Состав для профилактической обработки строительных материалов, архитектурных объектов и дорог
Владельцы патента RU 2266879:
Государственное предприятие РосдорНИИ (RU)
Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ" ФГУП "ИРЕА" (RU)
Изобретение относится к составам для профилактической обработки строительных материалов, архитектурных объектов и дорог и может быть использовано для снижения воздействия антропо- и техногенной нагрузки (кислотные дожди, СО2-содержащая атмосфера, выхлопные газы, противогололедные средства и др.) на недвижимые строительные конструкционные материалы и объекты старинной архитектуры, особенно из белого камня, и предотвращения образования и удаления снежно-ледяных отложений на этих объектах. Состав для профилактической обработки строительных материалов, архитектурных объектов и дорог содержит карбонат калия, силикат калия, фосфат калия, фторид калия и карбоксилат калия при следующем соотношении компонентов в мас.%: карбонат калия 5-90, силикат калия 0,05-10, фосфат калия 0,05-5, фторид калия 0-0,05, карбоксилат калия - остальное. Состав содержит в качестве карбоксилата калия ацетат или формиат. Также он может содержать поверхностно-активную добавку и/или антисептик, и/или антистатик, и/или антиозонант, и/или антипирен. Технический результат: снижение себестоимости состава, повышение его экологической безопасности, минимизация последствия воздействия агрессивной среды эксплуатации на недвижимые строительные конструкционные материалы. 3 з.п.ф-лы. 2 табл.
Изобретение относится к составам для профилактической обработки строительных материалов, архитектурных объектов и дорог и может быть использовано для снижения воздействия антропо- и техногенной нагрузки (кислотные дожди, CO2-содержащая атмосфера, выхлопные газы, противогололедные средства и др.) на недвижимые строительные конструкционные материалы и объекты старинной архитектуры, особенно из белого камня, и предотвращения образования и удаления снежно-ледяных отложений на этих объектах.
Известен состав для обработки строительных материалов от воздействия коррозионно-активных сред, содержащий в мас.%: силикат-натриевое жидкое стекло 42,0-43,2, молотый мел 12,4-17,0, фталевая кислота 1,2-2, продукт взаимодействия диатомита и пятиокиси ванадия в водном растворе кислого сульфата калия 0,2-0,3, кварцевый песок остальное (см. SU 1779676 А1, опубл. 07.12.1992).
Известен состав для пропитки твердых строительных материалов против воздействия жидкостей, а также от химической и биологической коррозии, содержащий в мас.%: вода 55,6-58,0, глицерин 31-36,6, оксид кальция 1,1-1,31, пентагидрат метасиликата натрия 4,3-12,3 (см. RU 2190583 С2, опубл. 10.10.2002).
Известно использование для обработки осадочных и метаморфических карбонатных пород при реставрации исторических памятников - скульптуры, зданий и сооружений 0,005-0,12%-ного раствора смеси фуллеренов в органическом растворителе с последующей пропиткой гидрофобизирующей кремнийорганической жидкостью (см. RU 2211206 С2, опубл. 27.08.2003).
Известен способ защиты пористых поверхностей реставрируемых памятников от воздействия температуры, света, влаги и солей, согласно которому поверхности обрабатывают растворами полиоснования и поликислоты с концентрацией не более 2% и молекулярной массой, не превышающей 500 000, взятыми в эквимольном соотношении (см. RU 2092322 С1, опубл. 10.10.1997).
Известно средство для удаления льда, содержащее в мас.%: ацетат или формиат щелочного металла или их смесь 92-97,9, силикат щелочного металла 2-7 и фосфат щелочного металла 0,1-1(см. RU 2172332, опубл. 20.08.2001).
Также известна антиобледенительная композиция, включающая в мас.%: ацетат калия 50, фосфат калия 0,2, ингибитор коррозии 0,25-0,5, вода (см. ЕР 0494506, опубл. 15.07.1992).
Задачей изобретения является снижение себестоимости состава для профилактической обработки, повышение его экологической безопасности и снижение последствий воздействия агрессивной среды эксплуатации на неподвижные строительные конструкционные материалы, укрепление их, а также обеспечение предотвращения образования и удаления снежно-ледяных отложений на этих объектах.
