Повышение коррозионной стойкости поверхностного слоя каменных строительных материалов и конструкций достигается обработкой их поверхности одним из следующих способов:
· торкретированием;
· гидрофобизацией;
· флюатированием или аванфлюатированием;
· силикатизацией;
· карбонизацией.
4.1.1. Торкретирование
Способ торкретирования состоит в нанесении защитного цементного слоя или активированного цемента на очищенную бетонную поверхность под давлением сжатого воздуха 0,5–0,6 МПа (5–6 атм). Смесь цемента и песка (в соотношении 1:3) подготавливается заранее в растворосмесителе или вручную. Активированный торкрет представляет собой смесь вибромолотых цемента и песка, песка и поверхностно-активных добавок. Сухая смесь по шлангу подается к соплу, где смачивается водой, а затем наносится на защищаемую поверхность.
Торкретирование производится обычно в два слоя. Для первого слоя (толщиной 10–20 мм) рекомендуется портландцемент марки не ниже 300 и песок не крупнее 5 мм. Для второго слоя (10–15 мм), наносимого через 24 ч, используется более стойкий пуццолановый портландцемент марки 500 и песок не крупнее 2–2,5 мм.
В верхний слой торкрета для придания ему большей стойкости к агрессивной среде и гидрофобных свойств вводится раствор битума марки 3 или 4 в бензине второго сорта.
Как правило, на 1 кг цемента добавляется 300 г битумного раствора, приготовляемого в пропеллерном смесителе путем растворения кускового битума в бензине.
4.1.2. Гидрофобизация
Гидрофобизация – придание способности не смачиваться водой поверхности кирпичных, бетонных и других каменных материалов конструкций. Гидрофобизация проводится с целью их защиты от атмосферных осадков в условиях повышенной влажности. Для гидрофобизации строительных конструкций наиболее часто используются следующие отечественные кремнийорганические полимерные материалы:
· водная эмульсия ГКЖ-94, представляющая собой 50%-ный раствор кремнийорганической жидкости ГКЖ-94, содержащей в качестве эмульгатора желатину;
· раствор ГКЖ-94 в уайт-спирите или керосине;
· водный раствор ГКЖ-94, являющийся смесью кремнийорганических соединений.
Кремнийорганические материалы поступают уже готовыми к употреблению в виде жидкости ГКЖ-94 (100 %), водной эмульсии ГКЖ-94 (50 %) или водного раствора ГКЖ-10 (20–25 %). Их наносят кистью или пульверизатором на сухую предварительно очищенную от грязи и пыли поверхность из расчета – на 1 м2 поверхности 250–300 г 20%-ной эмульсии, при нанесении в один слой.
4.1.3. Флюатирование и аванфлюатирование
Основные способы химической защиты природных каменных строительных материалов от коррозии заключаются в уплотнении и защите поверхности материала путем пропитки водным раствором веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня. При этом растворимое вещество переходит в нерастворимое состояние. Довольно часто для этого применяют соли кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6. Этот метод защиты носит название флюатирование.
Флюатирование поверхности конструкций основано на взаимодействии свободной извести и растворов кремнефтористых солей легких металлов (магния, алюминия, цинка), которые, вступая в реакцию с карбонатом кальция, образуют нерастворимые продукты, оседающие в порах и уплотняющие конструкции. Взаимодействие солей с минералами, образующими известняковые породы, можно выразить следующим уравнением:
2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CO2.
В результате протекания химической реакции в порах камня и на его поверхности образуются нерастворимые вещества, состоящие из CaF2, MgF2, и SiO2, повышающие не только прочность и морозостойкость камня, но и его стойкость по отношению к воздействию химических факторов коррозии.
Метод флюатирования бетонов начинается с нанесения на сухую очищенную поверхность раствора хлорида кальция, а затем флюатов. Флюаты наносятся кистью или распылителем в три слоя с повышением их концентрации: для первого – 2–3 % по массе, для третьего –12 %. Каждый слой наносится после прекращения впитывания флюата предыдущего слоя с перерывами до 4 ч на высыхание. После нанесения каждого очередного слоя поверхность обрабатывается насыщенным раствором гидроксида кальция Са(ОН)2, приготовляемым путем растворения негашеной извести в воде.
