Роль высолов при отслаивании полимерного покрытия с поверхности лицевого керамического кирпича

Г.И.Яковлев, д-р техн. наук профессор, П.А.Тайбахтина, инженер, И.Г.Чиркова, инженер, О.В.Елькина, инженер. Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова, г. Ижевск

В настоящее время большую актуальность приобретает проблема образования высолов на фасадах строящихся и эксплуатируемых зданий. Высолы не только портят внешний облик здания, но и могут привести к шелушению кирпича в кладке и, как следствие, снижению его прочности [1]. Особое значение приобретают высолы, формирующиеся в керамическом кирпиче, облицованном полимерными термопластичными красками. Вследствие перекристаллизации солей при изменении влажности окружающей среды происходит отторжение полимерного покрытия и его разрушение.

В данной работе были проведены исследования ограждающих стен здания жилого дома с облицовкой из керамического кирпича с полимерным покрытием. В качестве теплоизоляции использовано два слоя плит из минеральной ваты и силикатный газобетон автоклавного твердения.

Характерные повреждения полимерного слоя отмечаются в кирпичной кладке на выступающих участках стен (рис. 1, а), подверженных длительному воздействию воды из-за отсутствия металлических фартуков, защищающие стены от воздействия атмосферной влаги. Результаты визуального обследования показали, что вследствие отторжения полимерного покрытия кристаллизующимися солями (рис. 1, б), поверхность кирпича в наружной версте имеет многочисленные отслоения (рис. 1, в).

Повышенная влажность кирпича возникает также при изменении влажности окружающей среды, и наиболее ярко она проявляет себя в весенний период проявлением высолов на кирпичной кладке. Это результат активной миграции влаги через ограждающую конструкцию на внешнюю поверхность кладки. При этом все растворимые компоненты в кирпичной кладке выходят на поверхность кирпича в виде растворов. Вода из раствора испаряется, а соли кристаллизуются в кирпиче, отторгая полимерное покрытие за счет кристаллизационного давления [2].

Наибольшую опасность представляют оксиды щелочных металлов: оксид натрия и оксид калия, присутствующие как в глине, используемой при производстве кирпича, так и в составе кладочного раствора на основе портландцемента. При воздействии на них влаги они переходят в щелочи, которые легко вступают в обменные реакции с образованием растворимых солей, таких как карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты натрия и калия. Все эти соли способны присоединять несколько молекул кристаллогидратной воды, при этом, как правило, объем некоторых солей может возрасти в несколько раз [3].

Ситуация осложнена тем, что в процессе производства работ по облицовке стен кирпичом часто допускаются нарушения, сопровождающиеся перекрытием вентиляционных зазоров кладочным раствором, ухудшающим вентиляцию теплоизоляции (рис. 2). Для исключения дополнительного увлажнения стен при их возведении и эксплуатации при аналогичных конструктивных решениях оставляются вентиляционные отверстия в виде незаполненных вертикальных швов в лицевой кладке стен, которые в ряде случаев проектировщиками упускаются из вида.

С целью выявления химического состава высолов был проведен отбор солей с кирпичной кладки на одном из зданий г. Ижевска, построенных по каркасной технологии. Для определения химического состава отобранной соли использовали ИК-Фурье спектрометр «Spektrum One». Анализ проводился в области частот 4000 - 650 см^-1.

На ИК-спектре высолов (рис. 3) зафиксированы линии поглощения, 1132, 638, 615 соответствующие сульфату натрия Na2SO4. Так же присутствует линия поглощения 1097 см^-1, соответствующая группировке Si-О-Si(кремнекислородный анион, являющийся структурной составляющей кварцевого песка) [4]. Наличие этой линии связано с переносом составляющих кирпича при отборе высолов. Линии поглощения 1431 см^-1 и 874 см^-1 соответствуют наличию в высолах незначительного количества карбонатов кальция, образующихся при карбонизации гидроксида кальция, вымывающегося из кладочного раствора. Линии 3414 см^-1 и 1618 см^-1 показывают наличие кристаллогидратной воды в структуре сульфата натрия.

