Гідрофобізація. Теорія і практика
2006-10-30 12:16:05
Довговічність будівель і споруд залежить від безлічі чинників, але найбільше значення має рівень організації захисту будівельних конструкцій від агресивного впливу навколишнього середовища і, в першу чергу, вологи. На практиці застосовуються два принципово різних способи вирішення цієї задачі: гідроізоляція і гідрофобізація. Гідроізоляція передбачає створення на поверхні захищаються конструкцій шару водо-і паронепроникного матеріалу певної (іноді досить значною) товщини або просочення будівельних виробів з пористих матеріалів органічним в'яжучим, що закриває пори. Принцип дії гідроізоляції добре відомий, існує величезна кількість публікацій, присвячених цьому питанню, тому ми докладно розглянемо тільки другий метод. Гідрофобізація – різке зниження здатності виробів і матеріалів змочуватися водою і водними розчинами при збереженні паро-та газопроникності. Гідрофобні покриття часто неправильно називають водовідштовхувальними, оскільки молекули води не відштовхуються від них, а притягуються, але дуже слабо. Гідрофобні покриття у вигляді мономолекулярного (товщиною в одну молекулу) шарів або тонких плівок отримують обробкою матеріалу розчинами, емульсіями або (рідше) парами гідрофобізаторів – речовин, слабо взаємодіючих з водою, але міцно утримуються на поверхні. В якості гідрофобізаторів застосовують солі жирних кислот, деяких металів (мідь, алюміній, цирконій тощо), катіоноактивні поверхнево-активні речовини (ПАР), а також низько-і високомолекулярні кремнійорганічні і фторорганічних з'єднання. Не вдаючись в суть фізико-хімічних явищ, що відбуваються в процесі намокання, наведемо як приклад досвід з двома капілярами, зануреними у воду. За звичайним капіляру (пори будівельних матеріалів, капіляри деревини) вода, під дією сил поверхневого натягу, піднімається вгору (іноді на десятки метрів). У той же час з капілярів, стінки яких оброблені гідрофобізатори, вода, навпаки, «виштовхується». Чим тонше капіляр, тим вище вода може піднятися вгору, або «виштовхнути» вниз Зупинимося детальніше на найбільш ефективних, довговічних і технологічних складах на основі кремнійорганікі (вони ж – силіконові або силоксанових). Всі кремнійорганічні сполуки мають порівняно «пухкої» структурою і не є перешкодою для проникнення одиночних молекул води (матеріал «дихає»). Поверхневий шар вуглеводневий починає «працювати» тільки в тих випадках, коли волога присутня не в газоподібній формі (пар), а у вигляді набагато більших агломератів (крапель і мікрокрапель), що візуально і виражається як «водоотталківаніе» В практиці будівництва найчастіше застосовуються силіконові гідрофобізатори (СГ) на основі: алкілсіліконата калію; алкоксісіланов; гідрідсодержащіх сілоксанов; гідроксилвмісних сілоксанов (каучуки). Тільки гідрофобізатори першого типу (алкілсіліконатние) відносяться до категорії водорозчинних сполук. Слід враховувати, що ці СГ поставляються у вигляді високолужних (рН = 14) розчинів (вміст води 50-60%, решта – алкілсіліконати калію з лугом у співвідношенні = 1:1) і вимагають дотримання відповідних запобіжних заходів. Даний тип є найдешевшим і найчастіше застосовується для об'ємної гідрофобізації на стадії виробництва будівельного матеріалу (вводиться разом з водою замішування). Використання складів першого типу для поверхневої гідрофобізації вимагає точного дотримання рецептури при розведенні товарного концентрату до робочої концентрації (не більше 5% за основним речовині). В іншому випадку можлива поява висолів, обумовлене утворенням на поверхні карбонатів і гідрокарбонатів. Нерідко під виглядом дешевого водорозчинні гідрофобізатора споживачеві пропонують алкілсіліконат НЕ калію (К), а натрію (Na). Здавалося б, яка різниця? І калій, і натрій – лужні метали, та й алкілсіліконат натрію в розчині натрієвої лугу (NaOH) значно дешевше. Справа в тому, що процес гідрофобізації супроводжується утворенням карбонату в результаті взаємодії відщеплюється лужного металу з двоокисом вуглецю (вуглекислим газом). У разі наявності калію-просто карбонат (К2СО3), який частково закриває пори матеріалу, ущільнюючи його. При використанні ж складів на основі алкілсіліконата натрію утворюється карбонат (Na2CO3). Карбонат натрію надалі приєднує на кожну свою молекулу 10 молекул води, утворюючи так званий кристалогідрат, який в процесі росту (прагнучи знайти властиву йому форму) руйнує структуру навколишнього матеріалу. Простіше кажучи, при використанні алкілсіліконата натрію паралельно йдуть дві конкуруючі реакції – гідрофобізації та руйнування. Некваліфіковане застосування цього примхливого матеріалу може привести до непередбачених, а часом і жалюгідних результатів. Наприклад, перевищення концентрації алкілсіліконата натрію в робочому розчині, швидше за все, викличе освіта незнищенних висолів і розлучень на обробленій поверхні. На жаль, відомі випадки, коли несумлінний продавець (навмисно або через незнання) надавав