Владимир Сураев ведает о гидрофобизации в теории и применении на практике

ГИДРОФОБИЗАЦИЯ.  ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Владимир Сураев

 

Часть one (журнальчик «Технологии строительства» № 1(17)/2002, с.с.120 – 121)

 

Долговечность построек и сооружений находится в зависимости от огромного количества причин, но наибольшее значение имеет уровень организации защиты строй конструкций от брутального воздействия среды и, сначала, воды. На практике используются два принципно различных метода решения этой задачки: гидроизоляция и гидрофобизация. Гидроизоляция подразумевает создание на поверхности защищаемых конструкций слоя водо- и паронепроницаемого материала определенной (время от времени очень значимой) толщины либо пропитку строй изделий из пористых материалов органическим вяжущим, закрывающим поры.

Принцип деяния гидроизоляции отлично известен, существует неограниченное количество публикаций, посвященных этому вопросу, потому мы тщательно разглядим только 2-ой способ.

 

Гидрофобизация – резкое понижение возможности изделий и материалов смачиваться водой и аква смесями при сохранении паро- и газопроницаемости. Гидрофобные покрытия нередко некорректно именуют водоотталкивающими, т.к. молекулы воды не отталкиваются от их, а притягиваются, но очень слабо. Гидрофобные покрытия в виде мономолекулярных (шириной в одну молекулу) слоев либо тонких пленок получают обработкой материала смесями, эмульсиями либо (пореже) парами гидрофобизаторов – веществ, слабо взаимодействующих с водой, но крепко удерживающихся на поверхности.

В качестве гидрофобизаторов используют соли жирных кислот, неких металлов (медь, алюминий, цирконий и т.л.), катионо-активные поверхностно-активные вещества (ПАВ), также низко- и высокомолекулярные кремнийорганические фторорганические соединения.

Не вдаваясь в сущность физико-химических явлений, происходящих в процессе намокания, приведем в качестве примера опыт с 2-мя капиллярами, погруженными в воду. По обыкновенному капилляру (поры строй материалов, капилляры древесной породы) вода, под действием сил поверхностного натяжения, движется вверх (время от времени на 10-ки метров). В то же время из капилляров, стены которых обработаны гидрофобизатором, вода, напротив, «выталкивается».

Чем тоньше капилляр, тем выше вода может подняться ввысь, либо «вытолкнуться» вниз.

Остановимся подробнее на более действенных, долговременных и технологичных составах на базе кремнийорганики (они же – силиконовые либо силоксановые).

Все кремнийорганические соединения владеют сравнимо «рыхлой» структурой и не являются препятствием для проникания одиночных молекул воды (материал «дышит»). Поверхностный углеродный слой начинает «работать» исключительно в тех случаях, когда влага находится не в газообразной форме (пар), а в виде еще более больших агломератов (капель и микрокапель), что зрительно и выражается как «водоотталкивание».

В практике строительства в большинстве случаев используются силиконовые гидрофобизаторы (СГ) на базе:

алкилсиликонатов калия;

алкоксисиланов;

гидросодержащих силоксанов;

гидроксилсодержащих силоксанов (каучуки).

Только гидрофобизаторы первого типа (алкилсиликонатные) относятся к категории водорастворимых соединений. Следует учесть, что эти СГ поставляются в виде высокощелочных (рН=14) смесей (содержание воды  50-60%, остальное  — алкилсиликонаты калия со щелочью в соотношении = 1:1) и требуют соблюдения соответственных мер предосторожности. Данный тип является самым дешевеньким и в большинстве случаев применяется для обыкновенной гидрофобизации на стадии производства строительного материала (вводится совместно с водой затворения). Внедрение составов первого типа для поверхностной гидроофобизации просит четкого соблюдения рецептуры при разведении товарного концентрата до рабочей концентрации (менее 5% по основному веществу).

В неприятном случае может быть возникновение высолов, обусловленное образованием на поверхности карбонатов и гидрокарбонатов.

Часто под видом дешевенького водоразбавляемого гидрофобизатора потребителю предлагают алкилсиликонат не калия (К), а натрия (Na). Казалось бы, какая разница? И калий, и натрий – щелочные металлы, ну и алкилсиликонат натрия в растворе натриевой щелочи (NaOH) существенно дешевле.

