BADANIA PREPARATÓW RIM-MARMO I RIM-BRIKO DO HYDROFOBIZACJI MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

Transkrypt

1 PKZLAB BADANIA PREPARATÓW I DO HYDROFOBIZACJI MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH Badania wykonali: mgr Dorota Sobkowiak techn. Grzegorz Zapałowski opracowanie: mgr Dorota Sobkowiak Toruń

2 Do badań otrzymano dwa środki zabezpieczające materiały budowlane przed przenikaniem wody opadowej, celem ustalenia ich działania w stosunku do różnorodnych materiałów budowlanych. Określono niezbędny czas dla uzyskania efektu hydrofobowego oraz jego trwałość w destrukcyjnych warunkach. 1. Materiały do badań Producent scharakteryzował badane preparaty następująco: Bezrozpuszczalnikowy impregnat fluoropolimerowy przeznaczony do ochrony kamieni polerowanych (marmur, granit) oraz niepolerowanych naturalnych (piaskowiec, wapienie) i sztucznych. Zabezpiecza materiał hydro i oleofobowo, jest niewidoczny po wyschnięciu. Redukuje skłonność do zabrudzeń, zapobiega powstawaniu mchów i porostów. Impregnat oparty na modyfikowanych silanach, żywicach silikonowych oraz polisiloksanach, przeznaczony do ochrony sztukaterii betonowych oraz naturalnych, niepolerowanych i polerowanych kamieni elewacyjnych. Preparat o wysokiej zdolności penetracji podłoża, szybkim uzyskaniu efektu hydrofobowego, redukuje skłonność do zabrudzeń, zapobiega powstawaniu mchów i porostów, niezmieniający kolorystyki materiału. Zastosowano je na podłożach z wapienia Pińczów, piaskowca Żerkowice, tynku mineralnego (spoiwo cementowo-wapienne) i współczesnej cegły czerwonej, litej. 2. Metodyka badań Doświadczenie rozpoczęto o wstępne badania właściwości penetracyjnych obu środków hydrofobizujących, wykonano pomiar kapilarnego podciągania preparatów w badanych materiałach, umieszczając próbki o wymiarach 20x70x10 mm krótszym bokiem do wysokości 10 mm w cieczach, mierząc czas swobodnego ich wznoszenia. Z kamieni naturalnych, zaprawy (związanej i leżakowanej przez okres około 5 lat) i cegły przygotowano próby o wymiarach 20x70x10 mm, naniesiono pędzlem na płaszczyznę 20x70 mm oba preparaty w dwóch następujących po sobie procesach. Po upływie 1, 2, 3, 4, 24 i po 48 godzinach nanoszono krople wody na impregnowane powierzchnie, mierząc czas ich nia w zaimpregnowane podłoża dla zaobserwowania wystąpienia efektu hydrofobowego. 2

3 Część próbek oddzielono, odłożono na czas 8 dób w normalnych warunkach laboratoryjnych (20 0 C, wilg. wzgl %) i poddano badaniom starzeniowym w następujących warunkach: test mrozoodporności (woda +200C -200C) test temperaturowy (woda +200C + 600C) Po przeprowadzeniu 25 cykli wykonano test nia wody w zaimpregnowane powierzchnie, oceniając ewentualny spadek efektu hydrofobowego, wynik zilustrowano fotografiami. Wydzielone próbki wapienia, piaskowca, zaprawy i cegły nasycono przez zanurzenie w preparatach, odłożono na 8 dób w normalnych warunkach. Po określeniu masy zanurzono je całkowicie w wodzie aby wykazać jakie są różnice nasiąkliwości wodą w porównaniu z próbkami nietraktowanyymi impregnatami. 3. Wyniki badań 3.1. Badania głębokości nia preparatu Badania nia środków impregnujących przeprowadzono mierząc czas swobodnego podciągania kapilarnego w materiałach tj. kamieniu naturalnym, zaprawie i cegle. Próbki umieszczono do wysokości 10 mm w cieczach mierząc czas wznoszenia się preparatów. Uzyskane dane przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Szybkość podciągania kapilarnego preparatów czas wznoszenia w minutach i godzinach materiał 10 mm 20 mm 30 mm 40 mm 10 mm 20 mm 30 mm 40 mm 8 min 35 min 1h 1 min 2 min 4 min 6 min piaskowiec 1,5 min 3 min 6 min 11 min 10 sek 0,5 min 2 min 4 min zaprawa 40 min >4 h* 6 min 1h 2,5 h cegła 10 min 40 min 0,5 min 2 min 3 min wapień 1,5 h 3h 5 min * preparat ulega rozdzieleniu, wznosi się woda 3

