способ защиты строительных материалов и конструкций от воздействия влаги

Формула изобретения

1. Способ защиты строительных материалов и конструкций от воздействия влаги, согласно которому на обрабатываемой площади выполняют ряды отверстий, в отверстия устанавливают электроды, заполняют отверстия гидрофобной жидкостью и подают на электроды потенциал, создавая слабое электрическое поле, отличающийся тем, что в гидрофобную жидкость перед заполнением ею отверстий дополнительно вводят соль железа, например нитрат железа, в количестве 0,5-8 мас.%, причём при установке электродов между ними оставляют свободные отверстия, а подавая на них потенциал, чередуют аноды и катоды по обрабатываемой площади в шахматном порядке, причём гидрофобной жидкостью заполняют отверстия между электродами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстия под электроды выполняют на расстоянии 20-50 см друг от друга.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве электродов используют упругие пластины.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дополнительно на обрабатываемую площадь воздействуют постоянным магнитным полем, располагая его силовые линии перпендикулярно направлению миграционного потока частиц гидрофобной жидкости, вызванного действием приложенного электрического поля.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к области строительства, а более конкретно к водозащите строительных конструкций и может быть использован для защиты капиллярно-пористых материалов, изделий и конструкций от воздействия влаги, в том числе и для сушки стен старых зданий и защиты от сырости.

Известны способы защиты строительных материалов путем естественной пропитки гидрофобными жидкостями неорганического и органического составами, например, авторское свидетельство №1573016.

Однако недостатком данного способа является низкая производительность и отсутствие возможности регулирования процесса обработки. Это объясняется тем, что процесс массопереноса частиц протекает преимущественно по диффузионному механизму, а качество пропитки зависит от структурного построения порового пространства, которое носит случайный характер. Следовательно, направленное движение частиц гидрофобной защиты является неконтролируемым. Поэтому такие способы не обеспечивают качественной защиты от влаги.

Известны способы защиты строительных материалов, изделий и конструкций от сырости с использованием электрохимических методов (Экспресс-информация, строительство и архитектура, сводный том, вып. №3, М.: 2001 г, с. 22-23). Для удаления влаги и предотвращения распространения сырости в кирпичных стенах эксплуатируемых зданий по известному способу используются приемы электроосмоса. Суть способа заключается в том, что в стене монтируют систему штырей-электродов, к которым подается потенциал от генератора электрического тока таким образом, чтобы массоперенос влаги осуществлялся по капиллярам сверху вниз. В дальнейшем избыток жидкости улавливают и удаляют с помощью специальных патронов.

Однако недостатком данного способа является возможность только сушки строительных материалов, изделий или конструкций и отсутствие долговременной их защиты от влаги при отключении генератора электрического тока.

Наиболее близким к заявляемому способу, который принят за прототип, является способ изоляции строительных сооружений от воздействия влаги по авт. св. СССР №815193. Этот способ включает выполнение двух рядов отверстий в изолируемой стене строительного сооружения и установку в них электродов, которые подсоединяют к источнику электропитания. После установки электродов в отверстия эти же отверстия заполняют гидрофобной жидкостью и одновременно включают источник электропитания (верхний ряд - аноды, нижний - катоды). После того как гидрофобная жидкость достигает электродов нижнего ряда (катодов), источник электропитания отключают. Для осуществления этого способа необходимы пустотелые электроды с отверстиями в стенках для прохода гидрофобной жидкости. Под воздействием электрического поля влага, находящаяся в капиллярах и порах, оттягивается, одновременно затягивая в эти капилляры и поры гидрофобную жидкость, тем самым пропитывая обрабатываемую площадь (изолируемую стену). Одновременное использование приемов электроосмоса и гидрофобной защиты улучшает по сравнению с предыдущими аналогами качество изоляции обрабатываемых конструкций от воздействия влаги.

