ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ПОРИСТОГО ПРИРОДНОГО КАМЕНЮ

Широке використання пористого природного каменю в якості облицювального матеріалу є досить актуальним питанням для України, оскільки наша держава займає провідне місце за запасами кам’яних матеріалів в світі. В Україні розвідано і розробляється більше 80 родовищ нерудних матеріалів різного хімічного та мінералогічного складу, а об’єми їх видобутку щорічно зростають.
Враховуючи особливості сучасного вітчизняного ринку пористого природного каменю будівельного призначення, пов’язаних з анексією Криму та бойовими діями на Донбасі, виникає нагальна потреба в розширенні асортименту останнього. Одним із шляхів її вирішення може бути покращення якості для продовження терміну служби пористого природного каменю, зокрема вапняку, черепашнику, пісковику і туфу шляхом просочення спеціальними складами.
Вибір пористого природного каменю різного хімічного складу для проведення досліджень здійснювався з урахуванням наступних факторів:
- рівень та ефективність їх застосування як облицювальних матеріалів для потреб будівництва;
- особливості складу та структури (в т.ч. і ступінь пористості);
- потенційна реакційна здатність поверхні матеріалів до кремнійорганічних модифікаторів і деструкційних факторів оточуючого середовища;
- забезпечення необхідного рівня екологічної безпеки під час застосування кремнійорганічних просочуючих складів;
- досягнення достатньої експлуатаційної надійності пористого природного каменю при мінімальних витратах просочуючих складів;
- можливість забезпечення повторної обробки поверхні пористого природного каменю у випадках виникнення технологічної або експлуатаційної необхідності.
Доцільність захисту пористого природного каменю обумовлена тим, що головними причинами його руйнування та зменшення терміну експлуатації є дія вологи у поєднанні із знакозмінними температурами та іншими атмосферними факторами (сонячна радіація, мікроорганізми, хімічні забруднення повітря тощо).
Враховуючи особливості застосування вищезазначених матеріалів у будівництві, їх хімічний, мінералогічний склад та структуру, а також вимоги забезпечення екологічної безпеки довкілля, розроблено просочуючі склади на базі водорозчинних силоксанів. Доцільним при цьому являється не лише захист пористого природного каменю від дії атмосферних та експлуатаційних факторів, але й підвищення його механічної міцності.
Важливе значення при реалізації поставлених задач має характер поверхні і порової структури природного каменю. Відомо, що водовідштовхуючі властивості твердих поверхонь зумовлені не тільки їх хімічною і молекулярною природою, але і мікрорельєфом та пористістю. Шорсткі гідрофобні поверхні гірше змочуються водою, ніж гладкі [1].
В роботі використано найбільш розповсюджені у виробничій практиці облицювальні матеріали силікатного (пісковик, туф) та карбонатного (вапняк, черепашник) походження, які відносяться до осадових гірських порід. Характерною їх особливістю являється відносно низька механічна міцність, що є ще одним підтвердженням доцільності вибору таких матеріалів для захисту кремнійорганічними просочуючими складами.
Широкий інтервал варіювання параметрів порової структури пористого природного каменю відкриває, в свою чергу, досить широкі можливості ефективного застосування кремнійорганічних складів.
Наявність відмінностей в поведінці гідрофобних і гідрофільних пористих неорганічних матриць дала можливість визначитись з підходами до реалізації шляхів покращення якості природного каменю різного складу і структури. Встановлено доцільність використання пористого природного каменю переважно силікатного та карбонатного складів. Враховуючи вітчизняну специфіку застосування облицювальних матеріалів, вибір зроблено в першому випадку на пісковику і туфу. Карбонатні породи представлені вапняком і черепашником.
В результаті проведених узагальнень встановлено, що основними змінними пористого природного каменю можуть слугувати його склад, структура (особливо пористість і її кількісні параметри) та реакційна здатність поверхні, щодо кремнійорганічних сполук – склад і реакційна здатність по відношенню до силікатних і карбонатних поверхонь для забезпечення стабільних водовідштовхуючих властивостей останніх.
