Статья
/
26 июня 2015

Полимерные полы: долговечность и аспекты рационального применения

В последние годы в Республике Беларусь значительно увеличились объемы применения полимерных покрытий полов различных типов: от тонкослойных окрасочных толщиной 0,5-1мм до толстослойных высоконаполненных толщиной до 20мм (“Ромпокс”, “Ромпур”, “Вискасид”, “Реаген”, “Асодур” (ФРГ), “Эполис” (Польша),”Укрет, Эписол” (Швеция), “Ризопокс”, “Диапол”, “Полиплан”, “Полипласт” (Россия), “Цемезит-УР”, “Полибетонокс”, система “МЭП” (РБ) и др.).

В последние годы в Республике Беларусь значительно увеличились объемы применения полимерных покрытий полов различных типов: от тонкослойных окрасочных толщиной 0,5-1мм до толстослойных высоконаполненных толщиной до 20мм (“Ромпокс”, “Ромпур”, “Вискасид”, “Реаген”, “Асодур” (ФРГ), “Эполис” (Польша),”Укрет, Эписол” (Швеция), “Ризопокс”, “Диапол”, “Полиплан”, “Полипласт” (Россия), “Цемезит-УР”, “Полибетонокс”, система “МЭП” (РБ) и др.).

Это обусловлено, прежде всего как повышением требований к физико-механическим, санитарно-гигиеническим и декоративным свойствам полов, так и бесспорными достоинствами полов на полимерных связующих:

  • высокая прочность и износостойкость,
  • бесшовность,
  • антистатичность и безискровность,
  • химическая стойкость,
  • ремонтопригодность,
  • экологичность,
  • великолепная эстетика.

Полимерные наливные полы получили распространение в производственных цехах различного назначения на предприятиях машиностроительного профиля, в пищевой, мясо-молочной, фармацевтической, химической, нефтехимической, легкой, электронной промышленности, а также в больницах, в административно-бытовых и складских помещениях, на открытых площадках и стоянках.

Весьма привлекательным фактором при устройстве полимерных наливных покрытий полов является кажущаяся простота устройства. При наличии технического руководства по рецептуре и технологии применяемых двух- или трехкомпонентных материалов, а также несложного оборудования и инвентаря строительные организации смело берутся за выполнение работ по устройству наливных полов.

Как известно, полимерные связующие весьма недешевый материал, поэтому экономичность полимерных полов напрямую зависит от конструкции и толщины покрытия, и в тендерной гонке, без которой на сегодняшний день не выполняется ни одна объемная работа, предприятия идут на максимальное упрощение и удешевление покрытия, что не всегда приводит к ожидаемым результатам по повышению долговечности покрытий полов: полимерные полы не выдерживают воздействия даже механических нагрузок, и при жестких условиях эксплуатации выходят из строя.

Прежде всего мы бы хотели рассмотреть вопросы применения полимерных покрытий полов на предприятиях пищевой, мясо-молочной, фармацевтической отраслей, где устройство полимерных полов диктуется не только эстетическими и экологическими факторами, но и необходимой стойкостью по отношению к воздействию комплекса разрушающих факторов:

  • агрессивных сред кислотного и щелочного характера,
  • различных солевых растворов, веществ животного происхождения,
  • перепадов температур,
  • интенсивных механических нагрузок от перемещения транспортных средств, падения, волочения предметов и др.

Мозаичные и бетонные полы даже с применением верхнего уплотняющего слоя с добавлением полимерных эмульсий и порошкообразных материалов, как показали проведенные исследования и практический опыт применения, ограниченно долговечны из-за цементного вяжущего, находящегося в этих материалах и разрушающегося под воздействием агрессивных сред. Содержащиеся в сырье и в продуктах переработки предприятий пищевого комплекса и мясо-молочной промышленности составляющие при контакте с цементным вяжущим бетона приводят к быстрому его разрушению. Например, при производстве пива, комплекс его составляющих:

  • сахар 2,7-5%
  • углекислота 0,3%
  • спирт 2,5-6%
  • глицерин 0,1-0,3%
  • минеральные вещества 0,14-0,38%
  • органические кислоты 0,15-0,14%( в том числе муравьиная кислота в количестве 20 мг/л, уксусная 130 мг/л, лимонная – 88 мг/л, молочная 31 мг/л, янтарная – 41 мг/л и др. (рН – от 3,9 до 4,5)

- при проливе на бетонные и мозаичные полы вступают в химическое взаимодействие с кальциевыми составляющими цементного камня – свободной известью, гидросиликатами, гидроалюминатами и гидроалюмоферитами, образуя молочная кислоту:

3Н6О3 + Са(ОН)2 = (С3Н5О3)2 Са + Н2О
3Н6О3 + nСаО х SiО2 ag + nН2О = (С3Н5О3)2 Са + SiО2 аg + 2 Н2О
3Н6О3 + р СаО Аl2О3 аg + nН2О = (С3Н5О3)2 Са + 2 Аl(ОН)3 + 2 Н2О

Остальные кислоты действуют аналогично, образуя соответственно:

  1. уксусная кислота – ацетат кальция (С3Н3О2)2 Са,
  2. лимонная-трехкальциевый цитрат Са36Н5О7)22О,
  3. янтарная - сукцинат кальция (С4Н5О4)2 Са.

