Гидрофобизирование - защита строительных конструкций от влаги - один из самых эффективных методов повышения теплосопротивления минеральных строительных материалов, продления срока их службы и улучшения экологичности зданий. Поэтому российская промышленность осваивает производство все новых видов гидрофобизаторов, а технология их использования уже хорошо отработана.

500 слов о вреде воды

Традиционные минеральные строительные материалы - такие, как бетон, керамический и силикатный кирпич, - являются гидрофильными (буквальный перевод: любящие воду), то есть смачиваемыми водой. Кроме того, данные материалы пористы и гигроскопичны, то есть способны впитывать влагу с поверхности и транспортировать ее вглубь. Эти особенности минеральных строительных материалов приводят к тому, что во время дождя или при увлажнении иным путем они насыщаются водой.

Хорошо просматривающимися и потому легко контролируемыми источниками попадания влаги в стены зданий являются атмосферные осадки, грунтовые воды, разрушенная водопроводная или канализационная система. Однако, если попадание воды из этих источников полностью исключено, стены все равно могут отсыреть зимой. Ведь теплый воздух, как известно, содержит больше водяных паров, чем холодный. Поэтому теплый, заполняющий обитаемое помещение воздух, соприкасаясь с холодной стеной и охлаждаясь в ней, выделяет часть воды уже в виде жидкости, осаждающейся каплями конденсата. Эти капли поглощаются гигроскопичным материалом, из которого сооружена стена. Повинуясь законам физики, влага по капиллярам движется в сторону низких температур, то есть к наружной поверхности стены. Стена отсыревает.

Насыщение ограждающих конструкций зданий водой приводит к снижению теплосопротивления стен (установлено, что наличие в стене влаги в количестве 1% сверх нормативно-равновесного значения понижает теплосопротивление на 7 - 10%), а также увеличению влажности воздуха в помещении (жилой комнате, офисе или промышленном цехе). А относительная влажность воздуха более чем 70%, нередко отмечаемая в помещениях, огражденных отсыревшими стенами, уже вредна для здоровья. Во влажном воздухе человеку становится зябко при более высокой температуре, чем в сухой атмосфере. Летом наружные поверхности стен нередко нагреваются до температуры более высокой, чем внутренние, поэтому влага мигрирует в сторону помещения. В зданиях с отсыревшими стенами повышенная влажность нередко сохраняется и летом - в сухую, жаркую погоду.

Примечание. Защита строительных конструкций от влаги является важнейшей мерой по повышению срока службы стройматериалов и улучшению эксплуатационных свойств здания.

Помещение, огражденное сырыми стенами, быстрее теряет тепло в случае прекращения подачи горячей воды при аварии тепловой сети. На сырых поверхностях чаще появляется плесень, вследствие чего происходит заражение жилища спорами грибов, которые разрушают стройматериалы и могут вызвать аллергию и другие заболевания у людей. Следует отметить и то, что влажная стена поглощает из воздуха оксиды серы и азота. Растворившись в воде, они превращаются в сернистую, серную и азотную кислоты - вещества, разрушающие цементные, известковые материалы и силикатный кирпич.

Повторяющиеся циклы высушивания и намокания и особенно замораживания и оттаивания зимой сильно напрягают материал, из которого сложены стены. Вода в порах материала при замерзании увеличивается в объеме примерно на 10%, что создает в них давление более 200 МПа. Под действием такого внутреннего давления растрескиваются даже очень прочные материалы. Следовательно, повышение долговечности материала и улучшение его эксплуатационных свойств связаны прежде всего с защитой от насыщения водой.

Итак, попадание влаги в стену приводит к следующим негативным последствиям:

- снижаются теплоизолирующие свойства ограждения;

- повышается влажность воздуха в помещении, что ухудшает условия проживания в нем;

- происходит ускоренное разрушение несущих материалов.

Лекарство против влаги

Чтобы ликвидировать или, по крайней мере, минимизировать нежелательные последствия увлажнения стеновых материалов, используется гидрофобизирование строительных конструкций - обработка поверхности стен веществами, названными гидрофобизаторами (растворами или эмульсиями), состоящими из действующей субстанции - чаще всего кремнийорганического вещества (олигомер или полимер) и носителя - воды, или органического растворителя, или их смеси.

Носитель, смачивая материал, проникает внутрь по его порам и капиллярам, вовлекая туда и действующую субстанцию. Затем жидкость испаряется, а субстанция осаждается на поверхности в виде мономолекулярной пленки, толщина которой настолько мала, что практически не уменьшает диаметр пустот, не снижает их паро- и воздухопроницаемости.