Дело в том, что процесс гидрофобизации сопровождается образованием карбоната в итоге взаимодействия отщепляемого щелочного металла с двуокисью углерода (углекислым газом). В случае наличия калия – просто карбонат (К2СО3), который отчасти закрывает поры материала, уплотняя его. При использовании же составов на базе алкилсиликоната натрия появляется карбонат (Nа2СО3).

Карбонат натрия в предстоящем присоединяет на каждую свою молекулу ten молекул воды, образуя так именуемый кристаллогидрат, который в процессе роста (стремясь обрести присущую ему форму) разрушает структуру окружающего материала. Проще говоря, при использовании алкилсиликоната натрия параллельно идут две конкурирующие реакции – гидрофобизации и разрушения.

Неквалифицированное применение этого капризного материала может привести к непредсказуемым, а тотчас и плачевным результатам. К примеру, превышение концентрации алкилсиликоната натрия в рабочем растворе, вероятнее всего, вызовет образование неуничтожимых высолов и разводов на обработанной поверхности.

К огорчению, известны случаи, когда нерадивый торговец (специально либо по неведению) предоставлял недостоверную информацию о хим составе гидрофобизатора, потому рекомендуется тщательно изучить оригинальное описание материала от производителя (а не переработчика либо перефасовщика) и без помощи других найти, подходит ли предлагаемый состав для решения определенной задачки. Гарантией получения больших результатов служит приобретение гидрофобизатора у официального дилера компании, производящей (а не перерабатывающей) силиконы. Другие типы СГ лишены недочетов составов на базе алкилсиликоната, но отличаются завышенной ценой. Они поставляются в виде 100% основного вещества (реакционно-способного силикона), разбавляемого перед применением в 10-50 раз.

По собственной природе незапятнанный силикон не совместим с водой и аква смесями, потому в качестве разбавителей используются органические растворители: этиловый либо изопропиловый спирты, уайтспирит, толуол, ксилол, бензин и т.п. Для того чтоб использовать в качестве разбавителя воду, обозначенные типы СГ переводят в эмульсионную форму (с концентрацией основного вещества 10-70%), но их проникающая способность при поверхностной гидрофобизации ниже, чем при обработке тех же поверхностей силиконовыми материалами на органических растворителях.

 

Разработка внедрения силиконовых гидрофобизаторов

 

Поверхностная гидрофобизация. Предугадывает нанесение на обрабатываемую поверхность рабочего состава СГ (содержание активного вещества 2-10%), получаемого разбавлением концентрата (товарная форма). Нанесение осуществляется более хорошим для данного типа СГ и обрабатываемого материала методом: распылением, окунанием, поливом, кистью либо валиком.

Большая гидрофобизация. Может производиться как на стадии производства строительного материала, так и методом принудительной пропитки готовых конструкций.

На стадии производства строительного материала СГ вводится вкупе с водой затворения в количестве, обычно, 0,15% активного вещества от массы связывающего (к примеру, цемента).

Принудительная пропитка осуществляется способом инъекций (закачивания под давлением) через «шпуры». Просверленные в массиве уже сформированного материала либо конструкции пропиточного раствора с содержанием основного вещества 0,1-1,0%.

Наибольшая эффективность и долговечность достигается при совмещении большой и поверхностной гидрофобизации.

  

Условия, нужные для действенной гидрофобизации

обрабатываемой поверхности силиконовыми

материалами разного типа

 

Тип 1. Нужно наличие углекислого газа и воды для переводя основного вещества в активную форму. Побочный продукт протекающих процессов – карбонат (либо гидрокарбонат) щелочного металла, остающийся в порах материала. Образует защитное покрытие как «подшиваясь» на материал, так и в итоге взаимодействия молекул СГ меж собой.

Тип 2. Нужно наличие паров воды для перевода основного вещества в активную форму. Побочный продукт хим реакции – пары спирта, улетучивающиеся через поры материала. Образует защитное покрытие как «подшиваясь» на материал, так и в итоге взаимодействия молекул СГ меж собой.

Тип 3. Более универсален. Проявляет наивысшую активность при наличии в обрабатываемом материале гидроксильных групп  (-ОН), которые находятся фактически во всех строй материалах. Образует защитное покрытие, «подшиваясь» на материал.

Побочный продукт – очень малозначительное количество газообразного водорода, стремительно улетучивающееся через поры материала.

Тип 4. Для перевода основного вещества в активную форму нужно присутствие специализированнх катализаторов и паров воды. Состав побочных товаров находится в зависимости от типа применяемого катализатора. Образует защитное покрытие как «подшиваясь» на материал, так и в итоге взаимодействия молекул СГ меж собой.

