ВведениеДолговечность отделки фасадов кирпичных зданий во многом определяется совместимостью с основанием и сбалансированностью характеристик элементов применяемых штукатурных систем. Традиционные известковые растворы характеризуются высокой паропроницаемостью, что способствует эффективному отводу влаги из ограждающих конструкций [1-3]. Однако, низкая прочность и недостаточная водоотталкивающая способность приводят к преждевременному появлению трещин, высолов и биопоражений. На практике дефекты штукатурного слоя фиксируются уже через 5-7 лет после ремонта, тогда как нормативный межремонтный срок для фасадных покрытий составляет не менее 25-30 лет [4]. Такой дисбаланс между ожидаемым и фактическим сроком службы фасадных отделок обусловлен несовершенством существующих методик подбора материалов и отсутствием комплексной оценки их взаимодействия в составе целостной системы, включающей основание.Рост эксплуатационных нагрузок и ужесточение требований в части энергетической эффективности ограждающих конструкций обусловливает актуальность разработки комплексного подхода, обеспечивающего одновременно достаточный уровень прочности, оптимальную паропроницаемость и повышенную водостойкость штукатурных систем. Немаловажным также является улучшение технологичности известковых материалов для повышения производительности отделочных работ.В основе такого подхода лежит согласование физических, механических и гигрометрических характеристик каждого слоя от основания до финишного покрытия, а также учет климатических условий эксплуатации. Интеграция пуццолановых добавок, силикатных покрытий и гидрофобизирующих компонентов позволяет существенно расширить функциональные возможности традиционных составов с сохранением их положительных качеств, например, паропроницаемости [5-7].В настоящей работе представлены результаты исследований влияния на гидрофизические свойства известковых отделочных систем применения шпаклевочных составов взамен традиционных накрывочных, использования силикатных окрасочных покрытий вместо известковых. Кроме этого, оценивалась возможность применения гидрофобизирующих добавок в составе силикатных красок и нанесения гидрофобизироющих составов на поверхность известковой краски.Актуальность исследованийОпыт применения для отделки фасадов кирпичных зданий систем материалов, включающих цементные штукатурные растворы и краски на основе синтетических пленкообразующих, показал чрезвычайную важность совместимости отделки и основания по величине паропроницаемости, а также деформативности [8, 9]. Этот факт заставляет вновь обратить внимание на традиционные отделочные материалы для подобных зданий – известковые растворы и минеральные краски.Известно, что растворы на основе извести имеют модуль упругости порядка 0,5-1,0 ГПа и прочность при сжатии до 2 МПа, а их паропроницаемость варьируется от 0,11 до 0,18 мг/(м·ч·Па) [10], что соответствует характеристикам кирпичной кладки и позволяет обеспечить сов-местность деформаций и эффективно миграцию из конструкций избы-точной влаги. Вместе с тем, отсутствие водостойкости у известковых составов ведёт к быстрому насыщению водой при атмосферных осадках, что ускоряет не только разрушение структуры раствора и образованию трещин в штукатурном слое, но и к насыщению кирпича влагой.При решении указанной проблемы основное внимание уделяется применению пуццолановых добавок, которые при дозировках 10-20% от массы вяжущего способствуют увеличению прочности раствора до 3-4 МПа, повышению водостойкости и химической стойкости к агрессивным средам (CO₂, SO₂) [11]. При этом не происходит существенного снижения паропроницаемости растворов: значения данного показателя находятся в диапазоне 0,10-0,15 мг/(м·ч·Па).