International Institute of Care to Buildings

Причины образования высолов и способы очистки фасадов

Конструкции зданий и сооружений в процессе строительства и эксплуатации подвергаются воздействию переменной температуры, атмосферных осадков, газов и пыли различного состава. Образующиеся на поверхности высолы (выцветы) ухудшают эстетический вид сооружений и способствуют преждевременному разрушению материала конструкций, снижая долговечность зданий и сооружений.

Изучена роль вяжущих, заполнителей, а также добавок, воды затворения и кирпича при образовании высолов на строительных конструкциях фасадов зданий. Исследованиями установлено, что причина заключается в кристаллизации растворимых соединений из цемента, бетона, штукатурного и кладочного раствора, кирпича и керамических блоков.

Образованию высолов способствуют:
• высокое содержание растворимых веществ в исходных материалах (цементе, заполнителе, воде затворения, добавках - ускорителях твердения и противоморозных добавках, кирпиче и керамических блоках);
• высокое содержание воды в материалах и/или дополнительное увлажнение материала конструкций водой (атмосферными осадками или проливами);
• медленное и длительное испарение влаги из материала на поверхности конструкции вследствие температурно-влажностных условий;
• пониженная и низкая температура воздуха.

Основные компоненты портландцементного клинкера - силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция - имеют достаточно малую растворимость. Один из важнейших компонентов цементного камня - гидроксид кальция - имеет заметную растворимость (около 1,2 г/л). Растворимость гипса, применяемого в качестве регулятора схватывания цементного теста, около 2,1 г/л. Растворимость алюминатов и силикатов кальция характеризуется следующими показателями: содержание Al₂O₃ в жидкой фазе цементного камня в возрасте 1 сут составляет для разных клинкеров 1-4,18 мг/л. Количество SiO₂ в жидкой фазе алитового и белитового клинкеров с повышенным содержанием щелочей (R₂O 0,69 и 0,71%) - 15-19 мг/л. Наибольшую растворимость в составе цементного камня имеют едкие щелочи и соли щелочных металлов.

В чистой воде растворимость сульфата натрия при 20°С равняется 19,47 г/100 г воды, а сульфата калия - 11,1 г/100 г воды. Щелочей в цементе содержится 0,2-1,2%, а в отдельных случаях - до 2,5%. Едкие щелочи попадают в цемент в составе сырьевых материалов, главным образом с глиной и нефелиновыми шламами. К минералам, содержащим щелочи, относятся гидрослюды и полевые шпаты. При высокой температуре обжига клинкера щелочи возгоняются и осаждаются на обжигаемых материалах, а частично уносятся с пылью. Осажденная в электрофильтрах пыль, содержащая щелочи, возвращается в технологический цикл. Соли щелочных металлов K₂SO₄ и Na₂SO₄ находятся в цементе преимущественно в свободном виде. При недостаточном для образования сульфатов количестве серы в сырьевых материалах K₂O и Na₂O входят в состав силикатов и алюминатов кальция.

При затворении цемента водой свободные щелочи немедленно образуют растворы. Щелочи, связанные силикатами и алюминатами, выходят в раствор по мере гидратации клинкера. При контакте с воздухом щелочи карбонизируются. Образующиеся карбонаты щелочных металлов вступают в обменные реакции с гидроксидом кальция и в итоге могут способствовать образованию карбонатно-кальциевых высолов.

В первый период гидратации количество перешедших в раствор щелочей для разных клинкеров колеблется в пределах 7-42% от общего количества. Определенную роль в появлении едких щелочей в цементном камне играют пуццолановые добавки. При взаимодействии Ca(OH)₂ с пуццоланами (вулканические пуццоланы, цеолитные туфы, зола-унос), в которых активная составляющая содержит натрий и калий, также выделяются щелочи. Щелочи выделяют лецит и полевые шпаты, которые могут находиться в составе пуццолановых добавок.

