Подготовка поверхности бетона перед нанесением покрытия: загрязнения, дефекты и методы

Как и в случае со сталью, успех любой системы покрытия на бетоне зависит от поверхности под ней. Однако у бетона свой набор загрязнений и дефектов — большинство из них незаметны неподготовленному глазу, — а стандарты подготовки определены менее жёстко, чем для стали. В этом руководстве рассматривается, что необходимо удалить, что отремонтировать, какие методы применять, как защитить рабочих от кремнезёмной пыли и как доказать готовность поверхности.

Что считается загрязнением на бетоне?

Любой материал на поверхности бетона, влияющий на адгезию или нанесение покрытия, является загрязнением и подлежит удалению. Типичные «подозреваемые»:

• Цементное молочко (laitance) — тонкий слабый слой цементных мелких частиц и частично гидратированного цемента, образующийся на поверхности свежего бетона. Он плохо связан с основанием; если нанести покрытие поверх него, покрытие отслоится вместе с молочком.
• Высолы — порошкообразный белый солевой налёт, остающийся при миграции воды к поверхности и её испарении. Удалите его и устраните источник влаги, иначе он вернётся.
• Смазки для опалубки — масла, воски, смазки или силиконы, наносимые на опалубку для отделения затвердевшего бетона. Они переходят на поверхность и разрушают адгезию.
• Составы для ухода за бетоном — плёнки, наносимые на свежий бетон для замедления потери воды при твердении. Если не подтверждена их совместимость с покрытием, их необходимо удалить.
• Упрочнители и герметики-пропитки — наносятся на полы для снижения проницаемости и повышения стойкости к истиранию. Они оставляют плотную поверхность с низкой энергией, сопротивляющуюся нанесению покрытия.
• Масла, химические вещества и загрязнения в процессе эксплуатации — на старых поверхностях они проникают глубоко и относятся к наиболее трудноудаляемым.

Какие дефекты поверхности необходимо отремонтировать?

Очистка — лишь половина работы; важна и геометрия поверхности.

• Раковины, каверны (соты) и воздушные карманы — пустоты, образовавшиеся при укладке и вибрировании бетона, часто скрытые под тонкой плёнкой цементного молочка. Если нарушить плёнку, пустота обнажается; если нанести покрытие поверх неё, воздух и растворитель выходят сквозь плёнку в виде проколов и вздутий.
• Отверстия от стяжек — углубления, остающиеся после удаления стяжек опалубки.
• Наплывы и выступы — острые неровные гребни, мешающие образованию ровной плёнки; перед нанесением покрытия зашлифуйте их.
• Накрывочный (затирочный) слой — наносимый вручную цементно-песчаный раствор, который после высыхания ведёт себя как цементное молочко и отслаивается под покрытием.

В большинстве случаев все такие дефекты необходимо отремонтировать до нанесения покрытия — всегда в соответствии с рекомендациями производителя покрытия по ремонту.

Почему бетон ведёт себя совсем не так, как сталь

Сталь плотная, непроницаемая и предсказуемая; бетон пористый, щелочной и насыщенный влагой. Эти три свойства лежат в основе большинства отказов покрытий на бетоне. Пористость означает, что покрытие может втягиваться в поверхность или запираться над пустотами; щёлочность (свежий бетон, как правило, имеет pH выше 12) разрушает чувствительные к щелочи покрытия, например алкидные; а собственная влага плиты, мигрирующая наружу месяцами или годами, отрывает покрытия снизу. Метод, который прекрасно работает на стали с прокатной окалиной, может быть неверным для бетона.