Отложившись в материале на поверхности всевозможных пустот, субстанции превращают их из гидрофильных в гидрофобные - не смачиваемые водой, негигроскопичные. По таким поверхностям жидкая вода уже не может передвигаться, однако движение паров не прекращается. Следовательно, стена не лишается способности "дышать", не препятствует движению паров воды от теплых поверхностей к холодным, но перестает поглощать влагу. Таким образом, гидрофобизирование позволяет избежать всех описанных выше негативных последствий, которые порождаются жидкой водой в стене.

Гидрофобизирование придает бетону еще одно свойство: замедляется процесс карбонизации извести, который происходит в цементной матрице под воздействием имеющегося в воздухе углекислого газа, что приводит к повышению устойчивости стальной арматуры к коррозии.

Гидрофобизаторы отечественного производства

Первым гидрофобизатором, который появился в нашей стране еще в шестидесятых годах прошлого века, было вещество, названное ГКЖ-10. (Аббревиатура "ГКЖ" раскрывается как "гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость".) По своей химической сути это 30%-ный водный раствор кремнийорганического вещества, называемого "этилсиликонат натрия".

Данная жидкость в советское время в заметных объемах и с большим эффектом использовалась в строительстве для гидрофобизирования железобетонных, кирпичных сооружений, известняковых облицовок. Ярким и убедительным примером эффективности гидрофобизирования является произведенная около 30 лет назад обработка стен только что построенного в Нижегородском кремле здания горьковского обкома КПСС (ныне здание областной администрации). Его стены облицованы плитами из инкерманского известняка - белого камня, красивого, но очень пористого, малопрочного, совершенно неморозостойкого. За несколько лет до этого такими же плитами было облицовано здание драмтеатра в г. Владимире. Уже после первой зимы многие плиты на нем разрушились, не выдержав нескольких циклов замораживания и оттаивания. Кроме того, облицовочные плиты на драмтеатре стали грязными, потеряли цвет вследствие попадания в них дождевой воды.

Плиты, смонтированные на стенах горьковского обкома КПСС, были обработаны ГКЖ-10. Через пять лет обработка была повторена. Сегодня, спустя четверть века после повторной обработки, облицовка здания находится в практически первозданном по целостности и внешнему виду состоянии.

Вскоре вместо ГКЖ-10 в России начали производить состав ГКЖ-11, который и сегодня является самым употребляемым в отечественном строительстве гидрофобизатором. По химическому составу ГКЖ-11 - 30%-ный водно-спиртовой раствор метилсиликоната натрия. Изготовитель этого вещества - ОАО "Химпром" (г. Новочебоксарск).

Начиная с конца девяностых годов прошлого века и особенно в наши дни гидрофобизирование стало часто использоваться в качестве недорогого способа не только увеличения долговечности строительных объектов, но и экономии все дорожающей теплоэнергии и повышения экологичности жилищ. Поэтому в России начались интенсивные разработка и производство новых гидрофобизирующих средств сразу на нескольких предприятиях.

Пожалуй, наиболее широкий ассортимент гидрофобизаторов сегодня изготавливает московское ЗАО "Научно-производственная компания "СОФЭКС" под брендом "СОФЭКСИЛ(R)".

Рассмотрим этот ассортимент.

"СОФЭКСИЛ-40" - это 40%-ный водный раствор метилсиликоната калия. Данный продукт - почти полный аналог ГКЖ-11, только в молекуле метилсиликоната вместо иона натрия находится ион калия. Это, казалось бы, небольшое отличие в химическом строении приводит к заметному повышению качества гидрофобизирования, а также к расширению спектра возможных областей использования препарата. Например, им можно гидрофобизировать изделия из гипса (гипсокартонные и пазогребневые плиты), а ГКЖ-11 для этой цели непригоден. Кроме того, "СОФЭКСИЛ-40" не оставляет на загидрофобизированных поверхностях белых пятен, а при использовании ГКЖ-11 они образуются. (Справедливости ради необходимо отметить, что эти пятна сами собой исчезают в течение двух-трех месяцев.)

"СОФЭКСИЛ-40А". Это водный раствор модифицированного метилсиликоната калия. Назначение то же, что и у "СОФЭКСИЛА-40", но эффективность использования препарата несколько выше.

"СОФЭКСИЛ-40К". Это 58%-ный водный раствор метилсиликоната калия.