Таким образом, количество щелочей в растворе зависит от общего содержания щелочей в клинкере, а также от минерального состава клинкера и заполнителей. Уменьшение содержания щелочей в цементе является важнейшей предпосылкой предупреждения образования высолов на цементных материалах.

С этих позиций цементы, применяемые для изготовления конструкций, на которых не допускается образования высолов, должны содержать минимальное количество едких щелочей K₂O и Na₂O; их количество не должно превышать 0,6% по массе в пересчете на Na₂O.

Заполнители могут содержать некоторое количество растворимых солей. Заполнители, добытые в карьерах Центральной и Северо-Западной России, обычно содержат немного растворимых солей.

В щебне и гравии допускается содержание галоидных соединений до 0,1% по массе в пересчете на ион хлора, а в песке - не более 0,15%. По расчетам НИИЖБ, содержание растворимых солей в песке и крупном заполнителе, используемых для изготовления конструкций, на которых не допускается образования высолов, должно быть не более 0,01% по массе. Количество растворимых солей в песке и крупном заполнителе определяется в специализированных лабораториях.

Наибольшее количество щелочей содержат добавки-электролиты - ускорители твердения и противоморозные добавки. Щелочи могут находиться также в пластифицирующих добавках (ЛСТ, ЛСТМ, С-З и др.), которые изготавливают из нерастворимых органических веществ путем сульфирования (обработки серной кислотой) и последующей нейтрализации избытка кислоты. Для нейтрализации кислоты используют гидроксид или карбонат натрия. В результате такой обработки нерастворимые органические вещества приобретают способность растворяться в воде. Образующийся при нейтрализации серной кислоты сульфат натрия может в холодное время года выпадать в осадок, а затем в концентрированном виде попадать в растворные и бетонные смеси. Содержание натрия на отдельные виды пластифицирующих добавок техническими условиями не нормируется.

Высолы образуются при использовании добавки ускорителя сульфата натрия, вводимой в количестве до 2% от массы цемента, и противоморозных добавок нитрита натрия и формиата натрия, вводимых в количестве до 6% от массы цемента.

В указанных случаях количество попадающих в смесь ионов натрия составляет при введении 2% сульфата натрия - 0,65%; 6% нитрита натрия - 2% от массы цемента, или 0,87 и 2,69% в пересчете на Na₂O.

Анализ высолов показал, что в их составе содержалось 43,2% Na₂O и 0,5% K₂O. Анионы представлены карбонатом и небольшим количеством NO₂. Основная часть нитрит-ионов остается в жидкой фазе раствора. Рентгенофазовым анализом в составе высолов обнаружены Na₂CO₃, H₂O, NaNO₂, NaNO₃ и соединения неидентифицированного состава.

По данным НИИЖБ, количество растворимых солей, способных образовывать кристаллогидраты (щелочи, сульфаты, нитраты, нитриты, карбонаты и др.), вносимых в раствор и бетон с добавками, не должно превышать 0,1% от массы цемента. Вода затворения по составу примесей должна отвечать требованиям ГОСТ 23732.

Таким образом, бетон на портландцементе имеет в своем составе большое количество растворимых соединений. При благоприятных условиях увлажнения бетона/раствора и испарения воды большая их часть может быть вынесена из бетона на поверхность конструкции.

На кирпичной кладке высолы могут образовываться как за счет щелочей цемента и добавок, так и солей, имеющихся в кирпиче.

По данным КГБ МОСМ, на предприятиях Москвы и ближнего Подмосковья используется глиняное сырье, в котором общее содержание ионов Ca₂+, Mg₂+, CI-, SO42- составляет 0,49 мг-экв/100 г, что ниже 1-5 мг-экв/100 г, установленных ГОСТ 9169 для глинистого сырья при производстве керамических изделий. Растворимых солей в кирпиче и керамических блоках должно содержаться не более 0,7 мг-экв на 100 г материала. Для каждого состава шихты следует подобрать температуру обжига из условия получения лицевого кирпича с минимальным водопоглощением в пределах требований ГОСТ 530.