Методы подготовки

Методы для бетона стандартизированы менее жёстко, чем для стали; SSPC-SP 13/NACE No. 6 определяет ожидаемые чистоту, прочность, профиль и сухость подготовленного бетона, а ASTM D4258 (очистка) и D4259 (абразивная обработка) описывают процедуры. Распространённые методы, примерно в порядке возрастания интенсивности:

• Химическая очистка — должна предшествовать любому другому методу. Использует щелочные моющие растворы или специальные эмульгирующие очистители для удаления масла и смазки с последующей тщательной промывкой. Не протирайте растворителями: они растворяют загрязнение и распространяют его на большую площадь и глубже в поры.
• Скарификация — механические фрезы или зубчатые диски обрабатывают поверхность абразивно; полезна при толстых покрытиях или сильных загрязнениях, но может снять слишком много бетона и оставить очень шероховатую поверхность.
• Абразивоструйная очистка — широко применяется и очень эффективна; процедуры аналогичны стали, с поправкой расстояния до сопла, материала и времени воздействия на более мягкое основание.
• Гидроструйная обработка высокого давления — очень эффективно удаляет цементное молочко и слабый бетон; немного медленнее абразивоструйной очистки, а добавление абразива усиливает срезающее действие. Она добавляет воду в плиту, поэтому до нанесения покрытия нужно оставить время на высыхание.
• Дробеметная обработка центробежным колесом — переносное оборудование выбрасывает и собирает стальную дробь, удаляя цементное молочко и открывая профиль со встроенным пылеулавливанием.
• Кислотное травление (ASTM D4260) — крайняя мера, когда никакой механический метод невозможен. Использует раствор разбавленной соляной кислоты, создаёт лишь лёгкий профиль и требует осторожного обращения, тщательной промывки и последующей проверки pH. Оно не удаляет масло, составы для ухода за бетоном или герметики-пропитки.

Кремнезёмная пыль: защита бригады

Шлифовка, скарификация, дробеструйная и абразивоструйная обработка бетона выделяют респирабельную кристаллическую пыль кремнезёма, поэтому выбор метода — это также решение о здоровье. В США стандарт OSHA по кремнезёму в строительстве (29 CFR 1926.1153) устанавливает допустимый предел воздействия 50 мкг/м³ как 8-часовое средневзвешенное значение и предписывает технические средства контроля — подачу воды или инструменты с кожухами и вакуумным пылесбором — для типичных операций с бетоном, а также защиту органов дыхания там, где этих средств недостаточно. Выбирайте оборудование со встроенным пылеудалением, поддерживайте поверхности влажными там, где это позволяет метод, а об общих принципах см. обзор MontiPower о безопасности при подготовке поверхности.

Влага: скрытый убийца

Больше покрытий на бетоне разрушается из-за влаги, чем из-за любого отдельного загрязнения. Новым плитам нужно время — часто недели — для высыхания, а бетон плит по грунту может вообще никогда не высохнуть полностью, если под ним нет пароизоляции. Помимо простого испытания с полиэтиленовой плёнкой (ASTM D4263), составители спецификаций всё чаще требуют датчики относительной влажности in situ (ASTM F2170) или испытания эмиссии водяного пара с хлоридом кальция (ASTM F1869), чтобы количественно оценить, сколько воды ещё проходит через плиту. Если значение слишком велико, никакая подготовка поверхности не спасёт покрытие; укажите грунтовку, допускающую влажность, или подождите.

У профиля тоже есть стандарт: ICRI CSP

Как для стали существует спецификация профиля шероховатости, так для бетона существует шкала профиля поверхности бетона ICRI (CSP) (ICRI Guideline No. 310.2), от CSP 1 (очень гладкий, характерный для кислотного травления) до CSP 10 (очень шероховатый, характерный для обработки отбойным молотком). Профили оценивают визуальным и тактильным сравнением с эталонными образцами ICRI или измеряют с помощью реплика-пасты (ASTM D7682). Тонким покрытиям и герметикам-пропиткам нужен низкий CSP; высоконаполненным покрытиям и полимерным наливным слоям — более глубокий. Указать в спецификации «чистый бетон» без целевого CSP — это бетонный аналог «чистой стали» без степени чистоты, то есть приглашение к спору.

