Температуроустойчивость – способность образцов выдерживать в сушильном шкафу без видимых деформаций в течение определенного времени заданную температуру в подвешенном состоянии.
2.2.4 Свойства, характеризующие адгезию
Под адгезией понимают способность двух разнородных материалов сцепляться своими поверхностями, например, гидроизоляционного с конструкционным. Адгезия определяет прочность и стабильность гидроизоляционного слоя на защищаемой поверхности. Различные ГИМ имеют разное сцепление с одной и той же поверхностью. Прочность прилипания, например, мастики, зависит от ее поверхностного натяжения, вязкости, температурных условий, концентрации ПАВ и т.д.
1 – поверхность; 2 – мастика; 3 – воздух
Рисунок 8 – Краевой угол смачивания гидроизоляционным материалом гидрофобной поверхности
Адгезия рассчитывается по формуле
где σã
‒
âφ – краевой угол смачивания на границе раздела гидроизоляцияподкладка (П).
Для увеличения адгезии необходимо увеличить σг
‒
вОсновным же регулятором адгезии является σг
‒
вОценка адгезионной способности ГИМ проводится на приборах методом сдвига и отрыва. Эти методы условные, т.к. не учитывают релаксацию напряжений, что приводит к завышению показателей адгезии.
При комплексной оценке качества твердых и вязкопластичных ГИМ учитывают также величину когезии, т.е. прочность связи молекул (атомов, ионов) самого ГИМ, что обусловлено межмолекулярным электростатическим взаимодействием и химической связью.
2.2.5 Стандартные методы и приборы для оценки свойств
Для рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов определяют полноту пропитки картонной основы вяжущим, разрывную нагрузку при растяжении в продольном и поперечном направлениях, гибкость, массу покровного слоя, прочность сцепления крупнозернистой посыпки с покровным слоем, цветостойкость посыпки.
У мастичных ГИМ – битумных, битумно–резиновых и др. – производят проверку внешнего вида, определение теплостойкости, хрупкости, гибкости, клеящих свойств, деформативности, вязкости, содержания воды и водопоглощения, содержания наполнителя и сухого остатка, биостойкости, уровня токсичности, однородности, плотности, времени отверждения и высыхания, цвета и др.
3 Теоретические положения качества гидроизоляционных материалов
3. 1 Основные условия надежной гидроизоляции
Высококачественные ГИМ должны отвечать следующим требованиям:
– применяемые для гидроизоляции материалы плохо смачиваются водой;
– исключается возможность свободного перемещения воды по порам и капиллярам изоляционного слоя;
– тормозится диффузное проникновение воды, если нельзя полностью предотвратить диффузию;
– обеспечивается необходимая прочность и деформативность ГИМ;
– сохраняется долговечность материала в конструкции, что адекватно относительной стабильности его структуры.
Таким образом, основным требованием к ГИМ является гидрофобность.
Как ранее отмечалось, ГИМ должен быть гидрофобным, т.е. не смачиваться водой, и тогда водопоглощение, гигроскопичность будут иметь минимальные значения и способствовать повышению долговечности конструкции
Создание не смачиваемой поверхности весьма сложная задача. Способность к смачиванию поверхности характеризуется наличием у нее свободной энергии и зависит от полярности наносимой жидкости. Свободная поверхностная энергия вещества обусловлена наличием на его поверхности некомпенсированных химических связей вследствие ее дефектности.
Рисунок 9 – Схема действия сил поверхностного натяжения на поверхности гидроизоляционного материала
Для ГИМ обычно: 1- вода, 2 – воздух, 3 – изоляционный материал.
Чем меньше разность в избытке свободной энергии соприкасающихся фаз или разность их поверхностных натяжений, тем полнее и легче происходит смачивание. Из условия равновесия сил, действующих на поверхность смачиваемого тела, следует
где σ
23
13
12
Из уравнения видно, что смачиваемость уменьшается с ростом краевого угла смачивания ϕ, который для гидрофобных материалов больше 90°. При этом cosφвеличина отрицательная, а, следовательно, и разность σ
23
13
12
12
2
23
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 σ23 трудно, то основное внимание при разработке ГИМ следует уделять повышению величины σ
13
С приближениемϕк нулю работа адгезии переходит в работу когезии, равную Wk=2σ
12
1
2
ϕ
1
ϕ
2
Рисунок 10 – Схема действия сил поверхностного натяжения на поверхности гидроизоляционного материала, смачиваемого водой
Таким образом, необходимо сочетать факторы, способствующие понижению σ
23
13
Если ГИМ при испытании не дает тупого угла смачивания водой (отрицательного значения cosϕ), 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 σ – поверхность натяжения воды на границе с воздухом (при 20 °C равно 72,8 дин/см);
g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с
2
ϕ— краевой угол смачивания у менисков;
cosϕ— характеристика смачивания;
r – радиус капилляров или пор, см.
Таким образом, для повышения качества ГИМ необходимо уменьшать «r», увеличивать «ϕ».
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 «ϕ» 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.