По данным НИИЖБ, в лицевом кирпиче Голицынского керамического завода содержание растворимых в воде солей следующее: CaO - 0,006-0,008%; K+ - 0,001-0,002%; Na+ - 0,002-0,003%; SO42- - следы; S₂-, NO₂-, NO₃-, MgO - нет.

Такое малое количество водорастворимых соединений делает маловероятным образование значительных высолов за счет солей кирпича. Практика строительства показывает, что в большинстве случаев кирпич, находящийся в штабелях на открытом воздухе и подвергающийся воздействию атмосферных осадков, не имеет высолов на поверхности. Образование высолов на кирпичной кладке чаще всего связано с прониканием в кирпич растворимых соединений из состава кладочных растворов. При этом большое значение имеет способность кирпича всасывать воду и переносить ее к испаряющей поверхности.

Анализы высолов, сделанных на различных объектах, показали, что по химическому составу образующиеся на поверхности цементно-песчаного раствора и бетона высолы могут быть подразделены на несколько типов, различающихся своей раствори-мостью:
• карбонатно-кальциевые - состоят преимущественно из карбоната кальция, образующегося при выносе на поверхность бетона (раствора) гидроксида кальция и его карбонизации углекислым газом воздуха; высолы в воде практически нерастворимы;
• карбонатно-натриевые - образуются при выносе на поверхность едкой щелочи NaOH и ее карбонизации углекислым газом воздуха; высолы растворяются водой;
• сульфатно-натриевые - образуются при выносе на поверхность сульфата натрия и кристаллизации в виде кристаллогидрата сульфата натрия Na₂SO₄; высолы плохо растворяются в холодной воде и хорошо - в горячей.

Приведенная классификация сделана в зависимости от преобладающего вида соли, содержащейся в высолах. В действительности состав высолов всегда многокомпонентен. В них имеются соли кальция, соединения алюминия, кремния, магния, железа, нередко образующие труднорастворимые выцветы.

В числе анионов, кроме карбонатов и сульфатов, могут быть хлориды, нитраты и другие ионы. Анионы могут попадать в состав высолов из добавок-ускорителей твердения и противоморозных добавок.

В настоящее время разработаны рекомендации по предотвращению образования высолов на кирпичной кладке, штукатурке и бетоне. К основным способам, позволяющим избежать их образования, относятся ограничение содержания в материалах растворимых соединений, уменьшение переноса влаги в материале путем снижения его влажности и исключения повторного увлажнения, уменьшение капиллярной проницаемости материала, придание ему гидрофобных свойств.

При возведении кирпичной кладки в теплое время года предупредить появление высолов можно, используя кирпич с низким содержанием растворимых щелочей. Если в кирпиче и цементе имеется повышенное количество солей и щелочей, следует вводить в состав раствора гидрофобизирующие добавки. Оптимальный вид и дозировка добавок установлены НИИЖБ.

При возведении кирпичных стен в зимнее время с использованием цементных материалов с противоморозными добавками введение традиционных гидрофобизирующих добавок в кладочный раствор не дает достаточного защитного эффекта. Поиск оптимальных решений для возведения кирпичной кладки в зимнее время продолжается. Исследования показывают, что выбрать оптимальные меры для предотвращения образования высолов можно, лишь учитывая особенности конкретного объекта.

Очистка фасадов зданий от загрязнений и солей

Современные экологические требования по охране окружающей среды, закрепленные в указах президента, постановлениях правительства и распоряжениях мэра Москвы, требуют особого внимания к применяемым в строительстве химическим растворам и жидкостям, в частности, для очистки фасадов зданий от загрязнений и солей. Многолетний опыт использования очищающих средств в городском хозяйстве показывает, что применение новейших технологий и средств позволяет существенно снизить себестоимость и сократить сроки выполнения работ по сравнению с традиционными методами очистки.