 

Дополнительные эффекты, обусловленные применением

силиконовых гидрофобизаторов

 

Не считая основного эффекта (защита от намокания), СГ докладывают конструкционным материалам ряд очень нужных дополнительных параметров:

резкое увеличение коррозионной стойкости и морозостойкости (как следствие остутствия намокания);

увеличение прочностных параметров, обусловленное тем, что в процессе гидрофобизации СГ выступает как дополнительный агент, укрепляющий структуру строительного материала;

наличие определенных параметров ПАВ, присущих СГ типов one и 3, позволяет на стадии производства строительного материала (а именно, бетона) регулировать такие характеристики, как подвижность, водопотребность, удобоукладываемость, зависимость пластической прочности от времени и воздухововлечение.

А именно, при производстве цемента введение обозначенных СГ перед стадией помола клинкера обеспечивает:

при фиксированной производительности – увеличение марки цемента;

при фиксированной марке цемента – увеличение производительности;

приобретение антислеживающих параметров;

существенное повышение срока хранения и транспортировки (в т.ч. во увлажненной атмосфере);

возможность выпуска гидрофобизированных цементосодержащих материалов (бетон, шифер, др.) без конфигурации имеющейся технологии производства.

 

Часть two (журнальчик «Технологии строительства» № 2(18)/2002, с.с.26 – 27)

 

 

Вышеупомянутое содержит хотя и довольно общие, но непременно полезные, практические советы, которые позволят избежать грубых ошибок в процессе приобретения и использования гидрофобизирующих составов.

 

Все материалы, используемые при строительстве построек и сооружений (кроме металла, стекла и сплошных пластиков), владеют (в большей либо наименьшей степени) пористой структурой. Наличие пор и капилляров позволяет конструкции «дышать», обеспечивая поддержание локального климата, подходящего для здоровья человека. Дело в том, что в квартире средний размеров в течение суток выделяется от eight до fifteen л взвешенных паров бытовой воды (в итоге использования душем, ванной, кухонной плитой, стирки белья, полива цветов, также естественного испарения воды людьми, находящимися в данном помещении).

Вся эта влага должна удаляться из помещения через вентиляцию либо через толщу ограждающих конструкций, что и происходит при наличии пор в строительном материале.

Вкупе с тем, существование пор и капилляров ставит проектировщиков и строителей перед необходимостью позаботиться о гидрофобизации и гидроизоляции сооружения. В неприятном случае влага, попавшая в капиллярную сеть кирпича либо бетона, начинает мигрировать по микропустотам, доставляя сплошные проблемы. Итог – не только лишь влажные стенки, имеющие склонность к вымерзанию (при увеличении влажности ограждающих конструкций построек на 10-20% их теплоизоляционная способность понижается на 50%), плесень и лужи в подвале, да и вынос растворимых (и не очень) солей на поверхность стенок.

Не следует забывать, что соли, повсевременно присутствующие в кирпиче либо бетоне, сами по для себя никакого вреда не причиняют. Все неудачи являются следствием движения воды в массиве стенки и ее испарение с поверхности, сопровождающегося образованием белесых и (либо) цветных солевых разводов – «высолов», возникновение которых гласит о начале коррозии строительного материала.

Итак, для возникновения высола нужно наличие солей, воды и соответственных погодных критерий.

  

Соли

Высолы могут иметь самый непредсказуемый хим состав и самое различное происхождение.

Соли находятся в строительном материале вначале. К примеру, почти все определяется месторождением глины, из которой формуют кирпичи. Время от времени, не считая обычных кальциевых отложений, на стенке обнаруживаются зеленые разводы солей меди, железа и даже ванадия.

Чем конкретно «порадует» кладка, предвидеть нельзя: высолы могут показаться как в процессе строительства, так и по прошествии пары лет эксплуатации дома.

Соли попадают в кирпич из кладочного раствора; их более чем довольно в цементе и, соответственно, в бетоне. Не считая того, при строительстве в раствор заносят некие добавки, к примеру, противоморозные (поташ, хлорид кальция, формиаты, нитриты, нитраты и т.д.), которые полностью могут заявить о для себя в виде высола.

