Hydrofobizace stavebních materiálů Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D1045, 224 354 688, milena.pavlikova@fsv.cvut.cz http://tpm.fsv.cvut.cz
Obsah Úvod Hydrofobizace Princip hydrofobizace Provedení hydrofobizace Účinné látky Způsoby aplikace Hodnocení hydrofobizace Aspekty hydrofobizace Typy hydrofobizačních prostředků Příklady realizace
Úvod První organokfiemičité sloučeniny byly připraveny již v roce 1845, ale teprve před 2. světovou válkou a během ní byla zjištěna jejich průmyslová využitelnost. První výsledky zpevnění a hydrofobizace určitých druhů stavebních materiálů byly publikovány ve zprávě v roce 1957 a na jejich přípravu a využití byl udělen československý patent. Organokřemičité prostředky jsou od 50. let 20. století používány v českých zemích při konsolidaci (zpevňování a hydrofobizace) velkého množství kamenosochařských památek. Výrobu zahájila až v roce 1991 firma Aqua (přípravky Porosil), ale to již byla na našem trhu řada podobných výrobků, především německých.
Hydrofobizace Hydrofobita (vodoodpudivost) zabraňuje pronikání kapalné vody do porézního systému materiálu zkracuje kontakt vody s povrchem Snížení korozních procesů Snížení mrazového poškození Potlačení existence živých organismů
Princip hydrofobizace změna vlastností ošetřovaného materiálu zvyšuje se smáčecí úhel pro vodu na rozhraní pevné látky a plynného prostředí Voda + a) Povrchem odmaštěné sklo b) Voskový či olejový povrch
Povrchy smáčené kapalinami lyofilní Povrchy nesmáčené kapalinami lyofobní Povrchy smáčené vodou hydrofilní Povrchy nesmáčené vodou - hydrofobní
vytvoření tenké vrstvičky hydrofobní látky na vnitřním povrchu pórů síla několika molekul nezmenšuje průměr pórů Hydrofobní povrch voda nesmáčí, stéká a odnáší s sebou část nečistot nestandardní špinění nevhodné u uměleckých objektů
Hydrofilní versus hydrofobní látky
Provedení hydrofobizace Vnitřní jako aditivum strukturální hydrofobizéry silikátové fasádní barvy injektážní prostředky sádra, vápno, silikátové materiály (suché maltové směsi) minerální vlna požadavek hydrofobizace ihned po zabudování vodoodpudivý celý objem stavebního materiálu Vnější dodatečné (závěrečné ošetřené) problémy degradace povrchové ochranné vrstvy vznik trhlin teplotními šoky a mechanickým porušením opotřebení povrchu
Způsoby aplikace vnější hydrofobizace Povrch před hydrofobizací očistit zbavit mechů, lišejníků atd. suchý tzn. několik dní chránit před deštěm Teplota aplikace + 10 až + 25 C Vhodné chránit povrch zastíněním Nízká vlhkost vzduchu (pod 30%) zpomaluje chemickou reakci Čerstvě ošetřený povrch chránit nejméně 5 hodin před deštěm Silný vítr předčasně odpařuje rozpouštědlo nástřiky, nátěry, napouštění
Hodnocení hydrofobizace Vizuálně barva lesk Lepivost Nasákavost pokles minimálně o 70% ponořením do vody Karstenovy trubice v reálu Propustnost pro vodní páru nesmí se snížit více než o 10% Smáčecí úhel vyšší než 70
Sledování kvality vznikajícího gelu SiO2 z jednotlivých prostředků na Petriho misce. Obrázek dokumentuje stupeň rozpraskání gelu po devíti dnech na misce. a Porosil RZ 100; b Ifest OH 100; c Funcosil Steinfestiger 510; d Funcosil KSE 500 E; e Funcosil Steinfestiger 300; f Porosil RZV 100. (Foto Z. SlíÏková)
Aspekty vnější hydrofobizace Výhody stačí vytvořit tenký film na povrchu materiálu průchodnost pórů pro plyny zůstane zachována
Omezení a nebezpečí hydrofobizace Účinnost hydrofobizace do určité velikosti pórů do určité výše působícího hydrostatického tlaku vody Vnitřní koroze při průniku solí za ošetřenou vrstvu hromadění solí pod touto vrstvou působení krystalizačními a hydratačním tlakem odtržení ošetřené vrstvy (bez varování)
Požadavky na vnější hydrofobizátor Obsah nejméně 4% aktivní látky Aktivní látka stálá Po odpaření rozpouštědla nelepivý Neobsahuje škodlivé látky pro ošetřovaný materiál, ani nevyvolává jejich vznik
Makromolekulární látky na bázi křemíku Siloxanová vazba Si O Si O Silikony: teplotně stálé, hydrofobní, nenasákavé, chemicky inertní polydimethylsiloxan stálé -70-300 C, hydrofobní, natírání stanových dílců, mazání strojů pracujících za vysokých i nízkých teplot, součástí brusných past základní typy silikonů - kapaliny, oleje, pryskyřice, laky a kaučuky
Typy vnějších hydrofobizačních prostředků Nepolární sloučeniny s delším uhlíkatým řetězcem vosky, oleje, syntetické polymery Organické sloučeniny křemíku (silikony) nejčastěji používané oligomery, monomery i vysokomolekulární polymery methylsilanoláty rozpustné ve vodě nízká cena