"СОФЭКСИЛ - защита М". Представляет собой смесь силанов и силоксанов в органическом растворителе. Его особенностью является более высокая, чем у двух предыдущих препаратов, скорость нарастания гидрофобизирующего эффекта: уже через восемь часов (при температуре 20 град. Цельсия) он достигает максимального значения. (У предыдущих составов этот показатель - около суток.)

"СОФЭКСИЛ 30-04М". 50%-ная водная эмульсия метилгидридсилоксановой жидкости. Гидрофобизирующий эффект, обеспечиваемый этим препаратом, сильнее, чем у вышеописанных.

"СОФЭКСИЛ 60-70ТИМ". Представляет собой концентрированную водную эмульсию полисилоксанов. Предназначен для гидрофобизирования теплоизоляционных материалов на основе минеральных волокон (стеклянных и базальтовых).

"СОФЭКСИЛ(TM) - Гель В". Это один из немногих гидрофобизаторов, производимых в виде порошка. Предназначен для введения в сухие строительные смеси на основе цемента, извести в количестве от 0,1 до 1% в расчете на вяжущее.

Научно-производственная фирма "НЕОПЛЮС" (г. Санкт-Петербург) разработала и производит гидрофобизатор "НЕОГАРД" - один из немногих препаратов, который может быть использован при температуре до -10 град. Цельсия. Представляет собой раствор, компонентами которого являются полиорганосилоксаны и микродобавки, улучшающие взаимодействие кремнийорганического полимера с поверхностью гидрофобизируемого материала.

Московская научно-производственная компания "Пента" изготавливает обширный ассортимент гидрофобизаторов на основе кремнийорганических соединений, но большей частью не раскрывает "тонкости" их рецептуры, отличия одного от другого. Это "Пента-801", "Пента-801А", "Пента-801Б", "Пента-804", "Пента-805". Их назначение - традиционно, то есть придание водоотталкивающих свойств изделиям из минеральных материалов.

Гидрофобизатор "Пента-811" предназначен для придания водоотталкивающих свойств изделиям из всех минеральных материалов, включая гипсовые. "Пента-814" рекомендуется для обработки изделий из гипса, портландцемента, минеральной ваты, а также для введения в минеральные краски - известковые, силикатные, цементные.

"Пента-824". Предназначение традиционное, но для изделий из гипса непригодна. Уникальной особенностью этого гидрофобизатора является то, что водоотталкивающий эффект достигается (при температуре 20 град. Цельсия) уже через два часа.

Используются в нашей стране и импортные гидрофобизаторы Asolin-ws, Aqnafin-smk, Wakker smk 1311 (Германия), Kemasol (Словения) и др. Но они значительно дороже, хотя едва ли лучше.

Некоторые гидрофобизаторы, например "РОСА", изготавливаются в России, но из импортного сырья.

Все вышеперечисленные гидрофобизаторы, как уже отмечено, являются кремнийорганическими веществами. А ученым из г. Уфы впервые в мире удалось создать гидрофобизаторы на основе серы. Один из них - "Аквастат" - даже несколько эффективнее кремнийорганических гидрофобизаторов.

В России производят не только гидрофобизаторы, но и строительные материалы, загидрофобизированные при изготовлении. Так, компания "Термостепс" (г. Москва) изготавливает гидрофобизированные минераловатные плиты "Термофасад", которые в первую очередь предназначаются для использования в фасадных системах с тонким штукатурным покрытием, где все напряжения, возникающие при эксплуатации, воспринимаются утеплителем. Кроме того, некоторые заводы силикатного кирпича начинают гидрофобизировать свою продукцию - чаще всего колотый кирпич.

Технология поверхностного гидрофобизирования стен

Рассмотрим технологию применения гидрофобизаторов. Во-первых, нужно проверить качество приобретенного состава. Так как гидрофобизация эффективнее всего происходит при обработке бетона раствором 3%-ной концентрации, а товарный продукт является, как правило, раствором 30 - 60%-ной концентрации, следует взять на пробу 100 - 200 мл гидрофобизатора и разбавить его водой в 10 - 20 раз. Полученным раствором обрызгивают участок стены (температура препарата и стены, как правило, должна быть не ниже +10 град. Цельсия). Через сутки (при необходимости этот срок может быть уменьшен до пяти часов) обработанную гидрофобизатором поверхность опрыскивают обычной водой. Если вода не впитывается, а собирается каплями и стекает, то препарат пригоден для выполнения функции гидрофобизатора.

Примечание. Перед нанесением раствора поверхность стен необходимо тщательно очистить от всех загрязнений, высолов и обеспылить обдуванием сжатым воздухом.

