книги / Строительные материалы

на рис. 17.9. При пропитке бетона мономером с после­ дующей полимеризацией его в теле бетона в материале возникает особая структура, которая состоит из затвер­ девшего цементного камня, скрепляющего зерна запол­ нителя в единый монолит, и разветвленной системы ни­ тей и включений полимера. Полимер заполняет поры и капилляры цементного камня заполнителя и контактной зоны между ними, делая их газо- и водонепроницаемыми. Полимер как бы заклеивает дефекты структуры цемент­ ного камня, заполнителя и контактной зоны и связывает тысячами нитей различные участки бетона, повышая их сопротивление нагрузке и трещиностойкость.

Образующуюся в бетоне сетку полимера можно рас­ сматривать как особого рода дисперсное армирование. При полимеризации мономер стремится сократиться в объеме, что вызывает обжатие в минеральной части ма­ териала. В результате создается разновидность предва­ рительно напряженного состояния материала, что также способствует повышению его прочности и трещиностойкости.

При поверхностной обработке материала структура бетонополимера и соответствующее изменение свойств материала наблюдаются только в поверхностных слоях. Внутри массива бетон сохраняет свою структуру и свой­ ства.

Пропитка бетона мономером с его последующей по­ лимеризацией в теле бетона приводит к резкому увели­ чению прочности и улучшению других свойств бетона. Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с исходным контрольным бетоном повышается в 2—10 раз, вместо бетона марок М 200-^М 500 получают бетонополимер марок 800—2000. Прочность бетонополимера на сжа­ тие зависит от прочности исходного материала, свойств полимера, содержания полимера в бетоне. С увеличением содержания полимера в бетоне прочность бетонополиме­ ра возрастает (рис. 17.10). Прочность бетонополимера на растяжение по сравнению с исходным бетоном увеличива­ ется в 3—10 раз, достигая 18 МПа. Соответственно воз­ растает его прочность на изгиб.

Степень насыщения бетона мономером зависит от под­ готовки бетона к пропитке. Чем суше бетон, тем больше мономера заполнит его поры и капилляры и тем большей будет прочность бетонополимера (рис. 17.11). Последую­ щая обработка бетона полимером позволяет регулировать

производится, как правило, с поверхности на небольшую глубину и должна обосновываться технико-экономиче­ ским расчетом.

В первую очередь целесообразно производить специ­ альную обработку полимером для повышения долговеч­ ности изделий, работающих в суровых климатических или агрессивных условиях, а также для получения изделий с особыми свойствами (износостойких, электроизоляцион­ ных, электропроводных, декоративных, газонепроницае­ мых и др.). Широко используют пропитку полимерными составами для ремонта и восстановления бетонных и же­ лезобетонных изделий.

ГЛАВА 18. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§ 1. О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем, который через несколько часов отвердевает и об­ разует пленку, прочно сцепляющуюся с основанием. Схе­ ма лакокрасочного покрытия показана на рис. 18.1.

К лакокрасочным материалам относятся: 1) грунтов­ ки и шпаклевки для подготовки поверхности к окраске; нанося их, получают однородные и ровные поверхности; 2) красочные составы (краски), применяемые в вязко­ жидком или пастообразном виде, образующие покрытия нужного цвета; 3) связующие вещества и пигменты, из которых изготовляют красочные составы; 4) лаки, соз­ дающие пленку, отличающуюся блеском; 5) растворители

риалы помогают предохранить материал конструкции от разрушительных воздействий среды. Отделочный слой

фасада здания первый встречает действие дождя, ветра, агрессивных газов, содержащихся в воздухе, изменения температуры среды. Придавая лакокрасочному покрытию водоотталкивающие свойства и эластичность, можно зна­ чительно увеличить срок безремонтной службы самой от­ делки, повысить долговечность конструкции и улучшить эксплуатационные качества зданий. Все шире применяют лакокрасочные материалы специального назначения. Од­ ни из них являются химически стойкими, ими покрыва­ ют металлические и железобетонные конструкции для предохранения от коррозии, другие необходимы для за­ щиты древесины (антисептические и огнезащитные крас­ ки для дерева).