Соли могут создаваться (и образуются) в итоге хим коррозии самого строительного материала при его хим содействии с дождевой водой, имеющей кислотную реакцию (рН
Часто соли подымаются из земли вкупе с капиллярной влагой, Это происходит, если отсечная капиллярная гидроизоляция стенок отсутствует либо на совладевает с напором грунтовых вод, которые всегда являются поставщиком солей. Состав такового высола определяется самыми различными факторами: чертами земли, составом минеральных удобрений с ближайших полей либо профилем работы местного химкомбината. Нередко под данную застройку отдают местности бывшей городской свалки.

Тяжело даже представить, что может выступить на фасаде в данном случае.

 

Вода

Влага может попасть в массив стенки строения последующими способами:

конкретно из атмосферы (при косом дождике);

из земли по капиллярам и порам стенки (в случае нарушения гидроизоляции фундамента и заглубленных частей строения);

через кровлю (при нарушении гидроизоляции крыши).

 

Погода

В устойчивую жару либо при затяжных дождиках высолы не образуются. Более активно этот процесс протекает при изменении влажности либо температуры, другими словами в межсезонье. Конкретно при смене циклов насыщения и испарения все просчеты и нарушения появляются в виде пятен высолов.

Даже если влажные стенки не покрываются пятнами и разводами, от раннего разрушения, вызванного физической и ли хим коррозией строительного материала, все равно никуда не денешься.

Физическая коррозия может быть вызвана:

выщелачиванием материала в итоге вымывания гидроксида кальция (извести), сопровождающегося возрастанием количества новых и повышением объема существовавших в бетоне капилляров и пор;

механической деструкцией, обусловленной замерзанием воды (с подходящим повышением объема и распирающим действием льда) в порах материала.

Хим коррозия как итог взаимодействия составляющих материала с окружающей средой. Сначала это хим реакции меж минеральными составляющими (сначала, соединениями кальция – СаО, Са(ОН)2 и др.) и различными «атмосферными» кислотами. Дождевые потоки захватывают из атмосферы огромное количество газообразных производственных выбросов, таких как оксиды углерода, серы, азота и фосфора, аммиак, хлор, хлористый водород и т.п., которые отчасти растворяясь в воде, превращают дождик в кислотный раствор, состоящей из консистенции Н2СО3, Н2SО3, Н2SO4, НNO2 и HNO3, также целого ряда кислот Р и Сl.

Эта брутальная жидкость в буквальном смысле растворяет бетон, мрамор, силикатный кирпич и другие материалы с образованием тех же растворимых и плохорастворимых солей. При всем этом возрастает количество пор, капилляров и микротрещин, которые, в свою очередь, становятся новыми очагами злости, и скорость разрушения материала значительно увеличивается.

Разрушение конструкционного материала в итоге воздействия грунтовых вод обосновано не только лишь физическим вымыванием гидроксида кальция, да и скоплением в материале солей. Водно-солевая коррозия (в особенности от деяния хлоридов и сульфатов) приводит к образованию новых очень гидратированных солевых структур сложного состава, значительно увеличивающих кристаллизационное давление. Так, к примеру, NaCl реагирует с алюминатными минералами, компонентами цементного камня с образованием гидрохлоралюминатов, сульфаты грунтовых вод реагируют с трехкальциевым алюминатом

3CaO*Al2O3 с образованием большой структуры

3CaO*Al2O3*3CaSO4*30H2O,  что в конечном итоге ведет к разрушению материала.

В ряде всевозможных случаев наблюдается вспучивание материала в итоге деяния содержащегося в почве активного бесформенного кремнезема SiO2, проникающего в бетон с грунтовой влагой. При всем этом образуются большие водные гидросиликаты натрия nNa2O*mSiO2*xH2O, также содействующие коррозионному разрушению.

На основании вышесказанного навязывается вывод гидрофобную защиту конструкционных материалов и покрытий нужно делать уже на стадии строительства, не дожидаясь принужденного ремонта и неминуемых дополнительных издержек на приведение наружного и внутреннего вида объекта в согласовании с принятыми эстетическими нормами.

В заключение несколько слов о материалах, узнаваемых под заглавием «проникающая гидроизоляция».

Сначало материалы этого типа ввозились по ввозу. Со временем некие российские конторы освоили создание подобных товаров, выйдя на рынок с формулировкой «не ужаснее, но дешевле».

Как эти материалы преподносятся потребителю (дословные цитаты из маркетинговых статей) и что за этим стоит?

«… образуют нерастворимые кристаллы, полностью заполняющие пустоты, поры и микротрещины. Молекулы воды в поры не попадают, но проницаемость для паров и воздуха сохраняется, т.е. бетон не теряет возможность «дышать».

