Зашита природных каменных материалов от коррозионного разрушения

Каменные материалы в условиях службы в конструкциях могут подвергаться процессам разрушения, аналогичным выветриванию горных пород в естественных условиях.

Основными причинами разрушения каменных материалов в дорожных и мостовых конструкциях, облицовке зданий и сооружений являются:

• ? действие атмосферных осадков, ветра, пыли;
• ? резкие перепады температур (в том числе количество переходов через 0 °С), попеременное замерзание и оттаивание воды в порах и трещинах;
• ? попеременное увлажнение и высыхание;
• ? воздействие вредных выбросов в атмосферу от автомобилей и промышленных предприятий.

Оксиды S0₂, S0₃, N0₂, С0₂ и др. образуют с атмосферной влагой и грунтовыми водами кислоты, вызывающие коррозию

(в первую очередь карбонатных пород). Каменные материалы разрушаются также от воздействия органических кислот.

Скорость разрушения каменных материалов зависит от состава, структуры и текстуры горной породы, содержания размокающих и растворимых веществ, размера и количества открытых пор, наличия микротрещин, которые могли образоваться в процессе добычи и обработки материала. Все указанные выше факторы сокращают срок службы каменных сооружений и резко ухудшают их декоративные качества.

Поверхности мраморов и известняков интенсивно разрушаются сернистыми и углекислыми газами, находящимися в воздухе, малорастворимый кальцит во влажном воздухе под действием углекислого газа переходит в легкорастворимый бикарбонат кальция по реакции

Стойкость материала к выветриванию тем выше, чем больше его относительная плотность (меньше пористость) и меньше растворимость. Все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на повышение их поверхностной плотности и предохранение от воздействия влаги.

Защитить каменные материалы от воздействия воды можно несколькими способами: конструктивным, механическим и химическим.

Конструктивный предусматривает изоляцию поверхности каменных материалов от источников агрессии путем устройства рациональных стоков жидкостей.

Механический заключается в обработке поверхности (шлифовке, полировке) для снижения площади поверхности и предотвращения скапливания и удерживания на камне агрессивных веществ.

Поверхность каменных материалов можно уплотнить путем их пропитки гидрофобными составами, например кремнийор- ганическими гидрофобизированными жидкостями (ГКЖ). Гидрофобизация препятствует адсорбции и удержанию жидкостей поверхностью, а также капиллярному впитыванию.

При химическом способе защиты каменный материал пропитывают водным раствором веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня. При этом растворимое вещество камня переходит в нерастворимое состояние. Такой метод защиты называется флюатированием. Для флюатирования используют соли кремнефтористо-водородной кислоты (например, флюат магния MgSiF₆). При флюатирова- нии известняковых пород произойдет реакция

В результате этой реакции в порах камня и на его поверхности выделяются нерастворимые вещества CaF₂, MgF₂, Si0₂, повышающие не только прочность и морозостойкость камня, но и его химическую стойкость.

Некарбонатные породы перед пропиткой флюатами предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием (СаС1₂) и раствором соды (Na₂C0₃), в результате чего образуется карбонат кальция:

Далее производят флюатирование.

Перед флюатированием поверхность пористого камня целесообразно насытить известковым молоком, тогда пройдет реакция между флюатом и гидроксидом кальция:

Полиминеральные горные породы более склонны к коррозии, чем мономинеральные, состоящие из одних плотных и прочных минералов. Полиминеральность вызывает разное отношение частиц минералов к агрессивным агентам: часть минералов разрушается, нарушая связи между остальными частицами.

Долговечность природных каменных материалов значительно увеличивается при нанесении на их поверхность пленкообразующих полимерных материалов или при пропитке поверхностного слоя мономером с последующей его полимеризацией.