Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Миграция соли на поверхность пористого материала
Migration of a salt to the surface of a porous material
В химии, эффлоресценция (от французского "выцветать") – это миграция соли на поверхность пористого материала, где она формирует налёт. Основной процесс включает растворение соли, находящейся внутри материала, в воде или, реже, в другом растворителе. Вода, содержащая соль в растворе, перемещается на поверхность, где затем испаряется, оставляя после себя слой соли. "Первичная эффлоресценция" возникает, когда вода является причиной переноса, а соль изначально присутствовала внутри материала. Обратный процесс, когда соль изначально находится снаружи и затем переносится внутрь в растворе, называется "вторичной эффлоресценцией". Эффлоресценция может происходить как в естественной, так и в искусственной среде. На пористых строительных материалах она может проявляться лишь как косметический дефект (например, окрашивание, вызванное первичной эффлоресценцией), но иногда может указывать на внутреннюю структурную слабость (миграцию или разрушение компонентов материала). Эффлоресценция может закупоривать поры пористых материалов, что приводит к их разрушению из-за внутреннего давления воды, как, например, при отслаивании кирпича.
In chemistry, efflorescence (which means "to flower out" in French) is the migration of a salt to the surface of a porous material, where it forms a coating. The essential process involves the dissolving of an internally held salt in water, or occasionally in another solvent. The water, with the salt now held in solution, migrates to the surface, then evaporates, leaving a coating of the salt. In what has been described as "primary efflorescence", the water is the invader and the salt was already present internally, and a reverse process, where the salt is originally present externally and is then carried inside in solution, is referred to as "secondary efflorescence". Efflorescences can occur in natural and built environments. On porous construction materials it may present a cosmetic outer problem only (primary efflorescence causing staining), but can sometimes indicate internal structural weakness (migration/degradation of component materials). Efflorescence may clog the pores of porous materials, resulting in the destruction of those materials by internal water pressure, as seen in the spalling of brick.
Примеры
Водная капля NaCl с концентрацией 5 моль будет спонтанно кристаллизоваться при относительной влажности 45% (298 К), образуя куб NaCl посредством механизма гомогенной нуклеации. Исходная вода высвобождается в газовую фазу. Гипс (CaSO4·2H2O) – это гидратный твердый материал, который в достаточно сухой среде отдает воду в газовую фазу, образуя ангидрит (CaSO4). Медный купорос (CuSO4·5H2O) – синее кристаллическое вещество, которое при контакте с воздухом медленно теряет воду кристаллизации с поверхности, образуя белый слой безводного сульфата меди. Декагидрат карбоната натрия (Na2CO3·10H2O) теряет воду при воздействии воздуха.
A 5 molar concentration aqueous droplet of NaCl will spontaneously crystallize at 45% relative humidity (298 K) to form an NaCl cube by the mechanism of homogeneous nucleation. The original water is released to the gas phase. Gypsum (CaSO4.2H2O) is a hydrate solid that, in a sufficiently dry environment, will give up its water to the gas phase and form anhydrite (CaSO4). Copper(II) sulfate (bluestone) (CuSO4.5H2O) is a blue crystalline solid that when exposed to air, slowly loses water of crystallization from its surface to form a white layer of anhydrous copper(II) sulfate. Sodium carbonate decahydrate (Na2CO3.10H2O) will lose water when exposed to air.
Первичный цветение
Первичное высоление названо так, поскольку обычно возникает в процессе начального твердения цементного материала. Оно часто наблюдается в каменной кладке, особенно кирпичной, а также в некоторых огнезащитных составах, когда вода, проходящая через стену или другую конструкцию, или вода, вытесняемая в результате тепла гидратации при формировании цементного камня, выносит на поверхность соли, которые обычно не связаны в составе цементного камня. По мере испарения воды соли остаются на поверхности, образуя белый, рыхлый налет, который обычно можно удалить щеткой. Эти белые отложения в данном случае именуются "высолами". В этом контексте данный процесс иногда называют "солением". Поскольку первичное высоление выводит соли, которые изначально не входят в состав цементного камня, это не структурная, а скорее эстетическая проблема. Для контроля первичного высоления обычно используются добавки, содержащие смеси жидких жирных кислот (например, олеиновой и линолевой кислот). Жидкая масляная добавка вводится в смесь на ранней стадии путем нанесения на частицы песка до добавления воды, чтобы обеспечить равномерное распределение добавки по всей бетонной смеси.
