15

Лекция

МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫСОЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ КЕРАМИЧЕСКИХ ФАСАДНО-АРХИТЕКТУРНЫХ ИЗДЕЛИЙ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

(СЛАЙД 1) На сегодняшний день мы с вами имеем возможность наблюдать активное развитие гражданского строительства. По данным Госкомстата в январе-сентябре 2006 года объемы строительных работ выросли примерно на 8 % по сравнению с тем же периодом прошлого года. Интересно, что в этом году в отличие от прошлого года именно строительство является одним из локомотивов экономического роста в Украине. При этом постоянно повышаются требования к качеству и комфортности жилья, а также внешнему виду зданий. Это естественным образом влечет за собой и рост требований к качеству строительных материалов. Сегодняшний потребитель, начиная от индивидуального застройщика и заканчивая крупными строительными кампаниями, требует не только долговечных материалов, но и привлекательных по внешнему виду. Одно из ведущих мест в ряду таких материалов занимает архитектурно-фасадная керамика, в частности облицовочный кирпич. Эти изделия, при их высоких эксплуатационных характеристиках, разнообразии цветов и форм могут удовлетворить самого взыскательного потребителя, а потому являются весьма актуальным и востребованным материалом в современном строительстве.

В то же время в технологии и эксплуатации облицовочного кирпича время от времени возникает проблема, которая уже имеет свою историю и, к сожалению, до сих пор не утратила своей актуальности. Она связана с появлением на лицевых поверхностях изделий минеральных выцветов и солевых образований.

Можно выделить три основных этапа жизненного цикла материала, когда эти новообразования могут в той или иной степени проявляться на изделиях (СЛАЙД 2). Во-первых, это технологический этап; при отсутствии высолов на готовых изделиях они могут появиться при выполнении строительных работ, как на поверхности изделия, так и на поверхности строительных швов; они также могут появляться с течением времени на фасаде уже построенного здания.

Механизм высолообразования известен (СЛАЙД 3) и в общем случае сводится к миграции водно-солевых растворов по каналообразующим порам материала с последующим их выходом на поверхность и кристаллизацией. Из приведенной схемы видно, что главными факторами, запускающими этот механизм, являются: наличие транспортных путей в самом материале, наличие определенного количества влаги, градиента влажности, и, наконец – наличие самих водорастворимых солей.

Состав солевых и других образований весьма разнообразен (СЛАЙД 4). В таблице приведены наиболее часто встречающиеся соли, появление которых возможно на любом из перечисленных этапов жизненного цикла материала. Механизм проявления солей также в основном укладывается в вышеприведенную схему, за исключением минеральных образований (в основном типа ПШ), которые могут синтезироваться в процессе обжига изделий и затем оставаться в составе неразложившихся солей.

Если анализировать качественный состав солей во взаимосвязи с этапами их возможного возникновения (СЛАЙД 5), то можно отметить, что:

• на технологическом этапе наиболее вероятно образование и проявление SO₄- тов и минеральных новообразований (Cl-ды, NO₃-ты, CO₃-ты встречаются редко, так как они разлагаются при обычных температурах обжига изделий);

• при проведении строительных работ наиболее вероятно образование Cl-дов, CO₃-тов и SO₄- тов, а также их кристаллогидратов (образуются при твердении кладочных растворов или в результате взаимодействия компонентов раствора с атмосферными газами);

• при эксплуатации сооружения возможен полный набор солей, включая и NO₃-ты, которые являются результатом загрязнений биологического характера.

Все соли портят внешний вид зданий, какого бы цвета они ни были (СЛАЙД 6). Некоторые из них к тому же оказывают разрушающее действие на материал. К таким солям относится, прежде всего, сульфатная группа, в частности - легко кристаллизующиеся сульфаты Na и Mg, кристаллогидраты сульфатов натрия и магния, двойные соли сульфатов Na и Mg и их кристаллогидраты. Аналогичное действие оказывает также К₂SO₄ при образовании им комплексных кристаллогидратов. В то же время СаSO₄, образуя высолы, материал не разрушает.

Это можно объяснить различной кристаллизационной силой солей (СЛАЙД 7).

