CC BY
55УДК 693.22
Г.И. ЯКОВЛЕВ1, д-р техн. наук (gyakov@istu.ru), Г.Н. ПЕРВУШИН1, д-р техн. наук; О. КИЗИЕВИЧ2, доктор-инженер (olga.kizinievic@vgtu.lt); Ю.Н. ГИНЧИЦКАЯ1, инженер, П.А. ТАЙБАХТИНА1, студент
1 Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (426000, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7)
2 Вильнюсский технический университет им. Гедиминаса (10223, Литовская Республика, г. Вильнюс, Саулетико, 11)
Влияние высолов в кирпичной кладке на разрушение отделочного полимерного покрытия
Рассматриваются причины возникновения высолов на фасадах кирпичных зданий и их влияние на деструктивные процессы в керамическом облицовочном кирпиче в процессе эксплуатации. Одной из причин образования высолов является повышенная влажность кирпича, возникающая при беспрепятственном воздействии атмосферной влаги на кладку в результате нарушений технологии возведения фасадных стен. Отсутствие вентиляционных зазоров в кирпичной кладке, а также между кладкой и утеплителем приводит к дополнительному увлажнению стен при их эксплуатации. Установлено, что процессы высолообразования в кирпиче инициируются составляющими кладочного раствора. Проведенный ИК-спектральный анализ показал, что основой высолов являются сульфат натрия и карбоната кальция, которые формируются, соответственно, из оксида натрия и кальция. При этом в соответствии с Техническими условиями на строительные растворы содержание оксида натрия ограничивается 0,6%.
Ключевые слова: высолы, керамический кирпич, сульфат натрия, карбонат кальция.
G.I. YAKOVLEV1, Doctor of Sciences (Engineering) (gyakov@istu.ru), G.N. PERVUSHIN1, Doctor of Sciences (Engineering); O. KIZIEVICH2, Doctor-Engineer (olga.kizinievic@vgtu.lt); Yu.N. GINCHITSKAYA1, Engineer, P.A. TAIBAKHTINA1, Student
1 Kalashnikov Izhevsk State Technical University (7, Studencheskaya Street, Izhevsk, 426069, Russian Federation)
2 Vilnius Gediminas Technical University (11, Sauletekio al., LT-10223, Vilnius, Lithuania)
Influence of Efflorescence in Masonry on The Destruction of the Polymer Coating
This article discusses the causes of salt appearance on the brick building facades and their influence the destruction of the ceramic bricks polymer coating in the operation of buildings. One of the reasons for the formation of efflorescence is brick's humidity that occurs when unobstructed exposure of atmospheric moisture on masonry because of violations of construction technology of curtain walls. The absence of air gaps in the masonry, between brickwork and insulation, leads to additional moistening of walls at their operation. Discovered that mechanism of efflorescence is initiated by the mortar components. Infrared spectral analysis showed that the reason of efflorescence is sodium sulfate and calcium carbonate, which is formed from sodium oxide and calcium hydroxide. Thus, in accordance with the technical specifications for mortars sodium oxide content, for example, is limited to 0.6%. Keywords: efflorescence, ceramic bricks, sodium sulfate, calcium carbonate.
В настоящее время большую актуальность приобретает проблема образования высолов на фасадах строящихся и эксплуатируемых зданиях. Высолы не только портят внешний облик здания, но и могут привести к шелушению кирпича и других материалов в конструкциях зданий и сооружений и, как следствие, к снижению их долговечности [1, 2]. Особое значение приобретают высолы, кристаллизующиеся в керамическом кирпиче, облицованном полимерными термопластичными красками. Вследствие перекристаллизации солей при изменении влажности окружающей среды происходит отторжение полимерного покрытия и его разрушение.
В работе были проведены исследования ограждающих стен здания жилого дома с облицовкой из керамического кирпича с полимерным покрытием.
Общий вид поврежденной кладки представлен на рис. 1, а. Отмечаются характерные повреждения в кирпичной кладке с полимерным покрытием. Результаты визуального обследования показали, что поверхность фасада имеет многочисленные отслоения отделочного слоя в наружной версте (рис. 1, в) вследствие отторжения полимерного покрытия кристаллизующимися солями с поверхности кирпича (рис. 1, б).
