§ 2.2. Пропиточная гидроизоляция сборных элементов (ч. 2)

Пропитка в открытых ваннах. Такая пропитка при атмосферном давлении наиболее проста — органическая жидкость проникает в поры камня только под действием капиллярных сил. При этом сочетаются два физико-химических процесса: двухмерная миграция наиболее поверхностно-активных компонентов пропитывающей жидкости и вязкое течение ее по порам камня под действием капиллярных сил.

В свое время акад. П.А. Ребиндером была доказана адсорбционная природа первоначального движения пропитывающей жидкости. В дальнейшем нами было показано, что при пропитке битумами происходит избирательная адсорбция наиболее поверхностно-активных компонентов битума — асфальтенов, которые в результате двухмерной миграции несколько опережают битум, заполняющий капилляры камня, создавая зону адсорбционного смачивания, где содержание асфальтенов на 5—6 % выше, чем в объемном битуме. Это очень важно, так как способствует гидрофобизации поверхности камня, смачиванию его битумом и образованию вогнутых менисков в капиллярах камня, которые и создают втягивающее капиллярное давление; это явление иллюстрируется данными табл. 2.13 по пропитке мела.

Таблица 2.13

Характеристика гидрофобизации мела при пропитке его нефтяным битумом

Вид поверхности Краевой угол смачивания водой Коэффициент гидрофильности
Непропитанный белгородский мел +1,0
Нефтяной битум БНД 40/60 в объемном состоянии 90° 0,0
Масла, выделенные из битума 86° +0,07
Смолы, выделенные из битума 116° –0,44
Мел пропитанный:
   битумом БНД 40/60
   маслами из битума
   смолами из битума
   асфальтенами из битума

129°
120° 30"
127°
144° 30"

–0,69
–0,51
–0,60
–0,81
Мел, пропитанный каменноугольным пеком 130° –0,64
 

Возникающее капиллярное давление, развивающееся от вогнутого мениска и вызывающее впитывание пропитывающей жидкости в пору-капилляр, можно выразить законом Пуазейля:

,
(2.1)
 

где σ — поверхностное натяжение жидкости; θ — краевой угол смачивания на границе с порой в камне. Тогда глубину пропитки lпр в зависимости от времени t выражают формулой

;
(2.2)
 

здесь η — вязкость пропитывающей жидкости; r — радиус поры капилляра.

Применимость последней формулы была доказана в результате изучения пропитки мела разжиженным битумом при разном соотношении битума и бензина, однако непосредственное решение этого уравнения из-за трудности определения констант, входящих в него, действия противодавления внутри пропитываемого изделия, полидисперсности пор-капилляров и мозаичности внутренней поверхности пор в бетоне затруднено; поэтому нами было предложено аппроксимировать данную зависимость степенной формулой:

,
(2.3)
 

где kпр и n — эмпирические коэффициенты пропитки (рис. 2.4 и табл. 2.14).

Кинетика пропитки пористых камней органическими вяжущими
Рис. 2.4. Кинетика пропитки пористых камней органическими вяжущими (по опытам Н.С. Покровского, Е.Д. Федотова и автора)
а — пропитка в открытых ваннах; б — автоклавная пропитка под давлением 1 — пропитка кирпича битумом БН 90/30; 2 — то же, каменноугольным пеком; 3 — пропитка гипса битумом БН 90/30; 4 — пропитка мела разжиженным битумом (с = 40 %); 5 — то же, битумом БН 90/30; 6 — то же, каменноугольным пеком; 7 — пропитка бетона парафином; 8 — то же, озокеритом; 9 — то же, петролатумом; 10 — то же, жидким битумом Б-5; 11 — то же, эпоксидно-метилметакрилатным компаундом; 12 — то же, мягким битумом БН 180/130; 13 — то же, каменноугольным пеком; 14 — то же, битумом БН 130/80; 15 — то же, битумом БН 90/30; 16 — то же, эпоксидно-стирольным компаундом; 17 — пропитка асбестоцемента эпоксидными компаундами; 18 — пропитка пористого бетона битумом БНД 40/60; 19 — то же, плотного бетона марки 300
 

Скорость пропитки достаточно мала и зависит главным образом от вязкости пропитывающей жидкости, что видно из первых строк табл. 2.14, где зависимость скорости от времени аппроксимирована по квадратичной параболе. Еще более медленно идет пропитка мелкопористого бетона, поэтому ее технология развивается путем повышения температуры пропитки, создания дополнительного перепада давления.