4 Z pomiaru wynika, że preparat rozpuszczalnikowy jest szybko wchłaniany przez materiały na drodze kapilarnej. W wapieniu, piaskowcu i cegle środek w ciągu 5 minut wznosi się na wysokość 40 mm, zdecydowanie wolniej jest podciągany przez zaprawę. Emulsyjny środek wolno wznosi się w kamieniu, zaprawie i cegle ulegając rozdzieleniu. Wyjątek stanowi szerokoporowaty piaskowiec, w którym preparat podciągany jest względnie szybko. Spośród wybranych materiałów budowlanych impregnaty wznoszą się najsłabiej w zaprawie Określenie czasu, po którym osiągnięto efekt hydrofobowy Dla ustalenia, od jakiego momentu podłoże uzyskuje właściwości hydrofobowe mierzono czas nia kropel wody po upływie 1 godziny od momentu naniesienia powłok na powierzchnie piaskowca, wapienia, cegły i tynku. Pomiar czasu nia wody powtarzano po upływie 2, 3, 4, 24 i 48 godzin od zaimpregnowania prób, przy temperaturze otoczenia 18 0C. Czas, po którym naniesiona kropla wody w podłoże odnotowano w tabelach 2 i 3. Dla porównania obserwowano szybkość nia kropel w niezaimpregnowane podłoże. Tabela 2. Szybkość nia kropel wody w zaimpregnowane podłoża preparatem bezrozpuszczalnikowym pomiar po czasie [h] czas nia kropel w minutach i godzinach piaskowiec wapień tynk cegła 1 2,5 h 2 20 min 3 15 min 2,5 h 35 min 4 30 min 2,5 h 50 min kontrolna * woda nie wsiąka w podłoże, lecz odparowuje 4

5 Tabela 3. Szybkość nia kropel wody w zaimpregnowane podłoża preparatem rozpuszczalnikowym pomiar po czasie [h] czas nia kropel w minutach i godzinach piaskowiec wapień tynk cegła 1 1 min. 25 min. 2 1,5 min. 1h 20 min. 3 2 min. 35 min. 4 2 min. 1h 24 1,5 h 30 min. 1,5 h min. kontrolna * woda nie wsiąka w podłoże, lecz odparowuje Z pomiarów wynika, że w materiał niehydrofobizowany kropla wody natychmiast po jej naniesieniu, niezależnie od jakości podłoża. Środek bezrozpuszczalnikowy nadaje właściwości przeciwwodne szybciej niż środek oparty na rozpuszczalnikach organicznych. Po 24 godzinach wapień i tynk osiągają praktycznie całkowity efekt hydrofobowy, zaś po 48 godzinach wszystkie materiały pozostają odporne na prze nikanie wody. Spośród podłoży poddanych doświadczeniu najszybciej osiągnięto impregnację przeciwwodną na wapieniu i zaprawie, wolniej zaś na szerokoporowatych materiałach takich jak piaskowiec i cegła. Preparat rozpuszczalnikowy nadaje właściwości hydrofobowe (w tych samych warunkach) powierzchniom po upływie 48 godzin, jedynie wapień zaimpregnowany jest słabiej. Najszybciej osiągnięto efekt wodoodporności dla zaprawy. Badania potwierdzają, iż czas, po jakim osiągnąć można odpowiedni efekt hydrofobowy zależy w dużym stopniu od materiału, na który nakłada się powłokę. W doświadczeniu najszybciej uzyskano rezultat na podłożu z tynku. Dla szerokoporowatego piaskowca Żerkowice otrzymano odpowiednie właściwości przeciwwodne po upływie dłuższego czasu. 5

