощение меньше, чем у обычных бетонов, находившихся и сравнимых условиях службы в конструкциях.
Адсорбционно-микропорометрический анализ растворной части бетона был проведен (с участием И. П. Князевой) при помощи метода адсорбции красителей из неводных растворов, причем образцы бетона разделяли на пять слоев (по высоте). При выполнении этих испытаний было отмечено, что степень дефектности структуры бетона, прослужившего 15 лет, различна по высоте высверленного керна! Изменение структуры верхних слоев, очевидно, связано главным образом с возникновением деструктивных процессов при воздействии попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высушивания, а также нагрузок от проходящего автотранспорта, которые привели к появлению микротрещин. На деструкцию нижних слоев испытуемого бетона, по-видимому, оказали влияние акты вещественного обмена материала с окружающей средой, в том числе с подстилающим грунтом.
В этих опытах было отмечено уменьшение показателя степени разрыхления межпоровых перегородок образцов бетона на гидрофобном цементе но сравнению с образцами обычного бетона (у всех пяти слоев по высоте). После 15 лет эксплуатации показатель степени разрыхления был равен у бетона на гидрофобном цементе 16% (средний результат из пяти определений), в то время как аналогичный показатель у бетона на обычном цементе был равен 20%.
Определяли также наличие клинкерного фонда в бетонах после 15 лет эксплуатации в дорожной конструкции. Из образцов, которые подвергали испытанию на сжатие, отбирали весь щебень, а оставшуюся растворную часть размалывали в шаровой мельнице. Растворную часть обычного и гидрофобизованного бетона размалывали по одинаковому режиму. Из полученных порошков при В/Ц=0,3 изготовляли образцы в форме кубов с длиной ребра 7,07 см. Смесь уплотняли на лабораторном вибростоле, образцы хранили в соответствии с требованиями стандарта. Через 28 сут прочность вторичных образцов при сжатии оказалась различной: из гидрофобизованного бетона 3,2—3,5 МПа, а из обычного всего лишь 1—1,2. Таким образом, в гидрофобизованных бетонах сохранилось большее количество клинкерного фонда. Наличие не прореагировавших с водой клинкерных минералов важно для процессов самозалечивания трещин в бетоне, находящемся в эксплуатации.
Определяли также степень гидрофобности полученных образцов-порошков из растворной части бетонов. Для этого 25 г порошка разравнивали тонким слоем на поверхности сухого стекла и наносили на этот слой несколько капель воды. Сразу же после нанесения (1—2 с) вода впитывалась порошком из обычного бетона, на порошке из гидрофобизованного бетона держалась 10—13 с. Следовательно, эффект гидрофобизации через 15 лет в значительной мере сохранился.
Петрографический анализ испытуемых образцов бетонов показал некоторое отличие в структуре гидрофобизованного бетона от обычного. В первом случае отмечаются большая однородность в распределении пор в объеме образцов и более мелкие размеры самих пор.
Исходя из приведенных результатов физико-механических испытаний бетонов, данных адсорбционно микропорометрического и петрографического анализов, а также принимая во внимание показатели определения клинкерного фонда, можно заключить, что гидрофобизованный бетон в дорожных конструкциях после 15 лет эксплуатации оказался в гораздо лучшем состоянии, чем обычный бетон.
Представляет интерес производственный опыт применения гидрофобного портландцемента с комплексными гидрофобно-пластифицирующими добавками. На Белгородском цементном заводе по нашей инициативе была выпущена крупная партия гидрофобного портландцемента с комплексной ГПД, составленной из КОСЖК и СДБ. В работах но изготовлению и применению этого цемента на строительных объектах Москвы участвовали К. Г. Зеленов и Р. Д. Тешабаев. Цемент на бетонном заводе № 6 Главмосинжстроя был использован при изготовлении товарных бетонов марок М200, М350, М400 для монолитных бетонных покрытий и оснований под асфальтобетон. Часть бетонной смеси была применена для изготовления пропаренных изделий (бортовые камни).
Для бетонных покрытий расход цемента был снижен с 430 до 390 кг на 1 м3, т. е. на 9%. При строительстве основания под асфальтобетон применяли бетон марки М200 на известняковом щебне с расходом цемента 250 вместо обычных 290 кг на 1 м3, т. с. расход цемента был уменьшен на 13,8%. При изготовлении бортовых камней расход цемента был также меньше на 35 кг на 1 м3. Следует подчеркнуть, что при указанной экономии цемента прочность бетонов на гидрофобном цементе была равна прочности бетонов на обычном цементе (благодаря уменьшению В/Ц).
Бетонная смесь на гидрофобном цементе отличилась повышенной удобоукладываемостью, была мало подвержена расслаиванию при транспортировании на расстояние более 20 км, длительное время сохраняла подвижность. При сравнительно высокой температуре воздуха (25—30°С) она достаточно долго (в течение 3,5—4 ч) сохраняла удобоукладываемость, в то время как смесь на обычном цементе через 1,5—2 ч теряла удобоукладываемость и становилась непригодной для использования. Произведенный через 2 года после укладки осмотр участков дороги из бетона на гидрофобном цементе с комплексной добавкой (на Балаклавском проспекте столицы) показал хорошее состояние поверхности бетона и полное отсутствие шелушения.
На Здолбуновском цементно-шиферном комбинате была изготовлена крупная партия гидрофобного цемента с другой комплексной добавкой, составленной из ЛЗГФ и СДБ. Этот цемент был успешно применен при строительстве Киевской ГАЭС (работы И. Г. Прессмана).
Наряду с гидрофобным портландцементом на заводах эпизодически изготовляли и гидрофобный шлакопортландцемент с традиционными добавками мылонафта или асидола. В соответствии с нашими рекомендациями на Днепродзержинском заводе была выпущена большая опытная партия гидрофобною шлакопортландцемента с новой гидрофобизующей добавкой — окисленным петролатумом. Было установлено, что добавка ОП интенсифицирует помол. Полученный цемент выдержал пробу на гидрофобность, установленную ГОСТом.
На заводе ЖБИ «Днепрострой» гидрофобный шлакопортландцемент был использован для изготовления конструкций и деталей, которые при эксплуатации должны находиться в тяжелых условиях. Режим пропаривания изделий не отличался от обычного, принятого на заводе [172]. В частности, на гидрофобном шлакопортландцементе с добавкой ОП было изготовлено около 3000 железобетонных плит для облицовки канальных откосов. Эти плиты были замаркированы и установлены на защитных сооружениях Днепродзержинской ГЭС в районе г. Верхнеднепровска. Для сравнения на этих же объектах укладывали плиты, изготовленные на обычных портландцементе и шлакопортландцементе.
Натурные наблюдении показали, что плиты на основе гидрофобного шлакопортландцемента за два года эксплуатации видимых повреждений не имели. В значительной же части плит, изготовленных на основе обычных портландцемента и шлакопортландцемента, были обнаружены серьезные дефекты. На внешней поверхности изделий появилась четко различимая сетка трещин; у отдельных плит наблюдалось разрушение бетона но углам и ребрам. Следовательно, гидрофобизации значительно повысила стойкость бетона, изготовленного на основе шлакопортландцемента.