Сучасне багатофункціональне декоративне фасадне покриття на цементно-силікатному в’яжучому

Корецька, Альона Михайлівна
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6063
Title:	Сучасне багатофункціональне декоративне фасадне покриття на цементно-силікатному в’яжучому
Authors:	Юрченко, Сергій Васильович Корецька, Альона Михайлівна
Keywords:	рідке скло; цементно-силікатний склад; дисперсні наповнювачі; покриття; фасад
Issue Date:	Dec-2023
Abstract:	Корецька А. М. «Сучасне багатофункціональне декоративно-фасадне покриття на цементно-силікатному в’яжочому». – Рукопис. Кваліфікаційна робота здобувача вищої освіти за спеціальністю 192 – Будівництво та цивільна інженерія. – Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2023. Кваліфікаційна робота присвячена аналізу сучасних досліджень, підбір компонентів складу декоративних фасадних покриттів на силікатній основі підвищеними фізико-технічними властивостями, проаналізовано склад цементно-силікатного покриття, виявлено вплив дисперсних наповнювачів на властивості цементно-силікатного складу та дослідно-промислова апробація аналізованого декоративного фасадного покриття та оцінка економічної ефективності його застосування для оздоблення будівель.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6063
Appears in Collections:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА Корецька.pdf Restricted Access		3.11 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
 Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний технологічний університет 
Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування 
Кафедра промислового та цивільного будівництва 
 
 
«ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» 
Завідувач кафедри ПЦБ 
к.т.н., доцент Сергій ПРЯНИК 
___________________________ 
« _____ » ______________ 2023 р. 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи магістра 
 
магістр 
(освітній рівень) 
на тему: «Сучасне багатофункціональне декоративно-фасадне покриття 
на цементно-силікатному в’яжучому» 
(найменування теми) 
 
 
Виконав: ЗВО 2 курсу, групи МГБ-204 
спеціальності 192 – «Будівництво та цивільна інженерія» 
                                                 (шифр, назва)   
освітньої програми – Промислове і цивільне будівництво 
                                                  (назва)   
 
                                          
__________________                               Альона КОРЕЦЬКА 
                       (підпис)                                                     (прізвище, ініціали) 
 
 
 
Керівник кваліфікаційної роботи магістра 
_________старший викладач Юрченко С.В.__________                 __________________ 
                         (науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали)                                                                                  (підпис) 
 
Рецензент кваліфікаційної роботи магістра 
________________________________________                  __________________ 
                  (посада, науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали)                                                                           (підпис) 
 
 
 
                                                                      
 
Черкаси – 2023 року 
3 
 
ЗМІСТ  
 
АНОТАЦІЯ …………………………………………………………………… 5 
ВСТУП ………………………………………………………………………... 6 
РОЗДІЛ 1.  ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДЕКОРАТИВНО-ФАСАДНИХ  
МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 10 
1.1. Декоративно-фасадні матеріали на рідкому склі та їх аналоги... 10 
1.2. Види декоративно-фасадних покриттів для лицьової  
керамічної цегли……………………………………………………….. 23 
1.3. Основні фактори, що впливають на атмосферостійкість  
декоративно-фасадних покриттів…………………………………….. 25 
1.4. Реалізація підходів щодо створення поглинаючих покриттів  
будівельного призначення 32 
Висновки до розділу 1…………………………………………………. 41 
РОЗДІЛ 2.  АНАЛІЗ МАТЕРІАЛІВ І МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ………… 42 
2.1. Характеристики вихідних компонентів…………………………. 42 
2.2. Основні характеристики наповнювачів…………………………. 48 
2.3. Огляд методики дослідження поглинання електромагнітного  
випромінювання проаналізованого декоративно-фасадного  
покриття………………………………………………………………… 53 
Висновки до розділу 2…………………………………………………. 55 
РОЗДІЛ 3.  АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ  
ДЕКОРАТИВНОФАСАДНОЇ СИЛІКАТНОЇ КОМПОЗИЦІЇ…………….. 56 
3.1. Процеси, що відбуваються при схоплюванні та твердінні  
Композиції……………………………………………………………… 56 
3.2. Гідратація силікатного покриття в модельних системах………. 58 
3.3. Оптимізація фасадної силікатної композиції…………………… 60 
3.4. Визначення фізико-технічних властивостей силікатного  
покриття……………………………………………………………….. 64 
Висновки до розділу 3…………………………………………………. 79 
4 
 
  
РОЗДІЛ 4.  ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИЙ АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ  
ЗАПРОПОНОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ………………………………………... 80 
4.1 Приготування фасадного декоративного цементно-силікатного  
покриття………………………………………………………………… 80 
4.2 Розрахунок економічної ефективності від застосування  
захисно-декоративного покриття……………………………………. 87 
Висновки до розділу 4…………………………………………………. 88 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………... 90 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 92 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
АНОТАЦІЯ 
 
Корецька А. М. «Сучасне багатофункціональне декоративно-фасадне 
покриття на цементно-силікатному в’яжочому». – Рукопис. 
Кваліфікаційна робота здобувача вищої освіти за спеціальністю 192 – 
Будівництво та цивільна інженерія. – Черкаський державний технологічний 
університет, Черкаси, 2023. 
Кваліфікаційна робота присвячена аналізу сучасних досліджень, підбір 
компонентів складу декоративних фасадних покриттів на силікатній основі 
підвищеними фізико-технічними властивостями, проаналізовано склад 
цементно-силікатного покриття, виявлено вплив дисперсних наповнювачів на 
властивості цементно-силікатного складу та дослідно-промислова апробація 
аналізованого декоративного фасадного покриття та оцінка економічної 
ефективності його застосування для оздоблення будівель.  
Ключові слова: рідке скло, цементно-силікатний склад, дисперсні 
наповнювачі, покриття, фасад. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
ВСТУП 
 
В даний час ринок оздоблювальних фасадних складів вітчизняного та 
зарубіжного виробництва здебільшого представлений покриттями, що 
виконують або декоративну, або захисну функцію. При цьому відсутні 
пропозиції оздоблювальних лакофарбових матеріалів, що поєднують одночасно 
кілька функцій. Склади представлені на ринку реалізовані: на силікатній основі 
– основним недоліком даних покриттів є висока вартість основного компонента 
– рідкого калієвого скла та низька життєздатність складів; на полімерній основі, 
які при експлуатації та внаслідок обмеженої газо- і паропроникності швидко 
руйнуються; пропоновані захисні склади від техногенного електромагнітного 
випромінювання не технологічні та складно піддаються кольоруванню. 
Традиційно як багатофункціональний матеріалу використовується керамічна 
лицьова цегла, декорування якої різноманітною палітрою кольорів досягається 
за допомогою об'ємного пігментного фарбування, ангобування та глазурування. 
Недоліком даних способів фарбування є висока вимога до якості вихідної 
глинистої сировини, що актуально для регіонів, що не мають необхідної 
кількісті запасів сировини для виробництва цегли різноманітної колірної 
панелі. 
Аналіз представлених на ринку декоративних покриттів показав, що в 
даний час відсутня пропозиція технологічних складів на мінеральній основі з 
підвищеною атмосферостійкістю, які сприяють наданню фасадному покриттю 
нових функціональних властивостей, зокрема пов'язаних з поглинанням 
техногенного електромагнітного випромінювання. 
Таким чином, актуальною стає розробка багатофункціонального покриття 
на основі недорогих компонентів при змінах рецептурного складу якого 
можливе отримання декоративних, кольорувальних та захисних складів за 
рахунок модифікації базової рецептури. 
7 
 
Ступінь розробленості теми дослідження. На основі аналізу літературних 
даних було встановлено, що перевага у разі нанесення декоративно-фасадного 
покриття на мінеральну підкладку віддається складам на мінеральній основі.  
При цьому практично всі склади, що пропонуються, мають певні 
недоліки як технологічного, і експлуатаційного характеру. Основні методи 
зниження недоліків полягають у модифікації складів за рахунок введення 
раціонально підібраних добавок різної природи та дисперсності, що надають 
значний вплив на атмосферостійкість та декоративність композиції. 
Наукова гіпотеза. Гіпотеза полягає у можливості підвищення 
експлуатаційних властивостей складу за рахунок зміни морфології 
новоутворень у цементно-силікатній композиції дисперсними добавками, що 
включають багатошарові вуглецеві нанотрубки, які призводять до поліпшення 
технологічних характеристик та сприяють появі нових функціональних 
властивостей. 
Метою кваліфікаційної роботи є аналіз розробки складу декоративного 
фасадного покриття на основі рідкого натрієвого скла та портландцементу з 
дисперсними модифікаторами, що володіє підвищеною життєздатністю, 
атмосферостійкістю та додатковими функціональними властивостями. 
Для вирішення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: 
– на основі аналізу сучасних досліджень зробити підбір компонентів 
складу декоративних фасадних покриттів на силікатній основі підвищеними 
фізико-технічними властивостями; 
– проаналізувати склад цементно-силікатного покриття за параметром  
життєздатності та підібрати мікродисперсні наповнювачі, що забезпечують 
декоративність та атмосферостійкість; 
– визначити основні фізико-технічні характеристики покриття та виявити 
вплив дисперсних наповнювачів на властивості цементно-силікатного складу; 
– визначити закономірності впливу функціональної добавки на основі 
дисперсії багатошарових вуглецевих нанотрубок на технологічні 
характеристики, структуру та властивості складу та встановити можливість 
8 
 
поглинання техногенного електромагнітного випромінювання проаналізованим 
покриттям; 
– дослідно-промислова апробація аналізованого декоративного фасадного 
покриття та оцінка економічної ефективності його застосування для оздоблення 
будівель. 
Наукова новизна роботи полягає в наступному: 
1. Розглянуті склади на основі портландцементу, рідкого натрієвого скла 
та сповільнювача коагуляції з введенням одночасно наповнювачів, колірних 
паст і водної дисперсії багатошарових вуглецевих нанотрубок, що 
відрізняються технологічністю при приготуванні, що забезпечує зниження 
умовної в'язкості на 10%, підвищення життєздатності до 38%, покриваності від 
7 до 15%. 
2. Встановлено характер впливу водного розчину фосфату натрію на 
матрицю, що складається з рідкого натрієвого скла та портландцементу, 
виявляється у уповільненні коагуляції складу (до 100-120 хв.) внаслідок 
покриття частинок цементу важкорозчинним фосфатом кальцію. 
3. Встановлено зміну морфології та складу новоутворень у затверділому 
декоративному фасадному покритті під час введення мікродисперсних 
наповнювачів та функціональної добавки, що виражається збільшенням 
контактної поверхні між кристалогідратними новоутвореннями, що призводить 
до формування щільного та міцного покриття підвищеної атмосферостійкості 
(морозостійкість до 75 циклів, адгезія за методом ґратчастих надрізів – 1 бал, 
умовна світлостійкістю до 4-5 балів та ступінь мелення до 2 балів). 
4. Проаналізоване декоративно-фасадне покриття, здатне поглинати до 
42% техногенного електромагнітного випромінювання (порівняно з базовим 
складом) за рахунок введення функціональної добавки на основі багатошарових 
вуглецевих нанотрубок у кількості 7%. 
Теоретична та практична значущість роботи. Обґрунтовано вибір та 
поєднання компонентів розроблених складів, дана оцінка впливу 
функціональної добавки на основі багатошарових вуглецевих нанотрубок та 
9 
 
мікродисперсних наповнювачів, що забезпечують покращення технологічних 
(життєздатність, в'язкість) та фізико-механічних властивостей покриття. 
Встановлено залежності зміни структури та властивостей декоративного 
фасадного покриття від концентрації функціональної добавки «FulVec-100», 
при введенні якої до складу покриття покращуються технологічні 
характеристики і з'являється ефект техногенного поглинання електромагнітного 
випромінювання. 
Проаналізовано склади декоративного фасадного покриття з 
мікродисперсними наповнювачами та функціональною добавкою, що 
володіють підвищеною життєздатністю, атмосферостійкістю та додатковими 
властивостями в порівнянні з існуючими силікатними фарбами на основі 
калієвого рідкого скла та оксиду цинку. 
Встановлено фізико-технічні характеристики модифікованого цементно-
силікатного покриття: умовна в'язкість за ВЗ-6 – 29 сек; життєздатність – 110 
хв; стійкість плівки до статичної дії води – 8 год; витрата фарби на двошарове 
покриття керамічної цегли 200- 400 г/м2 ; паропроникність барвистого шару V = 
437 г/м2 ∙день; водопоглинання W = 0,80 кг/м2∙г0,5; морозостійкість силікатного 
покриття 75 циклів.  
Достовірність наукових положень, висновків і результатів досліджень 
магістерської роботи підтверджується: кореляцією теоретичних положень і 
результатів експериментальних досліджень; повнотою і достовірністю даних; 
достатнім обсягом використаної літератури.  
Структура і обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається зі 
вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 24 
найменувань. Загальний обсяг роботи 93 сторінки. Основний текст 
магістерської роботи (без урахування змісту та списку використаних джерел) 
виконаний на 86 сторінках друкованого тексту і містить 33 рисунки, 26 
таблиць.  
 