Поверхность бетона может обрабатываться также 3–7%-м раствором кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6; при этом на поверхности образуется пленка фторида кальция и кремнезема. Такая обработка повторяется несколько раз после высыхания каждого предыдущего слоя. Расход флюата составляет 150–300 г кристаллической соли на 1 м2 поверхности. Водопоглощение камня, обработанного таким химическим способом, значительно понижается.
Породы с крупными порами на поверхности или с малым содержанием карбоната кальция обрабатываются методом аванфлюатирования, т. е. предварительного пропитывания раствором хлорида кальция, а после просушки – раствором соды. Образование карбоната кальция происходит по следующей химической реакции:
CaCI2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCI
Последующее флюатирование, вызывая активную реакцию с карбонатом кальция, уплотняет поверхность камня. Реакция между гидроксидом кальция и флюатом протекает по схеме:
2Ca(OH)2 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2H2O
Идея кремнефторизации поверхности камней принадлежит великому русскому ученому Д.И. Менделееву, а способы ее применения в строительстве были разработаны Н.А. Белолюбским.
4.1.4. Силикатизация и карбонизация
Для предотвращения выветривания природных облицовочных материалов некоторых пород рекомендуется последовательно пропитывать их жидким стеклом и хлоридом кальция, в результате взаимодействия которых в порах камня образуются нерастворимые соединения силиката кальция и кремнекислоты. Этот метод носит название силикатизация.
Силикатизация поверхностного слоя заключается в нанесении на конструкцию (главным образом, из естественных каменных материалов) жидкого стекла, а после его высыхания – раствора хлорида кальция. В результате их взаимодействия образуются силикат кальция, заполняющий поры камня и повышающий стойкость конструкции, и соль, смываемая водой.
В некоторых случаях повысить стойкость бетона в агрессивной среде можнотакже карбонизацией.
Карбонизация поверхностного слоя свежеприготовленного бетона состоит в превращении гидроксида кальция Са(ОН)2 под воздействием углекислого газа в карбонат кальция СаСО3, который более стоек к внешним воздействиям среды.
При длительном выдерживании изделий из бетона на воздухе атмосферная углекислота вступает во взаимодействие с гидроксидом кальция, образуя на поверхности изделия корку из карбоната кальция, который не выщелачивается пресной водой и не взаимодействует с сульфатами.
Но этот способ все же недостаточно надежен, так как корка из карбоната кальция под влиянием различных механических воздействий (ударов волн или твердых предметов) может разрушиться. Кроме того, она не является абсолютно водонепроницаемой и не способна надежно и длительно предохранять цементный камень от коррозионного разрушения.
4.1.5. Пуццоланизация и другие методы защиты поверхности каменных материалов
Надежным способом защиты цементных каменных материалов и бетонов является пуццоланизация – связывание гидроксида кальция активным кремнеземом кислых гидравлических добавок. При этом образующиеся гидросиликаты кальция практически не вступают в реакции с сульфатами, что обеспечивает повышенную водостойкость цементного камня в пресных и сульфатных водах.
В кислых водных средах, углекислых, а также магнезиальных – пуццоланизация не дает нужного эффекта, так как эти воды разрушают не только гидроксид кальция, но и водные силикаты и алюминаты кальция.
Повышение коррозионной устойчивости за счет уплотнения поверхности камня достигается также последовательной пропиткой поверхности каменных материалов спиртовым раствором калийного мыла и уксуснокислого глинозема. В этом случае в порах камня отлагается водонерастворимая глиноземная соль жирной кислоты.
Создание непроницаемого слоя на поверхности природных каменных материалов может быть также достигнуто полировкой поверхности, способствующей заполнению пор и пустот частицами камня, при которой поры заполняются мельчайшими частицами материала, закупоривая их и делая недоступными для проникновения влаги и газов, и последующим нанесением на поверхность разогретых парафина, воска, олифы, минеральных масел и др.
В последние годы получили достаточно широкое распространение методы уплотнения и одновременно защиты поверхности каменных изделий путем их пропитки синтетическими полимерными материалами, обладающими, к тому же, и гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.