ЗАО "Бератех" совместно с ГУП "Городской координационный экспертно-научный центр "ЭНЛАКОМ" при правительстве Москвы разработали уникальную технологию современных биоразлагаемых моющих средств, которые не содержат таких вредных веществ, как хлор, фтор и фосфаты, легко подвергаются биодеградации микроорганизмами почвы и полностью разлагаются в течение 18-20 суток. Нетоксичны, пожаро-, взрывобезопасны, при воздействии на кожу не вызывают аллергических реакций. Имеют всю разрешительную техническую и санитарно-гигиеническую документацию и сертификаты. Средства выпускаются в высококонцентрированном виде и разводятся водой в пропорции 1:10.

Новые моющие составы внесены в паспорта "Колористическое решение, материалы и технология производства работ" наиболее значительных архитектурных сооружений столицы. В их числе монумент на Поклонной горе, фасад здания мэрии Москвы, памятник героям ПВО (Крылатское), фасад завода им. Хруничева. Удаление атмосферных и грязепочвенных загрязнений при мойке фасадов или при подготовке их к покраске обеспечивает качественную очистку и высокую адгезию с наносимыми покрытиями. Применение новых разработок показало их высокую эффективность.

Разработанная уникальная технология ликвидации высолов обеспечивает снятие солевого налета на кладках из красного и белого кирпича, на бетонных и керамических поверхностях. При этом достигается повышенная влагостойкость и создается цветовой эффект "мокрой поверхности".

Использование созданной гаммы химических реагентов позволяет решать многочисленные проблемы при капитальном строительстве и ремонте:
• очистки поверхностей строящихся объектов и оборудования от остатков раствора, ржавчины, проливов горюче-смазочных материалов и т.д.;
• удаления выступающего на кирпичной кладке и бетоне солевого налета с гидрофобной защитой;
• очистки загрязнений на фасадах и остеклении длительно эксплуатировавшихся зданий, парапетов и тротуарной плитки, машин и механизмов;
• удаления сажи и следов копоти после пожаров;
• отмывки рельефных поверхностей: из ракушечника, глазурованной плитки, с напылением стеклянной крошкой, штукатуркой под камень, гранит, мрамор и т.д.
• удаления известковых и других твердых отложений с водонагревательного и теплообменного оборудования, трубопроводов и канализации.

Технологией удаления высолов предусматриваются следующие требования:
• сушка кирпичной кладки в течение одного летнего или отопительного сезона;
• работы выполняются по сухой стене при температуре выше 5^оС в период с мая по октябрь.

Интерес также представляет широко распространенная за рубежом практика мытья фасадов водой под высоким давлением с использованием при необходимости моющих и гидрофобизирующих составов.

В качестве примера возможного использования данной технологии можно упомянуть гранд-отель "Европа". Здание сравнительно недавно было отреставрировано, но под воздействием вышеупомянутых факторов внешний вид его стал весьма непривлекательным.

После подобной обработки фасад словно обретает вторую жизнь. При этом стоимость затрат при помывке в несколько раз меньше стоимости ремонта, а сроки ее проведения составляют всего несколько дней.

Регулярное (желательно не реже 1 раза в год) мытье фасадов, находящихся в хорошем состоянии, но подверженных постоянному загрязнению пылью и копотью, позволяет улучшить внешний вид зданий и защитить их от влияния химически активных веществ. Одновременно могут быть вымыты окна и произведен ремонт мелких повреждений фасада.

К числу безусловных достоинств предлагаемых технологий следует отнести их экологичность.

Железобетон - прославленный строительный материал ХХ века - оказался неожиданно чувствительным к высокому уровню загрязнения воздуха. Вряд ли кто-то мог предположить, что под влиянием окружающей среды начнут разрушаться дома, построенные всего 10-20 лет назад. Ввиду объема повреждений и связанных с ними расходов очистке поверхности фасадов и санированию их в крупных городах должно уделяться самое пристальное внимание.