В результате этих процессов образуются продукты или растворимые в воде, как, например, соли молочной и уксусной кислот или же трудно-растворимые соли лимонной и янтарной кислот, которые кристаллизуясь, увеличиваются в объеме, разрушая при этом бетонные и мозаичные полы.

Разрушающее действие оказывают также и остальные компоненты: сахара, спирты, глицерин, свободная СО2. Сахара при воздействии с минералами цементного камня образуют легкорастворимые сахараты кальция:

Са(ОН)2 +СН12Н22О11= (С12Н21О11)2Са+ 2Н2О

Спирт с кальциевыми соединениями образует алкоголят кальция – непрочное твердое вещество, распадающееся в присутствии влаги:

Са (ОН)2 + 2 С15Н22О11 = (С12Н21О11) Са+2Н2О

Глицерин, обладающий кислотными свойствами, связывается с Са (ОН)2 и растворяет его.

Са (ОН)2 + 2 С3Н8О3 = (СаН7О3)2Са + 2 Н2О

Свободная СО2 способствует образованию легкорастворимых бикарбонатов

Са СО3 + Н2О +СО2 Са(НСО3)2

Аналогичная картина разрушения цементного камня бетона и мозаичных покрытий наблюдается на предприятиях безалкогольных напитков (воздействие растворов, эфирных масел, сахара, глюкозы, фруктозы, сахарозы, мальтозы, лимонной кислоты, углекислого газа, чистой и умягченной воды, дрожжей и т.д.).

Одновременно с развитием дрожжей в квасном сусле размножаются молочнокислые бактерии, следствием чего является нарастание кислотного сусла.

По мере сбраживания сахаров сусло становится менее благоприятным для дрожжей, оставаясь питательным для бактерий, которые довольствуются малыми дозами сахара.
Молочнокислые бактерии вызывают молочное брожение, его можно представить следующей схемой:

┌СН3СНОНСООН – молочная кислота
│СН3СООН – уксусная кислота
С6Н12О6 —―– { СН3СН2ОН – этиловый спирт
│СО2 – углекислота
└С6Н12О6

В сахарном и мальтиозно-паточном производстве происходит не менее интенсивное разрушение цементного камня бетона и мозаичных покрытий при воздействии глюкозитов со свободной известью цементного камня:

С12Н22О11 + 2Са(ОН)2 = С12Н22О11 х 2СаО+2Н2О

Наиболее интенсивно растворы сахара действуют при брожении, когда в них образуются слабые органические кислоты.

Гидролиз крахмального молока и нейтрализация кислого сиропа в молочно-паточном производстве протекают при участии НСl, Н24 и жидких сиропов. Попадая на поверхность пола на цементном вяжущем, эти среды вызывают его разрушение. Принимая во внимание специфику данного производства (наличие богатой питательной среды для микроорганизмов) можно утверждать, что здесь имеет место интенсивная микробиологическая коррозия, которая большей частью не учитывается.

Аналогичная картина наблюдается при применении бетонных и мозаичных покрытий полов на цементном вяжущем в цехах кондитерского производства, на предприятиях по переработке молока (маслосырзаводы, молочные заводы и др.).

Не менее агрессивны по отношению к цементному камню бетонных и мозаичных полов промышленные стоки мясоперерабатывающих производств (мясной сок, животные жиры и др.), предприятий по переработке рыбы (растворы соли, органических кислот, растительные масла и др.)

Как показали исследования, кислоты, входящие в состав органических пищевых продуктов (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая), при контактировании с цементным камнем, образуют соли жирных кислот, разрушающие бетонные и мозаичные покрытия полов.

Цементные бетоны, находясь в течение 1 месяца в льняном и подсолнечном маслах, в свином жире практически никаких изменений не претерпевали, а через 2÷3 месяца - полностью разрушились.

Надо сказать, что сочетание цементного и полимерного вяжущего в бетонах несколько повышали их химстойкость, но не в такой степени, чтобы это имело практическое значение, все образцы к 3 месяцам начали разрушаться.

