Проникающая способность эпоксидных грунтов для заполнения пористых оснований

Научное обоснование проникновения эпоксидной грунтовки: вязкость, капиллярное действие и поверхностная энергия

Взаимосвязь вязкости и пористости: почему низковязкие эпоксидные грунтовки обеспечивают максимальное проникновение в основание

Эпоксидные грунтовки с низкой вязкостью, как правило, ниже 200 сантипуаз, лучше проникают в пористые материалы по сравнению с более вязкими аналогами. Когда вязкость снижается, молекулы испытывают меньшее сопротивление, поэтому могут глубже проникать в мельчайшие трещины и отверстия на бетонных поверхностях. Испытания показывают, что такие тонкие грунтовки проникают на глубину примерно на 30–50 % больше, чем обычные грунтовки. За этим явлением стоит научное обоснование — уравнение Уошберна, которое, по сути, утверждает, что более тонкие жидкости быстрее перемещаются по узким пространствам. Большинство производителей используют так называемые реакционноспособные разбавители, чтобы уменьшить вязкость, не нарушая при этом долговечность грунтовки. Полное насыщение имеет важное значение, поскольку при правильном пропитывании грунтовка образует механические связи, обеспечивающие значительно лучшее сцепление с поверхностью. Согласно испытаниям по ASTM D7234, при правильной насыщенности адгезия улучшается примерно на 60 %. Температура также играет роль: тёплые поверхности делают грунтовку более жидкой сразу после нанесения, что способствует её более равномерному распределению и глубокому проникновению.

Капиллярное действие и динамика смачивания: как поверхностная энергия определяет проникновение эпоксидной грунтовки в бетон

То, как эпоксидная грунтовка проникает в бетон, в основном зависит от капиллярного действия, которое работает наиболее эффективно при хорошей совместимости поверхностной энергии между материалами. Когда поверхность бетона обладает более высокой энергией, чем сама грунтовка, происходит интересный эффект — возникает спонтанное смачивание, при котором отрицательное капиллярное давление фактически затягивает грунтовку в мельчайшие поры. Поверхностная энергия большинства бетонных поверхностей составляет примерно 35–45 мН/м, тогда как качественные эпоксидные грунтовки обычно имеют показатель около 28–32 мН/м. Такая разница создаёт как раз те условия, которые необходимы для надлежащего проникновения. Но будьте осторожны с масляным загрязнением! Даже небольшое его количество может нарушить это хрупкое равновесие и снизить поглощение грунтовки до 70 процентов. Тщательная очистка поверхности восстанавливает оптимальные свойства смачивания. Исследования показывают, что правильное согласование поверхностных энергий имеет решающее значение и повышает прочность сцепления примерно на 40% на уровнях повреждений ICRI CSP-3–CSP-6 согласно полевым испытаниям.

Подготовка поверхности как фактор проникновения: соответствие эффективности эпоксидной грунтовки профилю бетона

Стандарты ICRI CSP и эффективность эпоксидной грунтовки: почему диапазон CSP-3–CSP-6 является оптимальным для проникновения

Согласно стандартам Международного института ремонта бетона CSP, существует определённый диапазон текстуры поверхности, который наилучшим образом подходит для надёжного сцепления эпоксидных грунтов. Оптимальный диапазон — это поверхности CSP-3 и CSP-6. Они обладают умеренной микротекстурой, при которой мельчайшие выступы и впадины имеют глубину около 0,5–2 миллиметров. Можно представить это как «золотую середину» для бетонных поверхностей — не слишком гладко и не слишком шероховато. Если поверхность слишком ровная (ниже CSP-3), то у грунта попросту не будет достаточного количества точек сцепления, что может снизить прочность соединения почти на две трети. С другой стороны, превышение CSP-6 также создаёт целый ряд проблем. Поверхность становится чрезмерно шероховатой, с острыми выступами, которые фактически удерживают воздушные карманы. Это в дальнейшем приводит к более быстрому расслаиванию — явление, которого никто не хочет при выполнении долговечных ремонтных работ.

Данный оптимальный профиль обеспечивает три ключевых механизма проникновения:

• Капиллярные каналы достаточно расширяются, чтобы обеспечить течение эпоксидной смолы с низкой вязкостью
• Площадь поверхности увеличивается на 3–5Å по сравнению с полированным бетоном, расширяя участки химического связывания
• Максимальная равномерность обеспечивает постоянную толщину пленки и устраняет точечные дефекты (проколы)

Механическое шлифование остается наиболее надежным методом достижения CSP-3 до CSP-6 — достаточно агрессивным для глубокого проникновения и в то же время тонким для формирования равномерной пленки. Поверхности CSP-2 требуют на 40% больше грунтовки для эквивалентного покрытия; субстраты CSP-9 сохраняют воздушные пустоты, что снижает устойчивость к влаге.

Инновации в формулировке, оптимизирующие проникновение эпоксидной грунтовки без снижения долговечности

Эпоксидные грунтовки без растворителей и на водной основе: различия в скорости проникновения, соблюдении норм по ЛОС и целостности пленки

Водные эпоксидные грунтовки, как правило, впитываются в пористые материалы примерно на 15 и даже до 30 процентов быстрее по сравнению со своими растворителями, поскольку они изначально менее вязкие. Это было подтверждено несколькими независимыми испытаниями, изучающими, насколько хорошо покрытия проникают в поверхности. Эти водные варианты также соответствуют строгим международным нормам по содержанию летучих органических соединений (ЛОС), без проблем соблюдая предел Европейского союза в 250 граммов на литр. В чём минус? Они могут образовывать на 10–15 процентов меньше поперечных связей в процессе отверждения, что может повлиять на их устойчивость к химическим веществам с течением времени. С другой стороны, системы без растворителей проникают глубже в поверхности и служат дольше в целом, хотя требуют гораздо более чистых и качественно подготовленных поверхностей перед нанесением. Выбор между ними действительно зависит от требований конкретной задачи. Водные грунтовки работают лучше всего, когда наиболее важным является быстрое проникновение, особенно если влажность остаётся ниже 60%. В местах, где недопустимо снижение устойчивости к химическим веществам, например, на очистных сооружениях, составы с содержанием 100 % твёрдых веществ остаются предпочтительным вариантом, несмотря на необходимость более тщательной подготовки поверхности.

