3.6 Защита от коррозии природных каменных материалов и изделий в конструкциях и сооружениях

Природные каменные материалы и изделия даже из самых прочных горных пород подвергаются медленному разрушению (коррозии). Этот процесс ещё называют выветриванием – по аналогии с разрушением горных пород в природных условиях.

Основными причинами могут служить:

• действие воды и мороза;

• растворяющее действие воды при водонасыщении и снижение прочности;

• химическая коррозия под действием газов (СО₂, SO₂ и др.);

• воздействие различных микроорганизмов и растений (мхи, лишайники). Поселяясь в порах и трещинах камня, они извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, которые вызывают биологическое разрушение камня;

• попеременное нагревание и охлаждение и др.

Есть три пути защиты природного камня от коррозии:

• конструктивный;

• механический;

• химический.

Конструктивный предусматривает изоляцию поверхности камня от источников агрессии, быстрый отвод воды и т.д. То есть, проблему следует решать конструкционно.

Механический способ заключается в механической обработке поверхности камня (шлифовка и полировка).

Химический способ предусматривает обработку лицевой поверхности камня различными составами и создание плотного водонепроницаемого слоя.

К таким способам относят:

• флюатирование, например, солями кремнефтористо-водородной кислоты;

• гидрофобизация гидрофобными составами, например, кремнийорганическими жидкостями типа ГКЖ;

• пропитка поверхности слоя растворами мономеров с последующей полимеризацией в порах камня и др.

Глава 4. Керамические материалы и изделия

4.1 Общие сведения и сырье для производства керамики

Керамическими называют искусственные каменные материалы поликристаллической структуры, получаемые из глин и их смесей с различными добавками путем формования, сушки и обжига. На древнегреческом языке «керамос» означало гончарную глину или изделия из обожженной глины. Позднее это название распространилось на все изделия из глиняных масс, в том числе фарфоровые, фаянсовые, гончарные и др.

Керамика тоже является древнейшим строительным материалом. Здания и сооружения из керамического кирпича строили еще в III…I тысячелетиях до нашей эры.

В настоящее время керамика продолжает оставаться одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конструктивных элементах зданий и сооружений. Вряд ли какой-либо другой вид фасада настолько гармонично объединяет окружающий нас ландшафт и архитектуру, как из натурального кирпича или других керамических материалов и изделий.

По назначению керамические материалы и изделия подразделяют на:

• стеновые;

• изделия для внешней и внутренней облицовки;

• санитарно-технические изделия;

• кровельные;

• специальная керамика;

• заполнители для бетонов и растворов.

Глины являются основным сырьевым компонентом керамических материалов. Они состоят в основном из природных водных алюмосиликатов различного состава –Al₂O₃·nSiO₂·2H₂O. Размер частиц глинистых минералов не превышает 0,005 мм и благодаря своей гидрофильности и огромной удельной поверхности глины активно поглощают и удерживают воду. Именно глинистые минералы придают глине такие свойства как пластичность при увлажнении, прочность при высыхании и способность к спеканию при обжиге. Другие компоненты, входящие в состав глин, как минералы кварца, карбонатов кальция и магния и т.п., тоже, хотя и в меньшей степени, влияют на ее технологические свойства и качество готовых изделий.

Глины классифицируются по целому ряду показателей. Например, по отношению к действию высоких температур, различают глины:

• легкоплавкие – плавятся при t ниже 1350 ^оС;

• тугоплавкие – 1350…1580 ^оС;

• огнеупорные – выше 1580 ^оС.

По степени пластичности различают глины:

• высокопластичные (жирные) – легко формуются, но имеют высокую водопотребность (более 28%) и, как следствие, большую усадку при сушке (10…15%);

• малопластичные (тощие) – плохо поддаются формовке, требуют мало воды затворения (менее 20%) и, как следствие, небольшую усадку (5-7%);

• средней пластичности – водопотребность – 20…28%, усадка при сушке 7…10%;

Сушка и обжиг керамических изделий сопровождается уменьшением объема, называемого усадкой. Различают воздушную, огневую и полную усадку керамических изделий.

Воздушная усадка происходит при сушке сырых керамических изделий в результате удаления влаги и сближения глинистых частиц. В зависимости от вида глин она может достигать 10%. Огневая усадка происходит в процессе обжига керамических изделий в результате плавления и действия сил поверхностного натяжения, что сближает глинистые частицы. Огневая усадка в зависимости от вида глин составляет 2…8%. Полная усадка, это сумма величин воздушной и огневой усадок и составляет, как правило, 5…18%. Учитывается она при формовании сырых изделий с целью получения готовой продукции нужных размеров.

При производстве керамических изделий в глины, как правило, вводят различные добавки. По назначению их подразделяют на отощающие, порообразующие, пластифицирующие, специальные и плавни.

Отощающие добавки вводят, как правило, в жирные глины. Они уменьшают количество воды затворения, что сокращает размеры усадки, облегчают формовочный процесс и устраняют брак. В качестве таких добавок используют кварцевый песок, шамот, дегидратированную глину, золу, молотые шлаки и др.

Порообразующие добавки вводят с целью снижения плотности и теплопроводности керамических изделий. Они одновременно являются и отощающими добавками. По виду воздействия на керамический черепок различают выгорающие добавки (древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль и т.п.) и диссоциирующие с выделением газа, например, СО₂ (молотый мел, доломит и др.).

Пластифицирующие добавки вводят в тощие глины с целью повышения их пластичности. Например, поверхностно-активные вещества (СДБ – 0,1…0,3 %), ЛСТ, высокопластичные бентонитовые глины и другие вещества.

Иногда в глины вводят специальные добавки. Например, с целью повышения кислотостойкости вводят песчаные смеси, затворённые жидким стеклом. Для придания определенного цвета керамическому черепку вводят окислы металлов, для улучшения качества изделий – пирофосфаты и полифосфаты натрия и т.д.

Плавни вводят в керамические массы с целью понижения температуры спекания. К ним относят материалы, которые в процессе обжига взаимодействуют с глинистым веществом с образованием более легкоплавких соединений, чем глинистое вещество. Для этого используют стеклобой, полевые шпаты, перлит, мел, доломит, тальк и др.

Для улучшения внешнего вида керамических изделий применяют механическую обработку лицевой поверхности, глазурование, ангобирование, сериографию, шелкографию и другие способы.

Механическая обработка заключается в использовании специальных приспособлений, позволяющих получать рельефный рисунок в процессе или после формования изделий.

Ангобирование – это нанесение на лицевую поверхность изделий тонкого цветного слоя из беложгущихся или цветных глин толщиной 0,25…0,4мм с последующим обжигом. По ангобированной поверхности можно наносить также прозрачную глазурь.

Ангобирование керамических изделий имело широкое распространение еще в античном мире. На Руси такое покрытие называлось «побела».

Глазурование – это нанесение на лицевую поверхность изделий тонкого блестящего стекловидного или эмалевидного слоя толщиной 0,1…0,2мм, с последующим закреплением обжигом. По составу глазури представляют собой сложные смеси из легкоплавких соединений, пигментов и других компонентов. Различают прозрачные и непрозрачные (глухие), глянцевые, матовые, белые, цветные, тугоплавкие, легкоплавкие и другие глазури.

Сериография заключается в изготовлении по фотоснимку рисунка сетки – трафарета, при помощи которой красящий состав наносят на поверхность изделия, затем глазуруют и обжигают.