ПРИГЛАШЕНИЕ В НАУКУ (докторанты, адъюнкты, соискатели, студенты)
УДК 351(075.8)+677.017.633.2
Н.А. Савченко
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ИЗ БЕТОНА И КИРПИЧА ОТ РАЗРУШАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Рассматривается технология получения и предложения по применению гидрофобизирую-щих композиций (ГФК) с целью повышения эффективности защиты поверхности зданий и сооружений из бетона и кирпича от разрушающего воздействия окружающей среды.
Ключевые слова: строительные материалы, гидрофобизация, водопоглощение.
N. Savchenko
SCIENTIFIC AND METHODICAL WAY OF INCREASING THE EFFICIENCY
PROTECTION OF CONCRETE AND BRICK BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS FROM DESTROYING INFLUENCE OF THE ENVIRONMENT
The article views the technology of production and suggests the using of hydrophobizated compositions to increase effectiveness of the protection of concrete and brick buildings and constructions from destroying influence of the environment
Keywords: construction materials, hydrophobisation, water absorption.
Большинство строительных материалов обладает высокой пористостью и разрушается под действием воды. В практике применяют два метода защиты поверхностей строительных материалов от влаги - гидроизоляция и гидрофобизация. Первый осуществляется нанесением на поверхность материала водонепроницаемого слоя или пропиткой его вяжущим веществом, однако гидроизолирующий слой перекрывает поры, материал перестаёт дышать. Гидрофобизацией называется придание поверхности гидрофильного материала свойства несмачиваемости водой, которое осуществляется нанесением на поверхность водоотталкивающего покрытия, гидрофобизатора [1].
В настоящее время в качестве гидрофобизаторов используются силиконовые системы, представляющие собой кремнийорганические соединения в органическом растворителе, применение которого связано с рисками возникновения пожаров, взрывов и загрязнения окружающей среды. Поэтому актуально применение гидрофобных составов на водной основе, не содержащих растворителя. В качестве кремнийорганических мономеров широко используются: алкоксисиланы, алкилхлор-силаны, ацетоксисиланы. Эти соединения легко гидролизуются с выделением метанола, хлороводо-рода, уксусной кислоты соответственно [2]. Выделяющиеся продукты летучи и удаляются в окружающую среду. Токсичность и запах выделяющихся продуктов - важный критерий для выбора кремнийорганических соединений. По этой причине алкоксисиланы являются лучшими кандидатами для практического применения [3].
Технология подготовки, получения и применения ГФК (рис. 1) состоит из 3-х этапов. На первом, подготовительном, этапе реализуются организационные меры, операции и приёмы, подразумевающие определение: заводов-изготовителей и поставщиков исходного сырья, необходимого оборудования, инструмента и приспособлений, числа специалистов; транспорта для доставки сырья и оборудования.
На втором этапе - получение ГФК - обосновываются средства, способы получения и оцениваются свойства ГФК и их эффективность. На I подэтапе определяются исходное сырьё и необходимое оборудование. Для выполнения поставленных задач были выбраны органотриалкоксисила-ны, применяемые в промышленности.
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2
На II подэтапе обосновывается способ получения и оцениваются свойства разработанных композиций. Способ получения ГФК состоит из 2-х стадий: 1 стадия - синтез КО олигомера (1):
RSi(OR1)з + R2Si(OCHз)з Н20/ИС1 ^ ^(0^)з_а/2]п^2&(0СНз)ь0з_ь/2]т(1)
где R=алкил С1^С8 или фенил; R1=алкил С1^С2; R2=H2NC2H4NHC3H6; а,Ь=0,5^2, п=1^30, т=1^20. 2 стадия - получение ГФК (2):
^(0^)з_а/2]п^(0Шз)ь0з_Ы2]т + RSi(0R1)з + СН3СООН —►ГФК. (2)
Рис. 1. Технология подготовки, получения и применения ГФК
- 91
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2
Полученные смеси при разбавлении в воде образуют готовые к применению эмульсии. Для определения водопоглощения цементно-песчаные образцы (ЦПО) и образцы из кирпича пропитывают водными эмульсиями и растворами в изопропиловом спирте (ИПС) методом погружения. Для определения водопоглощения пропитанных образцов их предварительно взвешивают и полностью погружают в воду. Через заданное количество времени образцы достают из воды и взвешивают. По разнице масс образцов до и после погружения в воду рассчитывают водопоглощение.
В качестве образцов сравнения использованы лучшие образцы серийно выпускаемых гидрофобных смесей (ГФС) отечественного и импортного производства: водные растворы метилси-ликонатов калия и натрия, Пента_811К и ГКЖ-11П и BS 2101. При использовании в каче-
стве растворителя ИПС, образцы сравнения - метилгидридсилоксановая жидкость (ГКЖ-94М) и смесь силоксан/силан (SILRES BS 290). На рис. 2, 3 представлены полученные результаты с использованием 5 % растворов и эмульсий при гидрофобизации ЦПО.
