Изучаем адгезионные свойства материалов: адгезия; что это такое и как она отражается на краске и бетоне

“Адгезия” в Википедии определяется как способность лаков и красок прочно сцепляться с поверхностью, на которую их накладывают. Именно от наличия этого свойства у материалов зависит, насколько долговечным будет ремонт.

Если адгезия достаточно хорошая, то краска ложится ровно, хорошо закрепляется на стене, полу или потолке и служит многие годы.

И наоборот, если адгезионные свойства слишком слабые, краска быстро отслаивается, даже при незначительных механических нагрузках начинает отваливаться целыми пластами. Разумеется, такой ремонт особо не обрадует владельцев помещения. Для улучшения адгезии созданы многочисленные препараты.

Адгезия жидкости

Адгезия жидкости к жидкости или жидкости к твердому телу. С точки зрения термодинамики причина адгезии — уменьшение свободной энергии на единице поверхности адгезионного шва в изотермически обратимом процессе. Работа обратимого адгезионного отрыва Wa определяется из уравнения: >Wa = σ1 + σ2 — σ12

где σ1 и σ2 — поверхностное натяжение на границе фаз соответственно 1 и 2 с окружающей средой (воздухом), а σ12 — поверхностное натяжение на границе фаз 1 и 2, между которыми имеет место адгезия.

Значение адгезии двух несмешивающихся жидкостей можно найти из уравнения, указанного выше, по легко определяемым значениям σ1, σ2 и σ12. Наоборот, адгезия жидкости к поверхности твердого тела, вследствие невозможности непосредственного определения σ1 твердого тела, может быть рассчитана только косвенным путем по формуле:>Wa = σ2 (1 + cos ϴ)

где σ2 и ϴ — измеряемые величины соответственно поверхностного натяжения жидкости и равновесного краевого угла смачивания, образуемого жидкостью с поверхностью твердого тела. Из-за гистерезиса смачивания, не позволяющего точно определить краевой угол, по этому уравнению обычно получают только весьма приближенные значения. Кроме того, этим уравнением нельзя пользоваться в случае полного смачивания, когда cos ϴ = 1.

Оба уравнения, приложимые в случае, когда хотя бы одна фаза жидкая, совершенно неприменимы для оценки прочности адгезионной связи между двумя твердыми телами, так как в последнем случае разрушение адгезионного соединения сопровождается различного рода необратимыми явлениями, обусловленными различными причинами: неупругими деформациями адгезива и субстрата, образованием в зоне адгезионного шва двойного электрического слоя, разрывом макромолекул, «вытаскиванием» продиффундировавших концов макромолекул одного полимера из слоя другого и др.

Для каких материалов важна адгезия

Первоочередное значение этот показатель имеет для строительных и отделочных составов. Обязательно нужно обратить внимание на уровень адгезии у следующих типов покрытий:

  • Лаки и краски. Данное свойство влияет на качество прилипания, глубину проникновения и долговечность покрытия. Чем выше показатели, тем лучше и дольше будут держаться лакокрасочные материалы на основании.
  • Гипсовые смеси. Качество прилипания определяет возможности декоративной отделки.
  • Цементно-песчаные составы. От надежности склеивания зачастую зависит безопасность строения. Например, при использовании веществ с плохой адгезией кирпичная кладка не продержится долго.
  • Герметики и прочие клеящие составы. Здесь необходимо знать, между какими материалами средство способно обеспечить прилипание. При использовании неподходящих смесей качество соединения ухудшается, а в некоторых случаях становится и вовсе невозможным.

Измерить адгезионную способность материалов и проконтролировать качество сцепления покрытия с основанием позволяет специальный прибор – адгезиметр.

Только это явление дает возможность производить окраску и покрытие лаком поверхностей стройматериалов, наносить гальванические и анодные покрытия. Эти операции способствуют созданию антикоррозийной защиты металла, приданию материалу товарного внешнего вида.