Совмещение в полимербетонах цементного и полимерного связующего весьма интересно с точки зрения выполнения ремонтных работ на действующих предприятиях благодаря возможности нанесения покрытия на влажное основание. Однако наличие цементного вяжущего в значительной мере снижает химстойкость такого материала.

Необходимо также учитывать, что помимо отходов продуктов переработки, покрытия полов пищевых отраслей подвергаются воздействию дезинфицирующих, обеззараживающих и моющих растворов, горячей и холодной воды, которые также весьма агрессивны по отношению к покрытиям полов с применением цементных вяжущих.

Поэтому становится очевидным, что при вышеперечисленных условиях эксплуатации покрытий полов на предприятиях пищевого комплекса применение бетонов на цементном вяжущем или на смешанном цементно-полимерном вяжущем малоэффективно, а по современным требованиям – недопустимо.

Именно в этих случаях применение полимерных наливных полов, стойких по отношению к вышеперечисленным агрессивным средам предприятий пищевого комплекса, необходимо и целесообразно. [1,2]

Научные исследования и многолетний зарубежный и отечественный опыт показали, что одним из наиболее коррозионностойких материалов для устройства покрытий полов на предприятиях с агрессивными средами пищевого комплекса являются эпоксидные материалы. Комплексные исследования и промышленную апробацию прошли полимерные покрытия полов на основе композиций полимерных модифицированных эпоксидных марки МЭП® (УП «АНТИЗА»). Введение в составы добавок - промоторов адгезии и гидрофобизирующих компонентов обеспечивает непроницаемость применяемых материалов.

Однако, высокая коррозионная стойкость полимерных композиций еще недостаточное условие для получения долговечных покрытий.

При проектировании коррозионностойких (химстойких) полимерных покрытий полов следует, в отличие от полимерных покрытий полов, подверженных преимущественно механическим нагрузкам (склады, гаражи, административно-бытовые помещения, открытие площадки и др.), уделить внимание двум факторам:

  1. обеспечению непроницаемости покрытия,
  2. обеспечению его износостойкости,

- причем более существенен первый фактор.

Полимерное покрытие пола находится в сложном напряженном состоянии, обусловленном возникновением при структурообразовании покрытия усадочных напряжений, дополняемых в процессе эксплуатации пола температурными напряжениями, а также напряжениями от механических нагрузок – ударных, от перемещения транспортных средств, волочения предметов и т.п.

Коррозионная (химическая) стойкость полимерных материалов для полов является необходимым условием долговечности, но недостаточным, так как пригодность материалов для монолитных полов в промышленных зданиях с воздействием агрессивных сред определяется сроком выполнения ими защитных функций по отношению к основанию, т.е. практическим отсутствием агрессивной среды на границе «покрытие пола – основание». Непроницаемость полимерного покрытия в конечном итоге определяется поровой структурой полимерного покрытия, его толщиной, реакционной активностью по отношению к ингредиентам агрессивной среды и наличием дефектов в покрытии (микротрещин, отслоений и т.п.), образованных возникающими напряжениями. [3,4].

Для уменьшения усадочных напряжений в покрытии и увеличения прочности некоторые производители идут по пути выполнения высоконаполненных полимерных покрытий. Но при этом необходимо учитывать сопутствующие наполнению полимерных композиций отрицательные моменты, как то: увеличение пористости и диффузионной проницаемости полимерного покрытия и практически полное пропадание эффекта его пластификации (эластификации).

Коэффициент диффузионной проницаемости полимербетона по мере увеличения степени его наполнения от 1:2 до 1:4 ÷ 1:8 увеличивается более чем в 10 раз. Поэтому полимербетонные высоконаполненные покрытия полов, вполне надежные в складских, административно – бытовых помещениях и на предприятиях легкой промышленности, где нет агрессивных сред, на предприятиях пищевого комплекса могут оказаться весьма недолговечными.

Толщина полимерного покрытия на предприятиях с агрессивными средами обуславливается проектируемым сроком его непроницаемости и на основании многочисленных исследований, нашедших свое отражение в требованиях СНиП и нормативной документации, должна быть не менее 4,5 – 5 мм, а в цехах с интенсивными механическими нагрузками - 6-10 мм.

Применяемые в РБ импортные полимерные материалы для устройства покрытий полов, характеризующиеся достаточно высокими физико-механическими свойствами, сравнительно дороги, и использующие их в своей работе фирмы идут по пути удешевления покрытий за счет уменьшения толщины и упрощения конструкции, что для предприятий с агрессивными средами нецелесообразно, так как срок непроницаемости таких покрытий за счет малой толщины значительно сокращается, приводя к преждевременному разрушению.