Имеются жароупорные лаки, которыми окрашивают промышленное оборудование. Санитарно-техническое оборудование, металлические трубопроводы также нуж­ даются в защитной окраске.

Лакокрасочная промышленность выпускает в основ­ ном готовые материалы, перед их употреблением добав­ ляют лишь растворители или разбавители. Сборные кон­ струкции и детали должны поступать с заводов на строи­ тельство с полной,, готовностью, т. е. в окончательно отделанном виде. Для этого на заводах сборных строи­ тельных конструкций предусматривается конвейерная ли­ ния отделки элементов.

§2. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КРАСОЧНОГО СОСТАВА

1.Связующие (пленкообразующие) вещества

Связующими веществами в красочных составах яв­ ляются следующие материалы: полимеры — в полимер­ ных красках, лаках, эмалях; каучуки — в каучуковых красках; производные целлюлозы — в нитролаках; олифы — в масляных красках; клеи (животный и казеи­ новый) — в клеевых красках; неорганические вяжущие вещества — в цементных, известковых, силикатных крас­ ках.

Полимеры применяют в красках и лаках вместе с растворителем, а также в сочетании с олифой или цемен­ том (полимерцементные красочные составы).

Применение синтетических полимеров значительно сократило расход растительных масел на приготовление строительных красок и дало возможность выпускать но­

вые Виды долговечных и экономичных красочных соста­ в а . Хотя некоторые полимерные краски и лаки еще до­ роги, все же стоимость окраски 1 м2 поверхности поли­ мерными составами, отнесенная к одному году эксплуатации, часто бывает ниже стоимости отделки другими строительными красками (известковыми и др.). Широкое применение полимерных лаков и эмалей при­ вело к почти полному отказу от импорта дорогих природ­ ных смол (шеллака, копалла, даммара), ввозимых из Индии и других стран. Прежде основным сырьем лако­ красочной промышленности являлись природные смолы и растительные масла.

Связующее вещество — главный компонент красочно­ го состава, который определяет консистенцию краски, прочность, твердость и долговечность образующейся плен­ ки. Связующее выбирают, учитывая и прочность его сцепления (адгезию) с основанием после затвердевания. Защитные свойства лакокрасочного покрытия по отноше­ нию к металлу, бетону или другому материалу зависят как от связующего, так и от примененного пигмента. На­ пример, алюминиевый пигмент замедляет коррозию стали,

вто время как малярная сажа ее ускоряет.

2.Пигменты

Пигменты представляют собой юнкие цветные порош­ ки, нерастворимые в связующем веществе и раствори­ теле. От них зависит не только цвет, но и долговечность лакокрасочного покрытия. Подобно заполнителю в строи­ тельных растворах и бетонах, пигмент уменьшает усадоч­ ные деформации пленки при ее твердении («высыхании») и при колебаниях влажности окружающей среды. Искус­ ственные пигменты с большой красящей способностью разбавляют белым тонкодисперсным наполнителем, что удешевляет красочный состав. Наполнители: мел, моло­ тый известняк или гипс, порошки сернокислого бария или талька, не снижающие атмосферостойкости покрытия. Неорганические пигменты состоят из оксидов и солей ме­ таллов различного цвета. Красочные составы, выпускае­ мые заводами, а также приготовляемые на месте строи­ тельных работ, содержат чаще всего неорганические пиг­ менты.

Органические пигменты — это малярная сажа, гра­

стойка, практически непроницаема для ультрафиолетовых лучей и долговечна.

Желтые пигменты — кроны и охры. Цинковый крон (хромат цинка) применяют в основном для антикоррози­ онных окрасок металлических покрытий. Свинцовые кроны (на основе хромата и сульфата свинца) — это пиг­ менты, имеющие цвет от лимонного до оранжевого. Жел­ тые кроны изменяют свой цвет под действием раствора щелочей (краснеют). Свинцовые кроны токсичны, работа с ними требует соблюдения требований охраны труда.

