В настоящее время существует огромное количество различных защитных покрытий для строительных материалов, однако большинство из них сохраняют свои защитные свойства в течение определенного, достаточно короткого (2-3 года) времени. Всем известна необходимость повторного нанесения защитных материалов на фасады зданий из-за разрушения предыдущего защитного слоя. Еще более остро стоит проблема защиты элементов зданий и конструкций, подвергающихся воздействию грунтовых вод.
Основной причиной деградации строительных конструкций является атмосферно-химический фактор. Агрессивные химические и атмосферные компоненты, обуславливающие карбонизацию, отложение сульфатов, хлоридные реакции, циклы «мороз- оттепель», увеличение механического воздействия — все это способствует деградации пор, снижению водонепроницаемости и уменьшают прочность бетона.
Все известные строительные материалы (бетон, кирпич, шифер, гипс, известняк и др.) являются пористыми и гидрофильными, т. е. при соприкосновении с водой они ею смачиваются, в результате вода легко проникает внутрь материалов. Вода действует как носитель для всех агрессивных агентов и химических реакций, описанных выше. Поэтому совсем несложно понять важность гидроизоляции бетона и других строительных материалов. Даже в отсутствие агрессивных химических факторов вода может вызвать серьезные разрушения путем инфильтрации через поры бетона или через низкокачественный бетон. Попадая в поры, вода постепенно растворяет и вымывает компоненты, из которых состоят бетон и кирпич и в результате материал постепенно теряет прочность и осыпается.
Если же материал здания или конструкции подвергается повторяющимся цикла «мороз — оттепель», когда вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме (приблизительно на 9 %), создает давление, вызывающее появление трещин и разрушения бетона, то процесс деградации материала существенно ускоряется. Наиболее эффективным способом предотвращения деградации материалов является использование различного рода защитных составов. Применение защитных покрытий от различных факторов агрессивного природно-техногенного воздействия ведет к устойчивости и долговечности зданий и сооружений, машин и оборудования за счет уменьшения количества воды проникающей в поры. Заполнение пор материала позволяет перекрыть доступ влаги в поровое пространство и тем самым защищать материал.
При рассмотрении проблемы защиты строительных конструкций нужно иметь в виду, что разные части его подвергаются воздействию воды в разной степени. Например, фасады зданий подвергаются воздействию воды в режиме дождевания. Для их защиты применяются хорошо известные фасадные краски на полимерном связующем, а также различные кремнийорганические составы, которые образуют на поверхности тонкий толщиной 1-3 мм гидрофобный слой препятствующий проникновению воды внутрь материалов. Но во всех наземных объектах есть элементы конструкций, подверженные интенсивному воздействию влаги и грунтовых вод: фундаментные блоки, лотки, колодцы, участки стен цокольных этажей, сваи, арки, перекрытия, бордюрные камни, тротуарная плитка, элементы конструкций мостов, водопропускных труб и др.
Для их защиты нельзя обойтись образованием тонкой пленки защитного состава на поверхности материала нужно применение материалов, которые бы глубоко проникали глубоко внутрь материала и предохраняли его от проникновения воды при ее постоянном присутствии. В этих случаях используют различные связующие (полимерные, кремнийорганические, жидкое стекло, расплав серы и пр.). Каждому из перечисленных материалов присущи недостатки.
Например, органические и кремнийорганические соединения, несмотря на высокую эффективность в начале срока эксплуатации постепенно претерпевают деструкцию и теряют свои защитные функции. Силикатные краски на основе жидкого стекла также имеют недостатки, т. к. являются хрупкими, обладают меньшей гидрофобностью, а также подвержены отмеливанию. Использование расплава серы даёт прекрасные результаты, но требует применения сложной технологии пропитки при повышенных температурах (140-1500 С) и для эффективной пропитки материалы необходимо вакуумировать. Кроме того, нагрев до вышеуказанных температур может приводить к появлению дополнительных напряжений в бетоне.