Nejčastěji - roztoky siloxanových pryskyřic v organickém rozpouštědle (lakový či technický benzín) obsah pryskyřice 3-8% jednosložkové, bezbarvé nebo slabě nažloutlé, transparentní snadno rozpustné, tedy dobře odstranitelné nevýhodou možné požární, ekologické a zdravotní ohrožení Emulze polysiloxanové pryskyřice jednosložkové, vodou ředitelné vzhled mléčné kapaliny emulgátor snižuje hydrofobitu, časem se odplavuje
Nížemolekulární polymery dvousložkové (katalyzátor pro polymeraci), roztoky v organických rozpouštědlech Oligomery polymerují samovolně vlivem vzdušné vlhkosti jednosložkové, transparentní, bezbarvé schopnost chemické vazby na povrch křemenných zrn roste otěruvzdornost
Silikonové mikroemulze (SMK) nízkomolekulární silikonové sloučeniny pomalou reakcí s vodou vzniká polymerní hydrofobní materiál Další typy stearáty (nejčatěji hlinitý) cenově výhodnější, odolná proti alkáliím a stárnutí silikonových prostředkům se účinností a stálostí nevyrovná isokyanátové pomery a polymery obsahující fluor dobrá životnost drahé rozpouštědlem halogenované uhlovodíky
roztoky na bázi vodní emulze vosků a olejů tradiční - včelí vosk mírná lepivost vede ke špinění kočka vodní vosková emulze pro voskování povrchů (podlahy) vosk nemá definované složení a vlastnosti není určena pro ochranu stavebních povrchů a výtvarných děl
Typy strukturálních hydrofobizérů Oleochemikálie soli odvozené od mastných kyselin vysoký hydrofobní výkon při malých dávkách (0,1 0,6%) mýdla alkalických zemin a přechodných kovů stearáty zinku, vápníku, hliníku obtížně smáčí, nižší disperzita mýdla alkalických kovů oleáty sodíku, vápníku účinkují až po reakci s volným CaO tzv. reaktivní mýdla vynikající disperzita, nejvýkonější hydrofobizéry Kombinované produkty oleáty a stearáty okamžitý silný hydrofobní výkon, schopnost smáčet a disperzita Silikony nízká povrchová energie a napětí vynikající disperzní a smáčecí schopnosti odolné povětrnosti, alkalitě, teplotním šokům prodyšné pro vodní páry redukce výkvětotvornosti inhibice koroze chloridovými ionty
Kritéria výběru vnější hydrofobizace Cena - zavádějící Obsah účinné látky silikony 3-10% aktivní látky koncentráty Zda a při jaké koncentraci tvoří souvislý film Barva prostředku
Ekologie a hygiena práce nevýhodou organická rozpouštědla vodní disperze polymeru silikonové mikroemulze (SMK) neobsahují vodu ani organická rozpouštědla dobrá penetrační schopnost snadné použití silanoláty (silikonáty) pouze tam,kde nejsou na závadu mírné výkvěty solí
Životnost vnější hydrofobizace Vliv sluněčního (UV) záření Vliv silně alkalického prostředí atd. odštěpování postranních skupin od hlavního uhlíkatého řetězce pokles až ztráta hydrofobity Odolnost silikonových prostředků vůči alkalickému prostředí roste se zvětšující se délkou postranního řetězce. Známa životnost přes 20 let (např. Silgel katedrála sv. Víta, Národní divadlo) Rozhoduje kvalita prostředku způsob použití stupeň nasycení
Odstranitelnost vnější hydrofobizace Zpětné rozpouštění a omytí Mechanicky Potlačení účinku hydrofobizace enzymy řízená biodegradace účinné látky
Záznam z neutronografie vzorek pískovce je ve směru šipky napuštěn organokřemičitým konsolidantem s hydrofobními účinky
Příklady realizace vnější hydrofobizace Praha, Hradčany, Letohrádek královny Anny, jihovýchodní pole pískovcového zábradlí, stav před rokem 1958 před použitím organokřemičitanů. (Foto J. Blažej) Praha, Hradčany, Letohrádek královny Anny, jihovýchodní pole pískovcového zábradlí, stav po restaurování v roce 1958, které bylo provedeno organokřemičitými prostředky. (Foto J. Doubrava)
Praha, Hradčany, katedrála sv. Víta, pohled na opěrný systém. (Fotoarchiv NPÚ ÚP) Kutná Hora, chrám sv. Barbory, celkový pohled před dostavbou. (Fotoarchiv NPÚ ÚP)
Kladruby (okres Tachov), benediktinský kostel Panny Marie, pfřestavěn v letech 1712 1726 J. Santinim. Roku 1998 byly fasády na základě restaurátorského průzkumu barevně tónovány s využitím oxidických pigmentů a organokřemičitého pojiva výrobek POROSIL ZV 30. (Foto Jan Bárta)
Tlaková injektáž
Konkrétní aplikace strukturálních hydrofobizérů Spárovací hmoty zábrana vynášení výkvětů a přenosu pigmentů Reprofilační malty celoplošné sanace železobetonových konstrukcí Ochranné antikorozní povlaky a adhezní můstky při sanacích Omítky Povlakové polymercementové hydroizolace
Seznam použité literatury Kotlík,P.:Hydrofobizační a zpevňovací prostředky, Hmoty a materiály1998. Kotlík,P.: Fluorované polymery jejich využití při hydrofobizaci památek Nováček, J.: Ověření účinnosti hydrofobizačních přísad určených ke strukturální hydrofobizaci silikátových maltových směsí, SVOČ 2008
Příloha Přehled a vlastnosti hydrofobizačních prostředků. 1998