Подберите метод под покрытие

Правильный метод подготовки — тот, который даёт CSP, необходимый покрытию, не повреждая плиту. Кислотное травление даёт лишь самые лёгкие профили и является крайней мерой; абразивоструйная и дробеструйная обработка подходят для большинства высоконаполненных систем; скарификация и шлифовка справляются с удалением толстых слоёв и выравниванием. Всегда удаляйте загрязнения химической очисткой в первую очередь — абразивная обработка замасленной поверхности лишь загоняет масло глубже.

Ремонт до нанесения покрытия

Раковины, отверстия от стяжек и каверны заполняют совместимыми цементными или эпоксидными растворами; наплывы и выступы сошлифовывают заподлицо; накрывочный слой и цементное молочко удаляют полностью. Ремонтный материал должен быть совместим и с плитой, и с покрытием и отверждён до нанесения покрытия — ещё одна причина заранее подтвердить рекомендации производителя по ремонту. Добейтесь, чтобы основание было прочным, сухим, чистым и правильно профилированным, и покрытие сможет выполнять свою задачу; нарушьте любое из этих условий — и система разрушится снизу.

Как проверить готовность поверхности

После подготовки до нанесения покрытия докажите приемлемость поверхности:

• Проверка на пыль — протрите тёмной сухой тканью либо приклейте и снимите полоску ленты; видимый белый порошок означает, что поверхность слишком запылена для нанесения покрытия.
• Проверка смачиваемости (water-break) — побрызгайте водой; если она растекается и впитывается, а не собирается в капли, поверхность свободна от масла, смазки и герметиков-пропиток.
• pH (ASTM D4262) — после химической очистки или кислотного травления измерьте pH промытой поверхности, чтобы подтвердить удаление остатков химикатов; допустимый диапазон задаёт спецификация или производитель покрытия.
• Сухость (ASTM D4263) — приклейте прозрачную полиэтиленовую плёнку к поверхности не менее чем на 16 часов; конденсат под плёнкой или потемневший бетон означают, что плита слишком влажная для нанесения покрытия. Используйте F2170 или F1869 там, где применяется количественный предел.
• Профиль — сравните с эталонными образцами ICRI CSP или измерьте реплика-пастой относительно заданного CSP.

Эти проверки напрямую соответствуют контрольным точкам, описанным в статье об инспекции покрытий.

Системы покрытий для бетона

Когда поверхность прочная, сухая, чистая и профилированная, систему выбирают под условия эксплуатации. Проникающие герметики-пропитки и тонкоплёночные покрытия подходят для полов с лёгкой нагрузкой и требуют низкого CSP; высоконаполненные эпоксидные и новолачные составы справляются с химическим воздействием и вторичным удержанием; грунтовки, допускающие влажность, и паропроницаемые грунтовки применяют на влажных плитах; а самовыравнивающиеся и посыпные системы восстанавливают изношенные полы. Подготовка основания и выбор покрытия — подобранная пара: неверный профиль подрывает правильное покрытие. О химии этих систем см. основные типы защитных покрытий.

Почему разрушаются покрытия на бетоне

Все повторяющиеся дефекты связаны с поверхностью: нанесение покрытия поверх цементного молочка или накрывочного слоя; запирание влаги плиты под непроницаемой плёнкой; перекрытие раковин, которые затем выделяют газы; нанесение чувствительного к щёлочи материала на свежий бетон; или пропуск химической очистки с загоном масла глубже абразивной обработкой. Ни один из них не является дефектом покрытия — каждый является дефектом подготовки или спецификации, поэтому дисциплина так же важна на бетоне, как и на стали.

Практическая последовательность подготовки

Последовательность важна не меньше метода. Надёжный порядок операций:

1. Оценка — определите возраст основания, загрязнения, дефекты и состояние по влаге.
2. Химическая очистка для удаления масла и смазки перед любой абразивной обработкой.
3. Абразивная обработка для удаления цементного молочка и покрытий и достижения CSP, требуемого покрытием.
4. Ремонт раковин, отверстий от стяжек, наплывов и каверн совместимыми материалами с дальнейшим отверждением.
5. Проверка пыли, смачиваемости, pH, влажности и профиля.
6. Нанесение покрытия в пределах окна, которое позволяют поверхность и погода.