Кроме перечисленных способов долговременной защиты строительных материалов, имеются составы для поверхностного нанесения: ПЕНЕТРОН, КСАЙПЕКС и др. Действие этих составов заключается в следующем: после нанесения эти составы вступают в реакцию с материалом бетона, в результате в порах бетона нарастают кристаллы. По прошествии определенного времени (несколько месяцев) часть порового пространства заполняется наросшими кристаллами, в результате существенно увеличивается прочность и водоотталкивающие свойства бетона. Но широкое распространение подобных материалов ограничивается их относительно высокой стоимостью. Необходимо также указать, что эти материалы пригодны для защиты лишь одного типа строительных материалов — бетона.
В качестве средства долговременной защиты строительных материалов предлагается обработка пористых поверхностей строительных материалов серосодержащим составом АКВАСТАТ. Разработанный пропиточный состав на основе серы обеспечивает защиту строительных материалов от атмосферных воздействий и агрессивных сред в течение длительного времени. Технология обработки элементов конструкций и изделий проста и доступна: как и большинство лакокрасочных материалов, они наносятся кистью, наливом, распылением, погружением при любых положительных температурах.
Принципиальная новизна предлагаемого решения заключается в том, что гидрофобизация достигается с применением материала неорганической природы — серы. Наличие серы в порах строительных материалов придает им водоотталкивающие свойства на длительное время — в отличие от органических лакокрасочных материалов. Оригинальность подхода заключается в том, что на стадии пропитки используется растворимое в воде вещество, в составе которого молекулы серы попадают в мельчайшие поры материала. На этапе сушки это вещество распадается и на поверхности пор образуется нерастворимый в воде (гидрофобный) слой элементной серы.
С помощью сканирующего мультимикроскопа СММ-2000 Т (производства ОАО «Завод ПРОТОН-МИЭТ», Зеленоград) установлено, что в результате обработки АКВАСТАТ на поверхности пор и капиллярных трактов материалов образуется покрытие из наночастиц серы (поперечный размер — 20-150 нм, высота — 2-10 нм) (рис. 2), которое препятствует проникновению воды.
Важным показателем накопления влаги в объеме материала (для работающих в условиях циклического воздействия дождя) является случай, когда он омывается водой. С этой целью были проведены испытания по кинетике водопоглощения непропитанных и пропитанных раствором АКВАСТАТ образцов тяжелого бетона, стеновых облицовочных полнотелых вибропрессованных бетонных блоков (190 х90 х390 мм), автоклавного газобетона, силикатного кирпича. На первом этапе водопоглощение измерялось для предварительно высушенных (исходных) образцов, затем эти же образцы пропитывались составом АКВАСТАТ в течение 4 ч при комнатной температуре. Образцы высушивались в течение 3-х суток и подвергались фронтальному воздействию воды в течение 2 ч, затем измерялось их водопоглощение (таблица 1).
Таблица 1 – Сравнительные показатели исходных и пропитанных АКВАСТАТ образцов тяжелого и вибропрессованного бетона, автоклавного газобетона, силикатного кирпича, подвергнутых фронтальному воздействию воды в течение 2 ч.
Данные, приведенные в таблице 1, указывают на эффективность использования предложенного метода защиты строительных материалов при эксплуатации их в условиях частых дождей. Следует также отметить и универсальность предложенного метода, так как он дает хорошие результаты и для разных видов бетона (вибропрессованного и тяжелого), и для легкого газобетона и силикатного кирпича.
Известно, что эффективность применения пропиточных составов глубокого проникновения существенно зависит от проникающей способности. Глубина проникновения пропитки во многом определяет степень защиты материалов от внешних (атмосферных и химических) воздействий. В связи с этим были проведены исследования глубины проникновения состава АКВАСТАТ при многократном нанесении его на бетонные образцы. Глубина пропитывания определялась раскалыванием образцов.
Установлено, что глубина проникновения раствора в структуру цементного бетона зависит от количества покрытий. В результате 6-кратного нанесения АКВАСТАТ приводит к проникновению раствора на глубину более 10 мм. Исследованиями установлена также высокая проникающая способность состава АКВАСТАТ при обработке бетонных изделий путем погружения. Обнаружено, что оптимальная длительность пропитывания (с точки зрения глубины проникновения раствора в структуру тяжелого бетона, а также условий технологичности процесса) — 4-5 ч.