Primary efflorescence is named such, as it typically occurs during the initial cure of a cementitious product. It often occurs on masonry construction, particularly brick, as well as some firestop mortars, when water moving through a wall or other structure, or water being driven out as a result of the heat of hydration as cement stone is being formed, brings salts to the surface that are not commonly bound as part of the cement stone. As the water evaporates, it leaves the salt behind, which forms a white, fluffy deposit, that can normally be brushed off. The resulting white deposits are referred to as "efflorescence" in this instance. In this context efflorescence is sometimes referred to as "saltpetering." Since primary efflorescence brings out salts that are not ordinarily part of the cement stone, it is not a structural, but, rather, an aesthetic concern. For controlling primary efflorescence, formulations containing liquid fatty acid mixtures (e. g., oleic acid and linoleic acid) have commonly been used. The oily liquid admixture is introduced into the batch mix at an early stage by coating onto the sand particles prior to the introduction of any mix water, so that the oily admixture is distributed uniformly throughout the concrete batch mix.
Вторичный цветение
Вторичная эффлоресценция называется так, поскольку она не возникает в результате формирования цементного камня или сопровождающих его продуктов гидратации. Скорее, она обычно вызвана внешним воздействием агрессивных веществ, таких как хлориды. Очень распространенным примером, где наблюдается вторичная эффлоресценция, являются стальные железобетонные мосты, а также парковочные гаражи. Солевые растворы образуются из-за применения дорожной соли зимой. Этот раствор проникает в бетон, где может начать растворять цементный камень, имеющий первостепенное значение для несущей способности конструкции. В некоторых случаях в результате растворения цементного камня могут образовываться подобие сталактитов, свисающих с трещин в бетонных конструкциях. Если этот процесс развивается, структурная целостность бетонного элемента подвергается риску. Это распространенная проблема в сфере обслуживания транспортной инфраструктуры и зданий. Вторичная эффлоресценция аналогична остеопорозу бетона. Для контроля вторичной эффлоресценции часто добавляют смеси, содержащие водную дисперсию стеарата кальция (CSD), на более позднем этапе приготовления смеси вместе с водой. В типичном процессе смешивания сначала в смеситель загружают песок, затем добавляют первичное противоэффлоресцентное добавку на масляной основе при постоянном перемешивании, чтобы масло покрыло песок. Далее добавляют крупный заполнитель, красители и цемент, а затем воду. Если используется CSD, его вводят обычно на этом этапе, во время или после добавления воды. CSD – это водная дисперсия, в которой мелкие твердые частицы стеарата кальция равномерно распределены в воде. Коммерчески доступный CSD имеет средний размер частиц около 1–10 микрометров. Равномерное распределение CSD в смеси может придать полученному бетонному изделию водоотталкивающие свойства, поскольку частицы CSD хорошо распределяются в порах изделия, препятствуя капиллярному движению воды.
Secondary efflorescence is named such as it does not occur as a result of the forming of the cement stone or its accompanying hydration products. Rather, it is usually due to the external influence of concrete poisons, such as chlorides. A very common example of where secondary efflorescence occurs is steel reinforced concrete bridges as well as parking garages. Saline solutions are formed due to the presence of road salt in the winter. This saline solution is absorbed into the concrete, where it can begin to dissolve cement stone, which is of primary structural importance. Virtual stalactites can be formed in some cases as a result of dissolved cement stone, hanging off cracks in concrete structures. Where this process has taken hold, the structural integrity of a concrete element is at risk. This is a common traffic infrastructure and building maintenance concern. Secondary efflorescence is akin to osteoporosis of the concrete. For controlling secondary efflorescence, admixtures containing aqueous based calcium stearate dispersion (CSD) are often added at a later stage of the batching process with the mix water. In a typical batching process, sand is first charged into the mixer, then the oil based primary anti efflorescence admixture is added with constant mixing to allow the oil to coat the sand. Then coarse aggregates, colorants, and cement are added, followed by water. If CSD is used, it is then introduced usually at this point during or after the addition of the mix water. CSD is an aqueous dispersion wherein fine solid particles of calcium stearate are suspended in the water uniformly. Commercially available CSD has an average particle size of about 1 to 10 micrometres. The uniform distribution of CSD in the mix may render the resulting concrete masonry unit water repellent, as CSD particles are well distributed in the pores of the unit to interfere with the capillary movement of water.