Пропуск или перестановка шагов — абразивная обработка до очистки, нанесение покрытия до проверки влажности — это то, из-за чего большинство проектов покрытий по бетону незаметно терпят неудачу.

Стандарты, на которые нужно ссылаться

Подготовка бетона опирается на собственные стандарты, как и подготовка стали: SSPC-SP 13/NACE No. 6 — требования к подготовленной поверхности, ICRI 310.2 (CSP 1–10) — профиль поверхности, ASTM D4258/D4259 — очистка и абразивная обработка, ASTM D4260 — кислотное травление, ASTM D4262 — pH, а ASTM D4263, F1869 и F2170 — влажность. Ссылки на них превращают расплывчатую спецификацию на бетон в обязательную к исполнению — точно так же, как на стали.

Главные выводы

• Бетон пористый, щелочной и насыщенный влагой — он разрушается иначе, чем сталь.
• Удаляйте цементное молочко, высолы, смазки для опалубки, составы для ухода за бетоном, упрочнители и масла; ремонтируйте пустоты и наплывы.
• Сначала химическая очистка; никогда не протирайте растворителями, распространяющими загрязнение.
• Задавайте профиль по шкале ICRI CSP и проверяйте влажность (D4263, F1869 или F2170) до нанесения покрытия.
• Контролируйте респирабельную кремнезёмную пыль всякий раз, когда бетон шлифуют, скарифицируют или обрабатывают струйным методом.

Принцип универсален

Подготовка поверхности — самая важная часть любой инженерной программы антикоррозионной защиты, и любой компромисс здесь ставит под угрозу всю систему. Будь то бетон или сталь, правило неизменно: покрытие может быть настолько хорошим, насколько хороша поверхность под ним. О стали см. руководство по основаниям для покрытий тяжёлых условий эксплуатации и систему контролируемой подготовки, которая делает изменчивую поверхность предсказуемой.

Часто задаваемые вопросы

Сколько бетон должен твердеть перед нанесением покрытия?

Обычно около 28 суток, но срок твердения — не то же самое, что сухость. Всегда проверяйте влажность испытанием с полиэтиленовой плёнкой (ASTM D4263), датчиками относительной влажности in situ (ASTM F2170) или испытанием эмиссии с хлоридом кальция (ASTM F1869) и сравнивайте результат с пределом производителя покрытия, а не полагайтесь на календарь.

Что такое цементное молочко (laitance) и почему оно важно?

Цементное молочко — слабый, плохо связанный поверхностный слой цементных мелких частиц, образующийся на свежем бетоне. Он выглядит как прочный бетон, но почти не имеет прочности, поэтому нанесённое поверх него покрытие разрушается вместе с ним. Его удаляют абразивоструйной очисткой, дробеструйной обработкой, шлифовкой или, в крайнем случае, кислотным травлением.

Какой профиль поверхности бетона (CSP) нужен покрытию?

Его задаёт производитель покрытия. Шкала ICRI идёт от CSP 1, почти гладкого, как после кислотного травления, до CSP 10, очень шероховатого, как после обработки отбойным молотком. Проникающим герметикам-пропиткам и тонким плёнкам нужен низкий CSP, а высоконаполненным покрытиям и полимерным наливным слоям — более глубокий профиль, как правило, получаемый дробеструйной обработкой или скарификацией.

Нужно ли удалять составы для ухода за бетоном перед нанесением покрытия?

Обычно да. Составы для ухода за бетоном образуют плёнку, снижающую адгезию, поэтому их нужно удалять, если производитель покрытия письменно не подтвердил совместимость конкретного состава. Удаление, как правило, механическое: абразивоструйная или дробеструйная очистка либо шлифовка, с последующими проверками на пыль и смачиваемость.