В качестве финишного покрытия для известковых штукатурных систем на протяжении веков применялись известковые краски [12]. Несмотря на исторически доказанную эффективность, применение известковых красок в современных условиях сталкивается с рядом существенных ограничений, которые снижают их актуальность. Известковые краски требуют строгого соблюдения технологии нанесения и достаточно высокого уровня квалификации исполнителя [13]. Процесс нанесения трудоемкий и чувствителен к погодным условиям. Всё вышеперечисленное делает их неприемлемым для массового интенсивного строительства.На наш взгляд, наилучшей физико-химической совместимостью с известковыми штукатурными системами характеризуются силикатные грунты и краски. Силикатные составы образуют на поверхности прочную мембрану с высокими адгезионными свойствами и паропроницаемостью [6], а применение в составе красок гидрофобизирующих добавок позволяет снизить поверхностное водопоглощение на 20-30%. Сочетание пуццолановых добавок и силикатных покрытий с гидрофобизирующими компонентами позволяет обеспечить баланс между паропроницаемостью отделки и её защитными функциями в отношении атмосферных факторов.К настоящему времени выполнены многочисленные исследования по определению влияния различных факторов на работоспособность штукатурной фасадной отделки [14], однако представляется недостаточной систематизация полученных результатов для формирования единой методики комплексного подбора системы отделочных материалов. Существующие стандарты регламентируют методы испытаний паропроницаемости, прочности и водопоглощения, но не предлагают алгоритма оценки совместимости материалов. Это обусловливает необходимость проведения экспериментальных исследований с целью обобщенной оценки эффективности системы материалов, для различных климатических условий и типов фасадов, учитывая взаимодействие отделочных слоёв и эксплуатационных особенностей кирпичных ограждающих конструкций.Материалы и методыДля проведения испытаний применены два варианта отделочных систем: Системы 1, 2: крупнозернистый известковый выравнивающий раствор, мелкозернистый известковый накрывочный раствор;Система 3: крупнозернистый известковый выравнивающий раствор, мелкодисперсный известково-пуццолановый накрывочный раствор; В каждой системе принято четыре вида подсистем:a — отделочная система без покрытия краской;b — отделочная система, покрытая силикатной грунтовкой;c — отделочная система, покрытая силикатной грунтовкой и окрашенная силикатной краской (для системы 1 – известковая краска);d — отделочная система, покрытая силикатной грунтовкой и окрашенная силикатной краской с добавлением 1% гидрофобизирующей добавки (система 1 — покрыта гидрофобизатором на основе метилсиликоната калия).Примечание: Грунтовка разбавленнная водой в соотношении по объему 1:1.Толщины слоёв: выравнивающий 20±2 мм, накрывочный 4±1 мм, покрытие 0,1-0,2 мм.Для сбора статистических данных каждый вид образца изготавливался в количестве 3 шт.Испытание на паропроницаемостьДля проведения исследования изготовлены образцы 100×100 мм, твердевшие 28 суток в естественных условиях. Испытание на паропроницаемость проводилось методом «мокрой чашки» по ГОСТ 25898-2020. Для проведения исследования использовалась климатическая испытательная камера «Тепло-Влага М 0/100-80 КТВ», при поддержании в камере постоянной температуры 23℃ и влажности 50% (см. Рис. 1).Рис. 1. Проведение испытания на паропроницаемостьИспытание на поверхностное водопоглощениеДля испытаний на водопоглощение были изготовлены образцы 200×200×24±1 мм, твердевшие естественных условиях 28 суток. Определение водопоглощения проводилось с применением трубок Карстена. Данный прибор в соответствии с европейскими стандартами (DIN 4117 и DIN 1048) рекомендован для определения степени водопоглощения. Регистрация объёма поглощённой воды проводилось через фиксированные интервалы времени: 1, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120 минут и далее через каждые 60 минут. Испытание продолжается до момента достижения поглощения равного 4 мл или прекращения роста водопоглощения в течение 360 минут.