Кристаллизационную силу можно оценить по значению кристаллизационного давления, которое для Na₂SO₄ и MgSO₄ велико, в отличие, например от СаSO₄. Известны данные, что при переходе тенардита в глауберову соль объем образовавшихся кристаллов составляет 311 % по отношению к первоначальному объему, а при образовании кристаллогидрата соды – 148 %. При присоединении воды к сульфату кальция изменения объема практически не происходит. С этих позиций легко объясняется различная разрушительная сила солей.

Факторов, которые влияют на скорость солевого отложения, концентрацию отложения (другими словами, интенсивность отложения) очень много. Их логично рассматривать в зависимости от того, на каком этапе жизненного цикла материала наблюдается проявление этого негативного эффекта (СЛАЙД 8). Если рассматривать технологический этап, то наиболее важными производственными факторами являются:

• Качество сырья (наличие в нем водорастворимых и других солей, а также вредных примесей);

• Режимы сушки и обжига;

• Параметры структуры готового материала как результат всего технологического процесса (в частности, величина капиллярной пористости).

При проведении строительных работ (СЛАЙД 9) значимыми факторами являются:

• Качество строительного раствора (тип вяжущего, наличие водорастворимых солей, добавок);

• Параметры структуры керамического материала.

Появление высолов на стенах эксплуатируемых зданий (СЛАЙД 10) в основном связано:

• Со структурными особенностями материала, а также строительного шва (его пористостью, влагопроницаемостью);

• Немаловажное значение имеет также фактор внешней среды, особенно в мегаполисах, где имеет место высокая загрязненность атмосферы сернистыми газами.

Нетрудно заметить, что во всех 3-х приведенных схемах в качестве основного присутствует фактор структуры готового материала, от которого, если вспомнить механизм высолообразования, зависит интенсивность протекания этого процесса на любом из этапов жизненного цикла материала. Структура материала формируется при его изготовлении на производстве, а поэтому оптимизация именно производственных факторов является, на наш взгляд, эффективным методом предотвращения появления солевых образований.

На сегодня существует множество способов борьбы с высолами и мероприятий по предотвращению их появления на поверхности изделий. Эти мероприятия охватывают как производственные, так и специальные меры по ликвидации высолов на этапе строительства и последующей эксплуатации строительной конструкции (СЛАЙД 11). Не останавливаясь подробно на «ликвидационных» мерах, используемых при строительстве и эксплуатации зданий, коротко осветим технологические способы устранения высолов в процессе производства материала.

В сжатом виде они представлены в приведенном перечне (СЛАЙД 12). Это использование добавок, которые «работают» по механизму химического и физико-химического связывания солей; минимизация формовочной владжности, отработку параметров сушки изделий с целью недопущения выхода солей на поверхность на этом переделе; регулирование режима обжига с целью максимально возможной десульфурации изделий. И хотя все приведенные приемы имеют право на жизнь, и каждое предприятие само решает вопрос о целесообразности (в том числе и экономической целесообразности) использования того или иного приема.

Далее мы остановимся на особенностях технологических приемов устранения высолов.

Технологические методы устранения высолов

1.Нанесение защитных покрытий на свежеотформованный сырец

Одним из способов борьбы с высолами на керамических стеновых изделиях является нанесение на лицевую поверхность свежеотформованного сырца разных пленок и других защитных покрытий. Однако его можно применять только для малозасоленных глин, содержащих не более 0,1% сSO₃. Это наиболее эффективный этот способ для защиты лицевой поверхности кирпича от высолов, образующихся в результате агрессивного действия дымовых газов, включая серный ангидрид SO₃, при сушке сырца в туннельных и камерных сушилках.

Для нанесения пленок используют разные пленкообразующие вещества, которые представляют собой растворы твердой синтетической смолы или битума в легколетучем растворителе. В качестве пленкообразующих растворов используют, например, 15-30% - ной раствор инден-кумароновой смолы в толуоле или раствор твердых битумов в уайт-спирите или бензине в соотношении 1:3 [5].

Приготовление растворов осуществляется в пропеллерных мешалках с подогревом. Готовый раствор перед применением перемешивается и наносится на две или три смежные лицевые поверхности свежесформованного бруса, выходящего из мундштука ленточного пресса, методами полива или распылением посредством пистолетов - распылителей в герметизированной камере в целях пожаро- и взрывоопасности.