недостовірну інформацію про хімічний склад гідрофобізатора, тому рекомендується докладно вивчити оригінальне опис матеріалу від виробника (а не переробника або перефасовщіка) і самостійно визначити, чи підходить запропонований склад для вирішення конкретної завдання. Гарантією отримання високих результатів служить придбання гідрофобізатора у офіційного представника компанії, що виробляє (а не переробної) силікони, найбільшою з яких є, зокрема, «General Electric-Bayer Silicones» (офіційний представник в СНД – ЗАТ «МСМ-Трейдинг»). Решта типів СГ позбавлені недоліків складів на основі алкілсіліконата, але відрізняються підвищеною вартістю. Вони поставляються у вигляді 100% основної речовини (реакційно-здатного силікону), розбавляємо перед застосуванням в 10 – 50 разів. За своєю природою чистий силікон не сумісний з водою і водними розчинами, тому в якості розріджувачів застосовуються органічні розчинники: етиловий або ізопропіловий спирти, уайт-спірит, толуол, ксилол, бензин і т.п. Для того щоб використовувати як розріджувача воду, зазначені типи СГ переводять у емульсійну форму (з концентрацією основної речовини 10-70%), але їх проникаюча здатність при поверхневій гідрофобізації нижче, ніж при обробці тих же поверхонь силіконовими матеріалами на органічних розчинниках. Технологія застосування силіконових гідрофобізаторів Поверхнева гідрофобізація. Передбачає нанесення на оброблювану поверхню робочого складу СГ (вміст активної речовини 2-10%), одержуваного розведенням концентрату (товарна форма). Нанесення здійснюється найбільш оптимальним для даного типу СГ і оброблюваного матеріалу способом: розпиленням, зануренням, поливом, кистю або валиком. Об'ємна гідрофобізація. Може виконуватися як на стадії виробництва будівельного матеріалу, так і шляхом примусової просочення готових конструкцій. На стадії виробництва будівельного матеріалу СГ вводиться разом з водою замішування в кількості, як правило, 0,15% активної речовини від маси сполучного (наприклад, цементу). Примусова просочення здійснюється методом ін'єкцій (закачування під тиском) через «шпури», просвердлені в масиві вже сформованого матеріалу або конструкції просочувального розчину з вмістом основної речовини 0,1-1,0%. Максимальна ефективність і довговічність досягається при поєднанні об'ємної та поверхневої гідрофобізації. Умови, необхідні для ефективної гідрофобізації оброблюваної поверхні силіконовими матеріалами різного типу Тип 1. Необхідна наявність вуглекислого газу і пари води для перекладу основної речовини в активну форму. Побічний продукт протікаючих процесів – карбонат (або гідрокарбонат) лужного металу, що залишається в порах матеріалу. Утворює захисне покриття як «подшіваясь» на матеріал, так і в результаті взаємодії молекул СГ між собою. Тип 2. Необхідна наявність парів води для перекладу основної речовини в активну форму. Побічний продукт хімічної реакції – пари спирту, летких через пори матеріалу. Утворює захисне покриття як «подшіваясь» на матеріал, так і в результаті взаємодії молекул СГ між собою. Тип 3. Найбільш універсальний. Проявляє максимальну активність при наявності в оброблюваному матеріалі гідроксильних груп (-ОН), які присутні практично у всіх будівельних матеріалах. Утворює захисне покриття, «подшіваясь» на матеріал. Побічний продукт – украй незначна кількість газоподібного водню, швидко випаровується через пори матеріалу. Тип 4. Для перекладу основної речовини в активну форму необхідна присутність спеціалізованих каталізаторів і пари води. Склад побічних продуктів залежить від типу використовуваного каталізатора. Утворює захисне покриття як «подшіваясь» на матеріал, так і в результаті взаємодії молекул СГ між собою. Додаткові ефекти, обумовлені застосуванням силіконових гідрофобізаторів Крім основного ефекту (захист від намокання), СГ повідомляють конструкційних матеріалів ряд дуже корисних додаткових властивостей: a) різке підвищення корозійної стійкості та морозостійкості (як наслідок відсутності намокання b) підвищення міцнісних властивостей, обумовлене тим, що в процесі гідрофобізації СГ виступає як додатковий агент, що зміцнює структуру будівельного матеріалу; c) наявність певних властивостей ПАР, властивих СГ типів 1 і 3, дозволяє на стадії виробництва будівельного матеріалу (зокрема, бетону) регулювати такі показники, як рухливість, водопотребность, легкоукладальність, залежність пластичної міцності від часу і повітроутягнення. Зокрема, при виробництві цементу введення зазначених СГ перед стадією млива клінкера забезпечує: при фіксованій продуктивності – підвищення марки цементу; при фіксованій марці цементу – підвищення продуктивності; придбання антіслежівающіх властивостей; значне збільшення терміну зберігання та транспортування (в т.ч. у вологій атмосфері ); можливість випуску гід-рофобізірованних цементсодержащіх матеріалів (бетон, шифер, ін) без зміни існуючої технології виробництва.
ДЖЕРЕЛО: Технології будівництва