Технология кровельных и гидроизоляционных материалов

скачать книгу бесплатно


где ?

, ?

, ?

– поверхностные натяжения на границах раздела соответствующих фаз 1, 2, 3.

Из уравнения видно, что смачиваемость уменьшается с ростом краевого угла смачивания ?, который для гидрофобных материалов больше 90°. При этом cos?величина отрицательная, а, следовательно, и разность ?

??

– величина отрицательная и желательно получение наибольшей ее величины при уменьшение ?

. Но ?

(вода-воздух) – величина постоянная и при t=20 °C равна 72,8 эрг/см

, поэтому необходимо максимально увеличивать?13 и уменьшать ?

. Для понижения ?23 необходимо выбирать материал, обладающий наименьшей полярностью на границе с воздухом.

За меру полярности удобно принимать диэлектрические свойства, например, диэлектрическую проницаемость. Она имеет малые значения для полимеров (от 2,4 до 2,9 для полиизобутилена) и битумов (от 2,5 до 3,0); для воды – 81,0.

Введение в битум минерального порошка с образованием асфальтового вяжущего повышает его диэлектрическую проницаемость (от 4,8 до 6,5). Поскольку замерить ?23 трудно, то основное внимание при разработке ГИМ следует уделять повышению величины ?

, т.е. избытку свободной энергии на границе гидроизоляции с водой, который увеличивается с понижением полярности ГИМ, т.к. полярность воды постоянная.

С приближением?к нулю работа адгезии переходит в работу когезии, равную W

=2?

. Таким образом, ГИМ 1 должен хорошо смачивать защищаемую поверхность 2, что характеризуется большим значением cos?

, но плохо смачивается водой 3, что характеризуется малым значением cos?

.

?

– краевой угол смачивания между фазами 1 и 2;

?

– краевой угол смачивания между фазами 1 и 3.

Рисунок 10 – Схема действия сил поверхностного натяжения на поверхности гидроизоляционного материала, смачиваемого водой

Таким образом, необходимо сочетать факторы, способствующие понижению ?

и повышению ?

, с экспериментальным определением величины угла?и вычислением обеих значений cos?.

Если ГИМ при испытании не дает тупого угла смачивания водой (отрицательного значения cos?), то на поверхность конструктивного материала следует нанести тонкий слой пленкообразного гидрофобного вещества. Создание гидрофобной поверхности (наружной и внутри пор) является одним из основных условий хорошей гидроизоляции.

Несмачиваемость поверхности гидроизоляционного слоя – необходимое, но не достаточное условие эффективной защиты конструкции от воздействия воды, т.к. последняя может проникать в материал вследствие капиллярного подсоса. В зависимости от степени гидрофобности стенок капилляра, их способности смачиваться водой изменяется высота или глубина подсоса воды. Если стенки капилляров гидрофобны, то вода в них не заходит, а оказавшаяся в них вода опустится ниже уровня окружающей водной среды.

Проникание воды в капилляры и поры материала предотвращается давлением, возникающим на менисках и направленным вдоль оси. Схема действия сил в капилляре гидрофобного материала представлена на рисунке 11.

1 – вода; 2- слой гидроизоляционного материала; 3- конструкция.

Рисунок 11 – Схема действия сил в капилляре

Величина капиллярного давления воды рассчитывается по формуле где ? – поверхность натяжения воды на границе с воздухом (при 20 °C равно 72,8 дин/см);

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с

;

?— краевой угол смачивания у менисков;

cos?— характеристика смачивания;

r – радиус капилляров или пор, см.

Таким образом, для повышения качества ГИМ необходимо уменьшать «r», увеличивать «?».

Это достигается:

1) уменьшение «r»: максимальным уплотнением гидроизоляционной массы;

проектированием состава зернистой смеси ГИМ по принципу наибольшей плотности с последующим заполнением оставшихся пустот вяжущим веществом;

2) увеличение «?» у менисков: достигают теми же способами, что и при снижении смачиваемости наружной поверхности гидроизоляционного покрытия (гидрофобизация).

Необходимо также предохранять поверхность изоляционного покрытия от посторонних наносов, не допуская механического проникновения их в поры. Наносы, обычно гидрофильные по своей природе, уменьшают краевой угол смачивания.

Таким образом, для предотвращения проникания капиллярной воды необходимо повышать плотность слоя изоляции и снижать полярность поверхности внутренних пор, капилляров и других полостей в материале, в том числе путем предварительной гидрофобизации заполнителей физической или химической адсорбцией.

Однако, проникновение воды вовнутрь ГИМ может происходить и вследствие диффузии ее от мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией. Местами концентрации воды являются «внутренние дефекты» структуры (гидрофильные частицы твердой высокодисперсной фазы), а также поверхностноактивные вещества (ПАВ), коллоидно растворяющие воду.

Для замедления диффузии необходимо:

1) не допускать в вяжущем водорастворимых примесей;

2) ограничивать в вяжущем содержание ПАВ с тем, чтобы после объединения вяжущего с минеральными компонентами не оставалось ПАВ в свободном состоянии;

3) тщательно обрабатывать композиционные смеси в мешалках.

3.2 Регулирование структурно-механических свойств ГИМ

Наряду с гидроизолирующей способностью ГИМ должны обладать достаточной прочностью, деформативностью и рядом других свойств.