Высолы наиболее интенсивно формируются в процессе возведения здания в весенний период, сопровождающийся резким повышением влажности кирпича при изменении влажности окружающей среды. Первоначально в результате активной миграции влаги через ограждающую конструкцию на внешнюю поверхность кладки проникают растворимые компоненты в виде растворов. Вода из раствора испаряется, а соли кристаллизу-
Рис. 1. Общий вид повреждений кирпичной кладки на фасаде здания: а - высолы с повреждением полимерного покрытия на кирпиче под молдингом; б - характерный вид шелушения полимерного покрытия; в - отслоения полимерного покрытия вследствие его отторжения кристаллизующи-
мися солями
V1J / i Г Vlbi 'J -"'! научно-технический и производственный журнал
¡'"il ® апрель 2016 69
Керамические строительные материалы
Рис. 2. Микроструктура поверхности кирпича с высолами при Х2500 увеличении (красными стрелками показаны поры, синими стрелками отмечены кристаллизующиеся соли)
Рис. 3. Перекрытие вентиляционного зазора кладочным раствором
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400
1/cm
1200 1000 800 600 400
высолы с кирпичнои кладки
Рис. 4. ИК-спектры высолов с фасадной кирпичной кладки: а с неокрашенным в массе кирпичом; б - высолы с кирпичной кладки с окрашенным в массе кирпичом
20 30
Температура, оС
Рис. 5. Диаграмма состояния сульфата натрия в зависимости от температуры и влажности окружающей среды [7]
ются на поверхности кирпича (рис. 2), приводя к ухудшению внешнего вида здания и отторжению полимерного покрытия за счет кристаллизационного давления [3].
Наибольшую опасность представляют оксиды щелочных металлов — натрия и калия, присутствующие
как в глине, используемои при производстве кирпича, так и в составе кладочного раствора на основе портландцемента. При воздействии на них влаги оксиды переходят в щелочи, которые легко вступают в обменные реакции с образованием растворимых солей, таких как карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты натрия и калия. Все эти соли способны присоединять несколько молекул кристаллогидратной воды, при этом, как правило, объем некоторых солей может возрасти в несколько раз [4].
Ситуация осложнена тем, что в процессе производства работ по облицовке стен кирпичом часто допускаются нарушения, сопровождающиеся перекрытием вентиляционных зазоров кладочным раствором, ухудшающим вентиляцию теплоизоляции (рис. 3). Для исключения дополнительного увлажнения стен при их возведении и эксплуатации при аналогичных конструктивных решениях оставляются вентиляционные отверстия в виде незаполненных вертикальных швов в лицевой кладке стен, которые в ряде случаев проектировщиками упускаются из виду.
С целью выявления химического состава высолов был проведен отбор солей с кирпичной кладки на одном из зданий г. Ижевска, построенных по каркасной технологии. Для определения химического состава отобранной соли использовали ИК-Фурье спектрометр «Spektrum One». Анализ проводился в области частот 4000-650 см-1.
На ИК-спектре высолов зафиксированы линии поглощения 1120, 636, 617 см-1, характерные для сульфата натрия Na2SO4 (рис. 4, б). Линии поглощения 1419, 873 и 712 см-1 (рис. 4, а) соответствуют наличию в высолах карбоната кальция, образующегося при карбонизации гидроксида кальция, вымываемого из кладочного раствора. При этом необходимо отметить, что оба спектра содержат линии
научно-технический и производственный журнал
70
апрель 2016
поглощения, свидетельствующие о наличии наряду с основной солью небольших количеств карбоната кальция (1458 см-1) и сульфата натрия (1124 см-1). Пики в области частот 3446 см-1 показывают наличие кристаллогидратной воды в структуре сульфата натрия.
Раствор сульфата натрия проступает из кирпичной кладки и создает кристаллизационное давление на границе межфазного слоя между кирпичом и полимерным покрытием, отслаивая и разрушая его. Наибольшее давление создается при повышении влажности окружающей среды свыше 70% при температуре более 20оС (рис. 5) вследствие перекристаллизации безводного сульфата натрия Na2SO4 в 10-водный кристаллогидрат Na2SO4•10H2O, при этом происходит увеличение его объема на 311% [5—7]. Процесс перекристаллизации способствует возникновению значительных давлений в керамике, что в последующем может привести к снижению прочности и морозостойкости кирпичной кладки [8].
Можно сделать вывод, что основой высолов является сульфат натрия, который формируется из оксида натрия, присутствующего в составе портландцемента кладочного раствора. Содержание оксида натрия в кладочном растворе не должно превышать 0,6% согласно ГОСТ 28013—98 «Растворы строительные. Общие технические условия». В то же время химический анализ кладочного раствора показал содержание оксидов натрия в пределах 1,74% и серы в пределах 0,14%.
Карбонат кальция формируется на поверхности кирпичной кладки из проступающего на поверхность кирпича гидроксида кальция, который, имея достаточно высокую растворимость (1,3 г/л), легко вымывается из кладочного раствора. Вследствие высокой активности гидроксид кальция подвергается карбонизации углекислым газом, присутствующим в воздухе, и кристаллизуется в виде высолов, практически не смываемых водой.