Для оцінки ефективності просочення пористого природного каменю, крім оцінки рівня гідрофобності (крайовий кут змочування, водопоглинення тощо), визначено також параметри міцності та її стабільність в процесі експлуатації.
Наявність суттєвих відмінностей в складі досліджуваних нерудних матеріалів призводить до появи різних структурних особливостей. Так, водопоглинання за 24 години варіюється від 2,9 – 3,6 (пісковик) до 30,4 – 36,1 мас. % у туфу. У карбонатів цей показник становить 4,8 – 6,9 (черепашник) і 14,2 – 16,4 мас % (вапняк).
Зумовлено таке водопоглинання розвиненістю порової структури матеріалів. Відповідно, істинна пористість для силікатів складає на рівні 18,8 – 48,5%, закрита 5,9 – 11,1%, для карбонатів відповідно 23,8 – 26,7 та 5,6 – 5,9 %.
За результатами проведених досліджень надана порівняльна оцінка ефективності застосування різних кремнійорганічних препаратів у вигляді водних розчинів і емульсій, розчинів в органічних розчинниках за зміною водовідштовхуючих властивостей поверхні неорганічних матриць, їх водо – і вологопоглинання, повітропроникністю та адгезією до мурувального розчину.
Водовідштовхуючі властивості поверхні вапняку і черепашнику характеризуються значеннями крайових кутів змочування на рівні 73 – 103 градуси і кутів скочування 34 – 83 градуси. Мінімальний вплив серед досліджуваних препаратів спостерігається при застосуванні гідролізату етилсилікату.
Водопоглинання просочених матеріалів складає 1,4 – 4,1 мас. % у порівнянні з 11,9 мас.% у вихідного вапняку і 7,1 мас.% – черепашнику. Вологопоглинання, так само як у не просочених матеріалів, різниться більш суттєво і фіксується на рівні 2,0 – 10,5 для вапняку та 0,5 – 4,3 мас.% для черепашнику. За показником вологопоглинання найменш ефективним є застосування фенілсиліконату натрію для черепашнику та етилсиліконату натрію для вапняку.
Поясненням таких відмінностей можуть слугувати дані стосовно рівня об’ємів закритої пористості згаданих матеріалів. У черепашнику показник закритою пористості значно вищий як у вихідному стані (17,3 проти 2,4 %) так і після просочення (16,4 – 31,9 проти 8,8 – 21,8 %). Найбільший відчутний вплив на зміну об’єму закритої пористості для карбонатних матеріалів спостерігається при застосуванні гідролізату етилсилікатів та алкілсиліконатів натрію і калію.
Таким чином, оцінка зміни властивостей просоченого пористого природного каменю за такими показниками як водовідштовхуючі властивості поверхні, водо- і вологопоглинання дала змогу констатувати суттєве підвищення якості досліджуваних матеріалів.

Список використаних інформаційних джерел
1. А.А. Пащенко. Полифункциональные элементоорганические покрытия. – К.: Вища школа, 1987. – 198 с.
2. Золотарьова О.Г. Кремнійорганічні сполуки для гідрофобізації нерудних матеріалів // Товари і ринки, 2013, № 2 (48). — С. 148—153.
3. Мережко Н. В., Золотарьова О. Г. Дослідження просочення пористих нерудних матеріалів кремнійорганічними сполуками. // Вісник ЧДТУ, 2014. – №4. – с.94-99.
4. Золотарьова О.Г. Ефективність застосування кремнійорганічних сполук для просочення пористих нерудних матеріалів / О.Г. Золотарьова // Україна та ЄС: подолання технічних бар’єрів у торгівлі: матер. міжнар. наук.-практ. конф. –– К.: КНТЕУ, 2015. – с. 139-140.