Знание природы явления оказывает существенную помощь в качественном склеивании разнообразных материалов и прочной их сварке. При участии адгезии производится покрытие металлов оксидными пленками, выполняющими защитные функции. Эффект находит применение при производстве бетонных работ — в ситуациях, когда не удается сразу добиться полной заливки бетоном объекта. При проведении повторной заливки два бетонных основания образуют между собой так называемый холодный стык, отрицательно влияющий на прочностные характеристики соединения. Адгезия также рекомендована к применению в случаях, когда необходимо отделить бетон от формы из стали. Другими способами эту операцию выполнить просто невозможно. Применение адгезии дает возможность успешно бороться с дефектами поверхностей готовых изделий из бетона.

Что влияет на адгезионную способность веществ, применяемых в строительстве

В процессе схватывания рабочей смеси в ней происходят различные процессы, которые обуславливают определённые изменения её свойств. В частности, при усадке растворной смеси возможно сокращение поверхности контакта с появлением растягивающих напряжений, которые приведут к образованию усадочных трещин. Как результат – ослабляется сцепление поверхностей. Например, сцепление старой бетонной поверхности с новым бетоном не превышает 0,9…1,0 МПа, в то время, как сцепление сухих строительных смесей (в состав которых входят компоненты, инициирущие процессы химической адгезии) с новым бетоном достигает 2 МПа и более.

Adhaesio — слово латинского происхождения переводится как прилипание. Межмолекулярные воздействия поверхностных слоев твердых или жидких тел в различных сочетаниях приводит их сцеплению. Чтобы их разделить, необходимо приложить определенные усилия.

Благодаря адгезии мы склеиваем предметы с твердой поверхностью, наносим прочные декоративные покрытия. Вещества, которые соединяют материалы между собой, называются адгезивами.

Это могут быть разновидности клея или смолы, строительный цемент.

Как измерить адгезию?

Единицей измерения сцепления поверхностей служит мегапаскаль. 1 МПа показывает, что вы сможете оторвать приклеенный к поверхности предмет с площадью 1см2, если приложите усилие равное 10 кг.

Можно определить величину адгезии, для сцепления различных материалов используя справочники ГОСТов. Чтобы измерить адгезию во время проведения строительных работ применяются специализированные приборы — адгезиметры. Механические и электронные приборы работают:

    по методу отрыва — во время испытания измеряется величина приложенного усилия, которое позволит отделить покрытие от основы;

Компактные приборы позволяют контролировать качество нанесения штукатурного и окрасочного слоя, надежность облицовочных и защитных покрытий, определяют прочность сцепления между кирпичами или блоками. Контроль адгезии на этапе производства, обеспечивает надежность и прочность сооружений, и длительный безаварийный срок их эксплуатации.

Процесс адгезии в строительных работах

Работы по кладке стен и перегородок, отделочные работы — штукатурка, покраска стен, наклеивание обоев, бетонирование поверхностей, сварочные работы, нанесение защитных покрытий от коррозии все эти процессы неразрывно связаны с адгезией. Это соединения:

  • Лакокрасочных составов и металла. Результатом сцепления краски и лака служат лакокрасочные покрытия. Для того чтобы адгезия была прочной и краска хорошо держалась на поверхности проводят тестирование адгезива. Степень адсорбции поверхности изделия определит необходимое количество слоев будущего покрытия.
  • Стекла и жидких адгезивов (лаков, красок, герметиков, полимерных смесей). В свою очередь, стекло в жидком виде будет адгезивом к твердым поверхностям с пористой структурой.
  • Деревянных поверхностей и декоративного покрытия. Для этих случаев подходят такие адгезивы как битумные составы, лаки и краски, штукатурные смеси, в состав которых входит гипс или алебастр. У цементных растворов низкая степень сцепления с деревянными изделиями, поэтому они практически не применяются при штукатурных работах.
  • Бетонные поверхности и металлы — это многочисленные конструкции при возведении зданий и сооружений. Адгезия бетона по отношению к металлу не обеспечивает необходимую прочность. Поэтому для образования устойчивой системы, при скреплении металла с бетоном используются специальные составы и смеси с содержанием сухих полимеров. При соединении с водой жидкий полимер повышает пластичность смеси и увеличивает ее адгезионную способность.
  • Пенополиуретан. Надежное сцепление поверхностей обеспечивает строительная пена. Ее использование позволяет создавать прочные, устойчивые к нагрузкам конструкции из композиционного сочетания любых стройматериалов. Бетонные, кирпичные, деревянные, металлические поверхности и гипсокартон прочно соединяются между собой без применения крепежных соединений.
  • Сварные соединения. Высокая прочность изделий получается при соединении металлических поверхностей с одинаковой кристаллической решеткой. Интерметаллиды, состоящие из двух и более металлов, свариваются намного хуже. Этот факт не позволяет делать сварные соединения из любых сочетаний металлов без учета их адгезии.

