Есть мнение Гидрофобизация Интенсификация процессов гидрофобной защиты строительных материалов

Интенсификация процессов гидрофобной защиты строительных материалов

Рассмотрены процессы массопереноса водного раствора кремнийорганичес-кого гидрофобизатора (аквасила) в капиллярно-пористых строительных материалах в условиях внешнего воздействия электромагнитного поля. Показано, что применение внешнего полевого воздействия, введение соли железа приводит к интенсификации процесса и повышению качества гидрофобной защиты капиллярно-пористых материалов. Методом ИК-спектроскопии исследованы химические формы аквасила в среде цементного камня.

Актуальность проблемы гидрофобной защиты гигроскопичных строительных материалов связана с суровыми условиями их эксплуатации, особенно в условиях Сибири и Северо-Западного региона. Наглядно это наблюдается в осенне-весенние периоды, когда увлажненные стены при чередовании положительной и отрицательной температуры покрываются потеками и пятнами высолов. Многократное замораживание-размораживание воды приводит к необратимым разрушениям цементного камня, штукатурных и известковых покрытий. Эти процессы можно предотвратить или значительно снизить их интенсивность при условии использования качественной гидрофобной защиты зданий и сооружений как на стадии изготовления строительных материалов, так и на стадии их эксплуатации.

В настоящее время известен широкий класс гидрофобизирующих жидкостей, из которых водорастворимые кремнийорга-нические соединения нашли наиболее широкое практическое применение. Авторами данной статьи исследован водорастворимый товарный аквасил.

С целью интенсификации процессов массопереноса вещества и повышения глубины пропитки капиллярно-пористых материалов нами было дополнительно использовано воздействие электрического и магнитного полей.

Так как миграция заряженных частиц зависит от их подвижности и концентрации, то на первоначальной стадии исследована проводимость жидкостей от степени разбавления товарных гидрофобизаторов. Как показали экспериментальные данные, оптимальная степень разбавления по значению электропроводности для аквасила составляет 10-12-кратное разбавление. Для увеличения проводимости кремнийорганической жидкости в раствор дополнительно вводили соль трехвалентного железа в концентрациях 1,0-8,0 масс. %. Кроме того, соли железа в щелочной среде образуют практически нерастворимый в воде гидроксид железа (III) (произведение растворимости Fe(OH)3 составляет 10~31), что приводит к дополнительной кольматации капилляров материала и более долговременной защите конструкции от проникновения влаги. Как известно, щелочная среда образуется в широком ряде строительных материалов, содержащих цемент, гипс, известь.

Подвод постоянного электрического тока осуществляли с помощью медных электродов. Напряженность поля составляла величину, не превышающую потенциала разложения воды. Перпендикулярно основному миграционному потоку заряженных частиц накладывались силовые линии магнитного поля с помощью постоянных магнитов. Оценку водопоглощения проводили по стандартным методикам. Результаты экспериментов приведены в таблица 1-3.

Как показывают результаты экспериментов, применение электромагнитных полей в сочетании с неорганической добав кой соли железа приводит к повышению качества обрабатываемых строительных изделий водным раствором аквасила. Следует отметить, что предлагаемый в работе способ может быть использован при гидро-фобизации как отдельных строительных материалов, так и, например, стен зданий, возведенных из капиллярно-пористых материалов.

В работе предложен механизм наблюдаемых процессов, основанный на законах электрокинетических и гальваномагнитных явлений.

При отсутствии внешнего электрического поля движение жидкости вызывается ионами диффузного слоя и происходит на некотором расстоянии от поверхности твердого тела. При наложении внешнего потенциала скорость миграционного перемещения ионов в капиллярах большой протяженности при ламинарном, режиме течения жидкости для частиц сферической формы можно определить из равенства электрической силы, действующей на ионы, и силы вязкого сопротивления среды. При наложении постоянного магнитного поля, силовые линии которого направлены перпендикулярно миграционному потоку заряженных частиц, в области диффузионного слоя значимо проявляется сила Лоренца. В работе приведены теоретические расчеты сил электромагнитного поля, проявляющихся в дисперсионно-водной среде.

С целью выявления свойств аквасила при распределении его в среде цементного камня в работе проведены ИК-спектроскопические исследования химических форм водного раствора кремнийорганической жидкости после пропитки им цементного камня через 3, 4 и 24 ч после начала процесса полимеризации. По результатам анализа ИК-спект-ров можно выделить следующие основные полосы поглощения. Частоты поглощения различной интенсивности, характерные для колебаний группы SiO4 в областях 800-1 250 с~1, 500 с"1. Полоса 1087-11 24 с"1 характерна для группы Si-O-Si, образующей основной массив аквасила. Интенсивное поглощение в области 909-940 с4 обусловлено колебаниями Si-O-Me. Интенсивное проявление валентных колебаний этих групп наблюдается в области частот 3200-3650 с1. Кроме того, в области колебаний 1000- 1200 с1 кремний-кислородного каркаса наблюдаются отчетливые пики, которые характеризуют полимерную часть образца.

Таким образом, можно утверждать, что основными химическими формами водного раствора аквасила в среде цементного камня являются продукты гидролиза. В незначительной степени отмечается взаимодействие с ионами металлов. Наличие ин тенсивной полосы при 3600 с1, относящейся к валентным колебаниям ОПг связи, свидетельствует о том, что достаточно большое количество молекул воды занимает фиксированное положение в структуре полимера. В спектрах образцов, полученных в различные сроки полимеризации, наиболее заметны различия в области колебаний 600-800 с-', где наблюдается сдвиг полос в более высокочастотную область, что свидетельствует о процессах полимеризации в каркасе (-Si-O-Si) . При увеличении времени соприкосновения образцов с внешней средой смещение полосы увеличивается и явно проявляется уже через 3 ч. Через 24 ч полимерные структуры приобретают новые качественные формы.

В областях 2950 г1, 2840-2880 с~1 наблюдаются характерные асимметричные и симметричные валентные и деформационные 1450-1470 с4 колебания метильных групп для полимерных структур чистого аквасила, в то время как в цементном камне их интенсивность уменьшается.

Проведенное исследование позволяет сделать ряд выводов.

1. Применение внешнего электромагнитного воздействия приводит к существенной интенсификации процессов гидрофобной защиты капиллярно-пористых материалов водными растворами кремнийорганических соединений.

2. Введением в водный раствор аквасила соли железа (III) повышается качество гидрофобной защиты строительных материалов.

3. При исследовании процесса полимеризации аквасила в атмосферном воздухе в зависимости от степени его разбавления и времени полимеризации выявлены особенности химического взаимодействия кремнийорганической жидкости с компонентами цементного камня.

4. Результаты исследований могут быть использованы для осуществления технологии гидрофобной защиты не только поверхности, но и объема капиллярно-пористых тел.