Защита от цветения
Единственный способ полностью и навсегда предотвратить (как первичное, так и вторичное) высолы в цементных материалах – это использование специальных добавок, которые химически реагируют и связывают соли, содержащиеся в бетоне, в присутствии водорода (H). Химическая реакция в этих специальных добавках сплавляет хлорид натрия на наномолекулярном уровне, превращая его в соединения, не содержащие натрия, и другие безвредные вещества, которые не вымываются и не мигрируют на поверхность. Фактически, нанотехнологии, используемые в этих добавках, могут быть в 100 000 раз меньше, чем даже самые мелкие частицы цемента, что позволяет их молекулам буквально проникать сквозь минералы цемента или частицы песка и в конечном итоге становиться частью цемента или песка, с которым они взаимодействуют. Поскольку для реакции требуется присутствие водорода, она прекращается при высыхании бетона и возобновляется при воздействии влаги. Также можно защитить пористые строительные материалы, такие как кирпич, плитка и бетон, от высолов, обработав материал проникающим гидрофобным герметиком. Этот герметик отталкивает воду и проникает достаточно глубоко в материал, чтобы удерживать воду и растворенные соли на значительном расстоянии от поверхности. Однако в климате с морозами такой герметик может привести к повреждениям от циклов замораживания-оттаивания. И хотя он помогает защитить от высолов, он не может предотвратить проблему навсегда. Высолы часто можно удалить с бетона с помощью фосфорной кислоты. После нанесения кислотный раствор нейтрализуют слабым разбавленным моющим средством, а затем тщательно промывают водой. Однако, если не устранить источник проникновения воды, высолы могут появиться снова. Распространенные меры защиты арматуры включают использование эпоксидного покрытия, а также подачу небольшого электрического заряда, которые предотвращают коррозию. Также можно использовать арматуру из нержавеющей стали. Некоторые типы цемента менее устойчивы к хлоридам, чем другие. Поэтому выбор цемента может существенно повлиять на реакцию бетона на хлориды. Современные водоотталкивающие средства помогают создать пароипроницаемый барьер: жидкая вода, особенно от дождей, приносимых ветром, не проникает в кирпич и кладку. Водяной пар изнутри здания или из-под плитки может выходить наружу. Это снижает вероятность образования высолов, отслоения и скалывания, которые могут возникнуть из-за воды, застрявшей внутри кирпичной основы, и замерзания в холодную погоду. Раньше водоотталкивающие средства задерживали влагу в каменной кладке, создавая больше проблем, чем решая. Конденсация в регионах с четырьмя сезонами была гораздо более серьезной проблемой, чем в других регионах.
The only way to completely and permanently prevent (both primary and secondary) efflorescence in cementitious materials is by using special admixtures that chemically react with and bind the salt based impurities in the concrete when hydrogen (H) is present. The chemical reaction in these special additives fuses the sodium chloride on a nanomolecular level, converting it into non sodium chemicals and other harmless matter that will not leach out or migrate to the surface. In fact, the nanotechnology in these additives can be up to 100,000 times smaller than even the smallest cement particles, allowing their molecules to literally pass through cement minerals or sand particles and ultimately become part of the cement or sand with which they react. And since they require the presence of hydrogen they stop reacting as the concrete dries out and begin reacting again when the concrete is exposed to moisture. It is also possible to protect porous building materials such as brick, tiles, and concrete against efflorescence by treating the material with an impregnating, hydro phobic sealer. This is a sealer that repels water and will penetrate deeply enough into the material to keep water and dissolved salts well away from the surface. However, in climates where freezing is a concern, such a sealer may lead to damage from freeze/thaw cycles. And while it will help to protect against efflorescence, it cannot permanently prevent the problem. Efflorescence can often be removed from concrete using phosphoric acid. After application the acid dilution is neutralised with mild diluted detergent, and then well rinsed with water. However, if the source of the water penetration is not addressed efflorescence may reappear. Common rebar protective measures include the use of epoxy coating as well as the use of a slight electrical charge, both of which prevent rusting. One may also use stainless steel rebar. Certain cement types are less resistant to chlorides than others. The choice of cement, therefore, can have a large effect upon the concrete's reaction to chlorides. Today's water repellents help create a vapor permeable barrier; liquid water, especially from wind driven rains, will stay out of the brick and masonry. Water vapor from the interior of the building, or from the underside of pavers can escape. This will reduce efflorescence, spalling and scaling that can occur from water being trapped inside the brick substrate and freezing during cold weather. Years ago, the water repellents trapped moisture in the masonry wall creating more problems than they solved. Condensation in areas that experienced the four seasons were much more problematic than their counterparts.