Поскольку образцы обладают разной впитывающей способностью, для удобства обработки и анализов результатов рассчитывалась средняя скорость впитывания (10-3·мл/см²·мин), на отметке времени в 30 мин по формуле:$$S=\frac{V}{A\cdot t}$$где S — средняя скорость впитывания (мл/см²·мин); V — водопоглощение за каждый временной интервал (мл), A — площадь контакта трубки с поверхностью (8 см²), t — время испытания (30 мин).Водопоглощение каждого образца определялось в трех точках поверхности, поэтому для каждой серии было получено по 9 значений (см. Рис. 2).Рис. 2. Проведение испытания на определение водопоглощенияРезультаты исследованияПаропроницаемостьСредние значения паропроницаемости исследованных образцов подсистем представлены в Таблице 1 и в графическом виде отражены на Рис. 3.Таблица 1Результаты проведения испытаний на паропроницаемостьСистемаматериаловПаропроницаемость, мг/(м·ч·Па), для подсистемыabcdСистема 10,1490,1420,1370,134Система 20,1490,1420,1340,131Система 30,1240,1200,1140,111 Рис. 3. Паропроницаемость образцов исследованных систем отделочных материаловПоверхностное водопоглощениеРезультаты определения скорости впитывания (10-3·мл/см²·мин) представлены в Таблице 2 и на Рис. 4.Таблица 2Скорость впитывания образцов на отметке времени 30 минутСистемаматериаловСкорость впитывания (10-3·мл/см²·мин), для подсистемыabcdСистема 117,59,46,70Система 217,59,40,60Система 32,51,10,20Рис. 4. Скорость впитывания образцов на отметке времени 30 минутСистема 1Образцы подсистемы a обладают наибольшей скоростью водопоглощения поверхности, что является ожидаемым результатом в условиях отсутствия финишных покрытий. Средняя скорость впитывания на отметке времени 30 минут для них составила 17,5 10-3·мл/см²·мин. Впитывание 4 мл воды для данной подсистемы произошло в интервале времени от 30 до 45 минут.У образцов подсистемы b, средняя скорость впитывания на отметке временив 30 мин – 9,4 10-3·мл/см²·мин, что на 54% ниже, чем у образцов подсистемы a, это говорит о том, что применение силикатной грунтовки (разведенной 1:1 с водой) положительно влияет на устойчивость к водопоглощению. Достижения предельного значения водопоглощения (4 мл) произошло в интервале времени от 90 до 180 минут.Результаты проведения подсистемы c близки к результатам образцов подсистемы b, но в отличии от образцов подсистемы b, при проведении испытания водопоглощение по поверхности у данной подсистемы было более равномерным. Средняя скорость впитывания на отметке времени 30 мин составила 6,7 10–3·мл/см²·мин, что не значительно меньше, чем у образцов, покрытых силикатной грунтовкой. Впитывание 4 мл воды произошло в интервале времени от 120 до 180 минут.У образцов подсистемы d, покрытых гидрофобизатором, испытание продлилось 360 мин, а максимальное впитывание к данной отметке времени составило 0,5 мл. Средняя скорость впитывания 0,1 10–3мл/см²·мин образовалась к моменту времени 240 мин.Система 2Результаты испытаний на водопоглощение подсистем a, b аналогичны результатам системы 1 соответствующих подсистем.Образцы подсистемы c также показали разные результаты. Впитывание воды в образцы началось в среднем на отметках времени 15, 30 мин. На отметке времени в 30 мин образцы данной подсистемы показали среднюю скорость впитывания 0,6 10-3·мл/см²·мин, но к отметке времени в 90 мин данный показатель возрос до 1,1 10-3·мл/см²·мин и наблюдался в данном значении до окончания проведения испытания.У образцов подсистемы d к этапу времени 360 мин среднее значение поглощенной воды составляло 0,29 мл, при этом максимальное поглощение воды составило 0,5 мл. Скорость впитывания на отметке в 30 мин составляла 0 мл/см²·мин и только моменту времени 240 мин данный показатель вырос до 0,1 10-3·мл/см²·минСистема 3У образцов подсистемы a, поглощение 4 мл воды было достигнуто к отметке времени 300 мин. На отметке времени 30 мин скорость впитывания равнялась 2,5 10-3·мл/см²·мин, что соответствовало средней скоростью впитывания на всей длительности испытания. Данные результаты говорят о том, что применение тонкодисперсных известково-пуццолановых шпатлевок позволяет в значительной степени обеспечить защиту фасада от воздействия влаги, даже без применения финишного покрытия.