 
10 
 
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДЕКОРАТИВНО-ФАСАДНИХ 
МАТЕРІАЛІВ ШИРОКОГО ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 
 
1.1 Декоративно-фасадні матеріали на рідкому склі та їх аналоги 
 
 Одним із важливих елементів, що забезпечують естетичне сприйняття 
будівель та споруд, є фасадні декоративні покриття. Лакофарбові матеріали в 
залежності від призначення повинні забезпечувати високий рівень захисту як 
від агресивного впливу навколишнього середовища, так і надавати певний 
рівень захисту від техногенного електромагнітного випромінювання, при цьому 
повинні мати необхідну життєздатність. 
 Вирішення комплексних завдань щодо розширення функціонального 
призначення декоративно-фасадних покриттів будівель потребує розробки 
ефективних композиційних складів, управління структурою яких дозволить 
створити матеріали із заданими експлуатаційними характеристиками та 
підвищеною життєздатністю та атмосферостійкістю без значного збільшення 
вартості. 
 Фасадні декоративні покриття в процесі взаємодії з навколишнім 
агресивним середовищем зазнають різних впливів, зумовлених факторами, 
пов'язаними із зовнішнім середовищем (вібрація, багаторазовий вигин, що 
розтягують напруги) і внутрішніми явищами, зумовленими природою покриття 
(виникнення внутрішніх напруг, процесів структурування, кристалізації та 
деструкції). Механічні параметри, що проявляються покриттями, визначаються 
структурою сформованих покриттів, умовами їх отримання та нанесення. 
 Так, одержання наповнених сферолітами покриттів (з діаметром 
елементарного сфероліту 300 мкм і більше) призводить до зменшення міцності 
при розтягуванні плівок; у покритті, у місцях локалізації сферолітів, виникають 
прикордонні дефекти структури, що сприяють тендітному руйнуванню. 
 Деформованість покриттів, можливо знизити за рахунок збільшення 
поперечних зв'язків, у разі використання як покриття олігомерних 
11 
 
плівкоутворювачів (епоксидні, сечовино-формальдегідні, поліефірні), щільність 
яких збільшується зі зростанням тривимірних сіток, приводячи до значного 
збільшення міцності. 
 Властивості багатокомпонентних покриттів, отриманих з використанням 
пластифікаторів та пігментів, по-різному виявляються залежно від концентрації 
компонента, що модифікує. Так, при використанні пігментованих покриттів, 
хімічна природа, розмір і форма частинок пігменту значно впливають на 
кінцеві характеристики матеріалу. Приймають до уваги також енергетичну 
взаємодію модифікуючого елемента з матричною речовиною, що утворює 
покриття та виникнення адгезійних зв'язків у контактній зоні між покриттям та 
основою. Дані зв'язки виникають на етапі нанесення покриття на підкладку, 
призводячи до зміни хімічного складу, структури та властивостей матеріалу, 
що визначаються будовою новоутворень. Процес може також 
супроводжуватися активацією поверхні нанесення і призводити до виникнення 
напруг, що пояснюється зміною характеру початкових зв'язків, їх зміною, 
руйнуванням і утворенням нових зв'язків. 
 Захисні властивості покриттів в основному визначаються проникністю, 
ізолюючими властивостями, що відповідають за проникнення з навколишнього 
середовища рідин, парів та газів через шар покриття до основи та прояв міграції 
у зворотному напрямку. Швидкість проникнення вологи через покриття 
визначається дифузією, рухом під дією капілярних сил. Висока механічна 
пористість покриття, обумовлена наявністю пор, мікротріщин, капілярів, 
сприяє виникненню капілярної течії крізь товщу покриття, за допомогою 
одночасно протікають процесів таких як: сорбція, дифузія та десорбція з іншого 
боку покриття.  
 На переміщення води в товщі покриття впливає полярність, фазові та 
фізичні параметри матеріалу покриття, його хімічний склад. При високій 
заскленості або переважному кристалічному стані покриття відбувається 
зниження коефіцієнта дифузії, при збільшенні дискретності структури 
покриття, дифузія, навпаки, зростає. Паропроникність значно впливає на 
12 
 
довговічність покриттів, так як близько 20% руйнувань припадає на водяну 
пару, що впливає на покриття зсередини будівель. При високих градієнтах 
температур необхідно дотримуватися відповідності параметрів міцності основи, 
на яке наноситься покриття і міцності самого покриття, що сприяє більш 
вільному виходу вологи з конструкції. Одним з оптимальних варіантів в даному 
випадку є неорганічні цементні покриття, так як їх основа має аналогічну 
природу зі штукатурними складами, що дозволяє формувати пористу структуру 
покриття, з одного боку сприяючи безперешкодному проникненню вологи, з 
іншого боку призводячи до забруднення та можливого руйнування при 
замерзанні вологи порах покриття. Так, відомі облицювальні вапняно-цементні 
штукатурки, що наносяться на цегляні поверхні (на їх частку припадає 90% всіх 
оштукатурених поверхонь), в яких цемент використовується для надання 
міцності, вапно для створення пористого простору. Дані склади при варіюванні 
основних компонентів композиції можуть виконувати різні функції [1]. 
 З точки зору теорії, для якісного захисту конструкцій від впливу 
навколишнього середовища, у тому числі вологи, необхідним є створення 
покриття з високим ступенем водонепроникності. Однак необхідно враховувати 
рух вологи зсередини до покриття, причому швидкість дифузії в такому 
випадку може бути достатньо високою за рахунок підвищеної вологості 
всередині приміщень, градієнта температури внутрішньої і зовнішньої 
поверхні, спочатку високої конструкційної вологості матеріалів. Сукупність 
даних явищ зрештою призводить до деформацій та деструкції фасадно-
декоративного покриття будівель. 
 При спрямованому створенні покриттів з низькою проникністю до 
агресивних діючих середовищ використовують кристалічні полімери 
(поліфторлефіни, поліолефіни, пентапласти, полівінілхлорид, сополімери, 
вінілхлориди) та олігомерні плівкоутворювачі (епоксидні, фуранові, 
фенолформальдегід). Можливими підходами для здійснення підвищеної 
проникності покриттів є застосування підходу, заснованого на спорідненості 
матеріалів і проникаючих компонентів, підвищення пористості за рахунок 
13 
 
механічних прийомів перенаповнення, введення грубодисперсних 
наповнювачів та/або пігментів, впровадження наповнювачів волокнистої 
природи, спрямована орієнтація наповнювачів перпендикулярно . Технологічно 
найлегше реалізується використання рецептурного методу надлишкового 
введення пігментів, застосування спеціально підібраних поверхнево-активних 
речовин (ПАР) і різних гідрофільних - солей, кислот, що, однак, часто 
призводить до подорожчання кінцевої вартості покриття [11]. 
 Однією з основних цілей декоративних оздоблювальних складів є їхня 
спрямованість на підвищення якості поверхні як за рахунок естетичних 
складових – надання певного, заданого кольору, текстури, так і забезпечення 
спільної роботи покриття та конструкцій для забезпечення довговічності 
останніх. 
 При розгляді цілісних характеристик оздоблювальних покриттів, склади 
можна розглядати як дисперсні наповнені системи, в основному дисперсної 
фази містять пігменти і різні концентрації супутніх компонентів і сполучного. 
Після затвердіння покриття в ньому міститься деякий обсяг залученого повітря, 
при цьому значні зміни так само відбуваються у сполучному за рахунок 
фізичних та хімічних перетворень. Для передбачення можливих процесів, 
виникнення внутрішніх напруг, неоднорідностей, часто використовують методи 
моделювання, в яких застосовують припущення, що геометрична форма 
частинок, що складають покриття, прагне ідеальної сферичної форми. Особлива 
увага також приділяється високій дисперсності поверхні пігментів, яка 
проявляє високу активність і адсорбує на себе значний обсяг сполучного, при 
цьому в модельних системах покриті частинки пігменту мають основний вплив 
на щільність упаковки, впливаючи на формування проникності покриттів. У 
свою чергу проникність покриття сприяє регулюванню вологості та швидкості 
корозійних процесів, що виникають за рахунок дифузії через сполучне. 
 Регулювання наповненості покриттів можна досягти за рахунок зміни 
дисперсності та природи пігментів, а також запровадженням різних 
наповнювачів. Так 4, 5, використання тонкої полістирольної крихти або 
14 
 
полістирольного латексу (розмір комірки якого розташовується в межах 0,1- 0,6 
мкм) призводить до формування значної кількості мікропор у барвистому 
складі, що призводить до підвищення покриваності при природному висиханні, 
при цьому суцільність плівки знижується незначно. Розроблені добавки 6, 
спрямовано що впливають підвищення покриваності, що представляють крихту 
(розмір частинок в діапазоні 0,4-0,5 мкм) спіненого сополімеру стиролу з 
акрилатами, що поставляється у вигляді водної суспензії. 
 Визначено, що при зменшенні розміру частинок наповнювачів у 
полімінеральних покриттях сприяє зниженню тріщиностійкості, оскільки 
відбувається підвищення адгезійної міцності, знижуються внутрішні напруги за 
рахунок збільшення обсягу жорстких граничних шарів полімеру. 
 Крім покриваності та суцільності, численні розробки спрямовані на 
отримання покриттів з високою міцністю когезійної, спрямовані на поліпшення 
низьких параметрів вапняних покриттів - міцності, тріщиностійкості і 
довговічності. Наприклад, введення золю кремнієвої кислоти у вапняні 
оздоблювальні склади сприяє підвищенню когезійної міцності на 110...120 %. 
При цьому також підвищується водоутримуюча здатність – на 7%, відбувається 
зниження деформацій набухання – на 50% та деформацій усадки – на 46%. Золь 
кремнієвої кислоти в даному випадку є добавкою, що має певну фізичну 
спорідненість, застосування якої призводить до утворення термодинамічно 
стійкої, дрібнокристалічної структури, яка утворюється за рахунок 
нанорозмірних частинок кремнезему, що виступають центрами кристалізації та 
ініціаторами одночасного адсорбційного процесу, що протікає на межі розділу 
фаз. Сукупність даних процесів забезпечує зміни умов кристалізації, блокує 
зростання протяжних новоутворень та стимулює перекристалізації вапняних 
покриттів. 
 З метою збільшення протикорозійних та когезійних властивостей 
покриттів на латексній основі, одержуваних з водно-дисперсійних складів, 
пропонується використання ефірів фосфору та метакрилової кислоти в якості 
сомономірів стирол-акрилів кополімерів, що дозволяють отримати два типи 
15 
 
складів протикорозійного призначення, застосування яких можливе як по 
чистому, так та за іржавим металом. 
 У фарб на водно-дисперсійній полімерній основі суттєвим недоліком є 
невисока стійкість до стирання та двопакувальність у випадку з деякими 
силікатними складами, що призводить до необхідності змішування сполучного 
з пігментом безпосередньо перед нанесенням [4]. 
 Таким чином, для надання фарбувальним покриттям, що наносяться на 
різні поверхні, необхідних властивостей одним з основних підходів є 
модифікація багатокомпонентних складів. 
 При розгляді покриттів, які застосовують поверх мінеральних поверхонь, 
можливе застосування фарб різної природи. Одним із можливих варіантів є 
силікатні фарби, нанесення яких так само можливе по раніше забарвленим 
поверхням, у разі застосування вапняних, цементних або силікатних фарб як 
підоснова. 
 Крім силікатних фарб, для фарбування будівельних поверхонь 
(залізобетонних, гіпсоцементно-бетонних та ін.) можливе застосування 
цементно-перхлорвінілових складів, що володіють низькою водопроникністю і 
поєднуються з перхлорвініловими, нітрогліфталевими і алкідно-стирольними 
складами, а також [5]. 
 У випадку з силікатними фарбами поєднання з полімерними складами 
практично не реалізується. Силікатні фарбувальні покриття, що 
використовуються досить довгий час, були представлені двома типами фарб – 
використовуються для обробки фасадів та цинконаповнені фарби для 
протикорозійного захисту металів (фарба ВЖС-41, силікацинк-2). 
 Особливістю колорування силікатних фарб є певне обмеження по 
кольоровій гамі, викликане необхідністю застосування лужностійких пігментів, 
внаслідок того, що додатково фасадні покриття піддаються дії лугів, які 
виносить волога з матеріалу стінових конструкцій, що накладає певні 
обмеження на використання компонентів покриттів, які повинні мати 
підвищену щілину. . 
16 
 
 Поширеними є охра, залізний сурик, мумія, окис хрому, ультрамарин і 
окис цинку, сполучне рідке скло, при отриманні даних покриттів розбавляють 
до щільності 1,14-1,18 г/см3. Особливістю виробництва є перемішування 
компонентів фарби в кульовому млині разом із необхідною кількістю рідкого 
скла протягом 30-40 хв. Потім готовий склад проціджують через сито № 03, 
розливають у металеві ємності, доставляють на об'єкти і використовують 
протягом 12-24 год. 
 Можна виділити також особливості силікатних фарб у порівнянні з 
акриловими, такі як знижена еластичність, низька якість покриття у разі 
наявності дрібних тріщин в основі, не висока водостійкість. 
 До переваг силікатних фарб можна віднести той факт, що близько 50% за 
обсягом летких розчинників містяться в декоративних фарбах, що широко 
застосовуються, що призводить до утворення в повітрі парів високої 
концентрації після нанесення покриттів, що призводять до необхідності 
використання засобів захисту при роботі з подібними складами. 
 Однією з основних переваг силікатних фарб є висока паропроникність, 
що сприяє швидкому висиханню покриття після дії атмосферних опадів, а 
також не здатність даних фарб до підтримки розвитку мікроорганізмів, 
плісняви та грибка навіть без введення спеціальних добавок [10]. 
 Проводилися дослідження мікробіологічної активності силікатних 
покриттів, які оцінювали наявність або відсутність зон затримки росту 
бактеріальних тест-культур, які показали, що композиція містить 10% латексу і 
90% калієвого рідкого скла на Escherichiacoli і Staphylococcusаureus слабку 
бактеріостатичну дію. Високу чутливість ешерихії та стафілококи виявляють до 
композицій, що містять 1% пірітіону цинку [23]. 
 Нерівномірність поглинання відноситься до одного з недоліків силікатних 
складів, що призводить до виникнення плямистості фасадів або ефекту 
відмелювання поверхні. У ряді досліджень недоліки пов'язані з поганим 
розливом фарби та низькими реологічними властивостями пропонується 
вирішувати за рахунок трудомістких заходів з ретельної підготовки, 
17 
 
ґрунтування та шпаклювання фарбувальної поверхні. Також зниження даних 
ефектів можна досягти при використанні дисперсійних силікатних фарб, що 
містять у своєму складі дисперсії полімерів різної природи (у кількості до 5%), 
а також поверхнево активні речовини. Найчастіше як дисперсії полімерів для 
виробництва дисперсійних силікатних фарб використовують акрилатні, стирол-
акрилатні або стирол-бутадієнові латекси. Відомі силікатні фарби мають високі 
малярні властивості, стійкість до знижених температур, більш високу 
паропроникність і проникність для вуглекислого газу [5]. 
 Традиційно композиційні склади силікатних фарб є суспензією, що 
включає лугостійкі пігменти, наповнювачі різної природи та силікатизатори 
рідкого скла. Покриття на рідкому склі мають більш високі показники за 
міцністю і довговічністю в порівнянні з вапняними складами. Крім переваг 
високої паропроникності та стійкості до утворення мікроорганізмів, покриття 
на силікатній основі стійкі до дії кислотного середовища, дії агресивних 
ультрафіолетових випромінювань, виявляють вогнезахисні властивості та є 
екологічними. 
 У багатьох альтернативних барвистих композиціях та у складах на 
рідкому склі при зберіганні відбуваються реологічні зміни, подібно до фарб на 
водній та неводній основі з плином часу, відбувається збільшення в'язкості. 
Найчастіше силікатні склади через певний час стають непридатними для 
застосування внаслідок утворення щільного, нерозчинного осаду від хімічної 
взаємодії основного сполучного елемента та пігментної частини. Загальна 
причина цієї групи явищ – гелеутворення на межі розділу взаємодіючих або 
змішуваних фаз [5]. 
 Наведені особливості накладають певні обмеження та вимоги при 
розробці складів на рідкому склі, швидкість твердіння якого прямопропорційно 
залежить від модуля рідкого скла, при цьому з технологічної точки зору 
віддається перевага високомодульної сировини. Підвищенню силікатного 
модуля сприяє запровадження стабілізованих розчинів колоїдного кремнезему 
(золей), що дозволяє одержати полісилікатні розчини з достатніми 
18 
 