Таблица 2.14

Характеристики процесса пропитки пористых камней

Пропитываемый камень Пропитывающий материал Температура пропитки, ° С Вязкость, Па·с Коэффициенты
kпр n
Мел, мягкий известняк Нефтяной битум БНД 40/60
Каменноугольный пек
Сланцевый битум БС-2
Разжиженный битум — 40 %
180
150
180
20
0,75
5,8
0,8
0,1
0,64
0,54
0,64
0,74
2,2
3,0
2,5
1,86
То же Нефтяной битум БНД 40/60
То же
Каменноугольный пек
То же
Сланцевый битум БС-2
То же
170
180
140
150
130
140
1,6
0,75
7,2
5,8
1,82
1,53
0,38
0,61
0,42
0,53
0,25
0,62
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
Цементный раствор 1:3 В/Ц = 0,4 Нефтяной битум БНД 40/60
   БНД 130/180
   БНД 180/280
180
180
180
1,10
0,80
0,50
0,03
0,12
0,20
8,67
2,84
2,84
Цементный бетон марки
300
Нефтяной битум жидкий Б-5
Каменноугольный пек
Петролатум
Озокерит
Парафин
130
160
115
115
80
0,43
0,90
0,12
0,25
0,04
0,33
0,20
0,41
0,68
0,75
3,39
3,92
2,16
2,35
2,17
То же Стирол-мономер
Метилметакрилат
Эпоксидно-стирольный компаунд
Эпоксидно-метилметакрилатный компаунд
20
20
5
5
0,02
0,05
0,54
1,28
0,86
0,78
0,69
0,28
2,11
2,21
2,25
4,04
Пористый кирпич Нефтяной битум БНД 40/60
Каменноугольный пек
180
160
1,10
0,90
0,95
0,50
1,03
1,52
 

Повышение температуры термопластичных веществ весьма существенно снижает их вязкость, однако предел допустимого нагрева определяется термоокислительными процессами карбонизации и полимеризации органических веществ, которые приводят к увеличению вязкости со временем. Например, при температуре 220° С уже через 2 ч прогрева вязкость битума возрастает на 10 %. Поэтому температуру пропитки ограничивают (табл. 2.15), а пропитываемое изделие тщательно высушивают, причем скорость его нагрева и остывания после пропитки также должна быть ограничена во избежание появления в нем избыточных температурных напряжений.

Таблица 2.15

Температурный режим ванн для горячей пропитки

Характеристика режима Пропитка железобетона Пропитка асбестоцемента
битумом пеком петролатумом пеком петролатумом
Скорость нагрева крупных изделий, °С/ч 10—25 10—25 10—25 30—50 30—50
Максимальная температура сушки, ° С 200 200 150 180 150
Нормальная температура пропитки, ° С 190 180 130 190 130
Максимально допустимые скачки, ° С До 220 До 200 До 150 До 200 До 160
Температура ванны при выгрузке, ° С 100 140 70 140 70
Скорость охлаждения изделия, ° С/ч 10—25 10—25 10—25 30—50 30—50
 

В комплект пропиточной установки входят: камера нагрева или сушильная камера; пропиточная ванна и камера охлаждения; битумоплавильня для подготовки и нагрева органического вяжущего; система обогреваемых циркуляционных битумопроводов и насосов для перекачки вяжущего. Для этой цели во ВНИИГе и Ленинградском отделении «Теплоэлектропроект» разработаны специальные (рис. 2.5) установки [25].

Технологическая схема пропиточной установки для пропитки нефтяным битумом или каменноугольным пеком в открытых ваннах
Рис. 2.5. Технологическая схема пропиточной установки для пропитки нефтяным битумом или каменноугольным пеком в открытых ваннах