6 3.3. Nasiąkliwość wodą zaimpregnowanych powierzchni Badania przeprowadzono na wapieniu, piaskowcu, zaprawie i cegle zaimpregnowanych poprzez całkowite zanurzenie w preparatach na czas 5 minut. Próbki po odpowiednim kondycjonowaniu i określeniu masy zanurzono w wodzie na okres 24h, po czym ponownie określono masę. Dla porównania tę samą czynność wykonano dla nieimpregnowanych próbek (kontrolnych). Tabela 4. Wodochłonność materiałów po zabiegu impregnacji preparatami Nasiąkliwość w wodzie w % materiał kontrolne nasiąkliwość % nasiąkliwość % spadek% nasiąkliwość % spadek% wapień 17,3 10, ,3 17 piaskowiec 7,6 1,3 83 0,5 93 zaprawa 9,6 1,7 82 1,5 84 cegła 12,2 1,5 87 3,5 71 Zaimpregnowane przez zanurzenie próbki wykazują zróżnicowany spadek wodochłonności. Najlepszy efekt uzyskano dla piaskowca, zaprawy i cegły, w przypadku tych materiałów oba preparaty wykazały wysoką skuteczność, spadek wodochłonności wyniósł od 80 do 90%. W stosunku do wapienia lepsze działanie wywiera zastosowanie wodnego preparatu, choć spadek wchłaniania wody wynosi ok. 40% (środek rozpuszczalnikowy redukuje nasiąkliwość zaledwie o 17%). W przypadku powierzchni ceglanych dla preparatu redukcja chłonności wody wynosi 87%, dla RI- M-BRIKO 71% Badania przyśpieszonego starzenia Zaimpregnowane powierzchniowo próbki poddane niszczącym warunkom tj. cyklicznemu zamrażaniu i nasycaniu wodą oraz przemiennemu działaniu wysokiej temperatury i nasycania wodą, po zakończeniu 25 cykli zmian poddano obserwacjom oraz badaniom czasu nia kropel wody. Jako prób kontrolnych użyto podłoży nieimpregnowanych i impregnowanych lecz nie poddanych testowi. Rezultat doświadczenia zadokumentowano na fotografiach 1-8. Pomiar czasu nia kropel wody na starzone powierzchnie przedstawiono w tabeli 5. 6

7 Tabela 5. Szybkość nia kropel wody w impregnowane powierzchnie, poddane starzeniu. Szybkość nia w minutach i godzinach materiał kontrolne impregnowane temp. mróz temp. mróz wapień 1,2 h 17 min 40 min 15 min piaskowiec 1h 1,5 h zaprawa 3 h* 2,5 h* 1,2 h cegła 3 h* 2,5 h* 2,5 h* * woda nie w podłoże lecz odparowuje. Impregnowane powierzchnie, które poddano następnie długotrwałemu, zmiennemu działaniu czynników destrukcyjnych, wykazują nadal właściwości wodoodporne. Krople wody utrzymują się na powierzchni starzonych próbek zachowując kulisty kształt dłużej, gdy zostały zaimpregnowane preparatem wodnym. W niektórych przypadkach (zaprawa, cegła) odparowują one z powierzchni, nie jąc do podłoża. Zastosowane czynniki niszczące, zbliżone do naturalnie występujących, lecz bardziej drastyczne, mają oczywiście wpływ na trwałość impregnacji. Spośród obu zastosowanych czynników bardziej destrukcyjnie działa cykliczne zamrażanie i nasycanie wodą. Mimo tego, po 25 cyklach powierzchnie nadal mają wyprawę wodoodporną. Spośród badanych materiałów budowlanych najsłabszy efekt uzyskano na porowatym wapieniu pińczowskim. 7

8 3.5. Omówienie wyników W świetle przeprowadzonych badań na zróżnicowanych podłożach, w trakcie których ustalono jakie są możliwości penetracyjne preparatów, szybkość osiągnięcia efektu hydrofobowego na materiałach, stopień obniżenia wodochłonności oraz trwałość wyprawy wodoodpornej stwierdzono: Zastosowanie wodnego preparatu powoduje bardzo szybkie uzyskanie pełnego efektu hydrofobowego na wszystkich badanych podłożach. Już po 4 godzinach (przy temp 18 0C, na suchym podłożu) wapień i tynk uzyskują właściwości hydrofobowe, wszystkie zaś po 24 godzinach są trwale w wysokim stopniu zhydrofobizowane, co wykazały pomiary nasiąkliwości w wodzie (18% spadek dla cegły do 80% dla piaskowca i zaprawy). Efekt hydrofobowy jest zachowany po intensywnym poddaniu warunkom destrukcyjnym, zbliżonym do zewnętrznych (zmienne temperatury: wysokie i niskie przy nawilżaniu wodą). Zdolność penetracyjna emulsyjnego preparatu w stosunku do materiałów porowatych jest niezbyt wysoka, przy użyciu badanego środka osiąga się powierzchniową ochronę przeciwwodną. Zaobserwowano, iż wskutek zabiegu hydrofobizacji uzyskuje się lekkie uintensywnienie barwy i uczytelnienie struktury podłoża. szczególnie korzystnie wpływa na uzyskanie efektu hydrofobowego na wapieniu, piaskowcu, zaprawie (tynku) i cegle. Rozpuszczalnikowy preparat jest środkiem bardzo szybko penetrującym struktury porowatych materiałów, stosując go można osiągnąć znaczną strefę hydrofobową. Czas, po którym powierzchnie osiągają wyprawę przeciwwodną jest dłuższy dla badanych materiałów w porównaniu z bezrozpuszczalnikowym preparatem, po upływie 24 godzin osiąga się efekt hydrofobowy, lecz skuteczną ochronę przed deszczem uzyskują powierzchnie po około 48 godzinach. Spadek wodochłonności jest wysoki dla piaskowca, zaprawy i cegły, wynosi on od 70 do 90%. Efekt hydrofobowy zachowują materiały także po wykonaniu testów starzeniowych, jest on jednak nieco słabszy niż uzyskany preparatem. Środka nie zaleca się do stosowania na wysokoporowaty wapień (np. pińczowski). Można go natomiast użyć z dobrym efektem do hydrofobizacji piaskowca, tynku, cegły, uzyskując przy tym niewielkie uintensywnienie barwy traktowanych podłoży. 8

