Здатність епоксидних грунтів проникати для заповнення пористих основ

Наукове обґрунтування проникнення епоксидного грунту: в'язкість, капілярна дія та поверхнева енергія

Взаємодія в'язкості та пористості: чому епоксидні грунти з низькою в'язкістю забезпечують максимальне проникнення в основу

Епоксидні грунтівки з низькою в'язкістю, зазвичай нижче 200 сантипуаз, краще проникають у пористі матеріали, ніж їх більш в'язкі аналоги. Коли в'язкість знижується, молекули стикаються з меншим опором, тому можуть глибше проникати в дрібні тріщини та пори бетонних поверхонь. Випробування показують, що такі тонкі грунтівки проникають на глибину приблизно на 30–50 % більшу, ніж звичайні. За цим явищем стоїть науковий принцип, відомий як рівняння Вашберна, яке, по суті, стверджує, що рідини меншої в'язкості швидше рухаються через вузькі простори. Більшість виробників використовують так звані реакційні розчинники, щоб зменшити в'язкість, не погіршуючи з часом здатності грунтівки утримуватися разом. Повне насичення має важливе значення, оскільки при правильному просочуванні грунтівка утворює механічні зв'язки, які набагато міцніше прилягають до поверхні. Згідно з випробуваннями ASTM D7234, правильне насичення покращує адгезію приблизно на 60 %. Температура теж має значення: теплі поверхні роблять грунтівку більш рідкою безпосередньо після нанесення, що допомагає їй краще розтікатися та глибше проникати.

Дія капілярів і динаміка зволоження: як поверхнева енергія визначає вбирання епоксидної грунтовки в бетоні

Те, як епоксидна грунтівка проникає в бетон, залежить переважно від капілярних сил, які найефективніше діють за наявності гарної сумісності поверхневої енергії між матеріалами. Коли поверхня бетону має вищу енергію, ніж сама грунтівка, відбувається цікавий процес — виникає спонтанне змочування, під час якого негативний капілярний тиск фактично затягує грунтівку у дрібні пори. Поверхнева енергія більшості бетонних поверхонь становить приблизно 35–45 мН/м, тоді як якісні епоксидні грунтівки зазвичай мають значення близько 28–32 мН/м. Ця різниця створює саме ті умови, що необхідні для правильного проникнення. Проте обережно з забрудненням маслом! Навіть незначні його кількості можуть порушити цю делікатну рівновагу та зменшити поглинання грунтівки аж на 70 відсотків. Якісне очищення поверхні відновлює оптимальні властивості змочування. Дослідження показують, що правильне узгодження поверхневих енергій має вирішальне значення: воно підвищує міцність зчеплення приблизно на 40% на рівнях пошкодження ICRI CSP-3–CSP-6, що підтверджено польовими випробуваннями.

Підготовка поверхні як чинник проникнення: відповідність продуктивності епоксидного грунту профілю бетону

Стандарти ICRI CSP та ефективність епоксидного грунту: чому діапазон CSP-3 до CSP-6 є оптимальним для проникнення

Згідно зі стандартами Міжнародного інституту з ремонту бетону CSP, існує певний діапазон текстури, який найкраще підходить для надійного прилягання епоксидних грунтів. Оптимальний діапазон знаходиться між поверхнями CSP-3 та CSP-6. Вони мають помірну мікротекстуру з дрібними виступами та заглибленнями глибиною близько 0,5–2 мм. Можна уявити це як ситуацію «якраз у самий розмір» для бетонних поверхонь — не надто гладких і не надто шорстких. Якщо поверхня занадто рівна (нижче CSP-3), то немає достатньо точок фіксації для грунту, що може зменшити адгезію майже на дві третини. Навпаки, якщо перевищити CSP-6, виникають інші проблеми. Поверхня стає надто шорсткою, з гострими виступами, які фактично утворюють повітряні кишеньки. Це призводить до швидкого розшарування в майбутньому — чого точно ніхто не хоче під час довготривалих ремонтів.

Цей оптимальний профіль забезпечує три ключові механізми проникнення:

• Капілярні канали достатньо розширити, щоб забезпечити протікання епоксидної смоли з низькою в'язкістю
• Площа поверхні збільшується на 3–5 Å порівняно з полірованою бетонною поверхнею, що розширює ділянки хімічного зв'язування
• Максимальна рівномірність забезпечує сталу товщину плівки та усуває наявність пінгвоулів

Механічне шліфування залишається найбільш надійним методом досягнення CSP-3–CSP-6 — достатньо агресивним для глибокого проникнення, але достатньо точним для рівномірного утворення плівки. Поверхні CSP-2 потребують на 40% більше грунтовки для однакового покриття; субстрати CSP-9 утримують повітряні пори, що погіршують стійкість до вологи.

Інновації у формуванні складу, які оптимізують проникнення епоксидної грунтовки без погіршення міцності

Епоксидні грунтовки без розчинників та на водній основі: швидкість проникнення, відповідність нормам щодо ЛОС та компроміси щодо цілісності плівки

Епоксидні грунтівки на водній основі, як правило, вбираються в пористі матеріали приблизно на 15 і навіть до 30 відсотків швидше, ніж їх розчинник-місткі аналоги, оскільки за своєю природою мають меншу в'язкість. Це було підтверджено кількома незалежними тестами, які досліджували здатність покриттів проникати в поверхні. Такі водорозчинні варіанти також відповідають суворим міжнародним нормам щодо вмісту ЛОС, без проблем витримуючи обмеження Європейського Союзу у 250 грамів на літр. У чому недолік? Вони можуть утворювати приблизно на 10–15 відсотків менше поперечних зв'язків під час відвердіння, що згодом може вплинути на їхню стійкість до хімічних речовин. З іншого боку, системи без розчинника глибше проникають у поверхні й загалом довше служать, хоча вимагають значно чистіших і краще підготовлених поверхонь перед нанесенням. Вибір між ними справді залежить від вимог конкретного завдання. Грунтівки на водній основі найкраще працюють тоді, коли найважливішим є швидке проникнення, особливо якщо вологість залишається нижче 60%. У місцях, де стійкість до хімічних речовин не може бути поступовою, наприклад, на очисних спорудах, формулі 100% твердих речовин залишаються найкращим варіантом, незважаючи на необхідність більш ретельної підготовки поверхні.

