Очень часто дорожные сооружения и в частности мосты и путепроводы эксплуатируются в весьма жестких условиях. Это, например, воздействие влаги в сочетании с резкими перепадами температур и воздействие разнообразных химических реагентов природного и техногенного характера. Так взаимодействуя с находящимся в атмосфере углекислым газом и влагой щелочная составляющая бетона превращается в карбонат кальция. При снижении щелочности возможно начало процессов коррозии арматуры железобетона.
Другим общепризнанным фактором, способствующим снижению прочностных харак-
теристик железобетонных конструкций, является попадание на поверхность бетона и последующая диффузия внутрь конструкции водных растворов ионов хлора, являющихся активными катализаторами процесса коррозии металлов. Ионы хлора могут попадать как из природных минерализованных вод, так и при смывке осадками хлористого натрия, приносимого автотранспортом [1].
К сугубо техногенным агрессивным агентам можно отнести диоксид серы, образующийся при сжигании угля или торфа, а также при производстве целого ряда химических продуктов и попадающий на дорожные сооружения в виде кислотных дождей. По коррозионной активности диоксид серы ничем не уступает водорастворимым хлоридам, а по ряду параметров и превосходит их. Таким образом можно сделать следующий вывод: для длительной эксплуатации дорожных сооружений необходим защитный барьер, предохраняющий железобетонные конструкции от разрушения. Казалось бы, достаточно обработать поверхность дорожного сооружения атмосферостойким лакокрасочным покрытием с органическим связующим и все отрицательные факторы, способствующие разрушению железобетона, будут устранены[2]. Но практика показала, что этот тезис верен далеко не всегда. В чем тут дело? Оказывается, в процессе эксплуатации, особенно при прямом воздействии ультрафиолетового излучения, возможно повреждение покрытий, а попадающая
внутрь влага не имеет возможности испаряться с поверхности бетона. При этом все защитные характеристики резко снижаются. Одним из возможных вариантов для повышения сроков эксплуатации дорожных сооружений является гидрофобизация железобетонных конструкций.
При гидрофобизации химический реагент сравнительно глубоко (на несколько десятков миллиметров) проникает внутрь строительного материала. Хотя при этом пористая
структура сохраняется, строительный материал при этом приобретает значительные водоотталкивающие свойства. Гидрофобизирующим (водоотталкивающим) эффектом обладают многие химические вещества, например, высшие жирные кислоты и их сложные эфиры с высшими и многоатомными спиртами (жиры и воски), нафтеновые кислоты, высшие углеводороды и другие соединения [3].
Но подлинную революцию в вопросах гидрофобизации строительных материалов со-
вершили разработанные сравнительно недавно разнообразные кремнийорганические продукты.
Химия кремнииорганических соединений начала бурно развиваться после второй мировой войны. В нашей стране большой вклад в разработку и исследование новых кремнииорганических продуктов внес академик К.А. Андрианов. В настоящее время в России для промышленной гидрофобизации широко используют следующие продукты: олигоэтил-
(метил)гидридсилоксановые жидкости ГКЖ-94, ГЮК-94М, алкилсиликонаты натрия ГКЖ-10,
ГКЖ-11 и алкилалюмосиликанаты натрия АМСР.
Олигоэтил(метил)гидридсилоксаны нерастворимы в воде и обычно используются в виде водных эмульсий. При взаимодействии алкилгидридсилоксанов с содержащимся в бетоне гидроксидом кальция возможно протекание следующей реакции:
2(-Si-H) + Ca(OH)2-≫-Si-0-Ca-0-Si- + Н2О
При использовании алкилсиликонатов натрия они под действием углекислого газа содержащегося в воздухе разлагаются на алкилсилантриолы и полиалкилсилоксанолы вступающие в свою очередь в реакцию с оксидами и гидроксидами, входящими в состав бетона, образуя при этом гидрофобную пленку [4]. Алкилсиликонаты используют обычно в виде водных или водно-спиртовых растворов.
Как отмечалось выше, гидрофобные покрытия придают материалу лишь свойства несмачиваемости, не перекрывая пор строительных материалов. При работе в условиях воздействия на материал гидростатического напора действие гидрофобизаторов малоэффективно. В этом случае очень часто применяют комбинированное защитное покрытие, получаемое следующим образом: на первом этапе производят гидрофобизацию бетона какой-либо гидрофобизирующей жидкостью. На втором этапе проводят окраску гидрофобизированного материала атмосферостойкой органической или кремнийорганической эмалью. Для этих целей очень часто используют лакокрасочные материалы на основе алкидных, акрилатных, перхлорвиниловых, эпоксидных и других смол [3]. Но несомненно наиболее перспективными защитными материалами являются лакокрасочные покрытия на основе кремнийорганических смол. Основным их отличием от традиционных материалов является необычайно высокая атмосфероуcтойчивость [5]. Срок эксплуатации кремнийорганических покрытий может достигать нескольких десятков лет. К широко применяемым в строительстве кремнийорганическим материалам относятся эмаль КО-174, представляющая собой композицию на основе модифицированного кремнийорганического полимера, минеральных и органических пигментов и растворителей с временем сушки 2 часа, органосиликатный материал ВН-30, отверждаемый при введении катализатора, эмаль КО-168 и эмаль КО-286, представляющие собой суспензию модифициро-
ванного кремнийорганического лака, наполнителей и пигментов.
Однако, несмотря на все вышеперечисленные достоинства, кремнийорганическим покрытиям присущ ряд недостатков. Это, прежде всего, высокая стоимость материала и недостаточно высокие прочностные и адгезионные характеристики. Для повышения адгезионных и прочностных характеристик кремнийорганические смолы очень часто модифицируют органическими смолами (алкидными, эпоксидными, фенолформальдегидными и др.). Так, авторами была разработана композиционна кремнийорганическая эмаль ЭК ТУ 3122-001-05132433-00 на основе пипериленстирольного олигомера, совмещенного с тетраэтоксисиланом с добавками наполнителей и минеральных
пигментов. Испытания в климатической камере покрытия на основе данной эмали, нанесенного на бетон, показали, что материал характеризуется высокой атмосферной устойчивостью [6]. Высокую химическую устойчивость лаковой основы эмали можно объяснить тем, что при совмещении олигопипериленстирола и тетраэтоксисилана наблюдается протекание химических реакций, приводящих к образованию большого количества силоксановых и карбосилановых связей, характеризующихся высокой устойчивостью.
Таким образом можно сделать следующие выводы:
- Использование обычной поверхностной гидрофобизации для дорожных сооружений, работающих в жестких климатических условиях недостаточно, так как вследствие многократных циклов увлажнения и высыхания гидрофобное покрытие теряет водоотталкивающие свойства (подвергается гидрофилизации).
- Для надежной защиты бетона от воздействия агрессивных веществ целесообразно применение поверхностной гидрофобизации в сочетании с атмосферостойким лакокрасочным покрытием, так как даже при повреждении его влага не будет конденсироваться в порах бетона.
- В качестве защитного покрытия наиболее целесообразно использование лакокрасочных материалов на основе атмосферостойких кремнийорганических связующих модифицированных органическими смолами, так как при этом не только снижается стоимость, но и наблюдается возрастание прочностных и адгезионных характеристик.