8. Водостойкость силикатных материалов.

Водостойкость – это способность неметаллических материалов сопротивляться физико-химическому и химическому воздействию воды, сохраняя свои эксплуатационные свойства при длительном увлажнении или контакте с водой.

В зависимости от пористости плавленные и керамические силикатные материалы могут взаимодействовать с водой, как с поверхности, так и в объеме материала. Основным процессом, способным привести к потери материалом эксплуатационных свойств, является процесс выщелачивания, в результате которого часть катионов щелочных и щелочноземельных металлов в группах

где R+ - катион) замещается на катион водорода с образованием группы

Это замещение дополнительно разрыхляет структуру материала из-за расклинивающего воздействия адсорбируемой материалом воды.

В результате взаимодействия с водой в раствор переходят гидроксиды, в первую очередь NaОН, частично растворяется аморфный кремнезем, переходя в раствор в виде кремневой кислоты H2SiO3.

Процесс выщелачивания идет с замедлением по параболической зависимости, т.к. на поверхности материалов образуется плотная защитная пленка из продуктов взаимодействия.

В целом, указанные силикатные материалы характеризуются достаточно высокой водостойкостью при температурах, рекомендуемых для их применения.

Водостойкость бетонов зависит от состава воздействующих вод и от структуры бетонов. В зависимости от состава воды выделяют три основных вида разрушения (коррозии) бетонов.

К коррозии первого вида относят процессы разрушения бетонов под действием пресной воды с малой временной жесткостью, возникающие в результате растворения составных частей цементного камня. Наиболее растворимым компонентом является гидроксид кальция Са(ОН)2. Этот вид коррозии особенно интенсивно протекает при воздействии проточной воды, фильтрующейся через бетон. Особенно сильное выщелачивание Са(ОН)2 происходит через трещины, швы и различные дефекты бетонной кладки. Интенсивность такого фильтрационного выщелачивания зависит от напора воды, формы и ширины раскрытия трещины. При проектировании конструкций из бетона следует учитывать ослабление бетона в зонах трещин в результате указанного процесса выщелачивания.

Коррозия второго вида происходит вследствие обменных реакций между составными частями цементного камня и химическими веществами, содержащимися в воде. Эти обменные реакции чаще всего протекают в бетоне под действием углекислоты, сернокислых и хлористых солей, содержащихся в значительном количестве в грунтовых и промышленных (сточных) водах, в морской воде. Продукты взаимодействия выделяются в виде аморфной массы, либо легко растворяются, – все это ведет к повышению пористости и снижению прочности цементного камня.

Под действием углекислоты природных вод возможно и уплотнение бетона за счет образования карбонизированного слоя по реакциям:

Са(ОН)₂ + Н₂СО₃ → СаСО₃ +2Н₂О (17.17)

Са(ОН)₂ + Са(НСО3)₂ → 2СаСО₃ + 2Н₂О (17.18)

Однако при большом содержании углекислоты (> 280 – 300 мг/л) происходит растворение карбоната кальция и разрушение цементного камня.

Третий вид коррозии бетона возникает при воздействии на него сильно минерализованной воды. В этом случае в порах и капиллярах материала накапливаются кристаллы солей и продукты взаимодействия воды с цементным камнем. Под действием этих новообразований возникают значительные усилия в стенках пор и капилляров, приводящих к разрушению бетона.

Эффективными методами борьбы с рассмотренными видами коррозии является уплотнение бетонов введением гидравлических добавок, связывающих Са(ОН)2 в малорастворимые соединения, введение в их состав высокомолекулярных соединений – смол (создание, так называемых полимербетонов), применение различных гидрофобизирующих или защитных покрытий: кремнийорганические жидкости, битумные, виниловые и другие покрытия.