Проекты

Получение экологичных строительных материалов с водоотталкивающими и противогрибковыми свойствами

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 953
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Современный мир невозможно представить без зданий. Люди живут, работают и отдыхают в постройках, эти строения должны выдерживать высокие нагрузки, а для этого требуются соответствующие материалы. Устойчивость зданий может быть снижена водой и грибками, что недопустимо, а выносливость материалов не должна мешать их экологичности.

Эта работа направлена на изучение способов защиты от влаги и грибков строительных материалов, в частности – бетона, кирпича и пеноблока, экологичными способами. Гидрофобизация поможет увеличить срок службы зданий, тем самым уменьшив количество загрязнений и затрат денег и времени, которые уходят на перестройку зданий. Так как для роста грибков и плесени нужна влага, придание строительным материалам высоких гидрофобных свойств должно существенно снизить вероятность поражения строительных материалов.

В работе мы попытались придать строительным материалам водоотталкивающие средства и изучить их свойства.

Цель

Получить водоотталкивающий строительный материал.

Задачи

  1. Получить смесь, гидрофобизирующую строительные материалы.
  2. Изучить полученный материал.
  3. Сделать выводы об эффективности гидрофобизирущей смеси.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Технические и аналитические весы
  • Сушильный шкаф
  • Монтановая и церотиновая кислоты
  • Ультразвуковая ванна
  • Установка для определения углов смачивания
  • Кирпич, пеноблок и цемент
  • Электроплитка

Описание

Исходя из литературных данных [1], для придания материалам водоотталкивающих свойств достаточно изменить поверхностный слой, понизив его поверхностную энергию. Для этого обычно используют гидрофобизаторы, которыми могут быть либо гидрофобные полимеры, либо различные неполярные соединения.

Покрывать строительные материалы полимерными плёнками неэкологично и затратно, в связи с этим мы выбрали второй способ модификации – пропитку материала гидрофобными веществами. В качестве таких веществ можно использовать фторированные длинноцепочечные неполярные молекулы, но они при попадании в окружающую среду могут слишком долго разлагаться с образованием вредных веществ. Из-за этого наш выбор пал на воск – смесь длинноцепочечных насыщенных карбоновых кислот.

Строительные материалы сами по себе являются шероховатыми, следовательно, мы предположили, что их исходной текстуры будет достаточно, и не стали добавлять в смесь какие-либо добавки.

Таким образом, основными компонентами нашего гидрофобизирующего состава станут безопасные длинноцепочечные насыщенные карбоновые кислоты.

Кирпич и цемент сами по себе слабо впитывают влагу, что связано с их закрытой текстурой (в них мало пустот), гидрофобизация лишь незначительно снижает их абсорбирующую способность. Пеноблок, напротив, сильно впитывает влагу из-за макропористой структуры, гидрофобизация снижает впитываемость в разы.

Результаты работы/выводы

В результате работы была получена гидрофобизирующая смесь, состоящая из экологичных компонентов.

Пропитывание строительных материалов полученной смесью повысило их водоотталкивающие свойства.

Наибольшими водоотталкивающими свойствами обладает высокопористый строительный материал пеноблок, что согласуется с теоретическими основами, при этом наблюдаются высокие углы смачивания (порядка 140–150°), скатывание капель и существенное снижение впитывания воды.

В результате работы была получена гидрофобизирующая смесь, состоящая из экологичных компонентов.

Пропитывание строительных материалов полученной смесью повысило их водоотталкивающие свойства.

Перспективы использования результатов работы

На данном этапе методика может быть использована в постройках малого масштаба, так как для больших количеств потребуются непрактично большие резервуары.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Открытая городская конференция «Инженеры будущего» 2021– призёр.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Проект даёт уникальную возможность попробовать себя в технической сфере. Всё понравилось, огромное спасибо организаторам и школе за предоставление такой возможности!»