Нанорозмірні наповнювачі та реакційні розчинники: підвищення адгезії епоксидної грунтівки до підкладки з одночасним збереженням щільності поперечних зв'язків

Коли наночастинки силіцію мають розмір менше 50 нанометрів, вони можуть підвищити механічне закріплення всередині пор бетону приблизно на 40 відсотків. Ці дрібні частинки заповнюють мікроскопічні порожнини в матеріалі, не перешкоджаючи при цьому течії смоли. Для тих, хто працює з реакційно-рідкими розчинниками, такими як гліцидиловий ефір, існує ще одна важлива перевага. Ці речовини зменшують в'язкість майже на дві третини порівняно зі звичайними епоксидними складами, що забезпечує кращу капілярну дію навіть на важкодоступних поверхнях CSP-4. Найважливіше те, що при концентраціях нижче 12% ці добавки зберігають понад 95% щільності поперечного зшивання. Це було перевірено за допомогою методів ASTM D1654 після прискорених випробувань на атмосферостійкість. У підсумку отримуємо глибину проникнення в діапазоні приблизно від 200 до 300 мікронів, а ці матеріали відповідають необхідним стандартам міцності ASTM C881, потрібним для реальних конструкційних застосувань на практиці.

Глибина проникнення проти адгезійних властивостей: коли глибше — не краще для тривалого успіху епоксидної грунтівки

Глибоке проникнення не завжди краще, коли йдеться про покриття. Насправді, якщо грунт проникає занадто глибоко, це може погіршити зчеплення шарів з часом. Згідно з деякими дослідженнями, які ми бачили, грунти, що проникають більше ніж на 150 мікронів, мають приблизно на 18 відсотків меншу міцність відриву порівняно з тими, що мають оптимальне проникнення (про це згадували фахівці з дослідження захисних покриттів ще у 2023 році). Справа тут досить проста. Коли проникнення надто глибоке, смола витрачається всередині, а не на поверхні, де це найважливіше, утворюючи так звану «голодну» зону зчеплення, яка просто не витримує підвищеного навантаження. За даними галузі, приблизно одна третина всіх ранніх відмов покриттів пов’язана з неправильним балансом між глибиною проникнення та міцністю зчеплення. Надмірне проникнення зрештою позначається на міцності зв’язку між шарами.

Правильна глибина є ключовим фактором для ефективності, зазвичай найкраще підходить діапазон від приблизно 50 до 100 мкм. У цьому діапазоні насічка достатньо глибока, щоб деталі надійно фіксувалися механічно, але не настільки глибока, щоб залишалося замало смоли зверху для утворення важливих хімічних зв'язків. Коли ми говоримо про те, як працюють ці зв'язки, вони розподіляють напруження по всій площі склеювання. Це допомагає запобігти проблемам, коли матеріал руйнується сам по собі (це називається когезійним руйнуванням), або коли з'єднання просто відривається в місці контакту двох матеріалів (адгезійне руйнування). Більшість інженерів вважають, що саме цей баланс забезпечує значно міцніше з'єднання загалом.

Виробники досягають цієї рівноваги за допомогою контрольованої в'язкості та точно налаштованих систем реактивних розчинників — обмежуючи надмірне капілярне проникнення та зберігаючи змочуваність. Мета полягає не в максимальній глибині, а в оптимальному за глибиною зчепленні : синергетичній рівновазі, де проникнення та міцність міжфазної границі підсилюють одне одного.

Розділ запитань та відповідей

Що таке епоксидна грунтівка і навіщо вона потрібна?

Епоксидна грунтівка — це покриття, яке часто наносять на поверхні, особливо на бетон, щоб покращити адгезію, довговічність і стійкість до хімічних речовин. Її використовують, оскільки вона ефективно герметизує пористі поверхні та забезпечує міцний фундамент для наступних шарів.

Як впливає в'язкість на проникнення епоксидної грунтівки?

Епоксидні грунтівки з нижчою в'язкістю краще проникають у пористі поверхні через менший опір, що дозволяє глибше проникати в дрібні тріщини та отвори.

Чому важлива поверхнева енергія в застосуванні епоксидних грунтівок?

Сумісність поверхневої енергії між епоксидною грунтовкою та бетоном покращує капілярну дію та ефективне вбирання грунтовки, що призводить до кращого зчеплення та продуктивності.

Яку роль відіграє профіль поверхні бетону у ефективності епоксидної грунтовки?

Профіль поверхні бетону відповідно до стандартів ICRI CSP забезпечує оптимальні умови для зчеплення. Текстури CSP-3–CSP-6 забезпечують баланс, який підвищує адгезію епоксидної грунтовки, уникнувши ускладнень через надто гладку або надто шорстку поверхню.

Що таке реактивні розчинники та їхня важливість?

Реактивні розчинники зменшують в'язкість епоксидних грунтовок, забезпечуючи краще проникнення та зберігаючи щільність зшивання, що є важливим для довговічності.