Однако недостатком данного способа является отсутствие дополнительной долговременной защиты изделий от влаги, возможности более объемной пропитки изделия и недостаточная интенсификация процесса во времени.

Задача изобретения состоит в том, чтобы одновременно обеспечить интенсивную, долговременную и качественную защиту строительных материалов, конструкций от воздействия влаги.

Задача решена следующим образом.

По аналогии с операциями известного способа на обрабатываемой площади выполняют ряды отверстий, в которые устанавливают электроды. Для пропитки используют гидрофобную жидкость, ею заполняют выполненные отверстия. Подают на электроды потенциал, создавая слабое постоянное электрическое поле. Но согласно заявляемому способу и в отличие от известного, принятого за прототип, в гидрофобную жидкость перед заполнением ею отверстий дополнительно вводят соль железа (например, азотнокислое железо) в количестве 0,5-8 мас.%, а электроды устанавливают через одно отверстие на расстоянии 20-50 см друг от друга и при подаче потенциала на электроды чередуют аноды и катоды на обрабатываемой площади в шахматном порядке. В качестве электродов используют упругие пластины, например, из фольги. Гидрофобную жидкость вводят в пропущенные отверстия между электродами. Отличием является и то, что дополнительно на обрабатываемую площадь воздействуют магнитным полем. При этом силовые линии располагают так, чтобы они были перпендикулярны направлению миграционного потока частиц гидрофобной жидкости, вызванному действием электрического поля.

Таким образом, заявляемый способ отличается от прототипа тем, что

- в гидрофобную жидкость дополнительно вводят соль железа в количестве 0,5-8 мас.%;

- заполняют гидрофобной жидкостью отверстия между электродами;

- аноды и катоды располагают на обрабатываемой площади в шахматном порядке;

- электроды располагают на расстоянии друг от друга 20-50 см;

- в качестве электродов используют упругие пластины из фольги;

- обрабатываемую площадь подвергают воздействию магнитного поля;

- силовые линии магнитного поля располагают перпендикулярно направлению миграционного потока частиц гидрофобной жидкости.

Химическая добавка соли железа повышает проводимость гидрофобной жидкости, а следовательно, способствует интенсификации процесса электроосмоса. Кроме того, соли железа в щелочной среде, которая характерна для строительных материалов, образуют практически нерастворимый в воде гидроксид железа (III) (произведение растворимости Fе(ОН)₃ составляет 10^-31), что приводит к кольматации капилляров и пор материала, а следовательно, способствует долговременной защите конструкции от проникновения влаги. Добавка соли железа в пределах от 0,5 до 8 мас.%, способствующая усилению защиты строительных материалов и конструкций от воздействия влаги, получена экспериментально.

Расстояние между электродами зависит от степени обводнения массива конструкции, концентрации ионов в растворе, проводимости гидрофобной жидкости.

В результате проведенных экспериментов установлено, что в среднем это расстояние составляет 20-50 см. Оно является достаточным для протекания интенсивных миграционных процессов под действием электрического тока.

Такое расположение электродов (в шахматном порядке) на обрабатываемой площади и то, что гидрофобной жидкостью заполняются отверстия между электродами, способствует равномерному протеканию миграционных процессов по всей площади строительного материала или конструкции и более качественной водозащите.

Использование упругих пластин увеличивает контакт поверхности отверстия и электрода, что повышает эффективность процесса переноса частиц и снижает количество потребления электричества.

Использование магнитного поля, силовые линии которого направлены перпендикулярно направлению миграционного потока частиц гидрофобной жидкости, способствует движению частиц, отличному от миграционного потока ионов, т.е. не только по линии электрического тока, но и в объем обрабатываемой конструкции, а значит, и более полному заполнению ее гидрофобной жидкостью.

Заявителям и авторам не известны способы электрохимической водозащиты, по которым аноды и катоды располагают на обрабатываемой площади в шахматном порядке. Не известны также способы гидрофобной водозащиты с добавлением соли железа в гидрофобную жидкость, к тому же в определенных пределах (0,5-8 мас.%), которые установлены экспериментально.