Поставленная задача решается тем, что состав для профилактической обработки строительных материалов, архитектурных объектов и дорог содержит карбонат калия, силикат калия, фосфат калия, фторид калия и карбоксилат калия при следующем соотношении компонентов в мас.%:
| карбонат калия | 5-90 |
| силикат калия | 0,05-10 |
| фосфат калия | 0,05-5 |
| фторид калия | 0-0,05 |
| карбоксилат калия | остальное. |
При этом профилактический состав в качестве карбоксилата калия содержит ацетат или формиат.
К тому же профилактический состав дополнительно содержит поверхностно-активную добавку и/или антисептик, и/или антистатик, и/или антиозонант, и/или антипирен.
Эффективность заявляемого состава, выражаемая в снижении его себестоимости и повышении не только экологической безопасности, но и способности минимизировать последствия воздействия агрессивной среды эксплуатации на недвижимые строительные конструкционные материалы, обусловлена тем, что он содержит достаточно дешевый, доступный, менее коррозионно агрессивный и неокисляемый неорганический компонент - карбонат калия, обладающий способностью замедлять деструкцию недвижимых строительных конструкционных материалов под действием кислотных дождей и кислой, СО2-содержащей атмосферы за счет подавления процессов образования в конструкционном материале растворимых кислых солей (нейтрализующий эффект) и за счет подавления повышенной растворимости карбонатных компонентов материалов действием одноименного аниона. В целом, при систематическом использовании заявляемого средства эффект минимизации разрушительного воздействия среды эксплуатации на недвижимые конструкционные материалы достигается тем, что, попадая в поры материалов, средство замедляет его растворение и химическое разложение, а в зимний период предотвращает замерзание влаги в порах материалов и их морозное растрескивание. С профилактической целью укрепления недвижимых конструкционных материалов состав может использоваться для обработки дорог, фундаментов зданий, культурно-хозяйственных объектов и прилегающих к ним территорий не только в зимний, но и в летний период самостоятельно или в виде добавок к промывным водам. Присутствие в составах присадок растворимых фторида и фосфата усиливает эффект укрепления строительных материалов за счет связывания утрачиваемых ими при разрушении кальция и магния в нерастворимые соли, цементирующие образовавшиеся при разрушении поры.
Заявляемый состав может использоваться в сухом виде или в виде раствора, концентрация которого выбирается в зависимости от климатических условий и цели обработки. Для профилактической обработки используются разбавленные растворы. Аналогично выбирается соотношение компонентов: для обработки дорог увеличивают содержание карбоксилата калия в составе, для обработки строительных материалов и архитектурных объектов применяют составы с повышенным содержанием карбоната калия.
Изобретение осуществляется следующим образом. Для получения профилактического состава используют следующие материалы.
Карбонат калия - технический поташ по ГОСТ 10690-73 (побочный продукт переработки нефелинов на глинозем).
Ацетат калия - марки "ч" по ГОСТ 5820-78. Также можно использовать ацетат калия, полученный путем нейтрализации технического поташа технической уксусной кислотой.
Формиат калия (НСООК)
Фосфат калия используют водорастворимый:
ортофосфат калия (К3РО4) "ч" по ГОСТ 10075-75,
метафосфат калия (КРО3) "ч" по ТУ 6-09-1463-76,
пирофосфат К4Р2О7 "ч" по ТУ 6-09-3539-74, а также любые другие растворимые фосфаты.
Водорастворимые силикаты:
метасиликат калия К2SiO3·nH2O "ч" по ГОСТ 9476-75,
жидкое стекло K2O-nSiO2·mH2O "хч" ТУ 6-09-4463-77, а также другие водорастворимые силикаты.
Фторид калия - марки "ч" по ГОСТ 20848-75; кислый фторид калия KHF2 "ч" по ГОСТ 10067-75, а также другие водорастворимые фториды.
В качестве дополнительных вспомогательных веществ используют поверхностно-активные вещества (ПАВ): анионные - соли жирных кислот, таких как олеиновая, стеариновая и др.; алкилсульфаты, алкилсульфонаты и др.; катионоактивные, например, хлорид параалкилбензилтриэтил-аммония, преимущественно неионогенные - синтетические моющие вещества, ОП-7, ОП-10, ОП-4, левенол Ц-201 и др.; антисептики - борная кислота, бензилбензоат, тетранил 511 К, формалин, трибутилоловооксид и др.; антистатики - тетранил 511 К, полиакриловая кислота и др.; антиозонанты - N,N-дифенил-п-фенилендиамин, 6-этокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин, парафин и др.; антипирены - эфиры фосфорных кислот, например, три(2,3-дибром-пропилфосфат), гексабромбензол и др.