Все образцы подсистемы b выдержали испытание в течение 360 минут, при этом максимально поглощенное количество воды составило 3,25 мл, а минимальное значение составило 1,2 мл. На отметке времени 30 мин скорость впитывания равнялась 1,1 10-3·мл/см²·мин, но по достижении отметки времени в 60 мин этот показатель снизился до 0,9 10-3·мл/см²·мин и удерживался в этом показателе до окончания испытания.У образцов подсистемы c начало поглощения воды в образцы наблюдалось в промежутке времени от 30 до 90 мин. К отметке времени 360 мин максимальное поглощение составило 0,7 мл, минимальное — 0,2 мл, среднее — 0,46 мл. Скорость впитывания на отметке времени 30 мин — 0,2 10-3·мл/см²·мин. Данные показатели указывают на то, что тонкодисперсная известково-пуццолановая шпатлевка в сочетании с силикатной краской способны защитить фасад от воздействия атмосферной влаги без применения гидрофобизаторов.Образцы подсистемы d выдержали испытание на водопоглощение в 360 мин с средним показателем поглощения 0,29 мл, наибольшее поглощение составило 0,6 мл. Скорость впитывания на отметке времени 30 мин — 0 мл/см²·мин, а изменение данного показателя до 0,1 10-3·мл/см²·мин произошло на отметке времени 120 минут.График водопоглощения образцов серии 2 в графическом виде отражен на рисунке 3. Значения средней скорости впитывания (10-3·мл/см²·мин)) на промежутке времени в 30 минут представлены в табл. 2 и графически на Рис. 4.Заключение и обсуждениеРассмотренные системы удовлетворяют условию совместимости с кладкой по величине паропроницаемости (0,11-0,15 мг/(м·ч·Па)). Во всех исследованных системах нанесение силикатной грунтовки сопровождается снижением проницаемости на 3-5%. Силикатная краска, как и известковая, дополнительно понижает паропроницаемостьна 7-9%. Нанесение на известковую краску гидрофобизатора, как и использование гидрофобизирующей добавки в составе силикатной краски, незначительно уменьшает величину проницаемости (не более чем на 2%).Водопоглощение образцов, покрытых мелкозернистой классической известковой накрывкой достигает 4 мл за 30-45 мин, тогда как применение тонкодисперсной известково-пуццолановой значительно повышает водостойкость системы, снижая показатель средней скорости впитывания в 7 раз, по отношению к образцам покрытых мелкозернистой накрывкой. Применение силикатной грунтовки снижает водопоглощение ~50 %, при этом не значительно влияет на паропроницаемость, что обосновывает их обязательное применение при разработке штукатурных систем с содержанием извести. Известковая краска не оказывает значительного влияния на показатель водопоглощения, ее действие заключается лишь в распределении поглощаемой влаги по поверхности фасада. Использование силикатных красок значительно снижает водопоглощение в целом, а особенно на период до 90 минут непрерывного воздействия влаги, после 90 мин воздействия показатель скорости впитывания в среднем 1·10-3·мл/см²·мин, что с течением времени может оказывать негативное влияние на конструкцию. Применение гидрофобизаторов практически полностью исключает поверхностное водопоглощение, что свидетельствует о высокой эффективности данных составов для защиты известковой отделки фасадов от атмосферной влаги.Таким образом, на основе интегральной оценки можно заключить, что для условий Санкт-Петербурга для отделки фасадов кирпичных зданий наиболее подходящей (по эксплуатационным качествам) из исследованных является система 2, подсистема d: известковый штукатурный грунт и накрывка, покрытая силикатной грунтовкой и окрашенная силикатной краской с добавлением 1% гидрофобизирующей добавки.