експлуатаційними властивостями [7]. Досліджувалися зміни характеристик 
силікатних фарб при зміні силікатного модуля, концентрації пігментної 
частини цинкових білил, також оцінювався вплив кліматичних умов. Оцінка 
впливу кліматичних умов проводилася на дахах станцій у Києві. При цьому 
найбільшу атмосферостійкість виявили склади, що перевіряються в зонах з 
найбільшою кількістю сонячних днів у році та малою кількістю опадів, 
зворотний ефект був досягнутий у кліматичних зонах з великою кількістю 
похмурих днів та значною кількістю опадів. Підвищену атмосферостійкість 
покриттів у теплих кліматичних зонах пояснюють тим, що проходить досить 
тривалий час від покриття до випадання опадів, що неможливо виконати в 
умовах холодного клімату. Так само за прискореними методиками, з 
подальшою апробацією в натурних умовах, досліджували зміни 
повітропроникності забарвленого бетону, результати показали, що 
водопоглинання забарвленого покриття у випадку важкого бетону знижується 
на 20%, у випадку з пористою основою в 2-7 разів. 
 Атмосферостійкість силікатних фарб, приготовлених на традиційних 
компонентах, встановлювалася шляхом тривалого кип'ятіння силікатного 
покриття в розчині HNO3 та інших сильних мінеральних кислот [3]. 
 Високі параметри водостійкості виявляють силікатні фарби, пігменти 
яких виготовлені на основі цинкових білил, при цьому виявлено, що на 
водостійкість покриття значно впливає температура, при якій відбувається 
сушіння покриття. Оптимальною є сушіння протягом 10 днів при температурі 
20-25 оС, або при створенні штучних умов - витримка 2 години при 
температурі 150-200 оС, сполучною в даних складах була запропонована 
полікомпонентна система, що включає поряд з водним розчином силікату, 
спеціальні додатки. 
 Для уповільнення процесів, що відбуваються при твердінні рідкого скла, 
застосовують портландцемент спільно з фосфат-іонами, наявність яких в 
системі призводить до зниження концентрації калію в початковий період 
твердіння системи. Необхідно дотримуватися певної послідовності змішування 
19 
 
компонентів, яка полягає в тому, що фосфат натрію в певній концентрації разом 
з частиною води замішування перемішується з цементним в'язким до введення 
в систему рідкого скла. Роль іонів фтору проявляється у подвійній дії, з одного 
боку в блокуванні поверхні клінкеру та з іншого боку у відтягуванні з розчину 
іонів кальцію, цей процес протікає внаслідок певної спорідненості між іонами 
калію та фтору, яка більша ніж до силікатного іона [8]. 
 У разі вибору рідкого скла необхідно приділяти увагу технології його 
виробництва, яка традиційно полягає в автоклавному розчиненні силікат-брили 
в умовах дії пари, тиску і температури. Виробництво рідкого скла традиційним 
способом є досить енергоємним процесом, у зв'язку з чим є альтернативні 
методи, засновані на виключенні з технологічного процесу автоклавування. 
Модуль рідкого скла, одержуваного за цією технологією, відповідає 3,2. 
Технологічні характеристики фарб, вироблених на основі даної сировини, не 
поступаються традиційним покриттям, фарби мають нормальну густоту, легко 
наносяться та швидко висихають протягом 5 хвилин. 
 Для розробки фасадних складів підвищеної міцності, з метою 
модифікування барвистих наповнювачів пропонуються полісульфідсодержащіе 
луги, що становлять основу рідкої фази замішування цементу і реакційного 
середовища для отримання в осаді дисперсних матеріалів (наповнювачів). 
Механізм дії полісульфідсодержащих лугів полягає в утворенні нових 
гідрохімічних системи з регульованою швидкістю реакцій та регульованим 
формуванням складу та структур твердих продуктів. 
 Відомі розробки пігментних композитів на основі гіпсоцементних 
в'яжучих для цементно-полімерних фасадних фарб підвищеної стійкості та 
довговічності, виробництво яких відбувається при гідротермічній обробці 
сульфату цинку полісірчистою вапняно-цементною суспензією. Склади, 
отримані за запропонованою технологією, мають високу адгезію до щільних і 
пористих поверхонь – 2,9 МПа, порівняно низькою покриваністю – 130 г/см2, 
підвищеною морозостійкістю – понад 40 циклів та тріщиностійкістю, при 
цьому їх довговічність у порівнянні з традиційними на 30 вище 50%. 
20 
 
 Досліджено композиційні склади для виготовлення яких використовували 
суміш неорганічної та органічної складової, при цьому неорганічна частина 
складу представлена рідким калієвим склом або сумішшю калієвого та рідкого 
натрієвого скла, покриття наносилося на азбестоцементні підкладки, які 
піддавалися поперемінному заморожуванню та відтаванню. Результати 
показали, що відсоток зносу покриття становив близько 7% після 10 циклів 
заморожування-розморожування, і 15–20% після 20 циклів, що означає, що 
розроблений матеріал є морозостійким, рекомендується фарбування у два 
шари. 
 Також можливий варіант застосування силікатного сполучного як основи 
для отримання захисних покриттів зовнішнього утеплення будівель, що 
отримуються на основі рідкого калієвого скла та полімерних дисперсій. 
 Однією з перспективних розробок на основі рідкого скла є отримання 
покриттів, що володіють високою вогнестійкістю, одержуваних на основі 
водних розчинів силікатів натрію або калію щільністю 1,2 - 1,23 г/см3 і модулем 
2-3. Для затвердіння силікатних фарб у даному випадку пропонується 
використання високореакційних сполук у кількості 1- 10%, механізм яких 
проявляється в тому, що з'єднання затверджувача є джерелом іонів, що 
призводять до утворення аморфних, нерозчинних силікатів. Недоліком даних 
покриттів є низька вологостійкість, яка більшою мірою залежить від ступеня 
водопоглинання силікатного покриття та технології його нанесення. Зменшити 
цей недолік пропонується використанням складів, що поєднують водний 
розчин силікату натрію – 60-70, гліцерин або етиловий спирт – 0,5-1, сухий 
наповнювач – 30-40. Пошукові дослідження підтверджують високу 
вогнезахисну ефективність покриттів, що наносяться за штукатурними, 
цегляними та бетонними конструкціями [10]. 
 Додавання акрилової дисперсії 5% у поєднанні з активним 
кремнеземистим компонентом (пісок, маршаліт, перліт, аеросил), кількість 
якого залежить від природи дозволяє виробляти однопакувальну силікатну 
фарбу. При цьому фарби мають підвищені технологічні та експлуатаційні 
21 
 
характеристики: морозостійкість (5 циклів), гнучкість (менше 1 бала), ступінь 
мелення (не більше 2 балів). Найкращі показники виявляються під час 
використання аеросилу, що пояснюється формуванням воллостоніту голчастої 
морфології, силікатоутворенням оксидів цинку та кальцію. Життєздатність 
фарби не менше одного року. 
 Перспективною є розробка бактеріостатичних біоцидних покриттів на 
основі рідкого калієвого та суміші калієвого та натрієвого скла, спеціальні 
властивості яким надає поєднання акрилового латексу (до 20 %, Новопол110) з 
пірітіоном цинку. Склади мають морозостійкість, стійкість до впливу високих 
температур і агресивних середовищ, при цьому склади виготовлені на суміші 
натрієвого та калієвого рідкого скла, дозволяє отримати покриття з нижчою 
ринковою вартістю, так як ринкова вартість натрієвого рідкого скла в 2,5-3 рази 
нижче за калієвий. 
 Термічна обробка дефекату при температурі 260 ° С дозволяє отримати 
карбонатний наповнювач для силікатних фарб, даний техногенний відхід при 
обробці при температурі 600 ° С дозволяє отримати вуглецевмісний 
карбонатний фільтруючий матеріал, що використовується як сорбент при 
очищенні стічних вод, чорного пігменту. гумові суміші. Силікатні фарби з цими 
пігментами відрізняються універсальною адгезією до бетону, цегли, 
натуральному каменю, азбестоцементу, деревині, за рахунок протікання 
незворотної реакції твердіння з глибоким проникненням складу в підкладку. 
 При використанні в якості модифікаторів захисних оздоблювальних 
складів на основі силікатів калію і натрію відходів скляного виробництва, 
відходів теплоелектростанцій і цинковмісних відходів виробництва ронгаліту 
виходять склади з високою здатністю, що криє. При цьому додавання до цих 
складів як розріджувачів стічних вод підприємств, що містять формальдегід у 
концентрації 0,5-10,0 г/л, так само дозволяє отримати покриття з високими 
технічними та експлуатаційними показниками [19]. 
 Також відомі розробки, які дозволяють у разі використання калієвого та 
натрієвого рідкого скла отримувати склади з покращеними тиксотропними 
22 
 
властивостями, з уповільненим структуроутворенням при стабілізації систем 
карбамідом або неіоногенними ПАР у кількості 0,5- 1.0% маси рідкого скла. 
 Таким чином, існує широка номенклатура декоративних захисних 
покриттів, перевага у разі нанесення на мінеральну підкладку віддається на 
мінеральній основі. При цьому практично всі склади, що пропонуються, мають 
певні недоліки як технологічного, так і експлуатаційного характеру. Основні 
принципи зниження недоліків, полягають у модифікації складів за рахунок 
введення модифікуючих компонентів різної природи, найпоширенішими є ПАР 
та раціонально підібрані тонкодисперсні добавки мінеральної природи. 
 Перспективним для нанесення поверх мінеральних підкладок є склади на 
основі дисперсно-колоїдних систем на рідкому склі, що мають ряд позитивних 
властивостей, при підвищенні параметрів яких можливе отримання 
атмосферостійкого якісного покриття. Необхідно визначити основні параметри, 
що надають значне вплив на барвисту здатність та тривалість експлуатації 
барвистих складів [19]. 
 З економічної точки зору найбільш вигідними є розробки покриттів на 
основ рідкого натрієвого скла, що пов'язано з його більш низькою вартістю 
порівняно з калієвим, причому доведено, що фізико-технічні характеристики 
складів практично не поступаються один одному. При цьому основною 
позитивною характеристикою складів на основі рідкого скла є 
паропроникність, яка дозволяє створювати матеріали з високою здатністю до 
дифузії вологи. Доведено, що підвищення паропроникності можна досягти за 
рахунок зміни дисперсності компонентів покриттів, що входять до складу, і 
регулюванням дискретності його структури. Для спрощення роботи з 
багатокомпонентними складами на основі рідкого скла рекомендується 
застосування моделювання, здатного зменшити тимчасові витрати на пошукові 
дослідження. 
 Так само основною властивістю покриттів визначена життєздатність, 
вплинути на яку можна за рахунок раціонального підбору складу, що включає 
компоненти, що виявляють спорідненість між покриттям та підкладкою, 
23 
 
розуміння процесів, що відбуваються в контактному шарі та розробці підходів, 
що дозволяють спрямовано регулювати умови формування зони контакту. 
 
1.2 Види декоративно-фасадних покриттів для лицьової керамічної цегли 
 
 В даний час ринок сучасних декоративно-оздоблювальних матеріалів 
досить різноманітний, проте застосування фасадних покриттів залишається 
затребуваним внаслідок високої технологічності та ефективності. Також 
активно зростає інтерес до екологічно чистих будівельних матеріалів, що мають 
одночасно довговічність та естетичні властивості [19]. Одним з кращих 
подібних матеріалів, відповідають даним характеристикам, є керамічна цегла. 
 Лицьова керамічна цегла має високу довговічність, атмосферостійкість, 
декоративність, а також багатофункціональність – виконує роль 
конструктивного та облицювального матеріалу. 
 Використання декоративної лицьової керамічної цегли широкої колірної 
палітри, фактури та форми дозволяє покращити архітектурний вигляд житлових 
та цивільних будівель. Отримання лицьового стінового матеріалу різної 
колірної гами досягається за допомогою об'ємного пігментного фарбування, 
двошарового формування цегли, а також поверхневого декорування та 
фарбування, що включає ангобування, глазурування та застосування 
наплавлюваних фарб на полімерній основі (рис. 1.1). 
 
Рисунок 1.1 — Фасади будівель, з використанням пофарбованої лицьової 
керамічної цегли 
 
24 
 
 До об'ємного фарбування декоративної цегли відноситься виробництво 
цегли з суміші глин природних квітів, в яких в якості добавок використовується 
марганцева руда, марганець двоокис, залізна руда, окис заліза, хромітова руда, 
зокрема хроміт заліза і двоокис титану [19] . Недоліками даного методу є високі 
матеріальні витрати, пов'язані зі споживанням великої кількості добавок, 
необхідних для фарбування всієї шихти, низька якість фарбування, наявність на 
поверхні цегли плям, освіта яких пов'язана з пластичними властивостями 
глини, а також обмеження кольорів природними природними відтінками. 
 Формування двошарової цегли полягає в нанесенні поверхневого 
кольорового покриття товщиною 3-6 мм з лицьової маси на основі світло-
жариться глини з додаванням кварцового скла і пігментів на звичайну шихту 
при формуванні основного бруса. Спосіб дозволяє значно скоротити витрати 
барвників. Недоліками цього способу є складний і трудомісткий, що вимагає 
спеціального обладнання процес підготовки лицьової маси, нанесення на брус, 
тенденції лицьового шару до відшаровування при перепадах температур. 
 Аналогічно попередньому способу особливими перевагами та недоліками 
характеризуються ангобування та глазурування цегли [19]. Суть даних способів 
полягає в нанесенні на цеглу тонкого шару з шихти на основі білого кольору 
або кольорової глини зі склобоєм, піском, барвниками і подальшим випалом. 
 Істотним недоліком вище описаних методів фарбування є висока вимога 
до якості вихідної глинистої сировини. Це питання актуальне для регіонів, що 
не володіють необхідною кількістю запасів легкоплавких пластичних глин, які 
необхідні для виробництва цегли різноманітної палітри кольорів.
 Технологія фарбування поверхні цегли з використанням полімерних 
фарб, що наплавляються, не пред'являє високих вимог до кольору глини-сирцю, 
проте має істотний недолік, пов'язаний з відсутністю паро- і газопроникності 
одержуваного покриття. Внаслідок цього недоліку при експлуатації цегляних 
стін відбувається руйнування полімерного покриття через висоли, що 
проступають на поверхню цегли і відшаровують полімерне покриття від 
25 
 
основи. Ці процеси пов'язані з міграцією через цегляну кладку розчинів солей 
[19], які, як правило, присутні у складі розчину кладки (рис. 1.2). 
 