Пример 1.
Ацетат, карбонат, силикат, фторид и фосфат калия смешивают в заявленном соотношении.
Из полученного состава готовят водный 20%-ный (в пересчете на содержание калия) раствор. Определяют температуру замерзания и коррозионную активность на металл (сталь-3) полученного раствора по стандартным методикам. Испытывают характер воздействия состава на строительные конструкционные материалы силикатной (бетон) и карбонатной природы (белый камень).
Оценка действия на бетон осуществляется по стандартному методу ASTM-C672-22, предусматривающему визуальное определение сопротивления шелушению бетонной поверхности, подвергаемой циклам замораживания-оттаивания под слоем антиобледенителя (проводится 100 циклов испытаний).
Оценка действия антиобледенителя на белый камень проводится методом ускоренного старения, моделирующим разрушение камня под действием реагента при знакопеременном изменении температуры. Для этого 3 образца белого камня, представляющие собой кубики размером 5х5х5 см с отшлифованной поверхностью граней, полностью погружают в испытуемый состав, предварительно разбавленный до 5%-го суммарного содержания солей (разбавление предусматривается с целью увеличить глубину проникновения раствора в камень в соответствии с практикой реставрационных исследований). После вымачивания образцов в течение 2-х суток их подвергают попеременно вымораживанию при -20°С и высушивают при 30°С до постоянной массы. Контролируют характер изменения поверхности и потерю массы образцов. Образцы, прошедшие 100 циклов ускоренного старения, испытывают на солестойкость по отношению к поваренной соли. Для этого их многократно вымачивают в 5%-ом растворе поваренной соли, высушивают и вымораживают в описанном выше режиме. Визуально контролируют характер изменений поверхности образцов белого камня.
В таблице 1 приведены примеры профилактического состава, а в таблице 2 - свойства по примерам состава.
Как видно из приведенных данных, уменьшение содержания ацетата калия в заявленных пределах хотя и снижает криохимическую активность состава, но сохраняет ее тем не менее в приемлемом зимнем интервале температур.
При этом существенно снижается коррозионная активность составов (скорость коррозии на сталь-3 при максимальном содержании карбоната калия снижается почти в 5 раз) и проявляется тенденция к укреплению строительных конструкционных материалов, в том числе материалов наиболее уязвимой карбонатной природы: многократная обработка белого камня заявляемым средством не только не разрушает его поверхность, но в отличие от прототипа облагораживает ее (усиливает гладкость и белизну), повышает солестойкость камня.
Использование составов с содержанием карбоната калия выше и ниже заявленного интервала нецелесообразно. Избыток карбоната калия снижает криохимическую активность составов ниже уровня поваренной соли, хотя и обеспечивает низкую коррозионную активность и укрепляющий эффект воздействия на белый камень. Недостаток карбоната калия повышает коррозионную активность составов, снижает укрепляющий эффект воздействия на конструкционные материалы (на белом камне при испытании на солестойкость появляются осыпи граней).
При использовании в составе фторида калия эффект облагораживания поверхности белого камня и его укрепления выявляется при меньшем числе циклов обработки камня.
Для усиления специфических свойств профилактического состава в него дополнительно вводят указанные выше вспомогательные вещества.
Примеры 2-4 аналогичны примеру 1.
Пример 5.
Ацетат, карбонат, силикат, фторид и фосфат калия смешивают в заявленном соотношении. В полученную смесь вводят стеарат калия и тетранил 511 К (примеры на соотношение компонентов приведены в таблице 1). Полученный состав разводят водой непосредственно в поливомоечной машине в соотношении 1:1000 и используют в качестве моющего и укрепляющего конструкционные материалы средства - для обработки дорожных покрытий, фундаментов и фасадов зданий. Состав наряду с укрепляющим климатозащитным действием на конструкционные материалы обеспечивает усиление моющего эффекта, снижение пылеобразования на дорогах, защиту материалов от плесневых загрязнений.
