erohina_l.a._himiya_v_stroitelstve_2012

расслоения. Такие эмульсии используют в качестве смазок, например форм для железобетона.

Другой вид покрытия – защитная плёнка из кремнегеля, которая создаётся при флюатировании. Кремнегель по мере высыхания уплотняется и создаёт плёнку, обладающую высокой стойкостью к действию кислот и кислотных оксидов (SO2, SO3, NO2, CO2 и др.). Но более надёжны защитные обмазки на ос-

нове органических вяжущих веществ или на жидком стекле, поскольку прочность и толщина их защитного слоя может превышать 1-3 см.

Твердение защитной обмазки на растворимом стекле закрепляется кремнефтористым натрием:

2(Na2O · 3SiO2) + Na2SiF6 + 14H2O = 6NaF + 7(SiO2 · 2H2O).

Известен способ гидрофобизации изделий из бетона путём пропитки поверхностного слоя мономерами с последующей полимеризацией или расплавами полимеров, битума, серы. Чтобы полимеры покрывали всю внутреннюю поверхность пор, в бетонную смесь вводят полимер с водой затворения. После отвердевания бетона полимер закупоривает мелкие капилляры и резко снижает проницаемость цементного камня.

Введением в бетонную смесь активной минеральной добавки снижают содержание в цементном камне гидроксида кальция – самого растворимого компонента в структуре. Можно это сделать в специальной камере (карбонизационной), превратив его в СаСО3 и укрепив им поверхностный слой.

В последние годы создан эффективный материал проникающего действия для восстановительных работ, защиты от коррозии и протечек для пористых структур – кольматрон. Это сухая смесь из цемента, песка и химически активных компонентов при затворении водой и нанесении на поверхность бетона формирует малорастворимые новообразования, закупоривающие поры и капилляры. Материал приобретает стойкость в агрессивной среде, снижается водо- и маслопроницаемость, растворимость в воде.

Для металлических конструкций также создаются защитные покрытия. Они могут быть металлическими, оксидными, лакокрасочными, из органических составов. Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, олово, никель, медь, хром и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.). К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла (медь, никель, серебро). Катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии повреждений на защите. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем

158

Вопросы для самостоятельной работы.

1.Какие высокомолекулярные соединения бывают в природе? Какими способами получают искусственные полимеры?

2.Какова термостойкость полимеров? Зависит ли термостойкость от степени полимеризации? Где используют полимеры с низкой термостойкостью, как их называют?

3.В каком фазовом состоянии могут быть полимеры, бывают ли в газообразном? Изменяется ли состояние полимеров от воздействия температуры? Что означает предельная температура эксплуатации?

4.Назовите причины деструкции полимеров? Есть ли способы замедления деструктивных процессов, какие?

5.В каких строительных материалов есть полимеры? Используют ли их в чистом виде, как?

6.Может ли быть полимер матрицей? С какими наполнителями применяют полимеры? Как такие материалы называют?

7.Какие есть способы получения полимеров? Зависит ли использование полимера от способа его получения? Приведите примеры.

8.Какие полимеры называют кремнийорганическими? Чем они отличаются от органических полимеров, как их применяют?

9.В каких строительных материалах полимер является модификатором? Какие свойства материала улучшаются с ним?

10.Из чего получают полимеры? Что такое степень полимеризации? Как изменяются свойства полимера с ростом степени полимеризации?

11.Какие углеводороды называют карбоцепными? Где они применяются, что из них производят?

12.Какие полимеры называют эластомерами? Могут ли они находиться в трёх состояниях?

13.Чем термопластичные полимеры отличаются от термореактивных? Назовите некоторые из них.

14.Что называют старением полимеров? Можно ли затормозить этот процесс, чем?

15.Каков механизм воздействия пластификаторов в композиционном материале? С какой целью вводят наполнители, какие они бывают?

16.Что называют пластмассой? Каков коэффициент конструктивного качества пластмасс? Он выше или ниже материалов на минеральном вяжущем?

17.Назовите достоинства полимеров? Какие их свойства надо улучшать?

Всвязи с этим поясните, какова область их применения?

151

18.Какие полимеры по способу получения применяют для строительных конструкций? Почему?