- СН33!(0СН3)3 СН331(0С2Н5)3
С2Н43'(0СН3)3
С2Н4ЭК0С2Н5)3
С6Н53'(°СН3)3
СеН17вК0С2НД -вИРБв Бв 210
время, сут
Рис. 2. Водопоглощение ЦПО, пропитанных 5 % водными эмульсиями
12
12
10
10
е -
8
6
в
4
4
2 -
2
0
□
0
5
0
5
20
25
30
- СНзвК0СНз)з
СНзв|(0СЛ)з СЛЭ(0СНз)з
СЛЭ(0С2Н5>3 С6Н5в(0СНз)з
СеН1,в(0СЛ)з
- ГКЖ-94М -вИРБв Бв 290
Рис. 3. Водопоглощение ЦПО, пропитанных 5 % растворами в ИПС
12
12
10
10
е
е
6
6
4
4
2
2
0
0
0
5
0
5
20
25
30
Результаты исследования показывают:
на степень гидрофобности поверхности ЦПО влияет природа используемых органотриал-коксисиланов, а именно - размер углеводородного радикала, и, в меньшей степени, - природа ал-кокси группы. Так, наибольший гидрофобный эффект достигается при использовании композиций на основе октилтриэтоксисилана (рис. 2, 3 образец № 6);
на гидрофобизацию поверхности ЦПО влияют не только органические радикалы, но и ал-кокси группы R1. Например, применение метил- и винилтриалкосисиланов показывает, что эток-сисодержащие силаны обладают несколько лучшей гидрофобизирующей способностью, чем орга-нотриметоксисиланы (рис. 2, 3 образцы № 1 - 4).
92 -
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2
По результатам проведённых исследований гидрофобизации ЦПО, самоэмульгирующиеся в воде кремнийорганические композиции на основе органотриалкоксисиланов можно расположить в следующий ряд по возрастанию эффективности:
С8Н1781(ОС2Н5)з>СбН581(ОСНз)з>С2Н481(ОС2Н5)з>СНз81(ОС2Н5)з>С2Н481(ОСНз)з>СНз81(ОСИз)з.
Результаты, полученные по гидрофобизации образцов из красного кирпича, отличаются от результатов по ЦПО (рис. 4). Кремнийорганические составы, содержащие небольшие органические заместители (метил, винил), защищают поверхность кирпича гораздо лучше, чем составы с октильными заместителями. Также наблюдается отличие и по влиянию алкокси групп: органотри-метоксисиланы эффективнее органотриэтоксисиланов. Метилсиликонаты калия и натрия показывают посредственную гидрофобизирующую способность. Для того чтобы они были более эффективными, их нужно использовать при концентрациях выше 8 %, однако при таких концентрациях на поверхности кирпича образуются «высолы». Это является самым большим недостатком метил-силиконатов.
CH3Si(OCH3)3 CH3Si (0С2Н6)3
C2H4S ' (0СНз)з С2Н4Э(0СЛ)3 C6H5S ' (0СНз)з С8Н,7Э(0СЛ)3
П-811К ГКЖ-11П
0 5 10 15 20 25 30
Рис. 4. Водопоглощение образцов из красного кирпича, пропитанных 5 % водными эмульсиями
На третьем этапе - применение ГФК - рассматривается порядок их эксплуатации и обслуживания. Эксплуатация подразумевает контроль, хранение и обработку поверхностей разработанными композициями. Для получения наилучшего гидрофобного эффекта необходимо применять 5 % раствор, после необходимой подготовки обрабатываемой поверхности. Нанесение осуществляется: вручную с помощью кисти в 1 - 2 слоя или механическим способом - пульверизатором в 1 приём.
Таким образом, разработанные ГФК на основе органотриалкоксисиланов и аминосодержащего олигоорганосилоксана способны самоэмульгироваться в воде, повышают устойчивость зданий и сооружений от разрушающего воздействия окружающей среды, при этом полученные составы на 60 % превосходят по гидрофобизирующей способности широко применяемые отечественные кремнийорга-нические гидрофобизаторы - ГКЖ-11, Пента-811, ГКЖ-94М и сопоставимы по водоотталкивающим свойствам с импортными аналогами (на 3 % улучшены их характеристики).
Литература
1. Хананашвили Л.М. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимеров. - М.: Химия, 1998. С. 490 - 497.
2. Соболевский М.В., Скороходов И.И., Гриневич К.П. Олигоорганосилоксаны. Свойства, получение, применение. - М.: Химия, 1985. 264 с.
3. Седнев В.А., Савченко Н.А. Пути повышения эффективности защиты поверхности зданий и сооружений от разрушающего воздействия окружающей среды // «Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций». - 2011. - № 4. - С. 64 - 72.
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2