 
а)                                                                       б) 
Рисунок 1.2 — Загальний вигляд полімерного покриття на цегляній кладці (а), 
відшарування полімерного покриття на поверхні цегли (б) 
 
 Таким чином, розробка декоративного покриття на мінеральній основі, 
що має підвищені фізико-технічні характеристики, такі як атмосферостійкість, 
паро- і газопроникність, адгезійна міцність, є актуальним завданням. Фасадне 
покриття за рахунок додавання функціональних добавок набуває поряд з 
підвищеною життєздатністю додаткові властивості, що надають йому 
спеціальні функції, пов'язані з поглинанням електромагнітного 
випромінювання, регулювання фактури та кольору поверхні, що фарбується. 
 
1.3 Основні фактори, що впливають на атмосферостійкість декоративно-
фасадних покриттів 
 Важливим завданням у будівельному матеріалознавстві є розробка 
покриттів на основі неорганічного плівкоутворювача у вигляді рідкого 
калієвого та натрієвого скла, так як дані склади пожежонебезпечні, мають 
нижчу вартість порівняно з органічними фарбами. Для усунення недоліків, що 
26 
 
виявляються у даних покриттів, колоїдно-дисперсні системи вводять різні 
дисперсії полімерів, функціональних добавок, наповнювачів та пігментів, 
активних мінеральних добавок. Природа матеріалів для обробки фасадів різна, 
при цьому використовувані покриття відрізняються за деякими основними 
параметрами. Товщина застосовуваних покриттів повинна відповідати межам 
10-300 мкм, що визначає досить високу питому поверхню 10-1000 см2/см3 і 
призводить до прояву особливого плівкового стану покриттів, в якому роль 
поверхні зростає зі зменшенням товщини плівки. Крім особливостей, які 
виявляє фасадне покриття внаслідок незначної товщини складів, що наносяться 
на поверхню, на структуроутворення та властивості покриттів значний вплив 
надає матеріал і стан поверхні нанесення. На покриття, що наноситься, значною 
мірою впливає силове поле поверхні, змінюючи параметри фізичних процесів 
адгезійного шару, визначаючи основні характеристики покриттів, такі як усадка 
і орієнтаційні умови поблизу підкладки. В основному, в галузі формування 
адгезійного контакту молекули покриття виявляють площинну орієнтацію, 
внаслідок чого контактна зона має відмінну структуру, іноді менш досконалу, 
ніж основний обсяг покриває матеріалу.  
 В абсолютній більшості фасадні покриття є багатокомпонентними 
системами, досить не гомогеними за обсягом, що сприяє виникненню 
неоднорідностей внаслідок розшарування компонентів на різних масштабних 
рівнях (від макро-до нанорівня). При цьому досить складно виділити причини 
появи неоднорідностей, які найчастіше полягають у прояві сукупних процесів, 
таких як перетворення структури в результаті пластифікаторів дії, флотація або 
седиментація пігментів і/або наповнювачів. Багатокомпонентність, що 
призводить до неоднорідності структури покриттів, однак, не повинна 
перешкоджати формуванню необхідних технічних властивостей, які, згідно з 
сучасними поглядами, також обумовлені поверхнею нанесення.  
 Вважається, що поверхня твердих тіл складається із сукупності центрів 
Льюїса та Бренстеда, як кислотного, так і основного характеру. Основні центри 
Льюїса, утворені електронними орбіталями атома кисню на поверхні, здатні 
27 
 
вступати в хімічну взаємодію з елементарними складовими покриття за 
рахунок передачі електронів. При цьому основним моментом, що забезпечує 
якісну взаємодію, якщо контактуючі матеріали різноманітні, є виникнення 
контакту, зона прояву якого, внаслідок дії різних сил – орієнтаційних, 
індукційних, дисперсійних не перевищує 0,5 нм. Якісні характеристики 
контактної зони визначаються здатністю покриття заповнювати нерівності та 
пори поверхні, що обумовлюються значною мірою в'язкістю та поверхневим 
натягом, а також щільністю складу покриття. Так само параметром, що впливає 
на формування зони контакту, є капілярно-пориста структура підкладки, що 
проявляється в діаметрі і глибині капілярів і пір, з пониженням діаметра 
капілярів знижується швидкість вбирання складів, при цьому можлива глибина 
проникнення збільшується. Використання покриттів на мінеральній основі 
передбачає утворення структурного елемента за рахунок випаровування води, 
що протікає у три стадії. Перша характеризується зближенням частинок, 
посиленням взаємодії з-поміж них із формуванням проміжного гелеобразного 
продукту. Стадія характеризується підвищенням в'язкості покриття. На другій 
стадії відбувається стиск гелю, видалення частини води та руйнування 
адсорбційно-гідратних оболонок, при цьому процес супроводжується зміною 
типу контактів між частинками з коагуляційних на конденсаційні. На третій 
стадії відбувається злиття глобул та практичне зникнення міжфазних кордонів 
[11]. 
 Таким чином, застосовуючи в лаках та фарбах різні структуруючі 
добавки, змінюючи умови затвердіння-сушіння, можна суттєво впливати на 
механічні властивості покриттів. 
 Відомий підхід до розробки оздоблювальних реставраційних складів на 
основі мінеральних компонентів, в основу якого покладено принцип 
структурної спорідненості, що передбачає приведення до мінімуму коефіцієнта 
фізико-хімічної неоднорідності між компонентами на масштабних рівнях, 
включаючи мікро- та нанорівень, для забезпечення подібності порової 
структури покриття та підкладки. 
28 
 
 Цей закон, грунтується на тому, що підвищення атмосферостійкості 
контактуючих матеріалів можна досягти на етапі проектування складів, 
враховуючи основні властивості та закономірності, що виявляють матеріалом 
підкладки та матеріалом покриття. При розробці покриття із заздалегідь 
заданими властивостями по міцності та довговічності необхідно брати до уваги 
характер зв'язків, що виникають між сировинними компонентами, як на етапі 
отримання покриття, так і на етапі процесів його затвердіння з урахуванням 
характерних особливостей базового матеріалу, що значно впливає на 
формування контактного шару . 
 При ефективному підборі підстави у відповідність до пористості 
покриття, що наноситься, приведе до єдиної та однорідної капілярно-пористої 
системи, що призведе до більш рівномірного розподілу новоутворень і знизить 
можливість виникнення внутрішніх напруг [19]. 
 Довговічність контакту між матеріалами забезпечується структурою та 
внутрішньою будовою матриць. Розглядаючи фасадні покриття, як 
композиційні полімінеральні матеріали, особливу увагу слід приділяти 
положенню частинок різної дисперсності, зв'язкам, що ними проявляються та їх 
ролі у формуванні капілярно-пористої структури. Розгляд контактного шару 
показує, що формування його структури багато в чому визначається відстанню 
від поверхні нанесення. 
 Ефективний контактний шар формується за рахунок утворення стійких 
взаємних зв'язків та порядком їх зчеплення між покриттям і підкладкою, 
процеси, на які значний вплив надає фізико-хімічні властивості складних 
компонентів, в яких найчастіше може проявлятися синергетичний ефект, 
зумовлений багатокомпонентністю, полімінеральністю та полідисперс. 
Розглянуті матеріали є штучними конгломератними матеріалами, що 
підпорядковуються законам формування структури і зв'язку з фазовим складом 
матеріалу, їх формування підпорядковується законам міцності оптимальних 
структур, закону створу, закону конгруентності властивостей, при цьому 
оптимальні структури характеризуються максимальним значенням 
29 
 
властивостей, закономірним зміною фазового складу матеріалу. Тому 
необхідно також враховувати фазові стани і переходи води в контактній зоні, 
відповідність гідрофізичних і теплофізичних властивостей контактуючих 
матеріалів [6]. 
 Проведені дослідницькі розробки довели можливість впливу на 
капілярно-пористу структуру, завдяки чому досягається управління 
переміщенням вологи у вапняних та цементних складах при використанні 
суперпластифікаторів та мінеральних наповнювачів з певною гранулометрією . 
 Створення сучасних ефективних декоративно-фасадних покриттів 
спрямоване на формування багатокомпонентних систем, в яких на етапі 
проектування складів закладено потенціал реагування на агресивні умови 
впливу, що змінюються, шляхом спрямованого отримання в структурі 
новоутворень складових ієрархічну систему матеріалу на нано-, мікро. та 
макрорівнях, яка здатна виявляти властивості згідно з функціональною 
вимогою (поглинання техногенного випромінювання, самоочищення, 
самозалікування). 
 Регулювання структури новоутворень та їх розташування в об'ємі 
покриттів призводить до отримання матеріалів з високою міцністю і низькою 
теплопровідністю, що мають здатність самозаліковувати дефекти структури, у 
якої з часом змінюється характер пористості, стає однорідною з рівномірним 
розподілом твердої складової. Підхід реалізований під час виробництва 
силікатних стінових матеріалів, одержуваних під час використання активних 
гранульованих заповнювачів і крентів (відходів пиляння масиву на блоки). 
Процес виробництва супроводжується спрямованим структуроутворенням на 
макро-, мікро-, і нанорівні і проводиться подібно до одержання вапняку-
черепашника в природних умовах, за рахунок цього синтезуються 
високодиперсні гідратні утворення, наявність яких у матеріалі зумовлює 
підвищення фізико-технічних параметрів волого-, морозостійкості та міцності 
теплопровідності силікатного матеріалу загалом. 
30 
 
 Одним з можливих застосувань фасадних декоративних покриттів є 
реставраційні склади, які мають важливу вимогу, як і в інших покриттів, є 
підвищена міцність адгезійної контактної зони. Підвищення адгезійної 
здатності досягається за рахунок використання у складах поверхнево-активних 
речовин, що дозволяє збільшити адгезійну міцність у 1,3-2 рази порівняно з 
контрольними складами. Найчастіше, як реставраційні склади, застосовують 
матеріали на основі вапна, при твердінні якої відбувається її часткова 
карбонізація, що проявляється в наявності карбонату кальцію в складі 
новоутворень. Для формування більш щільного контакту та високоякісного 
зчеплення оптимальним як модифікатор подібних складів є тонкодисперсний 
карбонат кальцію, який завдяки своїй природі та при контакті з вуглекислотою 
повітря може бути прискорюючим компонентом для кристалізації карбонату 
кальцію з гідроксиду кальцію. 
 Розроблено вапняні оздоблювальні реставраційні склади із застосуванням 
золю кремнієвої кислоти. Склади містять вапно-пушонку, пісок фракції 0,16-
0,315 мм, золь крем'яної кислоти, стабілізатор (полівіноловий спирт, желатин, 
катіоновий сополімер акриламіду, сульфат алюмінію). Покриття на основі 
розроблених вапняних складів мають підвищену тріщиностійкість, 
характеризуються когезійною та адгезійною міцністю, що становить відповідно 
1,5-1,9 МПа та 0,8-1,2 МПа, стійкістю до статичного впливу води 72 ч. [19]. 
 В даний час виробництво матеріалів на основі водорозчинних силікатів 
натрію обмежується водостійкістю та життєздатністю його сполук. Для 
поліпшення тиксотропних властивостей вводять речовини, що забезпечують 
стабільність та плинність паст при змішуванні з традиційними пігментами та 
наповнювачами. Вибір речовин визначений вартістю та спорідненістю до 
водорозчинних силікатів. Запропоновано використання природних матеріалів у 
вигляді каоліну, кварцового піску, глинозему, бентонітової та опокоподібної 
глини. 
 В даний час практично не висвітлено проблеми, що виникають при 
затвердінні матеріалів на основі модифікованих рідких натрієвих стекол, 
31 
 
каолінітів. Існують роботи, що доводять отримання стійких систем на 
модифікованому силікаті натрію в присутності карбаміду (10 %) та бутадієн-
стирольного латексу (10-35%) та каоліну (0-100%), змішаного з крейдою (50-
55%), тальком та залізним суриком (20-30%). У дослідженнях підтверджено, що 
суміш каоліну та рідкого скла призводить до покращення структурно-
механічних та сорбційних властивостей системи. Життєздатність розроблених 
силікатних матеріалів сягає 120 діб. 
 Таким чином, основна увага при створенні захисно-декоративних 
покриттів має бути спрямована на створення умов формування більш 
досконалої структури контактного шару. Так як в основному всі склади, що 
фарбують на мінеральній основі є багатокомпонентними, при їх застосуванні 
необхідно уникати розшарування дисперсних елементів за обсягом покриття, 
стимулювати рівномірність заповнення обсягу покриття новоутвореннями, що 
володіють необхідними властивостями. 
 Виявлено, що на якість контактного шару, що формується при твердінні 
покриттів, значний вплив надає полізарядність мінеральних підкладок, поверх 
яких наноситься покриття, тим самим внесення до складу покриття елементів з 
вільним зарядом призведе до зміни зарядової рівноваги системи та 
відіграватиме основну роль у фізико-хімічних умовах твердіння покриття. При 
цьому розмірність компонентів, що вводять, повинна співвідноситься з 
розміром 0,5 нм, розмір в якому проявляється значний ступінь впливу 
контактного шару, обумовлюючи заповнення мікро- і нанонеровностей, пір 
поверхонь підкладки. Створенню якісної контактної зони сприяє застосування 
матеріалів із близькими фізичними характеристиками з метою зниження 
коефіцієнта фізико-хімічної неоднорідності. 
 Для розробки покриттів із заздалегідь заданими властивостями необхідно 
створювати умови, в яких полімінеральність та полідисперсність системи 
призведе до появи синергетичних ефектів. Реалізувати підхід спорідненості 
структур при розробці покриттів на основі рідкого скла можливо при 
врахуванні гранулометрії компонентів, що входять до складу покриття та 
32 
 
здатності матеріалу на різних ієрархічних рівнях підлаштовуватися до змін 
навколишнього середовища та прояву нових функціональних властивостей 
(поглинання техногенного випромінювання, самоочищення, самозалікування), 
механізм прояву яких є актуальною темою численних досліджень. 
 