19.Какие наполнители используют для получения пластмасс? Как называются пластмассы с пластинчатыми наполнителями?

20.Какие полимеры используют для получения полимербетонов? Какие свойства они придают бетону?

21.Почему нашли широкое применение в строительстве полистирол и полиуретаны? В каком состоянии и для изготовления каких строительных материалов их используют?

22.Какие строительные материалы изготавливают из тканей, пропитанных полимерами? Назовите эти полимеры?

Занятие № 15.

Тема: Защита строительных материалов от агрессивной среды.

Цель работы: Изучение классификации агрессивной среды, способов защиты материалов от неё.

Все строительные объекты подвергаются воздействию окружающей среды. В зависимости от выполняемых функций конструкции их делают из определённого материала, поэтому по назначению они разделены на две группы:

1)материалы для несущих конструкций (лесные, каменные, металлы,

конструкционные пластмассы, керамика, конструкционное стекло);

2)материалы специального назначения, необходимые для защиты конст-

рукций от неблагоприятных воздействий (гидроизоляционные, теплоизоляционные, антикоррозионные, жаростойкие и др.).

Только при соответствии свойств материала внешним воздействиям возможна длительная жизнь конструкции. Долговечность строительных сооружений измеряется сроком службы без потери эксплуатационных качеств.

Для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три стадии долговечности:

І – не менее 100 лет; ІІ – 50 лет; ІІІ – 25 лет службы.

По условиям работы конструкции делят на используемые: а) внутри помещения (нормальные условия); б) в сырых условиях с выпадением конденсата;

в) в наружных условиях, но в закрытых помещениях; г) в наружных открытых и подземных условия; д) при постоянном воздействии химических реагентов.

152

Занятие № 16.

Тема: Укрепление поверхностного слоя материалов с помощью окраски, пропитки, импрегнирования.

Цель работы: Ознакомиться со способами активной защиты строительных материалов.

Чаще разрушение материала начинается с поверхности, с разрушения его микро- и мезоструктуры. Оно может происходить под влиянием механических повреждений, физических явлений (насыщение водой, попеременного замораживания и оттаивания, высыхания и увлажнения), а также под воздействием агрессивных химических веществ, попадающих на поверхность материала, и физико-химических изменений в структуре (увеличение объёма солей в порах). Поэтому поверхность конструкций, подвергающихся таким воздействиям, защищают, увеличивая их срок службы.

Только первичной защиты бывает недостаточно. Разработаны специальные защитные покрытия и пропитки, укрепляющие, уплотняющие и удлиняющие работоспособность конструкций. Это:

– лакокрасочные покрытия толщиной защитного слоя 0,1-0,3 мм выровненной поверхности металла, древесины, бетона;

−облицовка или обкладка слоем толщиной 2-5 мм из раствора на основе битума, полимера, серы или минерального вяжущего;

−футеровка (слой раствора, покрытый плиткой или плёнкой) толщиной

1,5-6 мм;

−герметизирующие составы на основе полимерных смол;

−пропитки и обмазки жидкими составами, затвердевающими при нормальной температуре;

−пропитки под давлением или в вакууме (импрегнирование) защитными составами;

−нанесение специальной смеси на основе минерального вяжущего (кольматрон) для обработки поверхности пористых материалов.

Изоляция бетонных поверхностей осуществляется с помощью покрытий из масляных красок, полимерных лаков, расплавов полимеров или эмульсий.

Эмульсии могут быть прямыми и обратными. Прямыми называют включения жирных капель с эмульгатором в воде. Из таких составов делают готовые краски, пропитки. Эти покрытия наносят на сухую поверхность, они водонепроницаемы, но легко повреждаются механически. Обратные эмульсии содержат капли воды в масле. Эти эмульсии более устойчивы, они более вязки, нет

157

Вопросы для самостоятельной работы.

1.Из каких материалов изготовленные конструкции надо защищать от вредных воздействий?

2.Как разделяют условия эксплуатации конструкций по степени вредного воздействия?

3.Какие факторы воздействия окружающей среды вредно влияют на строительные материалы?

4.Как разделяют по степени агрессивности различное влияние окружающей среды?

5.Имеет ли значение рН и жёсткость окружающей воды для стойкости

бетона?