Как увеличить адгезию?

Степень адгезии находится в зависимости от химических связей и площади предметов. Наличие пор и шероховатости ведет к увеличению показателя. В этих случаях общая рабочая площадь выше геометрического показателя и, соответственно, более прочное сцепление.

Применение модифицирующих добавок в строительных смесях позволяет получить растворы с высокими адгезивными свойствами.

Чтобы обеспечить требуемую адгезию, перед началом работ проводят предварительные мероприятия по обеспыливанию, обезжириванию. Физико-химической подготовке поверхностей, включающей шпаклевку, грунтовку и пр.

Читайте также  Гипсокартон на деревянный каркас

Подбирают композиционные материалы, которые имеют химическое сродство и обладают хорошей способностью к прилипанию клеящего состава.

Как травят дентин

Японский стоматолог Фузаяма 39 лет назад первым в истории применил методику протравливания дентина. Сегодня перед процедурой на ткани зубов наносят специальные кондиционеры – они помогают гидрофильным веществам глубже проникать в дентинные ткани и сцепляться с водоотталкивающим композитом. Смазанный слой при этом отчасти уходит, происходит раскрытие дентинных канальцев, а из верхнего слоя выходят минеральные соли. После этого кондиционеры смываются водой. Следом идет этап сушки, и с этим главное не переусердствовать, иначе это скажется на сцеплении.

Далее наносится праймер, который помогает гидрофильным веществам пройти в канальцы и сцепиться с коллагеновыми волокнами. В итоге образуется своего рода гибридный слой, который способствует эффективному скреплению композита с дентином. Он также служит барьером от просачивания химии и микробов во внутренние структуры зуба.

Можно ли усилить адгезию и когезию?

Усиление адгезии

Для этого как раз и существуют специальные пропитки, те же самые грунтовки для предварительной обработки поверхности. Например, популярная на сегодня Грунтовка ceresit ct17:

Или адгезионная добавка для штукатурки. К примеру адгезионную добавку ceresit cc81 я использовал при штукатурке лестницы:

На самом деле зачастую, чтобы улучшить адгезию достаточно просто тщательно пропылесосить + перед тем как штукатурить или наносить смесь — тщательно промазать оcнование (на сдир), а там нед всякого рода углубления руками в перчатках + соблюдать все технологические процессы и условия при проведении работу.

Поверьте, если в жару попытаться приклеить плитку на клей, который уже минут пять, как “начёсан” — ничего хорошего из этого не получится (на солнце и в ветреную погоду влага очень быстро испаряется из плиточного клея и верхний слой выветривается и адгезия плитки с клеем сильно уменьшится).

Разумеется, существуют специальные клея с увеличенным открытым временем, но это не панацея.

Улучшение когезионной прочности

Существуют пластификаторы на подобии этого:

Которые помимо всего прочего увеличивают прочность цементной смеси + придают ей гидрофобные свойства, чтобы готовый бетон меньше впитывал влагу.

Строительный мир зависит от множества физических явлений и свойств, которые являются основой для грамотного соединения материалов различного вида и фактуры. Именно адгезия отвечает за соединение различных веществ между собой. С латинского языка слово переводиться как «прилипание». Адгезия может измеряться и иметь разные значения, в зависимости от поведения молекулярных сеток разных веществ и материалов между собой. Если речь идет о строительных работах, то здесь адгезия часто выступает как «смачиватель» между материалами за счет воды или влажных работ. Это может быть грунтовка, покраска, цемент, клей, раствор или пропитка. Значение адгезии значительно снижается, если происходит усадка материалов.