Свойства ГИМ зависят от состава и структуры материалов, т.е. количество и качества вяжущего вещества, качества и количества наполнителей и заполнителей, технологии приготовления ГИМ, пористости материала. Основное свойство ГИМ – механическая прочность, определяемая при определенной температуре и скорости приложения нагрузки – обусловлено в основном прочностью вяжущего вещества оптимальной структуры, соотношением фаз и качеством заполнителя. Под соотношением фаз понимают количественное (по массе) соотношение дисперсной среды (С) и дисперсной фазы (Ф), т.е. С/Ф. Дисперсная среда в разных ГИМ – вода (цемент, бетон), битум, полимер, олигомер, коллоидный или истинный раствор и др., а дисперсная фаза – цемент и другие минеральные вяжущие, порошкообразные или иные наполнители.

4 Основы технологии ГИМ

Технология – наука о процессах и способах производства. Химическая технология – наука о методах и процессах химической переработки сырья в продукты, материалы и изделия.

При большом разнообразии технологии ГИМ можно выделить ряд типичных процессов и переделов общих для многих технологий. К ним относятся: подготовительные работы, перемешивание отдозированных компонентов, формование смеси и ее уплотнение, специальная обработка материалов и изделий.

4.1 Подготовительные работы

Цель подготовительных работ – придание сырью технологичного состояния, удобного для прохождения его по всей последовательности технологических операций. В них входят: дробление, помол, распушка и другие способы диспергирования сырья; фракционирование и очистка поверхности частиц; обогащение, т.е. повышение однородности сырья по массе и по качественным показателям. Эти операции зачастую совмещаются с физико-химической обработкой с целью повышения активности поверхности частиц или изменения ее полярности, поверхностного натяжения и др. К подготовительным операциям относятся также нагревание компонентов, высушивание и увлажнение.

4.2 Перемешивание

Перемешивание отдельных сырьевых компонентов и всей смеси – основная технологическая операция. При перемешивании наблюдаются процессы смачивания, растворения, набухания, формирования гетерогенных многофазных систем.

В производстве кровельно-гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, особенно с использованием полимеров, выбор типа смесителя определяет качество перемешивания, структуру (на микро- и макроуровне) готовой продукции.

Наиболее распространено механическое перемешивание в роторных смесителях принудительного действия.

Основой частью таких смесителей служит ротор, т.е. вращающийся вал с насаженным на нем фигурным валком. В рабочей камере смесителя расположены два валка, вращающихся навстречу друг к другу с разными скоростями. В камеру с помощью плунжера периодически подается перемешиваемая масса из отдозированных компонентов. Выгрузка перемешанной смеси осуществляется через днище, оборудованное скользящей дверцей, приводимой в действие пневмоцилиндром.

1 – загрузочная воронка; 2 – откидная дверца; 3 – пневматический цилиндр; 4 – запирающее устройство; 5 – камера смесителя; 6 – фигурные смесительные роторы; 7 – фундаментная чугунная плита; 8 – скользящая дверца разгрузочного устройства; 9 – пневматический цилиндр для перемещения нижнего затвора

Рисунок 12 – Роторный смеситель

Наряду с роторными используются смесители других конструкций как периодического, так и непрерывного действия: барабанные – стальные цилиндры, вращающие на цапфах; лопастные – имеют два лопастных вала, вращающихся навстречу друг к другу с разной скоростью и перемешивающие смесь в горизонтально либо вертикально расположенном корпусе; валковые – со смешением на вальцах, вращающихся навстречу друг другу при некотором зазоре между ними; червячные – типа шнеков; гравитационные – со свободным перемешиванием при падении смеси под действием силы тяжести.

Смесители СМБ. Имеют два вала, оборудованные Z-образными лопастями и расположенными в корпусе, состоящем из двух полуцилиндров. Привод от электродвигателя осуществляется на один из роторов, а на второй передается через шестереночную пару, расположенную снаружи корпуса. Смесь пластифицируется при прохождении ее через узкий зазор между корпусом и поверхностью ротора.

Рисунок 13 – Схема смесителя СМБ

Для выгрузки готовой смеси корпус посредством винтового механизма поворачивается вокруг оси приводного вала ротора на угол от 120° до 130°.

Некоторые смесители СМБ разгружаются посредством шнека, расположенного в нижней части корпуса. Рабочий объем смесителей: 100, 200, 400, 600 дм

.

Резиносмеситель (РС). Перемешивание осуществляется двумя роторами. У смесителя вместо крышки корпуса сверху располагается поршень с пневматическим приводом. В закрытом положении поршень увеличивает поверхность пластификации и качество ее. Возрастает производительность смесителя. Смесь выгружается через низ рабочей камеры, днище которой состоит из двух створок, открывающихся при помощи гидропривода. Рабочий объем смесителей 72, 250 и 600 дм

.

Шнековые смесители. Представляют собой корпус, в котором размещены два вала с насаженными на них кулачками. Кулачки обоих роторов по длине имеют различную форму двоякой кривизны или треугольную с выгнутыми наружу поверхностями. Корпус имеет паровую рубашку, штуцера для подачи компонентов. Роторы вращаются синхронно в одну сторону; вращение передается от электродвигателя и редуктора через систему шестерен. Мощность привода смесителя СН-800 – 180 кВт при числе оборотов n=80 мин