Улучшению эксплуатационных качеств и повышению стойкости строительных конструкций к климатическому воздействию будет способствовать органосиликатная проникающая композиция для бетонов САЙЛЕКСОЛ-ПМ, разработанная российскими учеными. Она предназначена для обработки поверхностей конструкций, применяемых в новом строительстве, при проведении ремонтных и реставрационных работ, а также для укрепления строительных материалов, изготовленных заводским способом: наружных и внутренних стен зданий, фундаментов и подвалов, канализационных коллекторов и систем водоснабжения, бетонных крыш, тротуарных плит и пешеходных дорожек. Применение этого материала повышает прочность, износоустойчивость, водонепроницаемость, морозо- и коррозионную стойкость конструкции, улучшает ее сопротивление проникновению нефтепродуктов, обеспечивает "дыхательные" свойства бетона, улучшает сцепление между старым и новым бетоном, снижает возможность появления на фасадах высолов. Однако при работе с декоративным кирпичом необходимо предварительно проверить его реакцию на САЙЛЕКСОЛ-ПМ.

Это растворимый в воде препарат, содержащий высокомодульный силикат натрия и полимерные компоненты.

Композиция наносится на поверхности недорогим и недефицитным оборудованием. Но необходимо избегать применения инструмента из алюминия или его сплавов, а также стеклянных емкостей. Разбавление перед использованием не требуется. Для очистки оборудования и инструмента берется вода. На обрабатываемую поверхность САЙЛЕКСОЛ-ПМ наносится кистью, валиком, пневматическим или безвоздушным распылением в один-два слоя. Поверхность должна быть покрыта полностью. Вертикальные поверхности обрабатываются также с помощью распылителя, но при пониженном давлении распыления. Однако САЙЛЕКСОЛ-ПМ не следует использовать, если температура воздуха менее +50С или более +400С. Таким работам будет мешать и сильный ветер, что приведет к усиленному и неравномерному испарению композиции с покрываемой поверхности. Следует также учесть, что в течение 6 часов после нанесения композиция не должна подвергаться воздействию дождя.

Расход составляет от 0,2 до 0,35 л материала на 1 м² поверхности в зависимости от вида, класса (марки) бетона и его состояния. Перед нанесением САЙЛЕКСОЛА-ПМ необходимо тщательно очистить поверхность от загрязнений. Раскрытые трещины зачистить и заделать цементосодержащим материалом. Особое внимание - удалению масляных, нефтяных и других химических загрязнений, а также воды. Не допускается попадание материала на стекло и алюминиевые элементы.

После нанесения покрытие должно высохнуть в течение 3-6 ч. При этом обработанная поверхность становится блестящей и глянцевой. После сушки необходимо сильное орошение водой каждые 24 часа в течение трех суток.

Применение САЙЛЕКСОЛА-ПМ дает, по подсчетам специалистов, значительный экономический эффект за счет низкой стоимости производства работ, короткого периода обучения персонала, доступной цены исходного материала.

Композиция сертифицирована, выделение вредных веществ в окружающую среду отсутствует. Она имеет низкий, 4-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007, пожаро-, взрывобезопасна, нерадиоактивна, обеспечивает высокую климатическую устойчивость строительных материалов и поверхностей.

При водной и водно-пескоструйной обработке используется специальное оборудование фирмы KEW, позволяющее обрабатывать поверхности в следующих режимах: обработка холодной водой под давлением до 150 атм; обработка горячей водой и паром под давлением с регулируемой температурой от 20 до 150°С; влажно-пескоструйная обработка, когда в водную среду вводится в необходимых пропорциях песок. Важно отметить, что при такой технологии, в отличие от сухой пескоструйной очистки, каждая частица песка с самого начала окружена водной пленкой и "привязывает" видимую и невидимую пыль, что создает оптимальные условия для работающих. Такая очистка применима при проведении реставрационных работ на исторических памятниках культуры и престижных зданиях (окрашенные оштукатуренные поверхности, естественный камень, лепка, металлодекор), в т.ч. и с применением специальных очищающих составов, а также при удалении старых покрасок (в т.ч. краски ПХВ) перед нанесением новых "дышащих" отделочных покрытий.

В. Степанова, канд. техн. наук, доцент, профессор, Н. Розенталь, канд. техн. наук, Г. Чехний, инженер