Неизвестность этих отличительных признаков позволяет сделать вывод о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа.

Кроме этого, суммарный технический результат (сушка, пропитка, кольматация пор в ходе электрохимического процесса) не обусловлен простой суммой результатов каждого в отдельности отличительного признака благодаря присущим им свойствам. Признаки влияют друг на друга, взаимосвязаны. Добавка соли железа в гидрофобную жидкость способствует не только кольматации пор, но и в целом интенсифицирует, усиливает электрохимический процесс, улучшая проводимость гидрофобной жидкости из-за присутствия ионов железа.

Способ поясняется чертежом, где показана схема расположения электродов и отверстий для гидрофобной жидкости на обрабатываемой площади.

Способ осуществляется следующим образом. На обрабатываемой площади 1 строительной конструкции выполняют отверстия 2, 3, 4. В подготовленные отверстия 2, 3 помещают электроды. Они могут быть выполнены цилиндрическими в виде штырей. Но лучшим вариантом является использование электродов из упругой фольги электропроводящего антикоррозионного металла (медь, сталь), поскольку упругость способствует лучшему контакту электродов с отверстиями. Электроды, установленные в отверстия 2, подключают к положительному полюсу источника питания, а электроды, установленные в отверстия 3, - к отрицательному полюсу источника питания. Таким образом аноды чередуют с катодами в шахматном порядке. В оставшуюся часть отверстий 4 между электродами помещают раствор гидрофобной жидкости, и подается такой потенциал на электроды, который не вызывает процессы интенсивного электролиза (в интервале 0,1-1,4 В), т.е. создают слабое электрическое поле. В результате процесса электроосмоса происходит обводнение массива обрабатываемой площади строительного материала и осуществляется массоперенос частиц гидрофобной жидкости за счет создания искусственных градиентов потенциала и концентраций раствора, а также за счет миграционных процессов под действием выпрямленного электрического тока. В качестве раствора берут любую гидрофобную водорастворимую жидкость органической или неорганической природы и добавляют соль железа из расчета 0,5-8% по массе.

Для осуществления равномерного распределения жидкости гидрофобной защиты по объему конструктивного материала к его поверхности прикладывают магнитное поле постоянных магнитов 5 (чертеже) таким образом, чтобы его силовые линии были направлены перпендикулярно направленному под действием электрического поля диффузионного или миграционного потока частиц, который, как известно, направлен от анода к катоду. Для этого магниты 5 помещают параллельно обрабатываемой площади между парами анод-катод. Возникающая сила Лоренца направлена в этом случае перпендикулярно движению заряженных частиц, что обусловливает их миграцию не только по линии электрического тока, но и в объем изделия. Последнее существенно повышает качество обработки материала, что видно из данных, приведенных ниже в табл. 2.

В табл.1 и 2 приведены результаты водопоглощения некоторых строительных материалов.

Лабораторные испытания заявляемого способа проводились на строительных материалах: кирпич и бетон. Для сравнения были проведены испытания способа и по прототипу.

В качестве гидрофобной жидкости была использована кремний-органическая жидкость (аквасил, разбавленный водным раствором в соотношении 1:10), в которую добавлено азотнокислое железо. Результаты сведены в табл. 1. Из табл. 1 видно, что наилучшая водозащита достигается при добавлении соли железа в пределах 2-8 мас.%. Данные табл. 1 свидетельствуют также, что водопоглащение строительных материалов, обработанных заявляемым способом, ниже, чем у прототипа.

Было испытано и действие постоянного магнитного поля. Данные сведены в табл. 2 (для концентрации соли железа 6%).

Установлено также, что время пропитки в зависимости от строительного материала приложенного электрического поля составило для кирпича от 20 до 30 часов, для бетона от 24 до 32 часов, при расстоянии между электродами 50 см.