Строительные работы напрямую связаны с проникновением веществ и материалов друг в друга. Наглядно и быстро увидеть данный процесс можно при малярных обработках, изоляционных техниках, сварочных и паяльных работах. В результате мы видим быстрое прилипание или сцепление материалов между собой. Происходит это не только из-за грамотного проведения работ и профессионализма работников, но и адгезии, которая является основой для связующих молекулярных сеток разных веществ. Понимание этого процесса можно проследить во время перерывов при заливании бетонных конструкций, лакокрасочных работах, посадке декоративной плитки на цемент или клей.

Как её измеряют?

Величина сцепления адгезии измеряется в МПа (мега Паскаль). Единица МПа измеряется в прикладываемой силе в 10 килограмм, которая давит на 1 квадратный сантиметр. Чтобы разобрать это на практике, рассмотрим случай. Клеящий состав в характеристике имеет обозначение в 3 МПа. Это означает, что для приклеивания определенной детали, на 1 кв. см нужно использовать силу или приложить усилие равно 30 килограммам.

Что влияет на неё?

Любая рабочая смесь проходит через различные этапы и процессы, пока полностью не проявит свои заявленные производителем свойства. Пока она схватывается, адгезия может меняться из-за физических процессов, происходящих при высыхании. Также немаловажную роль играет усадка растворной смеси, в результате чего контакт между материалами растягивается и появляются усадочные трещины. В результате такой усадки сцепление материалом между собой на поверхности ослабевает. Например, в реальном строительстве этого хорошо видно при контакте старого бетона с новой кладкой строительных смесей.

Как улучшить свойства?

Многие строительные материалы и вещества по своей природе не имеют возможность сильно схватываться друг с другом. У них разный химический состав и условия образования. Для решения этой проблемы в ремонтных и строительных работах давно припасен целый арсенал техники хитростей, которые помогают улучшать адгезию между материалами. Чаще всего речь идет о целом комплексе работ, которые требуют временных и физических затрат.

В строительстве применяют сразу три способа для улучшения адгезии. К ним относят:

  • Химический. Добавление в материалы специальных примесей, пластификаторов или добавок для получения лучшего эффекта.
  • Физико-химический. Обработка поверхностей специальными составами. Шпаклевка и грунтовка относится к физико-химическому воздействию на «прилипание» материалов друг к другу.
  • Механический . Для улучшения сцепления применяют механическое воздействие в виде шлифовки для появления микроскопических шероховатостей. Также применяют физическое нанесение насечек, абразивную обработку и устранение пыли и грязи из поверхности.

Адгезия основных строительных материалов

Рассмотрим детально, как реагируют материалы друг на друга, которые применяются при строительстве чаще всего.

  • Стекло . Хорошо контактирует с жидкими веществами. Показывает идеальную адгезию с лаками, красками, герметиками, полимерными составами. Жидкое стекло прочно фиксируется с твердыми пористыми материалами
  • Дерево . Идеальная адгезия происходит между деревом и жидкими строительными веществами – битумом, красками и лаками. На цементные растворы реагирует очень плохо. Для связывания дерева с другими строительными материалами используют гипс или алебастр.
  • Бетон . Для кирпичей и бетона главной составляющей успешной адгезии выступает влага. Для получения хорошего результата поверхности необходимо все время смачивать, а жидкие растворы использовать на основе воды. Хорошо реагирует на материалы с пористой и шероховатой структурой. С полимерными веществами контакт происходит значительно хуже.

Заключение:

Явление как адгезия, дает возможность быстро и качество прилипать любым материалам к основанию покрытий других с помощью дополнительных строительных веществ и растворов. Каждый материал проявляет свое качества и свойства при взаимодействии с другими строительными веществами. Способность к адгезии позволяет им прочно взаимодействовать без ухудшения общего строительного процесса.