Охры, называемые иногда земляными красками, со­ стоят из гидроксида железа с примесью глины. Цвет охры может быть от светло-желтого и золотистого до темно­ желтого в зависимости от содержания оксида железа и примесей. Прокаленная охра приобретает коричневый или красный цвет.

Коричневые пигменты. Эта группа пигментов вклю­ чает умбру и ряд смешанных пигментов, получаемых из железного сурика и мумии. Умбра, как и охра, относится к числу земляных красок. Это тонкий порошок глины, окрашенный в природных условиях Fe20 3, Мп02 и други­ ми примесями в различные оттенки коричневого цвета.

Зеленые пигменты — оксид хрома, цинковая зелень и другие смешанные пигменты. Оксид хрома Сг20 3 обла­ дает многими достоинствами: устойчив к действию ще­ лочей, кислот и повышенных температур; для получения зеленовато-синих оттенков добавляют ультрамарин. Цин­ ковую зелень получают смешением кронов с малярной лазурью и наполнителем (BaS04); она устойчива к дейст­ вию щелочей.

Синие пигменты: ультрамарин и лазурь малярная. Ультрамарин получают сплавлением каолина с содой и серой (или Na2S 04 и углем). Наибольшее распростра­ нение нашел синий ультрамарин, служащий пигментом в строительных красках, применяемый также для окраски бумаги и в быту («синька» используется для подсинива­ ния белья, льна). Состав ультрамарина приближенно вы­ ражается формулой Na4Al3Si3S20 i2. Хотя он стоек к воде, мылу и слабым щелочам, кислоты обесцвечивают ультра­ марин, разлагая его с выделением сероводорода и крем­ невой кислоты. Малярная лазурь представляет собой интенсивно-синюю соль трехвалентного железа состава Fe4[Fe(CN)6]3* В воде и кислотах лазурь практически нерастворима, но щелочи ее разлагают с выделением

Fe(0H)3. Поэтому при нанесении на бетон или свежую штукатурку эта краска теряет свой синий цвет.

Красные пигменты. Из этой группы пигментов наибо­ лее известны: железный сурик — тонкий порошок оксида железа кирпично-красного цвета, искусственная мумия — пигмент, имеющий различные оттенки в зависимости от соотношения составных частей Fe20 3 и CaS04, природная мумия — тонкий минеральный порошок, окрашенный в естественных условиях оксидами железа в красный цвет, свинцовый сурик — порошок красно-оранжевого цвета, содержащий в основном РЬ0-РЬ20 3. Редоксайд — крас­ ный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде.

Черные и серые пигменты — малярная сажа, диоксид марганца, тонкомолотый графит. Малярная сажа — поро­ шок почти чистого углерода. Пигменты, содержащие уг­ лерод в свободном состоянии (к ним относится сажа), образуют с железом гальваническую пару, ускоряющую коррозию стали. Диоксид марганца Мп02 (пиролюзит), получаемый из марганцевой руды, свето- и щелочестой­ кий, сравнительно дешевый пигмент. Графит содержит 70—95 % углерода, в измельченном виде применяется как серый пигмент.

Основные свойства пигментов. Дисперсность пигмен­ та влияет на все его основные свойства. Чем мельче ча­ стицы пигмента, тем выше его укрывистость и красящая способность (до достижения оптимальной степени дис­ персности). Полифракционный состав пигмента позволя­ ет получить плотное красочное покрытие при минималь­ ном расходе связующего вещества. Укрывистость харак­ теризует расход красочного состава (по массе) на единицу окрашиваемой поверхности. Красящая способ­ ность — это свойство пигмента передавать свой цвет бе­ лому пигменту.

Маслоемкость характеризуется количеством (в г) оли­ фы, необходимым для превращения 100 г пигмента в па­ стообразное состояние. Светостойкость — свойство со­ хранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей. Большинство природных пигментов (охра, железный су­ рик и др.) светостойки. Литопонозые белила желтеют на свету, некоторые органические пигменты обесцвечивают­ ся. Атмосферостойкость — свойство длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов: во­ ды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, попе­

ременному увлажнению и высыханию, нагреванию й ох­ лаждению.

