Определение прочности сцепления (адгезии)

Ряд технологий, применяемых в строительстве, основан на использовании физического явления, называемого адгезией. Оно возникает при соприкосновении между собой поверхностей двух разнородных материалов и выражается их взаимодействием с возникновением прочной связи. В качестве примера, можно привести соединение кирпича с раствором, бетона с грунтовкой и изоляционной мастикой, битума и минеральных наполнителей в асфальте, окрашиваемых поверхностей с краской. И это далеко не полный перечень материалов, при соприкосновении которых возникает адгезия. Ее причины – силы межмолекулярного взаимодействия, взаимная диффузия (проникновение молекул), химические (ионные) связи. На практике адгезионная прочность принимается во внимание при разработке строительных технологий и подборе материалов, способных обеспечить их оптимальное сцепление при взаимодействии друг с другом. Оценка величины адгезии производится в лабораторных условиях с определением силы, необходимой для разъединения сопряженных поверхностей, единица ее измерения кгс/см² или МПа. Методы исследований параметров адгезионного сцепления регламентируют государственные стандарты, разработанные с учетом физико-химических свойств материалов, используемых в строительстве. Данная работа выполняется силами и средствами специализированных предприятий, имеющих соответствующую лицензию и аккредитацию. В Москве и Московской области услуги по определению и оценке адгезионной способности материалов оказывает строительная лаборатория «ТехЛабКонтроль».

Перечень государственных стандартов, определяющих способы контроля адгезии

Технологии и методики исследования адгезионных связей, возникающих между поверхностными слоями приведённых в соприкосновение разнородных жидких или твёрдых строительных материалов, установлены государственными стандартами, разработанными применительно к группам исследуемых конструкций и составов.

• ГОСТ 411-77 – резина и клей, определение их связи с металлом;

• ГОСТ 32299-2013 (ИСО 4624-2002), ГОСТ 15140-78, ГОСТ 31149-2014 (ISO 2409-2013), ГОСТ 32702.2-2014 (ISO 16276-2-2007), ГОСТ 27325-87 – лакокрасочные материалы, методы определения адгезии с учетом материала окрашиваемых поверхностей (металла, бетона, дерева и т.п.);

• ГОСТ 28574-2014 – методы испытаний адгезионных характеристик коррозийной защиты бетонных и железобетонных конструкций;

• ГОСТ Р 58277-2018 – сцепление сухих строительных смесей с кирпичом, бетонными блоками;

• ГОСТ 13614-2013 – битумы и битумные мастики, сцепление с минеральным наполнителем.

Сила сцепления материалов, определенная по стандартным методикам, позволяет оценить возможность их совместного использования в конкретных строительных технологиях. При получении неудовлетворительных результатов, материалы исследований позволят оперативно принять решение о внесении соответствующих корректив в технологию строительства.

Методы измерения адгезии

Материалы, используемые в строительной отрасли, многочисленны по видам, техническим и эксплуатационным характеристикам. Каждый из них обладает собственными параметрами взаимодействия с другими, особенно обладающими иными физическими и химическими свойствами. В наибольшей степени это относится к окрашиваемым поверхностям. Для определения прочности сцепления лаков и красок с изделиями из металла, бетона, дерева используются следующие способы:

• Метод отслаивания. Измерение усилия, прилагаемого к гибкой пластинке при ее отрыве от покрытия, армированного стеклотканью.

• Метод решетчатых надрезов. Оценка состояния лакокрасочного покрытия осмотром окрашенной поверхности после нанесения надрезов в виде решетки.

• Метод решетчатых надрезов с обратным ударом. Принцип исследований адгезии этим способом заключается в оценке состояния решетчатых надрезов после удара по обратной стороне окрашенной пластины.  

• Метод параллельных надрезов. Визуальная оценка состояния лакокрасочного покрытия после нанесения ряда параллельных надрезов.

• Х-образный надрез. Данная методика состоит в визуальной оценке состояния покрытия после крестообразного надреза, применима при толщине слоя краски или лака более 250 мкм.    

• Метод отрыва. При измерении адгезионной силы этим способом определяется предел прочности при отрыве покрытия от поверхности конструкций, изучается характер деформаций. Методика предусматривает использование специального разрывного испытательного устройства и стандартных окрашенных образцов-заготовок.

Измерение адгезионной способности клея и строительных растворов производится по соответствующим методикам с использованием механизмов, технические характеристики которых позволяют произвести отрыв одного материала от другого. Все вышеперечисленные технологии определения силы взаимного сцепления материалов относятся к категории разрушающих, проводимых в лабораторных условиях. Тем не менее, существуют и неразрушающие методы измерения адгезии для использования в условиях строительной площадки. Для этого разработаны и успешно применяются на практике специальные приборы – адгезиометры. Эти устройства выпускаются в механическом, гидравлическом, электронном исполнении и позволяют, как разрушающим, так и неразрушающим способом измерить прочность сцепления штукатурки, фактурных покрытий, керамической плитки, изоляционных, облицовочных и лакокрасочных покрытий с основаниями из металла, дерева, кирпича и бетона.

Существенные отличия в технике определения адгезионной способности материалов имеет изучение условий взаимодействия битума и битуминозных вяжущих с минеральным наполнителем в асфальтобетонной смеси. Испытания проводятся в лабораторных условиях с использованием стандартных материалов, применяемых в строительстве. В ходе исследований определяется непосредственная сцепляемость сухого наполнителя с битумом и воздействие влаги на адгезию вяжущего. Для этого взвешенные части материалов тщательно перемешиваются, затем смачиваются водой, после чего производится оценка покрытия поверхности зерен наполнителя вяжущим.

Способы усиления и снижения адгезии

Лабораторно измеренная сила взаимного сцепления разнородных материалов – величина, показывающая идеальные параметры прочности кирпичной кладки, структуры асфальта или лакокрасочного покрытия. Для того, чтобы получить такой эффект в реальности, существуют и подлежат обязательному использованию способы усиления адгезии. К ним относится:

• для окрашиваемых поверхностей – очистка от загрязнений, ошкуривание, пескоструйная обработка, обезжиривание;

• для кирпича и бетона – смачивание водой, грунтование, шпаклевка;

• для бетонной и асфальтобетонной смеси – обеспыливание минерального наполнителя.

Кроме этого, ощутимый эффект дает добавление в жидкие фазы материалов специальных добавок, усиливающих адгезию (активаторов, праймеров и др.). Вместе с этим, в некоторых случаях необходимо и снижение адгезионной способности материалов. Для этого производится обработка поверхностей составами, снижающими пористость или создающими защитный жировой слой, не допускающий непосредственного контакта между поверхностью и, например, краской, распыляемой на смежные области.  

Оформления результатов измерения величины адгезионного сцепления

Результаты исследований адгезии материалов оцениваются в баллах по методикам соответствующих государственных стандартов. Итоговым документом является протокол испытаний, в котором отражаются следующие сведения:

• описание, технические характеристики, свойства испытанных материалов;

• данные об использованных методиках испытаний;

• условия подготовки поверхностей, технология нанесения покрытия, продолжительность твердения;

• условия проведения испытаний, использованное оборудование и средства измерений;

• дата и место проведения испытаний;

• наименование лаборатории и исполнителей, ответственных за исследование параметров адгезии;

• результаты испытаний;

• подписи ответственных лиц.

Протокол с результатами измерения величин адгезионного сцепления материалов служит основанием для принятия решения о возможности или невозможности их комбинирования. Это является определяющим условием для совершенствования строительных технологий, повышения качества и эксплуатационной безопасности строящихся зданий, сооружений.