1.4  Реалізація підходів щодо створення поглинаючих покриттів 
будівельного призначення 
 
 У сучасному світі при поширенні радіоелектроніки та імпульсної техніки 
виникають проблеми, вирішити які можливо тільки за допомогою зниження 
рівня електромагнітного випромінювання. Виникаючі проблеми переважно 
носять екологічний характер. 
 Електромагнітне поле (ЕМП), яке щодня впливає на населення, незабаром 
перевищить або вже перевищує адаптаційні можливості людини. Значний 
внесок у електромагнітний вплив на організм людини надає використання 
електронних приладів, мікрохвильових печей, персональних комп'ютерів, 
побутової техніки, вносячи додатковий внесок у реакцію біологічних об'єктів, 
які часто мають комплексний характер . 
Визначено основні джерела електромагнітного поглинання, що 
проявляються як усередині будівель та споруд, так і зовні. Виявлено основні 
можливі зміни в організмі людини, що відбуваються під впливом напруженості 
електромагнітного поля зазначені у ДБН [12]. Основним методом захисту 
людини від електромагнітного випромінювання є екранування. 
 Вимоги до систем захисту зумовлюють необхідність пошуку 
комплексних рішень задачі захисту від електромагнітних випромінювань, а 
також захисту інформації, що міститься в них. Загальний розвиток матеріалів та 
технологій, спрямованих на розробку комплексних рішень щодо захисту від 
електромагнітних впливів, супроводжується розвитком сучасних підходів, 
методів контролю та властивостей одержуваних матеріалів. 
33 
 
 Ефективним рішенням, що сприяє встановленню сприятливої 
електромагнітної обстановки, є екранування електромагнітних хвиль, за 
рахунок локалізації електромагнітної енергії, що передається при 
перегородженні її поширення. Як екрани в основному застосовують матеріали 
різної природи, металеві корпуси, закладки і т.д. [12]. 
 Рівень ефективності оцінюється з ослаблення складових 
електромагнітного поля, одержуваного відношенням діючих значень 
напруженості полів у цій точці простору за відсутності та наявності екрану. 
Також оцінюється технологічність та витрати на монтування покриттів 
усередині приміщень. При цьому найчастіше встановлені конструкції дороги і 
досить складні при монтажі. 
 Важливою є проблема захисту інформаційних систем від 
несанкціонованого доступу, проблеми електромагнітної сумісності 
радіоелектронних пристроїв, захист біологічних об'єктів від електромагнітного 
випромінювання. 
 Для вирішення поставлених проблем необхідно підібрати технологічні, 
маловитратні під час монтажу конструкції або захисні покриття, які одночасно 
з декоративними функціями здатні виконувати функцію зниження 
інтенсивності електромагнітних хвиль. 
 Ефективним є застосування багатошарових покриттів, що дозволяє 
варіювати товщину покриття [24], проте даний метод є досить витратним у 
плані технологічної реалізації. 
 Основна мета у технології композиційних матеріалів спрямована на 
створення гетерогенних композиційних складів, в яких шляхом варіювання 
матеріалу сполучного, дисперсності та виду наповнювача, модифікаторів, 
можливе отримання високоефективних покриттів. Можливе також 
застосування методів порошкової металургії та технологій композиційних 
матеріалів. Вихідним матеріалом можуть бути неорганічні порошки, в'яжучі, 
органічні матриці як наповнювачі волокна, фібри, дисперсні модифікатори. 
34 
 
 Найчастіше як компонент, що дозволяє композиційному матеріалу 
отримати поглинаючі здібності, розглядають феритові суспензії, наповнювачі 
різної природи та форм [2]. 
 Для забезпечення вимог електромагнітної екології, можливо 
застосуванням екрануючих та радіопоглинаючих матеріалів та покриттів. В 
основному, радіопоглинаючі покриття виготовляються на основі 
композиційних матеріалів з включенням феритових елементів, при цьому вага 
подібних виробів досягає 8-15 кг/м2. До недоліків можна також віднести низьку 
механічну міцність та термостійкість. Для зниження наведених недоліків 
розроблено тонкоплівкові наноструктуровані радіопоглинаючі матеріали для 
НВЧ-діапазону від 1 ГГц до 300 ГГц. Основним матеріалом є плівка аморфного 
гідрогенізованого вуглецю з феромагнітними наночастинками, нанесеними на 
гнучку підкладку ізарамідної тканини методом іонно-плазмового 
магнетронного напилення, що дозволяє поглинати випромінювання у понад 
широкому діапазоні частот 7-300 Гц. Матеріал відрізняється невисокою масою 
1-1,5 кг/м2. 
 Відомі композити, що виготовляються на основі силіконових композицій 
(20%), наповнені дисперсними сферичними частинками заліза або скляними 
кульками, покритими магнітними матеріалами (80%), дані композити складні у 
виготовленні та крихкі. При зміні складу на карбонільне залізо (50-90%) з 
платиною та силоксановим полімером отримують поглинаючий композит, 
проте вартість даного складу значна. 
 Одним із способів є нанесення тонких провідних прозорих плівок на 
скляні поверхні (зокрема, двоокису олова) застосування яких дозволяє 
послабити НВЧ полена 30 дБ. по тканинній поверхні. 
 На основі поліефірних фарб, із застосуванням різних пігментів, 
розроблені захисні декоративно-фасадні покриття по азбестоцементному 
шиферу та металу. 
 Також існують розробки зі створення поглинаючих матеріалів, основу 
яких, як сполучного, виконує полімерна матриця, в яку вводять до 20% 
35 
 
композиційних наноферитових наповнювачів. В результаті використання яких 
одержують високотехнологічний матеріал. Допування багатошарових 
вуглецевих нанотрубок рідкими металами і поєднання допованих нанотрубок 
0,2% з недопированными 8% полівінілхлоридної матриці призводить до прояву 
поглинаючого ефекту в діапазоні 8,2-12,4 ГГц. Матриця, представлена 
термопластичним натуральним каучуком, при введенні нанодисперсних 
модифікаторів виявляє поглинаючі здібності, величина яких безпосередньо 
залежить від концентрації добавки. 
 Електрофізичні параметри поглинання композиційних матеріалів, в 
основі яких поліметилметакрилат, полістирольна і поліетиленова матриця, 
модифіковані багатошаровими вуглецевими нанотрубками, проявляються в 
діапазоні частот 26 - 37 ГГц [2]. 
 Виявлено, що залежно від виду матриці (епоксидної смоли) ефект 
поглинання тонких пластин, виготовлених на її основі, безпосередньо залежить 
від оптимальності підібраного виду наноматеріалу та його концентрації. Так 
вуглецевий матеріал Nanocyl NC7000 (невеликий діаметр, тонкі стінки, високе 
співвідношення довжина/ширина та висока гомогенність) дозволяє створити на 
його основі пластини товщиною 2-3 мм із вмістом нанодобавки 0,25-0,5% 
практично з 90% поглинанням у діапазоні частот 5,2-11ГГц, причому при 
доопрацюванні технології виробництва ступінь поглинання можна збільшити 
до 97%. 
 Альтернативою застосування матеріалів на основі полімерного 
зв'язуючого в галузі отримання радіопоглинаючих складів є розробки 
ефективних піносклочних матеріалів, що володіють комплексом властивостей, 
необхідних пристроям, що активно взаємодіють з електромагнітним 
випромінюванням. Зниження рівня відбитого та пройшло електромагнітного 
випромінювання та прояв підвищених механічних характеристик є основною 
особливістю піноскліного матеріалу в поєднанні з комплексом високих 
теплотехнічних характеристик, негорючістю, вологостійкістю та довговічністю. 
36 
 
 Існують склади на основі акрилового сполучного, які при різній 
концентрації шунгіту, формують ефективні екрани для різних застосувань 
(захист інформації від витоку електромагнітним каналом, забезпечення 
електромагнітної сумісності, створення безпечних умов праці персоналу, що 
працює з радіоелектронним обладнанням і т.д.). Ослаблення електромагнітного 
випромінювання пов'язане з наявністю шунгітографітоподібного глобулярного 
вуглецю, що сприяє зниженню інтенсивності електромагнітних хвиль в 
діапазоні частот 8...12 ГГц. При цьому також виявлено, що поряд зі зміною 
концентрації шунгіту, значний вплив на ефект поглинання грають геометричні 
нерівності покриття. У даному випадку шунгіт є відносно дешевим аналогом 
природного вуглецевмісного матеріалу, що володіє високою вихідною 
провідністю та нанорозмірною пористістю. При цьому ефект впливу шунгіту на 
електромагнітне випромінювання пояснюється з позиції вмісту в ньому 
вуглецю, що володіє високим рівнем алотропізації, що призводить до аморфної 
розпорядкованості монокристалічного графіту, а також вмістом різною мірою 
фулеренів, фулеритів, і графенов. Запропоновано також розробки, що 
підтверджують залежність ефекту захисту від електромагнітних хвиль від виду 
конструкцій, що захищають, при цьому так само доведено, що вміст шунгіту 
збільшує захист від електромагнітних хвиль. Дія шунгіта в основному 
проявляється за рахунок наноструктурованого аморфного вуглецю, що 
призводить до діелектричних втрат, розсіювання та поглинання енергії 
електромагнітного випромінювання. Поглинання на великих частотах 
викликано напівхвильовим та чвертьхвильовим резонансами, що виявляються 
за рахунок дипольної поляризації структур при деформаційних коливаннях. 
При цьому підвищення поглинальної здатності у НВЧ-діапазоні до 40 ГГц 
цементних композицій можна досягти поєднанням багатошарових вуглецевих 
нанотрубок із залізорудним концентратом, ефективність комплексного 
модифікатора пояснюється одночасним проявом діелектричної проникності 
наноструктур та цементу та магнітною проникністю залізорудного 
концентрату. 
37 
 
 У деяких дослідженнях рекомендована кількість шунгіту для досягнення 
радіопоглинаючого ефекту в композиційному матеріалі досягає 65%, при цьому 
досить однорідна макроструктура розробленого складу має недостатню 
міцність.  Шунгіт можливо також використовувати як ефективний модифікатор 
бетонів та розчинів, з метою надання радіопоглинаючих та радіаційно-захисних 
властивостей. Коефіцієнт екранування приміщення, виконаного з таких 
матеріалів, може перевищувати 60 дБ у широкому діапазоні частот. 
 Аналіз вітчизняних та зарубіжних дослідницьких робіт показав, що 
значна увага приділяється розробкам матеріалів, що містять у різному вигляді 
вуглецевих структур і вуглецевих сполук різного ступеня дисперсності та 
походження, оскільки дані матеріали в основному відрізняються легкістю та 
меншою собівартістю, високими механічними показниками, стійкими до 
впливів агресивних середовищ. 
 Вуглецевмісні матеріали, використані раніше для отримання 
радіопоглинаючих покриттів, в основному містили сажу, яка була не досить 
ефективними модифікатором. З відкриттям різноманітних видів вуглецевих 
наноструктур кількість покриттів, отриманих з використанням модифікаторів 
на основі вуглецю, значно зросла. На основі нанострукутрованих плівок 
розроблені матеріали, що складаються з нанокристалітів, впроваджених в 
аморфну матрицю або матеріали, що складаються з суміші нанокристалічних 
фаз. Мікроструктура подібних матеріалів формується нанорозмірними зернами 
(менше 20 нм), орієнтування зерен є випадковим, при цьому межі розділу фаз 
мають високу енергетичну складову. На противагу цим результатам було 
показано, що межі розділу у багатокомпонентних плівках мають як 
упорядковані так і не впорядковані ділянки, а аморфна фаза утворюється 
переважно у вигляді окремих областей, а не у вигляді тонких прошарків 
однорідної товщини по межах зерен [2]. 
 За останні десятиліття виробництво та застосування наноматеріалів 
успішно вийшло на промисловий рівень. У країнах США, Японії та інших 
створюються об'єднання спрямовані на освоєння та впровадження 
38 
 
нанотехнологій, які вкладають значні кошти у дослідження матеріалів із 
використанням нанотехнологій та наноструктур. Особливою гілкою досліджень 
у нанотехнологіях є інженерія поверхні, яка дозволяє підвищувати різні 
властивості матеріалів, включаючи експлуатаційні, за відносно невисоких 
технологічних витрат. Інженерія поверхні дає унікальні можливості покращити 
фізичні та підвищувати експлуатаційні характеристики матеріалу у кілька разів 
за відносно невисоких технологічних витрат. 
 Кордон розділу фаз має значний ступінь впливу на формування 
властивостей матеріалів, так само важливим є і розмірні ефекти, що 
виявляються при збігу розмірів елементів з характерними розмірами для певних 
фізичних явищ. Верхня розмірна межа прояву подібних явищ відповідає не 
лише декільком нанометрам, а розташовується в діапазоні розмірів до 100 нм, 
де найбільш яскраві прояви змін фізико-механічних властивостей матеріалів. 
Також в даному розмірному діапазоні можлива зміна зарядності поверхні 
поділу фаз у наноструктурованих матеріалах при застосуванні електричних 
полів. У принциповому плані показано, що змінюючи зарядність численних 
міжкордонних областей, можна проводити електронну структуру: на магнітні, 
оптичні, електричні властивості, а як і взаємну розчинність і утворення нових 
фаз. 
 Принцип отримання матеріалів, що містять як поглинаючий компонент 
вуглецевмісних модифікаторів, полягає в однорідному змішування різнорідних 
за щільністю компонентів. 
 Залежно від використовуваної концентрації добавок з різним ступенем 
діелектричної проникності, можна отримувати матеріали як з відбивною, так і з 
поглинаючою здатністю. 
 У високократну піну у вигляді наповнювача вводилися порошки 
силікагелю (30%) і діоксиду титану, які мають високу діелектричну 
проникність у НВЧ-діапазоні, при досягненні рівномірного розподілу 
наповнювачів в об'ємі піни проявляється ефект відбиття ЕМІ в межах -7,4...-
15,6 дБ. 
39 
 