Нерастворимых в воде кристаллов просто не существует. Неуверенным предлагаю обратиться к «Курсу аналитической химии», термин – «произведение растворимости». Даже самые труднорастворимые соли все-же имеют определенную (хотя и очень малую) растворимость в воде.

При неизменном воздействии воды эти «нерастворимые кристаллы» безизбежно будут вымываться из хоть какого гидрофильного материала, образуя на поверхности те же высолы.

Пары воды и являются молекулами воды, находящимися в газообразном состоянии. Неувязка какая-то. А если уж эти образующиеся кристаллы вправду «целиком заполняют пустоты, поры и микротрещины», то о какой паро- и газопроницаемости вообщем может идти речь?

«… защищает бетон от воздействия кислот и щелочей, промышленных сточных вод, нефтепродуктов, морской воды, брутальных грунтовых вод, карбонатов, хлоридов, сульфатов, нитратов, также увеличивает морозостойкость бетона».

По описанию похоже на стекло. Хотя оно тоже, пусть и в существенно наименьшей степени, подвержено коррозии под действием кислот и щелочей. До сего времени не было строительного материала, инертного к хоть каким брутальным воздействиям.

«… состоит из специального цемента высшего свойства, наполнителей и заполнителей определенной гранулометрии, также патентованных активирующих добавок… . Водоизоляционный эффект достигается реакцией хим компонент, содержащихся в…, со свободным кальцием бетона. При нанесении его на мокроватую бетонную поверхность хим добавки под действием осмотического давления глубоко попадают в капилляры бетона. Эти добавки, кристаллизуясь, заблокируют капилляры и трещинкы, при всем этом теснят воду.

… При отсутствии воды составляющие бездействуют. При возникновении воды составляющие автоматом начинают реакцию, и процесс гидроизоляции длится вглубь бетона. … В ряде всевозможных случаев глубина проникания может достигать до ninety см».

Утверждается, что эти чудодейственные добавки кристаллизуются при соприкосновении с водой и вырастают, заполняя пустоты. Но ведь это – описание образования кристаллогидратов. При этом тут вытеснение воды, когда идет физико-химическое взаимодействие с ней?

О какой гидроизоляции может идти речь при помощи гидрофильного (водорастворимого) материала, который, так либо по другому растворяется в воде? О чем и пишется – «химические добавки под действием осмотического давления (воды!) глубоко попадают в капилляры бетона».

«Таким образом, стенка становится стопроцентно водонепроницаемой с хоть какого направления. Водоизоляционный эффект с течением времени значительно усиливается, т.к. кристаллы продолжают расти вглубь и возрастает их плотность».

Как водоизоляционный эффект может усиливаться возрастающими гидрофильными кристаллогидратами, которые к тому же, в процессе роста будут разрушать уже сформировавшуюся структуру строительного материала! Гидроизоляция либо есть, либо ее нет.

Если рекламируемый материал вправду содержит некоторые хим добавки, которые при содействии с компонентами бетона образуют труднорастворимые соединения, то может быть два варианта:

кристаллы образуются «по месту» (в уже сформированной структуре бетона), при этом их рост сопровождается разрушением бетона;

хим добавки вымывают составляющие бетона, образуя новые поры и пустоты, а кристаллы вырастают в ранее сформированных порах материала, разрушая его.

Предлагаемый материал можно охарактеризовать как состав, внедрение которого позволяет сбавить скорость фильтрации воды через поры легкого бетона за счет уплотнения его структуры. Но ведь этими качествами полностью владеют томные и виброуплотненные марки бетонов, которые и должны применяться при устройстве заглубленных деталей и конструкций. Использовать же таковой материал вправду можно, но исключительно в качестве временной меры перед проведением работ по обычной гидроизоляции.

Термин «гидроизоляция» предполагает защиту материала от воздействия воды методом сотворения на его поверхности водонепроницаемого слоя. Нам же предлагается нечто, не придающее строительным материалам ни гидрофобных, ни водоизоляционных параметров, материал как и раньше остается гидрофильным, хотя намокает существенно медлительнее.

На основании множества маркетинговых статей, посвященных этому «феномену», складывается такое воспоминание, что реклама рассчитана на людей, не владеющих критическим взором. Потому призыв к конструкторам, строителям и тем, кто пользуется плодами их труда: будьте аккуратны и дальновидны в выборе строй материалов и технологий.

Как гласил Козьма Прутьев: «Бди!».