Следовательно, проведенные исследования показали, что высолообразование инициируется средой, в контакте с которой находится керамический кирпич, и воздействием окружающей среды (прежде всего влажностью). Вследствие достаточно высокой пористости керамического черепка растворимые соли начинают мигрировать через поры кирпича и выходят на его поверхность. Образование их связано с наличием избыточного количества оксида натрия в составе портландцемента, а также с отсутствием пуццолановых добавок, образующих нерастворимые соединения с гидроксидом кальция и предотвращающих его вынос на поверхность кирпичной кладки.
Таким образом, анализ солей, выступающих на поверхности кирпичной кладки в виде высолов, показал, что среди них преобладают карбонаты кальция и сульфаты натрия. Причина образования этих солей связана с вымыванием сульфатов натрия и гидрокси-дов кальция из кладочного цементного раствора слабоминерализованной водой, как правило в весенний период. Сульфаты натрия способны переходить в кристаллогидратную форму, значительно увеличиваясь при этом в объеме и разрушая структуру кирпича. В этом случае можно говорить о солевой коррозии, которая сопровождается как ухудшением внешнего вида зданий, так и снижением физико-механических свойств кирпичной кладки.
Список литературы
1. Яковлев Г.И., Гайлюс А. Солевая коррозия керамического кирпича // Стекло и керамика. 2005. № 10.
С. 20-22.
2. Политаева А.И., Елисеева Н.И., Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Гавранек Иржи, Михайлова О.Ю. Роль микрокремнезема в структурообразовании цементной матрицы и формировании высолов в вибропрессованных изделиях // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 49-55.
3. Ориентлихер Л.П., Логанина В.И. Защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен: Справ. пособие. М.: Стройиздат, 1993. 120 с.
4. Инчик В.В. Солевая коррозия кирпичной кладки // Строительные материалы. 2001. № 8. С. 35-37.
5. Горшков В.С., Савельев В.Г., Абакумов А.В. Вяжущие, керамика и стеклокристаллические материалы: Структура и свойства: Справ. пособие. М.: Стройиздат, 1994. 584 с.
6. Flatt R.J. Salt damage in porous materials: how high supersaturations are generated. Journal Crystal Growth. 2002. Vol. 242 (3-4), pp. 435-454.
7. Bassuoni M.T., Rahman M.M. Response of concrete to accelerated physical salt attack exposure. Cement and Concrete Research. 2016. Vol. 79, pp. 395-408.
8. Maciulaitis R., Malaiskiene J. Statybynes keramikos charakteristiku ir technologiniu parametru reguliavimo galimybes: monografija. Vilnius: Technika 2012. 184 p.
References
1. Yakovlev G.I., Gailyus A. Salt corrosion of ceramic bricks. Steklo i keramika. 2005. No. 10, pp. 20-22. (In Russian).
2. Politaeva A.I., Eliseeva N.I., Yakovlev G.I., Pervu-shin G.N., Havranek Jii, Mikhailova O.Yu. Role of silica fume in formation of cement matrix structure and efflorescence in vibrocompressed products. Stroitel'nye Mate-rialy [Construction Materials]. 2015. No. 2, pp. 49-55. (In Russian).
3. Orientlikher L.P., Loganina V.I. Zashchitno-dekora-tivnye pokrytiya betonnykh i kamennykh sten: Sprav. posobie [Protective and decorative coatings of concrete and stone walls: Ref. benefit]. Moscow: Stroyizdat. 1993. 120 p.
4. Inchik V.V. Salt corrosion brickwork. Stroitel'nye Mate-rialy [Construction Materials]. 2001. No. 8, pp. 35-37. (In Russian).
5. Gorshkov V.S., Savel'ev V.G., Abakumov A.V. Vyazhushchie, keramika i steklokristalicheskie materialy: Struktura i svoistva: Spravochnoe posobie [Cementing, ceramics and glass-crystalline materials: Structure and properties: A Reference Guide]. Moscow: Stroyizdat. 1994. 584 p.
6. Flatt R.J. Salt damage in porous materials: how high supersaturations are generated. Journal Crystal Growth. 2002. Vol. 242 (3-4), pp. 435-454.
7. Bassuoni M.T., Rahman M.M. Response of concrete to accelerated physical salt attack exposure. Cement and Concrete Research. 2016. Vol. 79, pp. 395-408.
8. Maciulaitis R., Malaiskiene J. Statybynes keramikos charakteristiku ir technologiniu parametru reguliavimo galimybes: monografija. Vilnius: Technika 2012. 184 p.
Подписка
на электронную версию
http://rifsm.ru/page/5/
r'j научно-технический и производственный журнал
¡'"il ® апрель 2016