Следовательно, основой высолов является сульфат натрия, который формируется из оксида натрия, присутствующего в составе портландцемента, используемого в растворе для приготовления кладочного раствора. Содержание оксида натрия в кладочном растворе не должно превышать 0,1 % [5]. В то же время химический анализ кладочного раствора, показал содержание оксидов натрия в пределах 1,74 %, серы в пределах 0,14 %.

Раствор сульфата натрия проступает из кирпичной кладки и создает кристаллизационное давление на границе межфазного слоя между кирпичом и полимерным покрытием, отслаивая и разрушая его. Наибольшее давление создается при повышении влажности окружающей среды свыше 70 % при температуре более 20°С (рис. 4) вследствие перекристаллизации безводного сульфата натрия Na2SO4 в 10-водный кристаллогидрат Na2SO4·10H2O, при этом происходит увеличение его объема на 311 % [3, 6, 7]. Процесс перекристаллизации сопровождается возникновением значительных давлений на границе между поверхностью кирпича и полимерной пленкой. Таким образом, кристаллизующаяся на поверхности кирпича соль увеличиваясь в объеме, приводит к отслаиванию полимерной пленки.

При исследовании микроструктуры сколов полимерного покрытия под цифровым USB-микроскопом с увеличением до 200-крат (рис. 5, а) и растровым электронным микроскопом с увеличением до 2500 крат (рис. 5, б) установлено наличие микропор размером 15 - 20 мкм, через которые происходит паро- и воздухообмен через кирпичную кладку, сопровождающийся миграцией растворов солей с последующей их кристаллизацией (рис. 5, б).

В процессе дальнейшей перекристаллизации солей под полимерным покрытием происходит увеличение объема кристаллов, отделяющих полимерный слой от поверхности кирпича.

Следовательно, основной причиной отслоения полимерной пленки на поверхности кирпича является кристаллизационное давление солей, которые кристаллизуются под пленкой вследствие миграции растворов солей, поступающих из кладочного раствора через микропоры и микротрещины в структуре керамического кирпича.

Таким образом, проведенные исследования показали, что высолообразование инициируется, прежде всего, средой, в контакте с которой находится керамический кирпич и воздействием окружающей среды (прежде всего влажностью). Вследствие достаточно высокой пористости керамического черепка, растворимая соль начинает мигрировать через поры кирпича, выходит на поверхность кирпича под полимерную пленку. Образующиеся кристаллы солей при перекристаллизации увеличиваются в объеме и отслаивают полимерную пленку от поверхности кирпича.

Список литературы

1. Яковлев Г.И., Гайлюс А. Солевая коррозия керамического кирпича // Стекло и керамика. № 10, 2005. – с. 20 – 22.

2. Ориентлихер Л.П., Логанина В.И. Защитно-декоративные покрытия бетонных и каменных стен: Справ. пособие. – М.: Стройиздат, 1993.

3. Инчик В.В. Солевая коррозия кирпичной кладки // Строительные материалы. № 8, 2001. - с. 35 - 37.

4. Вяжущие, керамика и стеклокристалические материалы: Структура и свойства: Справочное пособие / Горшков В.С., В.Г. Савельев, А.В. Абакумов. - М.: Стройиздат, 1994 . - 584 с.

5. Тейлор Х. Химия цемента. Пер. с англ. - М.: Мир, 1996. - 560 с.

6. Flatt R.J. Salt damage in porous materials: how high supersaturations are generated. Journal Crystal Growth, Vol. 242 (3-4), 2002. p. 435 - 454.

7. Bassuoni M.T., Rahman M.M. Response of concrete to accelerated physical salt attack exposure. Cement and Concrete Research, Vol. 79, 2016. p. 395 - 40