Примеры 6-8 аналогичны примеру 5.
Для обработки комплексов с объектами деревянной архитектуры с целью снижения пожароопасности используют дополнительные вещества, например, препарат ББК-3 (техническая бура, борная кислота) или гексабромбензол или жидкое стекло (К2О·nSiO2·mH2О по ТУ-6-09-4463-77), которые вводят в предлагаемый профилактический состав.
Таким образом, описываемый профилактический состав за счет использования доступных и недорогих компонентов обладает пониженной себестоимостью и комплексом свойств, обеспечивающих не только повышение экологической безопасности, но и полезное активное воздействие на окружающую среду. Повышение надежности благоприятного экологического прогноза от использования заявляемого состава и его способность минимизировать последствия воздействия агрессивной окружающей среды на недвижимые конструкционные материалы обеспечивается:
- за счет снижения доли легко окисляемого органического компонента уменьшается опасность обеднения водоемов кислородом;
- за счет снижения коррозионной активности составов уменьшается опасность от его использования в отношении воздействия на металлоизделии (автомобили на дорогах) и металлоконструкций, в том числе находящиеся в контакте со строительным материалом;
- за счет присутствия в составах карбоната калия подавляется повышенная растворимость карбонатной составляющей строительных материалов (действием одноименного аниона), нейтрализуется воздействие кислот, СО2-содержащей атмосферы и, как следствие, тормозится разрушение материала с утратой растворимых гидрокарбонатов кальция и магния (нормализуется кислотно-щелочной баланс);
- за счет присутствия в составах карбонат-, фторид- и повышенного содержания фосфат-анионов обеспечивается способность не только не разрушать, но и укреплять контактирующие с ними конструкционные материалы путем связывания утрачиваемых материалом растворимых кислых щелочноземельных солей в нерастворимые соединения.
Тенденция укрепления материала в рамках проведенных испытаний проявляется на белом камне, однако разрушение более прочного бетона под действием кислот атмосферы имеет аналогичный механизм: под действием кислой среды растворяется карбонат кальция, цементирующий зерна силикатов, что и приводит к постепенному разрушению всего материала.
Заявляемый состав не загрязняет окружающую среду несвойственными и опасными для природы элементами, поскольку практически содержит только хорошо усваиваемые растениями макрокомпоненты (карбоксилат калия подвержен биодеградации в карбонат, а карбонат калия применяется в качестве удобрения).
Заявляемый состав должен способствовать снижению опасности загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, переводя их в нерастворимые и неусваиваемые растениями соли (тяжелые металлы - один из серьезных факторов загрязнения окружающей среды в городах; в Москве тяжелые металлы обнаруживаются даже в листьях растений).
Заявляемые составы могут использоваться как в качестве антиобледенительного, так и в качестве профилактического и укрепляющего средства, минимизирующего при систематическом использовании последствия воздействия агрессивной, "кислой" атмосферы на недвижимые конструкционные материалы. В зависимости от назначения и климатических условий может варьироваться соотношение компонентов, форма (жидкая, твердая), вид и количество присадок. В качестве антиобледенительного средства целесообразно использовать заявляемые составы в виде растворов; для профилактической обработки дорог, фундаментов, цоколей и прилегающих к архитектурному объекту территорий целесообразней использовать заявляемые составы в твердом виде, самостоятельно или, например, в качестве добавок к промывным водам. Особый интерес заявляемые составы представляют для использования на объектах, выполненных из материалов наиболее уязвимой карбонатной природы типа белого камня. Систематическое использование заявляемых составов на таких объектах, например путем обработки фундаментов зданий и прилегающих территорий, способно не только минимизировать воздействие на недвижимые камни агрессивной кислотной среды эксплуатации, но должно способствовать их укреплению; преимуществом такого способа "лечения" недвижимых камней является то, что в отличие от реставрационных и др. ремонтно-восстановительных методов укрепляться должны не только поверхностные, но и глубинные слои материалов за счет капиллярного подсоса минерализированных заявляемым средством поверхностных грунтовых вод. На основе заявляемых составов возможно создание профилактических составов, в том числе антиобледенительных, различного специального назначения, в том числе в комбинации с такими функциональными добавками, как антисептики (для обезвреживания опасных микроорганизмов), антипирены (для обработки объектов с деревянными и др. пожароопасными материалами), ПАВ и антистатики (для усиления моющего эффекта и снижения количества придорожной пыли) и др.
