Гидрофобизирующий материал на основе водной эпоксидной эмульсии и водоразбавляемого аддуктового отвердителя

Актуальной проблемой при использовании бетона и кирпича является их гидроизоляционное покрытие. Это связано с деструктивным влиянием влаги на строительные объекты и материалы. Перепады во влажности воздуха, повышенное, или пониженное содержание воды и ее паров в окружающей среде могут привести к ряду нежелательных последствий. К ним относятся:

Нарушение структуры материала

Снижение его прочности

Высаливание, и как следствие ухудшение внешнего вида строения

Ухудшение термоизоляции здания

Грибковое заражение. Плесневые грибы, выделяя органические кислоты, интенсифицируют процессы разрушения бетонных конструкций, а также вызывают аллергические реакции у людей и животных, повышают их восприимчивость к вирусным и бактериальным заболеваниям, и распространяют свои споры внутри помещения, приводя к порче продуктов питания и мебели.

Механизм индуцированного влагой разрушения бетона

Бетон и кирпич характеризуются высокой пористостью, вследствие чего вода легко проникает внутрь за счет действия капиллярных сил. Негативное воздействие влаги на строительные конструкции носит двоякий характер.

Непосредственное влияние воды на прочность строительных материалов. Попавшая в бетон вода при снижении температуры расширяется, давление внутри бетонных конструкций при этом может достигать 200 МПа. Из-за этого в глубоких слоях бетона образуются микротрещины, что ведет к снижению прочности строительных материалов. Кроме того, нарушения в структуре бетона приводят к проникновению влаги внутрь сооружений, оказывая разрушительное действие уже на штукатурку и декоративные элементы.

Влияние растворенных в оде солей на бетон. Хлориды и сульфаты реагируют с гидроксидом кальция и алюминатами бетона, что приводит к образованию крупных кристаллов сложного состава. Это повышает кристаллизационное давление внутри бетона, и, следовательно, снижает его прочность. Водно-солевая коррозия также разрушительна для лакокрасочных покрытий: из-за нее происходит вымывания пигментов и разрушение слоя краски, что снижает атмосферостойкость конструкций и ухудшает их внешний вид.

Принципы создания поверхностей с гидрофобизирующими свойствами

Защиту от влаги целесообразно предусмотреть еще на стадии проектирования строительных конструкций и создания цементных смесей. Однако далеко не всегда этого удается достичь. В практике для усиления строительных композиционных материалов используют армирование на основе стекло-, арамидных и углеродных волокон. Следует отметить, что арамидные волокна имеют недостаточную прочность на сжатие, а стеклянные — относительно низкий модуль упругости, что ограничивает их применение. Углеродные волокна обладают повышенными параметрами физико-механических характеристик: высокой прочностью на сжатие и растяжение, модулем упругости, близким к стали, и в последнее время нашли успешное применение. Тем не менее, более эффективными считаются методы гидрофобизации бетона.

Существуют два подхода для придания бетону гидрофобизирующих свойств:

Способы, изменяющие структуру бетона;

Методы, сохраняющие эту структуру.

Ко второй группе относится пропитка и (инъекция) бетона гидрофобизирующими добавками, примером которых могут служить водные дисперсии эпоксидных смол.

Критериями эффективности гидрофобизирующих свойств бетона являются:

• Способность поглощать влагу;
• Действие капиллярных сил;
• Впитывание гидрофобизирующих составов;
• Изменение краевого угла смачивания;
• Проникновение паров воды;
• Стабильность гидрофобизирующего эффекта.

В настоящее время производители гидрофобизирующих составов для бетона предоставляют потребителю широкий ассортимент своей продукции. При выборе гидрофобизирующих добавок следует учитывать следующие факторы:

• Экономичность;
• Технологичность и возможность механизации процесса нанесения;
• Опыт использования на аналогичных объектах;
• Стабильность материала при эксплуатации;
• Возможность использования с другими изоляторами;
• Устойчивость к химическим, биологическим, радиационным факторам;
• Степень сцепления с защищаемой поверхностью;
• Взаимодействие с вышележащим слоем.