6.Какие меры относят к первичным (пассивным) для увеличения стойкости материалов?

7.Почему мягкая проточная вода опаснее жёсткой? Какой должна быть защита бетона в этих условиях?

8.Что можно предпринять при воздействии кислой среды на бетон? Что относится к активной защите?

9.Для каких материалов целесообразно флюатирование? Какой это способ защиты?

10.У каких материалов развивается биокоррозия? Какие меры защиты от неё наиболее эффективны?

11.Чем и для каких материалов опасна оседающая пыль и твёрдые частички, витающие в воздухе? Как этого можно избежать?

12.Какие воздействия на металлическую конструкцию вызывают коррозию? Что можно предпринять для защиты?

13.Есть ли строительные материалы, способные работать в любых природных условиях без специальной защиты?

14.Для чего вводят ингибиторы в состав бетона? Что защищают таким способом?

15.Почему не следует в любом случае (!) применять соли-электролиты для ускорения твердения бетона?

16.Какие вещества называют пассиваторами? Для защиты каких материалов их применяют?

156

Развивающиеся под воздействием различных факторов деструктивные процессы в материале вызывают разрушения, причинами которых являются:

1)нарушение правил эксплуатации (перегрузка, проливы агрессивных жидкостей, выделения агрессивных газов, усталость и т. п.);

2)истирание и износ (дорожное, аэродромное покрытие, морские причалы и др.);

3)постоянная смена температуры и влажности, замораживаниеоттаивание;

4)химическое воздействие веществ в воздушной среде или в воде;

5)растворениеивыноскомпонентовизструктурыматериалаконструкции;

6)коррозия арматуры или самой конструкции;

7)термическая несовместимость материалов и др.

Наибольшую угрозу представляют: коррозия арматуры, воздействие сульфатов и воздействие мороза на увлажнённый материал.

Усугубляет положение напряженное состояние конструкции, поэтому ещё на стадии проектирования учитывают условия работы конструкции, выбирают материал для её изготовления. Это называется пассивной или первичной защитой. Она приоритетна.

По степени воздействия на строительные материалы СНиП окружающую среду разделяет на: неагрессивную (Н), слабоагрессивную (Сл), среднеагрессивную (Ср), сильноагрессивную (Си). Степень агрессивности определяется по допустимой глубине разрушения материала за 50 лет эксплуатации.

Агрессивными по отношению к бетону являются водяные пары, кислород, углекислый газ, аммиак, окислы азота, сероводород, хлор, сернистые газы и др. Агрессивность многих веществ зависит от влажности среды. Среда называется сухой, если влажность воздуха ≤60%; нормальной, если влажность в диапазоне 61-75%; влажной, если влажность превышает 75%. Чем более влажная среда, тем большая степеньагрессивностипоотношениюкстроительнойконструкции.

Степень агрессивного воздействия жидкости зависит от концентрации водородных ионов, содержания свободной СО2, солей. Степень кислотности или щёлочности разделяется в соответствии с водородным показателем: рН = 7 – нейтральная среда, рН = 8-10 – слабощелочная среда, рН = 11-14 – сильнощелочная среда. При кислой реакции рН < 7.

Жёсткость воды определяется наличием растворённых в ней солей кальция и магния и обозначается в градусах (1° жёсткости равен содержанию 0,01 г СаО на 1 литр воды или 0,00718 г МgО). Жёсткость бывает временной и постоянной. Временная жёсткость снижается после кипячения, так как карбонаты

153

кальция и магния выпадают в осадок из воды (карбонатная жёсткость). Постоянная жёсткость сохраняется после кипячения, так как соли сильных кислот остаются в воде. Вода с жёсткостью < 6° (0,06 г/л) считается мягкой, средней жёсткости – 6-15°, жёсткой – 15-24°, весьма жёсткой – ≥ 24°.

В мягкой воде лучше растворяются (выщелачиваются) как новообразования цементного камня, так и природные камни. В этом случае надо предусмат-

ривать меры защиты от первого вида коррозии. Это использование активной минеральной добавки, связывающей гидроксид кальция в малорастворимые гидросиликаты; применение пуццолановых и шлакопортландцементов как первичной и активной защиты в виде металлизации поверхности из легкоплавких и стойких металлов; гидрофобные пропитки и отвод воды.