9 4. Wnioski Celem doświadczeń było ustalenie wpływu impregnatów na właściwości podłoży, trwałość zabiegu hydrofobizacji w warunkach działających destrukcyjnie, a także porównanie skuteczności działania dwóch różnych preparatów hydrofobizujących: środka bezrozpuszczalnikowego i rozpuszczalnikowego. Do badań zastosowano kształtki wycięte z kamieni naturalnych: wapienia i piaskowca, tynku i cegły, a wiec materiałów o zróżnicowanej barwie, strukturze i porowatości. Stwierdzono, że oba preparaty redukują wchłanianie wody przez zaimpregnowane powierzchnie nie wpływając na ich estetykę, pogłębiając nieco ich barwę i uczytelniając fakturę. Zabieg jest trwały, impregnowane podłoża poddane badaniom w warunkach zmiennych temperatur i zawilgocenia zachowują właściwości wodoodporne. Preparat bezrozpuszczalnikowy zalecić można szczególnie w stosunku do powierzchni z kamieni naturalnych, tynku i cegły, zaś środek rozpuszczalnikowy przydatny będzie w stosunku do piaskowca, tynku i cegły. Oba preparaty mogą być stosowane także w przypadku podłoży zabytkowych, o ile sam zabieg po wierzchniowej hydrofobizacji będzie w konkretnym przypadku wskazany. Toruń,

10 5. Fotografie Fot. 1: Właściwości hydrofobowe wapienia impregnowanego preparatem bezrozpuszczalnikowym Fot. 2: Właściwości hydrofobowe wapienia impregnowanego preparatem rozpuszczalnikowym Próbki 1, 5 - wapień nieimpregnowany Próbki 2, 6 - wapień impregnowany, niestarzony Próbki 3, 7 - wapień impregnowany, po 25 cyklach suszenia i nasycania wodą Próbki 4, 8 - wapień impregnowany, po 25 cyklach mrozoodporności 10

11 Fot. 3: Właściwości hydrofobowe piaskowca impregnowanego preparatem bezrozpuszczalnikowym Fot. 4: Właściwości hydrofobowe piaskowca impregnowanego preparatem rozpuszczalnikowym Próbki 1, 5 - piaskowiec nieimpregnowany Próbki 2, 6 - piaskowiec impregnowany, niestarzony Próbki 3, 7 - piaskowiec impregnowany, po 25 cyklach suszenia i nasycania wodą Próbki 4, 8 - piaskowiec impregnowany, po 25 cyklach mrozoodporności 11

12 Fot. 5: Właściwości hydrofobowe cegły impregnowanej preparatem bezrozpuszczalnikowym Fot. 6: Właściwości hydrofobowe cegły impregnowanej preparatem rozpuszczalnikowym Próbki 1, 5 cegła nieimpregnowana Próbki 2, 6 cegła impregnowana, niestarzona Próbki 3, 7 cegła impregnowana, po 25 cyklach suszenia i nasycania wodą Próbki 4, 8 cegła impregnowana, po 25 cyklach mrozoodporności 12

13 Fot. 7: Właściwości hydrofobowe zaprawy impregnowanej preparatem bezrozpuszczalnikowym Fot. 8: Właściwości hydrofobowe zaprawy impregnowanej preparatem rozpuszczalnikowym Próbki 1, 5 - zaprawa nieimpregnowana Próbki 2, 6 - zaprawa impregnowana, niestarzona Próbki 3, 7 - zaprawa impregnowana, po 25 cyklach suszenia i nasycania wodą Próbki 4, 8 - zaprawa impregnowana, po 25 cyklach mrozoodporności 13