 Зразки, отримані на основі силікону з порошками гексафериту BaFe12O19 
(ВаМ) (розміри частинок не більше 100 мкм), у поєднанні з вуглецевими 
наноструктурами виявили найбільший ефект поглинання. 
 Розроблено нанокомпозитний матеріал з метою поглинання частот НВЧ 
діапазону, із застосуванням гранульованих структур вуглецю з наночастинками 
3D-металів (Со, Ni), які наносяться на гнучкі підкладки великих розмірів, що 
легко дозволяє поєднувати матеріал і об'єкт, що захищається. структур та 
сполук створюють високоефективні композиційні матеріали. 
 Композиційні матеріали на основі вуглецевих нанотрубок одношарової та 
багатошарової структури мають хорошу провідність, у порівнянні з 
композиціями, отриманими на основі вуглецевої сажі, що пояснюється з позиції 
геометричної будови вуглецевих наноструктур. 
 Механізм взаємодії композитів, розроблених із застосуванням вуглецевих 
наноструктур, з електромагнітним випромінюванням пояснюється наявністю 
ступенів свободи, які аномально виявляються при збігу частот за рахунок 
дипольного моменту у наночастинок (електричного або магнітного). 
 Електропоглинання зразків, отриманих на основі портландцементу, 
модифікованого багатошаровими вуглецевими нанотрубками в кількості 0,5%, 
при товщині зразків 15 мм, значно знижується в діапазоні частот 11-18 ГГц. 
Виявлено також, що для досягнення оптимального ефекту екранування 
рекомендується застосування, крім вуглецевих дисперсних добавок, 
тонкодисперсних наповнювачів, що зумовлено виникненням скін-ефекту. 
Досліджено синтезовані радіопоглинаючі матеріали з вуглецевими 
нанотрубками та наповнювачем BaSc0.2Fe11.8O19, застосування якого впливає на 
величину поглинання залежно від дисперсності. Такі покриття ефективні 
діапазоні частот 36-55ГГц, величина поглинання дорівнює 11,5±0,5дБ при 
товщині покриття 1,65мм [2]. 
 Розроблено матеріали на основі гексаферитів та багатошарових 
вуглецевих нанотрубок, що поглинають та відображають електромагнітне 
випромінювання. 
40 
 
 Встановлено, що ступінь обробки багатошарових вуглецевих нанотрубок 
не впливає на поглинаючі здібності, оброблені та необроблені нанотрубки при 
вмісті 1% композитному матеріалі виявляють ефект поглинання в інтервалі 2-
18ГГц. 
 Комплексна модифікація цементних матриць мікрокремнеземом, фіброю 
та багатошаровими вуглецевими нанотрубками призводить до екранування 
електромагнітних полів у діапазоні 45 МГц-10ГГц та до підвищення 
електропровідності. Поєднання комплексних добавок визначено тим, що 
мікрокремнезем сприяє гомогенному розподілу фібри та нанодисперсного 
компонента в цементному композиті, оптимальні співвідношення при цьому 
склали: для багатошарових вуглецевих нанотрубок - 0,6% від в'яжучого маси, 
для - мікрокремнезему 20 . 
 Використання наповнювача будівельних розчинів у вигляді карбонату 
барію спільно з 0,7% гіперпластифікатора Melfux 5581 F. призводить до прояву 
радіаційно-захисних властивостей до 28%, при цьому не потрібно значної 
переробки технології. 
 Застосування нанодобавок для різних цілей є питанням, що широко 
обговорюється, при цьому доведено, що для композиційних матеріалів 
будівельного призначення ефективними є нанодисперсні добавки різної 
природи, ефект впливу яких різко виражений в залежності від концентрації, 
вплив обумовлено поверхневими взаємодіями [19]. 
 Таким чином, розробка поглинаючих покриттів будівельного 
призначення є досить перспективним напрямом, оскільки дозволяють звести до 
мінімуму витрати на виробництво екранів, що окремо монтуються, що 
дозволить поліпшити екологічну обстановку. Використання подібних покриттів 
дозволить поєднати декоративно-фасадну функцію та захисну. На підставі 
проведеного аналітичного огляду, можна зробити висновок так само про 
перспективність застосування дисперсних добавок, як один з компонентів 
підвищує поглинаючі або відбивають здібності матеріалу. Незалежно від 
природи сполучного матеріалу композиційні гетерогенні матеріали, у складі 
41 
 
яких поєднуються дисперсні мінеральні добавки та багатошарові вуглецеві 
нанотрубки, виявляють значні здібності до зниження впливу електромагнітного 
випромінювання у широкому діапазоні довжин хвиль. При використанні 
подібних модифікаторів, необхідно приділяти увагу дисперсності і 
концентрації дисперсних матеріалів, що вводяться. 
 
Висновки до розділу 1 
 
1. Таким чином, виходячи з результатів аналітичного огляду літературних 
джерел у роботі сформульована гіпотеза, яка ґрунтується на припущенні про 
оптимальне поєднання компонентів розроблюваного складу, що 
характеризуються різним ступенем дисперсності (від нано- до 
мікророзмірності), яке дозволить сформувати покриття, що має декоративність, 
атмосферостійкість, при цьому введення функціональних добавок (дисперсії 
багатошарових вуглецевих нанотрубок) призведе до поліпшення технологічних 
параметрів та появи додаткових властивостей. 
2. Виходячи з наукової гіпотези, метою роботи є аналіз складу 
багатофункціонального декоративного фасадного покриття на основі рідкого 
натрієвого скла та портландцементу з дисперсними модифікаторами, що має 
підвищену життєздатність, атмосферостійкість та додаткові функціональні 
властивості. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
42 
 
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ МАТЕРІАЛІВ І МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
2.1 Характеристики вихідних компонентів 
 
 Для приготування декоративно-фасадного покриття як основні сировинні 
компоненти використовувався портландцемент і рідке натрієве скло. Для 
запобігання миттєвому твердінню системи вводився сповільнювач, який 
здатний тимчасово блокувати гідратацію портландцементу за рахунок 
утворення важкорозчинної плівки на поверхні частинок. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 2.1 — Блок-схема виготовлення декоративного фасадного покриття 
 
 З метою поліпшення фізико-технічних характеристик силікатного 
покриття та одночасно підвищення щільності структури, а також надання 
декоративних властивостей використовувався вапняк тонкомолотий, спучений 
перлітовий пісок. Для забезпечення необхідного відтінку покриття 
використовувалися лугостійкі пігменти. Як функціональна добавка, що впливає 
на технологічні властивості покриття та забезпечує ефект електропоглинання, 
застосовувалася водна дисперсія багатошарових вуглецевих нанотрубок 
FulVec-100, диспергована в середовищі ПАР. 
43 
 
 Як отверджувач рідкого скла в силікатній фарбі замість традиційного 
дорогого оксиду цинку використовувався білий портландцемент. 
 Портландцемент є гідравлічним в'яжучим, що отримується шляхом 
тонкого помелу клінкеру з добавкою гіпсу. Клінкер виготовляють із ретельно 
дозованої сировинної суміші, рівномірно обпалюючи її за температури 1200 – 
1450 °С до спікання. Суміш містить близько 75% СаСO3 та 25% (СаO + А12O3 + 
Fе2O3) [19]. 
 При цьому на етапі приготування та нанесення лакофарбового покриття 
портландцемент забезпечував коагуляцію рідкого скла, а в процесі затвердіння 
та структуроутворення силікатного покриття портландцемент сприяв 
підвищенню міцності та вологостійкості матриці. У аналізах досліджень 
виготовлення силікатного покриття використовувався білий портландцемент 
ЦЕМ I 52,5Н, хімічний склад якого наведено у таблиці 2.1, мінералогічний – у 
таблиці 2.2. 
 
Таблиця 2.1 — Хімічний склад клінкеру цементу, % 
 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Луги Сl - CaOсв 
ЦЕМ I 52,5Н 21,49 4,12 0,21 65,49 1,13 3,61 до 1,0 0,009 0,840 
 
 
Таблиця 2.2 — Мінералогічний склад клінкеру та речовий склад цементу, % 
 C3S C2S C3A C4AF Кількість гіпса (SO3), % 
ЦЕМ I 52,5Н 65,00 12,8 10,6 0,6 3,61 
 
 
 Основні характеристики портландцементу – справжня і насипна 
щільність, термін схоплювання, тонкість помелу, рівномірність зміни обсягу 
при твердінні та міцність цементного каменю відповідали стандартам. 
44 
 
 Для нанесення поверх мінеральних підкладок перспективними є склади 
на основі рідкого калієвого та натрієвого скла, так як мають ряд позитивних 
властивостей, при модифікації яких можливе отримання атмосферостійкого 
декоративно-фасадного покриття. При цьому натрієве рідке скло має нижчу 
вартість порівняно з калієвим, причому доведено, що фізико-технічні 
характеристики складів практично не поступаються один одному. 
 Рідке натрієве скло є водним колоїдним розчином силікату натрію 
Na2O·nSiO2 щільністю 1300 - 1500 кг/м3 при вмісті води 50 - 70 %. Величина n – 
це модуль рідкого скла, який є ставленням числа молекул кремнезему до 
молекул лужного оксиду. Модуль n, яким можна охарактеризувати якість, для 
натрієвого скла становить близько 2,6– 3,5. Силікат розчинний натрію 
отримують при сплавленні кварцового піску з содою або глауберовою сіллю. 
Технічні характеристики рідкого скла представлені у таблиці 2.3. 
 
Таблиця 2.3 — Технічні характеристики рідкого натрієвого скла 
Технічні характеристики Норма 
Рідина густа сірого або жовтого відтінку. 
Зовнішній вигляд 
Механічні включення відсутні. 
Густина, г/см3 1,30 – 1,45 
Масова частка оксиду 
8,7 – 12,2 
натрію, % 
Масова частка діоксиду 
24,3 – 31,9 
кремнію, % 
Силікатний модуль 2,6 – 3,0 
 
 Для приготування фасадного декоративного цементно-силікатного 
покриття використовували рідке скло щільністю 1,36 г/см3, відповідний 
вимогам [14]. 
45 
 
 Портландцемент є ефективним затверджувачем рідкого скла, при 
переході кальцію в розчин відбувається ранній набір міцності за рахунок 
утворення силікатів рідкого скла. Швидкі коагуляція та відкидання системи 
пов'язані також з високою поглинаючою здатністю частинок цементу, що 
зневоднюють рідке скло. Тому суміш рідкого скла з портландцементом без 
використання сповільнювачів твердіння технологічно непридатна внаслідок 
швидкого схоплювання. 
 Аніони OH, F, PO [14] здатні уповільнити процеси гідратації за рахунок 
утворення з кальцієм міцних зв'язків, погано руйнуються водою. Так у роботі 
суміш рідкого скла і портландцементу вводився фосфат натрію в кількості 10 % 
від маси портландцементу. При цьому в початковий період відбувалося 
зниження концентрації кальцію в рідкій фазі у півтора рази. 
 У цьому дослідженні максимальна концентрація фосфату натрію 15% у 
складі силікатної композиції обмежувалася проявом висолоутворення на 
поверхні нанесеного декоративно-фасадного покриття. При аналізованій 
концентрації в'язкість силікатного покриття не змінювалася протягом 0,5-2 
годин в залежності від вмісту та властивостей компонентів покриття. 
 Вичерпання використаного у складі уповільнювача призводить до 
коагуляції з подальшим затвердінням рідкого скла. Завдяки наявності у складі 
портландцементу міцність композиції з часом наростає за рахунок гідратації 
мінералів цементу. При цьому з колоїдів, що утворилися при коагуляції рідкого 
скла, активно відводиться вода на гідратацію цементу, а порова середовище, що 
утворюється, заповнюється продуктами гідратації, що призводить до 
підвищення міцності контактів між усіма складовими композиції. 
 У цьому аналізі длослідження як сповільнювач використовується фосфат 
натрію Na3PO4. 
 Для кольорування композиції використовувалися універсальні пасти 
кольору, на основі лужностійких пігментів. 
 Високий рівень дисперсності пігментів забезпечує необхідну здатність 
барвника і, відповідно, низька витрата концентратів на одиницю маси 
46 
 
лакофарбового матеріалу. Основні характеристики відтінків паст представлені в 
табл. 2.4. 
 
Таблиця 2.4 — Технічні характеристики лугостійких пігментів 
 
Характеристика Опис 
Тип пігментів неорганічні 
Концентрація 
від 20% до 60% 
пігментів 
Показники: 7-8 балів у 70% кольорів, 6-7 балів у 
- світлостійкість 
решти 4-5 балів у 80% кольорів 
- атмосферостійкість 
% введення 5% залежно від фарбуючої здатності 
морозостійкі, після проморожування не 
Морозостійкість 
втрачають необхідних характеристик 
Термін зберігання 36 місяців 
 
 Як білий пігмент використовувався діоксид титану (двоокис титану 
пігментна TiO2) – синтетичний неорганічний пігмент білого кольору, що 
отримується гідролізом розчинів сірчанокислого титану з подальшим 
прожарюванням гідратованого двоокису титану. Двоокис титану пігментна 
марки Р-02 призначається для виробництва лакофарбових матеріалів; пластмас; 
плівкових матеріалів. 
 
47 
 
 
Рисунок 2.2 — Діоксид титану 
 
 Основними перевагами діоксиду титану є високий ступінь розбілюючої 
здатності, сумісність з різними плівкоутворювачами, покриваність, висока 
атмосферо- та вологостійкість, нетоксичність та хімічна стійкість [14]. Завдяки 
цим властивостям, діоксид титану використовують як модифікатор при 
виробництві фасадних фарб. Характеристики пігменту представлені у табл. 2.5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
48 
 
Таблиця 2.5 — Технічні характеристики діоксиду титану 
Найменування показників Норма  
Порошок білого 
1. Зовнішній вигляд 
кольору. 
2. Масова частка титану діоксиду (TiO2), %, не 
92 
менше 
3. Масова частка речовин, розчинних у воді, %, 
0,2 
не більше 
4. Масова частка летких речовин при 
температурі висушування 105 ºC, %, не 0,5 
більше 
5. рН водної суспензії 6,5 — 8,0 
6. Залишок на сіті з сіткою 0045 % не більше 0,01 
7. Білизна, умовні одиниці, щонайменше 94 
 
 Так як цементно-силікатне покриття, що аналізується, має нейтральний 
сірий колір, для кольорування додавалися в кількості 5 % від маси композиції 
лугостійкі пігменти - для кольорового фарбування, і діоксид титану - для 
надання білого кольору. 
 