Наноразмерные наполнители и реактивные разбавители: повышение адгезии эпоксидной грунтовки к подложке при сохранении плотности сшивки

Когда наночастицы диоксида кремния имеют размер менее 50 нанометров, они могут повысить механическое сцепление внутри пор бетона примерно на 40 процентов. Эти мельчайшие частицы заполняют микроскопические пустоты в материале, не препятствуя при этом течению смолы. Для тех, кто работает с реакционноспособными разбавителями, такими как глицидиловый эфир, существует еще одно преимущество. Эти вещества снижают вязкость почти на две трети по сравнению с обычными эпоксидными составами, что обеспечивает лучшее капиллярное проникновение даже на сложных поверхностях CSP-4. Однако особенно важно то, что при концентрациях ниже 12 % эти добавки сохраняют более 95 % своей плотности сшивки. Это подтверждено испытаниями по методу ASTM D1654 после ускоренных климатических испытаний. В совокупности наблюдаемая глубина проникновения составляет от примерно 200 до 300 микрон, а материалы соответствуют необходимым стандартам прочности ASTM C881, требуемым для реальных конструкционных применений на практике.

Глубина проникновения против адгезионных свойств: когда большая глубина не означает лучшего результата для долгосрочного успеха эпоксидной грунтовки

Слишком глубокое проникновение не всегда лучше, когда речь идет о покрытиях. На самом деле, если грунтовка проникает слишком глубоко, это может негативно сказаться на прочности сцепления со временем. Согласно некоторым исследованиям, которые мы видели, грунтовки, проникающие глубже примерно 150 микрон, демонстрируют примерно на 18 процентов меньшую прочность при отрыве по сравнению с теми, которые проникают в оптимальной степени (в 2023 году об этом упоминали специалисты из Protective Coatings Study). Суть здесь довольно проста. Когда проникновение слишком сильное, смола расходуется внутри поверхности, где это наиболее критично, в результате чего образуется так называемая «обеднённая» зона склеивания, которая просто не выдерживает возрастающего давления. Судя по отраслевой статистике, примерно одна треть всех ранних повреждений покрытий связана с неправильным балансом между глубиной проникновения и адгезией. Избыточное проникновение в конечном итоге снижает прочность соединения между слоями.

Правильная глубина имеет ключевое значение для производительности, обычно оптимальное значение находится в диапазоне от 50 до 100 мкм. В этом диапазоне углубление достаточно глубокое, чтобы детали надежно фиксировались механически, но при этом остаётся достаточно смолы сверху для образования важных химических связей. Когда мы говорим о том, как работают эти связи, они равномерно распределяют напряжение по всей площади склеивания. Это помогает предотвратить проблемы, при которых материал разрушается сам по себе (это называется когезионным разрушением), или когда соединение просто отслаивается в месте контакта двух материалов (адгезионное разрушение). Большинство инженеров считают, что именно такое равновесие обеспечивает значительно более прочное соединение в целом.

Производители достигают этого равновесия за счёт контроля вязкости и точной настройки систем реакционноспособных разбавителей — ограничивая чрезмерное капиллярное проникновение при сохранении смачиваемости. Целью является не максимальная глубина, а адгезия с оптимизированной глубиной проникновения : синергетический баланс, при котором проникновение и целостность межфазной границы взаимно усиливают друг друга.

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое эпоксидная грунтовка и для чего она используется?

Эпоксидная грунтовка — это покрытие, которое часто наносят на поверхности, особенно на бетон, чтобы улучшить адгезию, долговечность и стойкость к химическим веществам. Её используют, потому что она эффективно герметизирует пористые поверхности и создаёт прочную основу для последующих слоёв.

Как вязкость влияет на проникновение эпоксидной грунтовки?

Эпоксидные грунтовки с более низкой вязкостью лучше проникают в пористые поверхности благодаря меньшему сопротивлению, обеспечивая более глубокое проникновение в мелкие трещины и отверстия.

Почему поверхностная энергия важна при нанесении эпоксидной грунтовки?

Совместимость поверхностной энергии между эпоксидной грунтовкой и бетоном усиливает капиллярное действие и эффективное впитывание грунтовки, что обеспечивает лучшее сцепление и эксплуатационные характеристики.

Какую роль профиль поверхности бетона играет в эффективности эпоксидной грунтовки?

Профиль поверхности бетона в соответствии со стандартами ICRI CSP обеспечивает оптимальные условия для сцепления. Текстуры CSP-3–CSP-6 обеспечивают баланс, улучшающий адгезию эпоксидной грунтовки, избегая сложностей, связанных с чрезмерно гладкими или слишком шероховатыми поверхностями.

Что такое реакционноспособные разбавители и каково их значение?

Реакционноспособные разбавители снижают вязкость эпоксидных грунтовок, обеспечивая лучшее проникновение при сохранении плотности сшивки, что имеет важное значение для долговечности.