Весьма важным моментом в снижении внутренних напряжений полимерного покрытия пола является установление равновесия системы «полимерное покрытие – бетонное основание».Для полимерных покрытий толщиной более 3 мм допускаемые напряжения (G) определяются неравенством:
[G] < Raд, где Raд – величина адгезии полимерного покрытия к бетонному основанию.

Адгезия полимерного покрытия к бетонному основанию определяется как видом применяемого полимерного материала (например, у полиуретановых покрытий она низкая, и для улучшения этой характеристики полиуретановые покрытия наносят по эпоксидным грунтовкам), так и характеристиками основания: его прочностью, шероховатостью, отсутствием влаги, жировых и масляных пятен, снижающих адгезию.

Согласно СНиП 2.03.13-88 основание должно иметь прочность не ниже 20 МПа, но для покрытий полов с агрессивными средами эта величина прочности недостаточна. Исходя из отечественного и зарубежного опыта устройства полимерных покрытий полов, прочность бетонного основания должна составлять 30-40 МПа.

Система «полимерное покрытие – бетонное основание», как мы видим, подвергается в процессе эксплуатации комплексу механических, физико-механических и химических воздействий. Разрушение покрытия происходит тогда, когда хотя бы один из параметров свойств системы выходит за допускаемые пределы [5].

Комплекс исследований в этой области и промышленная апробация показали, что один из наиболее надежных путей повышения долговечности покрытий полов на предприятиях с агрессивными средами – применение двух – трехслойных конструкций полимерного покрытия, в котором разделены по слоям функции сопротивления различным видам воздействий и, прежде всего, ударным нагрузкам и действию агрессивных сред. Полимерная композиция для верхнего лицевого слоя выбирается из условия обеспечения максимальной химстойкости и минимальной проницаемости, а материал нижнего слоя – из условия максимальной ударостойкости [6]. Таким образом, нижний слой выполняется из полимерной композиции с модулем упругости более низким, чем у композиции верхнего слоя, благодаря чему обеспечивается высокая трещинностойкость низкомодульного слоя и его демпфирующее действие при механических нагрузках.

Теоретическое рассмотрение этого вопроса и практическая апробация двух- и трехслойной конструкции пола на основе композиций полимерных модифицированных эпоксидных марки МЭП® показали, что такой нижний слой «выравнивает» механическую нагрузку от эксплуатационных воздействий, воспринимаемых верхним слоем, и основание, чаще всего с недостаточной прочностью (бетонная, цементно-песчаная стяжки), не испытывает напряжений, превышающих его предел прочности.

Установлено соотношение модулей упругости верхнего и нижнего слоев полимерного покрытия, при котором сохраняется монолитность конструкции пола в целом, создается достаточный барьер для передачи напряжений к бетонному основанию, т.е. обеспечивается равновесие системы «полимерное покрытие – бетонное основание».

Безусловно, устройство многослойной конструкции полимерного пола удлиняет сроки производства работ, что особенно существенно при ремонтах покрытий полов не действующих предприятиях, когда все нужно сделать в один прием и «за выходные» В такие сжатые сроки можно решить только сиюминутную задачу. Но при реконструкции предприятий и строительстве новых необходимо применять конструктивные решения полимерных полов, обеспечивающие их долговечность.

Л. Я. Лаврега, кандидат технических наук,
доцент кафедры «Строительные материалы и изделия»
Белорусского национального технического университета,
В. П. Чумак, директор УП «Антиза».

Литература:

  1. Лаврега Л.Я. «Полимерные покрытия полов» «Известия высших учебных заведений СССР», «Строительство и архитектура», Новосибирск, №8, 1986г.
  2. Лаврега Л.Я., Бориславская И.В., Сладкова Л.С. «Повышение долговечности покрытий полов на мясокомбминатах» журнал «Мясная индустрия», №1, 1983г.
  3. Лаврега Л.Я. «Структура и свойства полимерных покрытий бетона» Сборник научных работ Высшей технической школы г. Брно, сентябрь, 1989г.
  4. Лаврега Л.Я., Новик А.Ф. «Пористость и поровая структура полимерных покрытий бетона и их влияние на защитные функции» Сборник «Nowe rorwiqzanka oraz wdrozenia z zakresu postepu technicznego V budownictwie» Lublin, 1989г.
  5. Б.И. Куценок , В.А. Федорова, О.Л. Фаговский, Ю.Г. Крейдлин «Пути повышения долговечности покрытий полов». Сборник научных трудов НИИТЭХИМ «Исследования по защите металлов от коррозии в химической промышленности», М, 1980
  6. L.J. Lavrega “Perfomanсe Properties of Polimer composites” “ Protection of Conсrete” Proceedings of the International Сonference held at the University of Dandee, Sсotland UK on 11-13 September 1990.