Если вода не проточная, всё равно происходит омывание поверхности бетона. На испаряющей поверхности в наружных слоях структуры происходит накопление солей при попеременном увлажнении и высыхании её, в результате начинается кристаллизация солей с разрушением пор. Появляются растягивающие напряжения, характер разрушения подобен третьему виду коррозии – солевой или сульфатной. В этом случае первичной защитой также является правильный выбор цемента – чистоклинкерного сульфатостойкого, лучше с гидрофобизацией или пластифицированного. Эффективна обработка поверхности бетона SiF4, т. к. при этом уплотняется поверхность за счёт образования СаF2, повышается водонепроницаемость и кислотостойкость.

Вусловиях бактериальной коррозии, при наличии в воде нефти и нефтепродуктов применяется пропитка каменноугольной смолой или дёгтем. Для получения плотных бетонов и маслонепроницаемых поверхностей используют уплотняющие добавки в виде гидратов окисла железа, хлорного железа с ПАВ, натриевой бентонитовой глины и жидкого стекла.

Вагрессивных грунтовых водах и промышленных стоках с высокой минерализацией и кислой реакцией следует использовать бетоны на полимерных вяжущих или применять пропитку полимером, битумом, петролатумом, обмазку химически стойкими материалами.

Агрессивность твёрдых сред – пыли, аэрозолей, грунтов, сажи, солей определяется дисперсностью, растворимостью их в воде, гигроскопичностью и влажностью среды. Эти вещества могут быть малорастворимыми – (< 2 г/л) и хорошо растворимыми; гигроскопичными, поглощающими влагу из воздуха с влажностью < 60%, и малогигроскопичными, поглощающими влагу из влажного воздуха ≥ 60%. Хорошо растворимые и гигроскопичные вещества растворяются на поверхности бетона и воздействуют как агрессивные вещества по тем

154

же схемам. Чтобы не скапливались пылеобразные частицы на поверхности конструкций, они должны иметь геометрические формы, исключающие скопление пыли.

Неметаллические материалы разрушаются при механических и химических воздействиях, металлические – ещё и от электрохимического воздействия.

К конструкционным материалам, не требующим специальной защиты, относятся: естественный камень, каменное литьё, керамика. Более того, естественные камни изверженных и метаморфических пород кислотостойки и используются в качестве заполнителя в кислотостойких составах. Камни карбонатных пород щёлочестойки (известняки, доломиты, мергели). Керамика, стекло и ситаллы кислото- и щёлочестойки. Не требуют специальной защиты и пластмасса, композиционные материалы на основе полимеров, их пропитки. Битумы и мастики, изготовленные на их основе, стойки к кислотам и слабым щелочам.

Железобетон и силикатный тяжёлый бетон более долговечны в сухих условиях. Металлы требуют антикоррозионной защиты, древесные конструкции – защиты от гниения и огня.

Защиту конструкций разделяют на пассивную и активную. Пассивная – это меры, предусмотренные до изготовления конструкции: выбор стойких материалов, выбор технологии получения наиболее плотных структур, высоких марок, введение ингибиторов в состав, пассивация и выбор стали для арматуры. Активная защита осуществляется после изготовления конструкций в соответствии с условиями, в которых будут работать конструкции. Это отвод воды (если в этом есть необходимость), электродренаж, электрозащита (катодная, анодная) металлических конструкций, промазки, окраски, пропитки, огнезащита, футеровки, облицовки и т. д.

Все виды воздействия на строительные материалы можно разделить на агрессивные, стабилизирующие, упрочняющие. Агрессивные ведут к разрушению конструкции, если не принять мер защиты.

Есть вещества даже стимулирующие коррозию арматуры, в их присутствии разрушение ускоряется. Это электролиты – противоморозные добавки СaCl2, NaCl, и О2, СО2, содержащиеся в атмосферном воздухе, и др.

Стабилизирующие способствуют сохранению эксплуатационных качеств, это пассиваторы, ингибиторы, гидрофобизаторы.

Упрочняющие вещества способствуют уплотнению структуры, упрочнению новообразований, это: активные минеральные добавки, микрокремнезём, СаСО3, пропиточные составы.

155