Легколетучие растворители, например, бензин, уайт-спирит, толуол, и другие, испаряются из раствора в начале процесса сушки, а на лицевой поверхности сырца образуется тонкая гидрофобная пленка, что защищает изделия от агрессивных дымовых газов. В процессе обжига при температуре не выше 250 °С пленка сгорает, и лицевая поверхность обожженного кирпича имеет натуральный цвет без высолов и пятен.

Применяется также способ маскировки высолов с одновременным получением фактуры на поверхности лицевого кирпича путем пескоструйной обработки лицевой поверхности свежесформованного бруса [6]. Оборудование для пескоструйной обработки, размещенный между ленточным прессом и резательным автоматом, состоит из пескоструйной камеры с закрепленными на шарнирах соплами для нанесения песка, резервуара для песка, системы шлангов и компрессора. Возле исходного отверстия пескоструйной камеры установлены валики, осуществляющие давление на поверхность бруса после пескоструйной обработки. В качестве офактуривающего материала применяют кварцевый песок, в том числе искусственно окрашенный MnO₂, Cr₂O₃, CoO в соответственно коричневые, зеленые и синие тона. Кирпич, офактуренный окрашенным кварцевым песком, выпускается ровного однотонного цвета, при этом высолы полностью маскируются.

Существует способ получения прозрачного стекловидного защитного покрытия на лицевых керамических изделиях, согласно которому на свежеотформованный сырец наносят водяную суспензию измельченного в порошок стекла, содержащего глинозем и известь, а затем изделия сушат и обжигают.

Свежесформованные изделия можно покрывать слоем клейстера из низких сортов ржаной муки или каким-нибудь другим органическим клеем, который впитывает выступившие на поверхность в процессе сушки растворимые соли. При обжиге мучной клейстер или другой органический клей вместе с налетом соли полностью сгорают.

2.Офакутривание поверхности сырца

Офактуривание поверхности изделия осуществляют большей частью для маскировки высолов, а не для предотвращения их образования. Так для маскировки высолов на поверхности лицевых изделий предлагается покрывать поверхность сырца суспензией кирпичной муки (шамота) в органической жидкости [7]. Использование для закрашивания поверхности сырца пигментов, равномерно распределенных в органической жидкости, при обжиге изделий в печи, работающей на жидком топливе, и при максимальной температуре обжига 1100 °С, обеспечивает получение глянцевой закрашенной поверхности, свободной от высолов и пятен.

Применяют также метод офактуривания свежесформованного глиняного бруса, выходящего из мундштука ленточного пресса, зернистой смесью, в состав которой входят частицы стекла, плавикового шпата, кварцевых зерен или гранулированного шлака, жидкого стекла и окрашивающих окислов металлов. За счет добавки плавикового шпата образуется кристаллическое быстро отвердевающее покрытие, защищающее поверхность кирпича от высолов и вместе с тем достаточно воздухопроницаемое при эксплуатации изделий для внешних стен зданий. В смесь целесообразно добавлять небольшое количество оксида алюминия и карбоната натрия для получения интенсивно и равномерно спеченной массы. При использовании зернистых материалов, в зависимости от размера зерен и выбора окрашивающих оксидов на лицевой поверхности кирпича в процессе ее обжига образуется стеклокристаллическое цветное покрытие [8].

Иногда применяют также способ обработки лицевой поверхности свежесформованного бруса, выходящего из мундштука ленточного пресса, щеткой или суконкой заглаживающей лицевую поверхность бруса, в результате чего выход капилляров закрывается и капиллярная влага двигается к нелицевым поверхностям изделия, где и выделяются высолы [9].

Разработанный метод получения лицевого кирпича с шероховатой поверхностью путем обработки двух сторон глиняного бруса плоскими щетками, совершающими колебательное движение. Плоские щетки, размещенные между мундштуком пресса и резательным автоматом, представляют собой металлические пластины, на каждой из которых в шахматном порядке размещены стальные иглы на расстоянии одна от другой 8-10 мм длиной 7 мм. Глубина прокола иглами -2-3 мм от поверхности бруса. Изменяя диаметр и размещение игл на щетке, частоту ее колебаний или заменяя иглы металлическими лентами разной конфигурации, можно расширить ассортимент орнаментов на изделиях [10]. На поверхности обожженного кирпича, обработанного плоскими щетками, почти не заметные отдельные высоли и выцветы, очень заметные на гладкой поверхности.