На основании проведенных исследований разработаны и рекомендованы для использования в условиях производства режимы пропитки стеновых, дорожных и кровельных изделий предложенным пропиточным составом полным погружением в ванну. Испытаниями установлено, что расход пропиточного раствора в количестве 1,5-2,0 кг/м 2 достаточен для надежной и длительной защиты строительных изделий и конструкций от влияния атмосферных и химических факторов.
Предложенные пропиточные растворы могут быть использованы не только для относительно небольших изделий (путем их погружения в ванну), но и для обработки кистью или пульверизатором больших конструкций и элементов зданий (фундаменты, цоколи, полы и стены подвальных помещений и др.). Могут они применяться и для обработки тоннелей, водостоков, свай и др., то есть поверхностей, часто соприкасающихся с водой или влагой. Их можно использовать как в качестве самостоятельного защитного материала, так и в качестве грунтовки под краски на органических растворителях или битумные покрытия крыш. Их можно наносить также на неорганические составы, такие, как побелка, силикатная краска лакокрасочные покрытия в условиях строительной площадки.
Результаты испытаний указывают на эффективность применения состава АКВАСТАТ для защиты бетонных изделий, эксплуатируемых в сложных климатических условиях. На рис. 3-7 приведены изделия, пропитка которых АКВАСТАТ существенно увеличивает срок их службы. В качестве еще одного примера применения пропитки «АКВАСТАТ» можно привести его использование ГУП «Башкиравтодор» для обработки дорожных элементов моста «Каменная переправа» через реку Белая (см. рис. 8), построенного в 2008 году в городе Уфа.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Обработка пропиточным раствором АКВАСТАТ увеличивает морозостойкость и улучшает механические характеристики строительных материалов за счет образования в порах наноразмерного покрытия из частиц серы, обладающего высокой адгезией и химической стойкостью к воздействию воды и химических агентов.
2.Предложенный метод доступен для широкого применения: обработку можно проводить различными способами — погружением, кистью или пульверизатором при комнатной температуре. Степень защиты можно регулировать, меняя продолжительность и кратность обработки.
3. Пропиточный раствор АКВАСТАТ обладает высокой способностью проникать в мельчайшие поры, а неорганическая природа покрытия является основой для эффективной и универсальной долговременной защиты.
4. Пропиточный раствор АКВАСТАТ и гидрофобизирующие композиции на его основе универсальны, надежно снижают водопоглощение не только бетона, но и других материалов — кирпича и газобетона. В связи с этим они весьма перспективны для защиты наружных поверхностей ограждающих конструкций зданий, дорожных бетонных и асбестоцементных изделий. Они могут использоваться для под держания эксплуатационной надежности наружных стен старых зданий из силикатного и керамического кирпича, керамзитобетонных стеновых панелей.
5. Предложенный метод может быть использован для защиты изделий, эксплуатирующихся в условия статического воздействия воды (для дорожного хозяйства — это водопропускные трубы, лотки, тоннели, мосты, бордюры, стоки; для промышленного и гражданского строительства — это фундаменты, подвалы, цоколи, крыши; для жилищно-коммунального хозяйства — это колодцы, теплотрассы и др.).
6. Использование пропиточного состава АКВАСТАТ позволяет: существенно повысить долговечность строительных материалов и изделий, а также эксплуатационный срок возводимых и существующих зданий и сооружений; снизить затраты на эксплуатацию и ремонт зданий; создать комфортные условия эксплуатации помещений; сохранить исходный внешний вид и уменьшить степень загрязнения наружных поверхностей зданий и сооружений; предохранить внутренние помещения от образования плесени и грибков. Разработанный метод гидрофобизации универсален и эффективен в качестве способа защиты бетонных, кирпичных и других конструкций, подверженных атмосферным воздействия м — влаги, знакопеременных температур, солнечной радиации, биохимической деструкции