Антикоррозионные свойства характеризуют способ­ ность пигмента (в сочетании с соответствующим связую­ щим) образовать покрытие, защищающее сталь от корро­ зии (анодная защита). При окраске стальных конструк­ ций следует использовать антикоррозионные пигменты. К числу таких пигментов относятся, например, алюминие­ вая пудра, цинковые белила, цинковые и свинцовые кро­ ны, свинцовый и железный сурик. Алюминий в ряду на­ пряжений металлов занимает место выше железа. При образовании гальванической пары алюминий становится анодом, стремится перейти в состояние ионов, а железо является катодом и не подвергается изменению; обра­ зующаяся пленка гидроксида алюминия защищает по­ верхность стальной конструкции. Другие из перечислен­ ных пигментов, например свинцовый сурик, дают в смеси с маслом олифы нерастворимые соли жирных кислот, то­ же предохраняющие металл от коррозии.

Химическая стойкость к действию щелочей и кислот. Ряд пигментов изменяет свой цвет или обесцвечивается при соприкосновении с щелочными растворами. Напри­ мер, малярная лазурь в щелочной среде обесцвечивается, свинцовый железный крон краснеет. Подобные пигменты не применяют для изготовления красочных составов, на­ носимых на поверхность свежего бетона или цементноизвестковой штукатурки. Щелочестойкими являются поч­ ти все природные пигменты (охры, мумия, умбра, пере­ кись марганца), а также многие искусственные пигменты (титановые белила, оксид хрома, органические пигмен­ ты: алый и оранжевый). Для изготовления специальных кислотостойких красок применяют только кислотостойкие пигменты (графит, титановые белила, оксид хрома). Пиг­ менты, содержащие соединения свинца (свинцовые бели­ ла, свинцовые крон и сурик), токсичны и при их приме­ нении необходимо соблюдать установленные правила ох­ раны труда.

3. Растворители и разбавители

Растворители применяют при изготовлении полимер­ ных и каучуковых красок, лаков, эмалей и некоторых других красочных составов. Способностью растворять полимеры, каучук и масла обладают большей частью уг­

леводородные продукты: ацетон, скипидар, бензол, лако­ вый керосин, уайт-спирит, сольвент-нафта, комбиниро­ ванный растворитель Р-4.

Разбавители не растворяют пленкообразующие веще­ ства и предназначены лишь для уменьшения вязкости красочного состава, т. е. их добавляют для придания краске удобонаносимости. Роль разбавителя выполняет олифа, добавляемая в густотертую масляную краску, или вода, вводимая в водоэмульсионный красочный состав.

§3. ПОЛИМЕРНЫЕ КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ

1.Полимерные краски

Полимерная краска представляет собой суспензию пигмента в растворе полимера или перхлорвиниловой смолы. К числу хорошо зарекомендовавших себя фасад­ ных красок принадлежат кремнийорганические эмали, перхлорвиниловая краска, эпоксидно-полиамидная компо­ зиция. Вследствие высокой атмосферостойкости краски отделка фасада здания сохраняется 10—12 лет и более, ее можно очищать от пыли, промывая водой. Кремний­ органические покрытия непроницаемы для капельно-жид­ кой воды, но пропускают водяной пар из помещения на­ ружу. Такие покрытия не препятствуют естественной вен­ тиляции помещений, но в то же время защищают наружные стены зданий от увлажнения. Полимерные краски широко применяют для отделки стеновых пане­ лей и блоков полной заводской готовности, а также для окраски и восстановления фасадов построенных зданий. Затраты на отделку единицы поверхности полимерными красками, отнесенные к одному году эксплуатации, ни­ же по сравнению с другими красочными составами.

Каучуковые краски получают путем диспергирования хлоркаучука в летучем растворителе. Поскольку каучуко­ вые краски химически стойки и обладают высокой водо­ стойкостью, то их применяют для защиты от коррозии металлических и железобетонных конструкций. Положи­ тельным свойством хлоркаучуковых и кумаронокаучуковых красок является высокая эластичность пленки, бла­ годаря чему защитное покрытие следует за деформация­ ми конструкции и сохраняется без трещин.

Эфироцеллюлозные краски представляют собой пиг-