К новому поколению водно-дисперсионных систем с гидрофобизирующими свойствами относятся составы на основе эпоксидных смол.

Особенности гидрофобизирующих добавок на основе эпоксидных смол

Водные эмульсии эпоксидных смол представляют собой гидрофобизирующие жидкости низкой вязкости. Их дисперсия состоит из ультрамикроэмульсии (с размером частиц от 1 до 10 нм) и макроэмульсии (с частицами около 100нм), что позволяет этим составам проникать в самые мелкие микротрещины и поры цементного камня. Другой характеристикой этих гидрофобизирующих добавок является их безусадочность, что позволяет минимизировать и устранить дефекты бетонных конструкций, полученные из-за водно-солевой коррозии.

Чтобы повысить качество эпоксидных дисперсий в них добавляют различные модификаторы, которые главным образом увеличивают механическую прочность гидрофобизирующих составов. К таким компонентам относятся:

• Алкоксисиланы;
• Эластомеры;
• Каучуки;
• Фуллерены;
• Нанотрубки;
• Наноалмазы.

Жизнеспособность эпоксидных гидрофобизирующих добавок в значительной мере зависит от их состава и колеблется от 20 до 100 минут. Максимальный предел рабочих вязкостей опытных композиций достигает ~40-50 с Па. Время жизнеспособности, твердость, степень адгезии и время отвердевания могут меняться за счет внедрения вышеперечисленных модификаторов. Кроме того, способность пленок к поглощению влаги при экспозиции их в условиях повышенной влажности более 180 ч в после обработки гидрофобизирующим составом снижается до 2-2,5 %, по сравнению с 3,6 % без них.

Аддуктового Влияние отвердителя на время стабилизации гидрофобизирующих составов на основе эпоксидных смол

Для оценки эффективности гидрофобизирующих добавок на основе эпоксидных смол необходимо знать время их застывания. Оно зависит от вида отвердителя и от его концентрации. Показателями процесса являются отвердевания содержания гель-фракции и время полной стабилизации системы. Содержание нерастворимой фракции после 2 суток применения эпоксидного гидрофобизирующего состава может варьировать от 45-75%, а время полной стабилизации колебаться от 7 до 12 суток в зависимости от применяемого отвердителя. Современные спектрофотометрические методы исследования позволяют оценить степень отвердевания гидрофобизирующих составов на основе эпоксидных смол. Такой анализ базируется на том, что эпоксигруппа имеет максимум поглощения в области 910 нм, следовательно, высота пика и площадь под ним могут дать количественную оценку процессу отвердевания опытных образцов с большой точностью. Конечная твердость гидрофобизирующих эпоксидных композиций составляет 0,29-0,38 отн.ед., и также, как и время стабилизации определяется главным образом отвердителем.

Общепринято, что формирование полимерной сетки из мономеров эпоксидной смолы происходит за счет разрушения химических связей в циклической структуре мономера, что приводит к отвердеванию смолы. В случае же введения в эту систему аддуктового отвердителя, по-видимому, запускается еще одни процесс. Что это за реакции пока неизвестно, но можно с уверенностью сказать, что этот процесс связан с поглощением тепла, которое выделяется при деструкции эпоксидных циклов.

Аддуктовые (т.е. добавочные) отвердители также определяют такие важные свойства гидрофобизирующих составов, как прочность образованной пленки, адгезия с бетоном, влагоемкость и гидрофобность. Их применение приводит к увеличению прочности гидрофобизирующих пленок почти в 4 раза, прочности – в 1,5 раза, адгезии с бетонной подложкой – в 1,7 раза. При сочетании в эпоксидных композициях нанокристаллических структур и аддуктовыхие отвердителей наблюдается снижение влагоемкости материалов с практически полным нивелированием ее в течение нескольких суток.

Таким образом, применение гидрофобизирующих составов на основе эпоксидных смол, модифицированных аддуктовыми отвердителями, решает целый спектр проблем, связанных с защитой строительных конструкции от действия избыточных количеств воды.

Источник