2.2 Основні характеристики наповнювачів 
 
 Спучений перлітовий пісок. Як наповнювач-модифікатор, що забезпечує 
покриттю фактурну поверхню, використовувався спучений перлітовий пісок, 
так як він забезпечує додаткову фізико-хімічну взаємодію з компонентами 
цементно-силікатної композиції. 
49 
 
 
Рисунок 2.3 — Спучений перлітовий пісок 
 
 Спучений перлітовий пісок є пористим матеріалом, що отримується 
термічною обробкою з подрібнених вулканічних водомістких порід, що 
включають від 4 до 6% води [22]. 
 Для проведення аналізу було використано спучений перлітовий пісок 
ВВС, М150, вироблений у м. Гіза (Єгипет). Цей наповнювач має насипну 
щільність 118 кг/м3. Хімічний склад спученого перлітового піску вказано у 
таблиці 2.6. 
 
Таблиця 2.6 — Хімічний склад спученого перлітового піску, % 
CaO + Mg2O + 
SiO2 Al2O3 K2O TiO2 
Fe2O3 
71 14 3,7 4,0 1,4 
 
 Основні лінії ІЧ-спектрального аналізу спученого перлітового піску (рис. 
2.3), відповідають алюмосилікатам кальцію CaAlSi2O8 (788,89; 1055,05 см-1), 
також відмічено наявність угруповання - ВІН-(1633,64; 3649,22) ). 
50 
 
 
Рисунок 2.4 — ІЧ-спектральний аналіз спученого перлітового піску 
 
 На дериватограмі спученого перлітового піску (рис. 2.5) є ендотермічний 
ефект при температурі 275 °С, який пов'язаний з видаленням залишкової 
кристалогідратної води з перлітової породи. 
 
 
Рисунок 2.5 — Дериватограма спученого перлітового піску 
 
 За результатами дисперсійного аналізу (рис. 2.6) було встановлено, що 
середній розмір часток спученого перлітового піску становить 65 мкм. 
51 
 
 
Рисунок 2.6 — Дисперсійний аналіз спученого перлітового піску 
 
 Таким чином, 72 % частинок спученого піску мають розміри до 100 мкм, 
що дозволяє використовувати його як компонент для отримання фактурного 
шару на поверхні, що фарбується. 
 Тонкомолотий вапняк. Як структуруючий та ущільнюючий наповнювач-
модифікатор використовувався тонкомолотий вапняк, так як внаслідок певного 
мінералогічного складу наповнювач-модифікатор забезпечує фізичну та 
хімічну взаємодію з компонентами цементно-силікатної композиції. 
 
 
Рисунок  2.7 —  Вапняк 
 
52 
 
 Вапняк є осадовою породою органогенного походження, що складається 
в основному з карбонату кальцію (кальциту). Для приготування силікатного 
покриття використовувався вапняк, хімічний склад якого вказаний у табл. 2.7. 
 
Таблиця 2.7 — Хімічний склад вапняку, % 
Fe2O3+Al2O Втрати при 
SiO2 CaO MgO Р S 
3 прожарюванні 
0,2 0,5 55,4 1,00 0,01 0,01 41,9 
 
 При приготуванні дослідних складів порода піддавалася дробленню на 
щоковій дробарці з подальшим помелом у лабораторному дисковому млині. 
 
 
Рисунок 2.8 — Дисперсійний аналіз тонкомолотого вапняку 
 
 За результатами дисперсійного аналізу (рис. 2.8) було встановлено, що 
середній розмір часток тонкомолотого вапняку становить 36,5 мкм. Таким 
чином, 82 % частинок вапняку мають розміри до 100 мкм, що дозволяє 
використовувати його як наповнювач-модифікатор для отримання фактурного 
шару на поверхні, що фарбується. 
 
53 
 
2.3 Огляд методики дослідження поглинання електромагнітного 
випромінювання проаналізованого декоративно-фасадного покриття 
 
 Екрануючі властивості покриття досліджували за допомогою 
вимірювальної установки з генератором НВЧ (рис. 2.9). 
 
 
Рисунок 2.9 — Зовнішній вигляд лабораторної установки для вивчення 
поглинання електромагнітного випромінювання 
 
 Для вивчення екрануючих властивостей були виготовлені зразки з 
підкладкою із силікатного скла товщиною 3,2 мм розміром 150-150 мм, на які 
було нанесене фасадне силікатне покриття, що досліджується. 
 Установка дозволяла відтворювати практично всі властивості 
електромагнітних хвиль (віддзеркалення, заломлення, фокусування, 
інтерференції, дифракції і т.д.) у 3-х сантиметровому діапазоні. Ряд 
експериментів з поглинання НВЧ випромінювання цими покриттями було 
проведено на частоті 10 ГГц. Схема застосовуваної установки представлена 
рисунку 2.10. 
54 
 
 
Рисунок 2.10 — Блок-схема вимірювальної установки 
 
 Досліди використовують метод радіохвильового випромінювання, 
заснований на реєстрації параметрів минулої хвилі. 
 Об'єкт контролю та генеруюча антена розташовуються нерухомо. 
Детекторна антена переміщається певну відстань від контрольованого об'єкта. 
 У результаті було отримано залежність напруги від відстані до 
контрольованого об'єкта. За значенням напруги детектора і за  даними 
будується залежність напруженості електромагнітного поля від відстані від 
антени до об'єкта, що контролюється. 
 Таким чином, представлений комплекс, що включає моделювання, 
фізико-технічні та фізико-хімічні дослідження, дозволяє на належному рівні 
оцінити зміни, що відбуваються в структурі та призводять до значної зміни 
властивостей композицій, одержаних на основі цементно-силікатних складів. 
При цьому методи, що використовуються, дозволяють простежити зміни в 
системі зі стадії моделювання до стадії активної експлуатації модифікованих 
композицій, оцінити і визначити ключові фактори, які зумовлюють властивості 
композицій. 
 
 
 
 
55 
 
Висновки до розділу 2  
 
 1. На дериватограмах декоративного фасадного покриття відзначається 
усунення ендотермічних ефектів у бік низьких температур, що говорить про 
формування у складі композиції низькоосновних гідросилікатів кальцію. 
 2. ІЧ-спектральний аналіз складу показав меншу ступінь карбонізації 
складових покриття, що пояснюється повнішим зв'язуванням вільного 
гідроксиду кальцію в гідросилікати при каталітичний вплив багатошарових 
вуглецевих нанотрубок. 
 3. При аналізі було виявлено, що мікроструктура композиції при введенні 
функціональної добавки має більш щільну та однорідну структуру за рахунок 
зміни площі зчеплення новоутворень, що призводить до підвищеної щільності 
та міцності декоративно-фасадного покриття. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
56 
 
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ 
ДЕКОРАТИВНО-ФАСАДНОЇ СИЛІКАТНОЇ КОМПОЗИЦІЇ 
 
3.1 Процеси, що відбуваються при схоплюванні та твердінні композиції 
 
 Процеси схоплювання та твердіння у фасадному декоративному покритті 
визначаються хімічною взаємодією між складовими у композиції. У той же час, 
значну роль, особливо в процесі кристалізації, відіграють фізичні процеси, що 
відбуваються при твердінні. При приготуванні складів відбувається взаємодія 
портландцементу та рідкого скла, що супроводжується миттєвим процесом 
коагуляції водного розчину силікату натрію з переходом рідкої фази у твердий 
стан. Для уповільнення коагуляції рідкого натрієвого скла при приготуванні 
композицій використовували 15 % водний розчин фосфату натрію Na3PO4, 
розчинна суміш на основі портландцементу виготовлялася попередньо. При 
цьому відбувається взаємодія фосфату натрію з гідроксидом кальцію, що 
формується, у свою чергу, у процесі гідролізу основного мінералу 
портландцементу трикальцієвого силікату [22], за наступною схемою: 
 
3 CaO∙SiO2 + 2 H2O = Ca(OH)2 + Ca2SiO4∙H2O                  (3.1)  
 
 Взаємодія фосфату натрію з гідроксидом кальцію йде поверхнею 
частинок цементу з утворенням важкорозчинного фосфату кальцію: 
 
3 Ca(OH)2 + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6 NaOH                     (3.2) 
 
 Процес коагуляції сповільнюється залежно концентрації фосфату натрію. 
Після розчинення оболонки на основі фосфату кальцію, гідроксид кальцію, що 
утворюється, взаємодіє з рідким натрієвим склом: 
 
Na2SiO3 + Ca(OH)2→ CaSiO3∙H2O + 2 NaOH                  (3.3)  
 
57 
 
 Гідросилікат кальцію в подальшому кристалізується, що супроводжується 
затвердінням системи та значним зниженням розчинності всієї композиції. 
Враховуючи, що товщина силікатного покриття, що утворюється, при 
нанесенні не перевищує 150 мкм, додаткове зміцнення нанесеного покриття 
забезпечується паралельною карбонізацією силікату натрію: 
 
Na2SiO3 + CO2 = SiO2↓ + Na2CO3                               (3.4) 
 
 Гідроксид кальцію, що утворюється при гідратації цементу, також 
піддається карбонізації з утворенням карбонату кальцію: 
 
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O                                  (3.5) 
 
 Таким чином, в процесі твердіння системи подальше зміцнення і 
підвищення водостійкості забезпечується гідратацією частинок цементу, що 
продовжується, з утворенням міцних і водостійких новоутворень, переважно у 
вигляді гідросилікатів кальцію, а також карбонізацією рідкого скла і гідроксиду 
кальцію. 
 
 
Рисунок 3.1 — ІЧ-спектр цементно-силікатного покриття у віці 7 років 
 
58 
 
 На ІЧ-спектрі покриття відзначені інтенсивні лінії поглинання відповідні 
угрупованню СО32-(1413, 873 см-1), що дозволяє говорити про карбонізацію 
покриття в процесі експлуатації протягом 7 років. Є середні лінії поглинання 
3404 і 1654 см-1 пов'язані з наявністю кристалогідратної води в структурі 
покриття. Широка лінія в інтервалі 1082 см-1 відповідає угрупованню -Si-О-Si-, 
яка є компонентом гідросилікатів кальцію, що формуються при гідратації 
цементної складової силікатного покриття. Описані процеси підтвердилися 
також моделюванням процесів у силікатному покритті, що твердіє. 
 
3.2 Гідратація силікатного покриття в модельних системах 
 
 У модельну систему, що включає портландцемент, рідке натрієве скло та 
15% водний розчин фосфату натрію, вводився тонкомолотий вапняк, частинки 
якого служили центрами кристалізації для новоутворень із гідросилікатів 
кальцію [22]. Так забезпечувалося підвищення густини структури 
новоутворень. При цьому в ряді робіт дослідження мікроструктури показали, 
що вуглецеві нанотрубки формують поверхнею твердої речовини, 
структуровані високощільні оболонки з гідросилікатів кальцію. 
 
Рисунок 3.2 — Мікроструктура оздоблювального складу при 250-кратному 
збільшенні: 1 – частка портландцементу, 2 – частка вапняку, 3 – рідке скло; (а) 
– через 15 хвилин після перемішування компонентів, (б) – через 25 хвилин 
 
59 
 
 Аналіз мікроструктури модельних систем, на основі вихідних 
компонентів та наповнювача у вигляді тонкомолотого вапняку, за допомогою 
оптичного мікроскопа Leiсa DM 4000B показало, що кристалізація 
новоутворень йде локалізовано по поверхні частинок цементу (рис. 3.2). 
 Загальний вигляд даної моделі процесу гідратації та твердіння є 
сітчастою структурою (рис. 3.3а). У процесі коагуляції рідкого скла та 
гідратації мінералів портландцементу формуються новоутворення, що 
забезпечують ущільнення структури цементно-силікатного покриття (рис. 3.3б). 
 
Рисунок 3.3 — Мікроструктура оздоблювального складу: (а) – при 100-
кратному збільшенні, (б) – при 200-кратному збільшенні 
 
 Подальше твердіння супроводжується ущільненням структури з 
утворенням конгломератів, що забезпечують створення міцної та водостійкої 
структури. 
 Таким чином, аналізуючи отримані модельні системи, було визначено 
необхідність використання наповнювачів-модифікаторів, які сприяють 
створенню сприятливих умов формування атмосферостойких покриттів. 
 
 
 
 
60 
 
3.3 Оптимізація фасадної силікатної композиції 
 
 Основним завданням дослідження є створення багатофункціонального 
декоративно-фасадного покриття на основі рідкого скла та портландцементу, 
для чого проводилася оптимізація цементно-силікатного складу з урахуванням 
специфіки передбачуваного застосування матеріалу як фасадного силікатного 
покриття. 
 Однією з головних властивостей лакофарбових покриттів є 
життєздатність складу до нанесення, оскільки при приготуванні цементно-
силікатної композиції при взаємодії портландцементу та рідкого скла 
відбувається процес миттєвої коагуляції водного розчину силікату натрію, який 
супроводжується переходом рідкої фази у твердий стан. 
 
Час коагуляції, хв 
 
Рисунок 3.4 — Вплив концентрації сповільнювача на термін коагуляції рідкого 
скла 
 
 Тому на першому етапі оптимізація проводилася за часом коагуляції 
композиції, що пройшов після виготовлення складів. Результати оптимізації 
при зміні концентрації сповільнювача наведено на рис. 3.4. Як видно із рис. 3.4 
оптимальна концентрація водного розчину фосфату натрію Na3PO4 становить 
15%, при цьому коагуляція настає через 110 хвилин після приготування складу 
силікатного покриття. 
 