Гидрофобизацию стен производят не ранее чем через 10 - 12 дней после завершения всех отделочных работ на фасаде (заделка швов, шпаклевка трещин и раковин цементными растворами). Само гидрофобизирование можно выполнять лишь летом при температуре выше +5 град. Цельсия. (Такая температура должна сохраняться в течение по крайней мере 10 дней после обработки. За это время произойдет полное превращение исходного кремнийорганического олигомера в водонерастворимую и водоотталкивающую, но паропроницаемую полимерную пленку.) Если температура стены будет ниже +5 град. Цельсия, то в порах материала, из которого она сооружена, может находиться влага, образовавшаяся в результате конденсации паров, которая, во-первых, снизит концентрацию гидрофобизирующего раствора и тем самым его эффективность, а во-вторых, уменьшит глубину его проникновения в стену.

Гидрофобизирование производят только по воздушно-сухой поверхности стен, когда влагосодержание поверхностного слоя материала толщиной 3 - 5 мм не превышает для цементного раствора 2%, а для керамзитобетона - 6%.

Гидрофобизатор наносят на поверхность до полного насыщения, то есть до прекращения впитывания (состав должен начать стекать по поверхности). Рабочий раствор эффективнее всего наносить с помощью распылителя обильно и равномерно по всей площади стены в один слой до появления на поверхности слегка заметного блеска, что совпадает с началом образования потеков.

Форсунки распылителя должны находиться на расстоянии 30 - 40 см от поверхности стены и так, чтобы распыленная струя раствора выходила под прямым углом и интенсивно входила в открытые поры и микротрещинки.

Если материал, из которого сооружена стена, обладает высокой пористостью, то гидрофобизатор целесообразно наносить в два приема. Расход раствора зависит от пористости обрабатываемого материала и составляет обычно 200 - 500 г на 1 кв. м.

Гидрофобизирование не изменяет внешнего вида стен, поэтому для предотвращения возможных пропусков следует производить обработку два раза. Если повторная обработка придется на ранее смоченный участок, то новая порция раствора глубже проникнет в бетон и толщина водозащитного слоя увеличится. Для того чтобы такое проникновение произошло, повторное пропитывание должно производиться не ранее чем через 5 и не позднее чем через 20 мин. после предыдущего. (Если вторую обработку производить раньше, то жидкость от первой обработки, еще не исчезнувшая из пор, "не пустит" вторую порцию. Если же обработку производить позже, то к этому моменту в бетоне уже может образоваться гидрофобный слой, который "оттолкнет" новую порцию раствора.)

Нельзя допускать попадания гидрофобизатора на стекла, так как он вызывает их помутнение. (В случае попадания гидрофобизатор удаляют сухой тряпкой.)

Гидрофобизирование необходимо производить сразу же после приготовления рабочего раствора, так как действующее вещество в нем (олигометилсиликонат) реагирует с имеющимся в воздухе углекислым газом. Эта химическая реакция приводит к превращению водорастворимого олигометилсиликоната в нерастворимое вещество, выпадающее в осадок и уже не способное проявлять гидрофобизирующие свойства. Из-за этого явления рабочие растворы не следует готовить в количестве, превышающем разовую потребность.

Если непосредственно после окончания гидрофобизации прошел продолжительный дождь, работы должны быть повторены. Допускается гидрофобизировать стены, ранее окрашенные цементными, известковыми или силикатными красками. Но после гидрофобизации окрасить стены этими красками уже невозможно, так как они не будут прилипать к стене.

Примечание. Необработанные или обработанные недостаточным количеством гидрофобизатора участки могут быть выявлены с помощью тепловизора - устройства, позволяющего дистанционно измерять температуру стены. Где воды в стене больше, там температура ниже.

Необходимо также помнить о том, что некоторые гидрофобизаторы содержат щелочь, поэтому надо избегать их попадания в глаза, на открытые участки кожи. Рабочие, производящие гидрофобизирование, должны быть обеспечены защитными очками, спецодеждой и спецобувью.

Технология объемного гидрофобизирования

При поверхностном гидрофобизировании водоотталкивающие свойства приобретает лишь верхний слой обрабатываемой конструкции. Его толщина определяется глубиной проникновения гидрофобизатора, а она, в свою очередь, - капиллярно-пористой структурой материала и наличием в нем трещин. Для большинства гидрофобизаторов толщина этого слоя не более 10 мм. (Разумеется, если изделие изготовлено из материала очень рыхлого, глубина проникновения может быть и большей.)

