2.5. Защита каменных материалов от воздействия окружающей среды

Каменные материалы в процессе эксплуатации непрерывно подвергаются воздействию окружающей среды. Факторы, вызывающие разрушения природных материалов от действия окружающей среды, могут быть физико-механические и физико-химические.

Среди физико-механических воздействий представляет опасность совместное воздействие мороза и воды. Осадочные горные породы (известняки, доломиты) имеют поры, поэтому их перед использованием необходимо проверять на морозостойкость. Что же касается изверженных горных пород, то благодаря отсутствию в них пор они, как правило, имеют высокую морозостойкость. Однако если их обработка производилась ударным способом, то на поверхности камня появляются мельчайшие трещины, которые при попадании в них воды могут стать причиной начала разрушения. Поэтому для придания большей стойкости облицовочному камню его поверхность делают полированной.

Причиной разрушения каменных материалов в результате физико-химических воздействий являются вредные выбросы в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта, создающие в городах довольно высокую концентрацию кислотных окислов (SO₂, SO₃, NO₂). Эти окислы, образуя с атмосферной влагой кислоты, вызывают коррозию. Особенно это опасно для карбонатных пород (известняка, мрамора). Лишайники и мхи, растущие на камне, извлекают для питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Правильное и своевременное применение защитных мер повышает срок службы каменных материалов, сохраняет их декоративные качества и естественную окраску на долгое время. Выбор защитных мероприятий зависит от особенностей каменного материала и условий его работы. Чем больше пористость материала, тем сильнее на него воздействуют факторы разрушения.

Самый надежный способ защиты строительных материалов от разрушения – исключение возможности проникания в них воды. К конструктивным мероприятиям относят применение материалов с полированной поверхностью, обеспечивающей быстрый сток воды. При полировке поры заполняются мельчайшими частицами материала, делая их недоступными для влаги и газов.

Широкое применение для защиты материалов нашло оштукатуривание поверхности цементно-песчаными и специальными растворами. В некоторых случаях изделия из природных каменных материалов и конструкций, эксплуатируемых внутри помещений, оклеивают полимерными пленками (полиэтиленов, полипропиленов) или покрывают лакокрасочными составами.

К химическим способам защиты относят уплотнение поверхности материала путем пропитки растворами веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня, при котором растворимое вещество переходит в нерастворимое состояние. Применяют при этом соли кремнефтористоводородной кислоты. Такой метод защиты называют флюатированием. Взаимодействие солей с минералами, образующими известняковые породы, выражают уравнением

2СаСО₃ + МgSiF₆ = 2CaF₂ + MgF₂ + SiO₂ + 2CaO.

В результате в порах камня и на его поверхности выделяются нерастворимые вещества, состоящие из CaF₂, MgF₂ и SiO₂. Они повышают не только прочность и морозостойкость камня, но и его стойкость к воздействию химических факторов.

Породы с крупными порами или с малым содержанием углекислого кальция обрабатывают методом аванфлюатирования, т.е. предварительного пропитывания раствором хлористого кальция и после просушки - раствором соды. Образование карбоната кальция происходит по реакции

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2NaCl.

После этого производят флюатирование поверхности.

Идея кремнефторизации камней принадлежит Д.И. Менделееву, а способы применения ее в строительстве разработаны Н.А. Белелюбским.

Одним из авторов для повышения прочности поверхностного слоя предложен способ пропитки пульпой гипохлорита кальция, основанный на образовании нерастворимых комплексных солей типа Ca(ClO)₂ · 2Ca(OH)₂ и 3Ca(ClO)₂ · 2Ca(OH) (Авт. свидетельство № 823360).

Такая пропитка увеличивает стойкость поверхностного слоя в условиях воздействия солей и знакопеременных температур вследствие закупорки открытых пор нерастворимыми комплексными солями.

Физико-химические методы защиты природного камня сводятся к гидрофобизации его поверхности кремнийорганическими жидкостями, уплотнению поверхностного слоя камня путем пропитки полимерами (например, раствором мочевино-формольдегидной смолы, полимерными эмульсиями или другими водостойкими веществами, заполняющими поры камня).