Создание ассортимента профилактических составов для недвижимых конструкционных материалов - один из возможных и перспективных путей минимизации катастрофических последствий воздействия агрессивной среды эксплуатации на недвижимые конструкционные материалы, один из возможных путей преодоления существующего в урбанизированных регионах экологического кризиса (разрушительные процессы в эксплуатируемых недвижимых "камнях" приобрели катастрофическую динамику: непредсказуемо и быстро разрушаются дорожные покрытия, мосты, фундаменты зданий, выходят из строя коллекторные сети и др. коммуникационные сооружения; в особо опасном состоянии находится большинство истор. и архит. памятников, выполненных из белого камня.
Заявляемые составы разработаны на основе системного изучения недвижимых строительных материалов и механизма их разрушения в условиях длительной эксплуатации.
| Таблица 1 | ||||||||
| Компоненты | составы, мас.% | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Карбонат калия | 90 | 5 | 70 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| Силикат калия | 0,5 | 0,05 | 10 | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Фосфат калия | 0,5 | 0,05 | 1 | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Фторид калия | 0 | 0 | 0,05 | 0,01 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 |
| Ацетат калия | 9 | 94,9 | - | - | 30,87 | - | - | - |
| Формиат калия | - | - | 18,95 | 29.99 | - | 30,87 | 30,97 | 30,97 |
| Стеарат калия | - | - | - | - | 1 | 0,9 | - | - |
| Тетранил 511 К | - | - | - | - | 0,1 | - | - | - |
| Борная кислота | - | - | - | - | - | 0,2 | - | - |
| Парафин | - | - | - | - | - | - | 1,0 | - |
| Гексабромбензол | - | - | - | - | - | - | - | 1,0 |
| Таблица 2 Результаты испытаний | ||||||||
| № состава | Температура замерзания раствора, °С | Скорость коррозии (сталь-3), мг/см2·сут. | Характер воздействия на строительные материалы | |||||
| Бетон (старение в составе) | белый камень | |||||||
| старение в составе | Солестойкость (NaCl) | |||||||
| 1 | -18 | 0,05 | Потери | Потери массы - нет; | Потери массы - нет; | |||
| массы - нет; | поверхность - облагораживание с выявлением повышенной гладкости и повышенной белизны за 40-50 циклов старения. | поверхность - без изъявлений. | ||||||
| поверхность - без шелушения. | ||||||||
| 2 | -49 | 0,27 | --//-- | Потери массы - нет; поверхность - без изменений. | Незначительные признаки начала осыпи граней. *) | |||
| 3 | -23 | 0,16 | --//-- | Потери массы - нет; поверхность - облагораживающий эффект выявляется повышенной гладкости за 30-35 циклов старения. | Потери массы - нет; поверхность - без изъявлений. | |||
| 4 | -25 | 0,18 | --//-- | --//-- | --//-- | |||
| 5 | -25 | 0,17 | --//-- | --//-- | --//-- | |||
| 6 | -26 | 0,18 | --//-- | --//-- | --//-- | |||
| 7 | -25 | 0,15 | --//-- | --//-- | --//-- | |||
| 8 | -27 | 0,17 | --//-- | --//-- | --//-- | |||
| *)на образцах белого камня, подвергнутого испытаниям на солестойкость без предварительного старения, в заявляемых составах наблюдаются изъявления поверхности и осыпи граней с потерей массы. |
1. Состав для профилактической обработки строительных матариалов, архитектурных объектов и дорог, характеризующийся тем, что он содержит карбонат калия, силикат калия, фосфат калия, фторид калия и карбоксилат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Карбонат калия | 5-90 |
| Силикат калия | 0,05-10 |
| Фосфат калия | 0,05-5 |
| Фторид калия | 0-0,05 |
| Карбоксилат калия | Остальное |
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбоксилата калия он содержит ацетат.
3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбоксилата калия он содержит формиат.
4. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поверхностно-активную добавку, и/или антисептик, и/или антистатик, и/или антиозонант, и/или антипирен.