Нередко водонепроницаемым должен быть весь объем изделия. В этом случае гидрофобизатор вводят в воду затворения исходных цементных (гипсовых, известковых) растворов и бетонов. Этот способ гидрофобизирования получил название объемного. Он требует большего количества гидрофобизатора, чем первый, но его эффективность, разумеется, выше.

Необходимо отметить, что отнюдь не все гидрофобизаторы, годные для использования первым способом, можно применить для объемного гидрофобизирования, поскольку некоторые из них могут снизить механические свойства изделия. Для объемного гидрофобизирования отбираются лишь такие составы, которые не только не проявляют этого недостатка, но и придают изделиям, наряду с гидрофобностью, повышенную прочность или улучшают технологические свойства растворных и бетонных смесей, например снижают их склонность к расслаиванию во время транспортировки и в процессе укладки, повышают удобоукладываемость.

Применение гидрофобизаторов для отсечной гидроизоляциии и предотвращения выпучивания фундаментов

Применяют гидрофобизаторы и еще в одном случае - для создания так называемой отсечной гидроизоляции. Предназначается она для того, чтобы отделить водонепроницаемой прослойкой стены здания от грунтовых вод, которые имеют обыкновение за счет капиллярного всасывания подниматься даже на высокие этажи.

(В принципе, перемычками такого предназначения фундамент отделяется от стен еще при возведении здания. В качестве перемычек в настоящее время используют полимерные рулонные материалы, иногда даже листы цветных металлов. А в зданиях, построенных в прошлом веке, в качестве отсечной гидроизоляции использовался в основном битум, который ныне надежной защитой от капиллярного всасывания не считается).

В тех случаях, когда не обеспечена надежная отсечная гидроизоляция уже возведенного здания, и могут выручить гидрофобизаторы.

Для того чтобы выполнить отсечную гидроизоляцию с их помощью, в стене, там, где должна быть перемычка, высверливают почти на всю толщину наклонные (угол 30 - 40 градусов) шпуры и в них под давлением закачивают гидрофобизатор.

Шпуры должны располагаться на таком расстоянии друг от друга, чтобы потоки гидрофобизатора, распространяющиеся из них в разные стороны по порам и капиллярам, слились в единое целое и достигли поверхности той стороны стены, до которой шпур не дошел. Определяют это расстояние опытным путем. Оно зависит от природы гидрофобизатора, капиллярно-пористой структуры материала, из которого выведена стена, давления, прикладываемого к гидрофобизатору.

После завершения процесса шпуры заполняют цементно-песчаным раствором, в который введен гидрофобизатор.

Еще одной возможной областью использования гидрофобизаторов является предотвращение морозного выпучивания фундаментов, стен различных подземных сооружений, происходящего под воздействием грунта, примерзающего к стене. Гидрофобизирование позволяет снизить адгезию замерзающего грунта к бетону или даже устранить ее совсем, поэтому выпучивание становится невозможным.

Гидрофобизирование нужно не только для зданий. В России построены тысячи железобетонных автодорожных мостов, и большая часть из них интенсивно разрушается по той же причине: намокание - замерзание воды - оттаивание. Гидрофобизирование и здесь оказывается эффективным.

Экономическая эффективность гидрофобизирования

В заключение - об экономической эффективности гидрофобизирования. Она тем выше, чем хуже влажностный режим в помещении. В России он обычно особенно плох на животноводческих фермах, где относительная влажность воздуха в зимний период держится на уровне, близком к 100%, а стены промерзают с образованием на внешней поверхности наледей. Слой льда закрывает путь парам воды из помещения наружу, стены перестают "дышать". Экспериментально установлено, что если стены фермы загидрофобизированы, то теплопотери через них снижаются на 30%, температура на внутренних поверхностях наружных гидрофобизированных стен в суровые зимы на 8 - 10 град. Цельсия выше, нежели на стенах без гидрофобной защиты. А больший перепад температур приводит к более интенсивному переносу паров воды изнутри помещения наружу, то есть происходит более интенсивная вентиляция, приводящая к снижению влажности воздуха.

При достаточной воздухо- и паропроницаемости стены в летний период времени не только освобождаются от воды, но и (что не менее важно) обеспечивают естественную вентиляцию здания в целом за счет передвижения воздуха и паров воды от более нагретых южных фасадов к менее нагретым северным. Скорость этого потока невелика, но он непрерывен, что и обеспечивает эффективный теплообмен.

Если все эффекты от гидрофобизирования выражать в деньгах, то рубль затрат в среднем приводит к экономии 30 руб. в год.