Концентрація розчину, % 
61 
 
Рисунок 3.5 — Висоли на фасадному силікатному покритті, що аналізується, 
при концентрації сповільнювача понад 15 % 
 
 Необхідно відзначити, що при використанні розчину сповільнювача з 
концентрацією понад 15% на покритті формуються утворення солі (висоли) 
(рис. 3.5), що для фасадних покриттів не припустимо.  
 З іншого боку, час життєздатності фарби у разі підвищення концентрації 
збільшується незначно, лише на 10 хвилин (рис.3.4). Кількісні дані, отримані в 
результаті підбору оптимального водоцементного співвідношення, наведено у 
таблиці 3.1. 
 
Таблиця 3.1 — Склад фасадного силікатного покриття 
Склад 
Компоненти А (в/ц=0,35) В (в/ц=0,4) С (в/ц=0,5) 
г % г % г % 
Портландцемент 50 44,2 50 42 50 41 
15% водний розчин 
15 13,3 20 16,8 25 20,5 
Na3PO4 
Рідке скло 48 42,5 49 41,2 47 38,5 
Сума 113 100,0 119 100,0 122 100,0 
Життєздатність, хв 15 23 30 
 
62 
 
 Час життєздатності складів, поданих у табл. 3.1 становить від 15 до 30 
хвилин, склад «С» має найвищу життєздатність, що становить близько 30 хв. 
 Наступним етапом оптимізації складу був експериментальний підбір 
співвідношення кількості рідкого скла у складі в'яжучого "С". Кількісні дані 
експериментальних складів наведено у табл. 3.2. 
 
Таблиця 3.2 – Склад фасадного силікатного покриття, В/Ц=0,5 
Склад 
Компоненти А Б В Г 
г % г % г % г % 
Портландцемент 
50 55,6 50 45,5 50 43,5 50 32,3 
ПЦБ 
15% водний розчин 
25 27,8 25 22,7 25 21,7 25 16,1 
Na3PO4 
Рідке скло 15 16,6 35 31,8 40 34,8 80 51,6 
Сума 90 100,0 110 100,0 115 100,0 155 100,0 
Життєздатність, хв 15 25 90 120 
 
 При аналізі випробувань зразків даних складів було встановлено, що 
склад А має мінімальну життєздатність, яка становить 15 хвилин. Склад «В» та 
«Г» відповідно 1,5-2 години. Рідке натрієве скло має відносно високу вартість, 
тому для подальшої роботи було прийнято оптимальний з точки зору 
реологічних показників та відповідності технології нанесення склад в'яжучого з 
водоцементним відношенням 0,5 та співвідношенням рідкого скла та 
портландцементу 4:5 за масою (склад «В»).  
 Для покращення фізико-технічних характеристик фасадного силікатного 
покриття та одночасного підвищення щільності структури композиції 
використовувалися мікродисперсні наповнювачі та функціональна добавка. 
Відповідно до попередніх робіт вміст меленого вапняку було прийнято рівним 
63 
 
15%, що є оптимальним значенням і наведено в роботі Х. Тейлора [9]. Вміст 
перлітового піску обмежувалося технологічним параметром, пов'язаним з 
в'язкістю композиції, необхідної для рівномірного нанесення, при цьому при 
більших концентраціях відзначалася неоднорідність нанесеного покриття. 
 
Таблиця 3.3 — Проаналізовані склади фасадного силікатного покриття 
 
Компоненти 
1 100 80 50 - - - 
2 100 80 50 - - 0,1 
3 100 80 50 20 - - 
4 100 80 50 20 - 0,1 
5 100 80 50 - 20 - 
6 100 100 60 - 20 0,1 
 
 Зміст модифікаторів у цементно-силікатному покритті після оптимізації 
складів по в'язкості, що забезпечує стабільність та плинність композиції склало: 
 - тонкомолотий вапняк (для підвищення щільності та міцності покриття) 
у кількості 15 % від маси цементу; 
 - спучений перлітовий пісок (для надання покриттю текстурної складової) 
у кількості 20 % від маси цементу; 
 - лугостійкі пігменти (для кольорування складу покриття та 
структуруючий компонент) у кількості 5 % від об'єму; 
№ складу 
Портландцемент 
Рідке натрієве 
скло 
15% водний 
розчин Na3PO4 
Тонкомолотий 
вапняк 
Спучений перліт 
Дисперсія 
«FulVec-100», % 
від ваги цементу 
64 
 
 - дисперсії багатошарових вуглецевих нанотрубок «FulVec-100» (для 
структурування в'яжучої матриці та підвищення технологічних характеристик, 
а також створення ефекту екранування фасадного силікатного покриття) в 
кількості 0,001-7 % від маси цементу. 
 Проаналізовані склади фасадного силікатного покриття наведені в табл. 
3.3, при цьому склад "1" був прийнятий контрольним. 
 
3.4 Визначення фізико-технічних властивостей силікатного покриття 
 
 Визначення умовної в'язкості силікатного покриття, що аналізується, 
проводилося відповідно до [19] Методи визначення умовної в'язкості за 
допомогою віскозиметра типу ВЗ-6 при температурі навколишнього повітря 20 
°С. За умовну в'язкість лакофарбових матеріалів, що мають вільну плинність, 
приймають час безперервного закінчення в секундах певного об'єму 
випробуваного матеріалу через калібрувальне сопло віскозиметра типу ВЗ-6 з 
діаметром сопла 6 мм. 
 
Таблиця 3.4 — В'язкість фасадного силікатного покриття 
Найменування складів з табл. 3.3  
 
1 2  3  4  5 6  
Умовна в'язкість по ВЗ-6, с  32 29  33  30  35 32  
Кінематична в'язкість, мм2/с  600 525  612,5  537,5  562,5  600  
 
 
 Кінематична в'язкість розробленого силікатного покриття визначалася 
згідно з додатком 3 [19]. Як очевидно з табл. 3.4. введення функціональної 
добавки «FulVec-100» до складу цементно-силікатної композиції призводить до 
зниження в'язкості силікатного покриття, що досліджується. 
65 
 
 Вимірювання динамічної в'язкості досліджуваних складів захисно-
декоративного покриття виконували при температурі навколишнього повітря 
23 °С за допомогою віскозиметра компанії «Brookfield» DV-II+Pro згідно з [20] 
«Теплогідроізоляція монолітна пінополіуретанова, що напилюється. Загальні 
технічні умови». 
 
Таблиця 3.5 — В'язкість по Брукфільду фасадного силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3 
 
1 2 3 4 5 6 
В’язкість по 
Брукфільду 
В’язкість, Па∙с 3,44 2,52 7,2 4,2 32 27,2 
 
 З таблиці 3.5. видно, що введення дисперсії багатошарових вуглецевих 
нанотрубок FulVec-100 призводить до істотного зниження в'язкості цементно-
силикатного складу, що дозволяє оптимізувати технологію нанесення покриття. 
 Життєздатність силікатного покриття визначалася згідно з [19]. 
Життєздатність лакофарбового матеріалу - це максимальна година, протягом 
якої лакофарбовий матеріал, що випускається у вигляді окремих компонентів, 
може бути використаний після змішування компонентів. Цей стандарт 
поширюється на лакофарбові матеріали, що складаються з декількох 
компонентів, які зберігають окремо і змішують перед застосуванням, та 
шпиндель № 4, V-100  об/хв – 
172 
шпиндель № 4, V-100  об/хв–
126 
шпиндель № 4, V-100  об/хв–
360 
шпиндель 
№ 4, V-100  об/хв –210 
шпиндель № 5, V-100  об/хв–
800 
шпиндель № 5, V-100  об/хв –
680 
66 
 
встановлює метод визначення терміну їхньої життєздатності після змішування 
компонентів шляхом визначення конкретного показника в лабораторних 
умовах. Як вимірюваний показник був обраний показник в'язкості силікатного 
покриття, внаслідок швидкої коагуляції рідкого натрієвого стекла та 
портландцементу. 
 
Таблиця 3.6 — Життєздатність фасадного цементно-силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3 
 
1 2 3 4 5 6 
Життєздатність, хв 80 110 85 95 90 100 
 
 Як очевидно з табл. 3.6 життєздатність модифікованої функціональної 
добавки «FulVec-100» цементно-силікатної композиції підвищується порівняно 
з контрольним складом покриття на 20-30 хв, що підтверджується 
моделюванням системи захисно-декоративного покриття. Визначення масової 
частки нелетких речовин НВ фасадного силікатного покриття визначалося 
відповідно до [19]. Даний метод забезпечує отримання лише відносних (не 
істинних) значень масової частки нелетких речовин через утримання 
розчинників, термодеструкції, а також випаровування низькомолекулярних 
компонентів. Після зважування складів композиції поміщали чашку в сушильну 
шафу, попередньо нагріту до 150 °С, і витримували чашку з пробою 
випробуваної композиції в сушильній шафі протягом 60 хвилин. 
 
Таблиця 3.7 — Масова частка нелетких речовин НВ цементно-силікатного 
покриття 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4  5  6  
Масова частка НВ, %  89  92  79  83  85  87  
 
67 
 
 Масова частка нелетких речовин досліджуваного цементно-силікатного 
покриття становить 83-92%, що говорить про дегідратацію складу композиції. 
Час висихання до ступеня 3 декоративно-фасадного покриття визначався згідно 
з [19]. Ступінь висихання характеризує стан поверхні лакофарбового матеріалу, 
нанесеного на пластину, за певних часів і температури сушіння. 
 Час і ступінь висихання розробленого покриття визначали при 
температурі 20 °С на зразках після природного сушіння нанесеного шару 
силікатного покриття. 
 
Таблиця 3.8 — Час висихання до рівня 3 силікатного покриття 
 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4  5  6  
Час висихання до ступеня 3, хв 40  30  45  40  45  40  
 
 Як видно з таблиці 3.8, що введення функціональної добавки FulVec 100 
призводить до зниження часу висихання цементно-силікатного складу від 5 до 
10 хв, дозволяючи оптимізувати технологію нанесення покриття. 
 Визначення водневого показника рН досліджуваного силікатного 
покриття виконувалось за допомогою рН-метра рН-150МП. 
 
Таблиця 3.9 — Водневий показник рН фасадного силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4  5  6  
Водневий показник рН  12,43  12,33  12,53  12,42  12,33  12,33  
 
 
68 
 
 Як очевидно з табл. 3.9 склад в'яжучої матриці має яскраво виражене 
лужне середовище, що визначає використання в барвистих складах тільки 
лужностійких пігментів. 
 Визначення морозостійкості силікатного покриття на пофарбованій 
поверхні проводилося згідно з [21]. 
 
Рисунок 3.6 — Загальний вигляд морозильної камери 
 
 Камера холоду, у якій проводилися випробування, відповідає вимогам 
[21] (рис. 3.6). 
 
Таблиця 3.10 — Морозостійкість силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3 
 
1 2 3 4 5 6 
Морозостійкість, цикли 75 75 75 75 75 75 
 
 
 Як очевидно з табл. 3.10 випробувані зразки силікатного покриття 
витримали випробування на морозостійкість і відповідають [21]. Визначення 
покривності фасадної силікатної композиції проводилося згідно з методикою. 
Покривистість - це здатність лакофарбового матеріалу робити невидимим колір 
або колірні відмінності поверхні, що фарбується. Метод полягає в нанесенні 
69 
 
шарів силікатного покриття на скляну пластинку доти, доки контури чорно-
білої контрастної пластинки, підкладеної під скляну пластинку, стануть 
невидимими. 
 
Таблиця 3.11 — Покриваність фасадного силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4  5  6  
Покривистість, г/м2, не менше 636  537  528  493  436  387  
 
 З таблиці 3.11 видно, що введення дисперсії «FulVec-100» призводить до 
істотного підвищення здатності, що вкриває силікатного покриття. 
 Витрата фасадної цементно-силікатної композиції на двошарове покриття 
по поверхні керамічної цегли становить 200-400 г/см2, витрата залежить від 
виду підкладки та необхідного відтінку готового декоративно-фасадного 
покриття. 
 Стійкість плівки до статичної дії води досліджуваного силікатного 
покриття виконувалося за методикою А, описаною в [17]. 
 
Таблиця 3.12 — Стійкість плівки до статичної дії води фасадного силікатного 
покриття у віці 7 діб 
Найменування складів за табл. 3.3 
 
1 2 3 4 5 6 
Стійкість плівки до статичної 
8 8 2 3 1 3 
дії води, год, не менше 
 
 Випробування зразків складу силікатного покриття проводилися у віці 7 
діб, відповідно, процеси гідратації мінералів пройшли частково, а також 
70 
 
карбонізація рідкого скла у складі покриття пройшла в неповному обсязі, що 
знизило показники стійкості плівки до статичного впливу води. 
 Визначення адгезії фасадного силікатного покриття проводилося згідно з 
методикою ґратчастих надрізів, встановленою [15]. 
 У ході випробування визначалася здатність покриття до прилипання або 
міцного зчеплення з поверхнею, що фарбується, від величини якої залежать 
механічні і захисні властивості покриттів. 
 
Рисунок 3.7 — Загальний вигляд фасадного силікатного покриття під час 
випробувань методом ґратчастих надрізів: (а) – до випробувань; (б) – після 
випробувань 
 
 Сутність методу полягає у нанесенні на готове лакофарбове покриття 
ґратчастих надрізів (рис. 3.7) та візуальній оцінці стану покриття за 6-бальною 
системою (0 – немає змін, 5 – більше 65 % площі відшаровування). 
 
Таблиця 3.13 — Адгезія фасадного силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4 5  6  
Адгезія на плиті, бал 1  1  2  2  3  2  
71 
 
 Також визначалася адгезія методом ґратчастих надрізів після 
низькотемпературних випробувань. Зразки зі складами поміщалися в 
низькотемпературну камеру ESPEC TABAI МС-711 Е при температурі -60 °С 
на 2 години, випробування на адгезію проводилися через 20 с після вилучення 
зразків з камери. 
 
 
Таблиця 3.14 — Адгезія фасадного силікатного покриття після 
низькотемпературних випробувань 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4 5  6  
Адгезія на плиті, бал 3  2  4  4  4  2  
 
 
 Як видно з таблиць 3.13 і 3.14, найгірше зчеплення з підкладкою, показав 
зразок з тонкомолотим вапняком і спученим перлітовим піском, проте при 
додаванні до складу «5» дисперсії багатошарових вуглецевих нанотрубок 
«FulVec-100» характеристики покращуються (склад «6»): відшаровування 
покриття у вигляді дрібних лусочок у місцях перетину ліній решітки 
спостерігається не більше ніж на 5% поверхні решітки.  
 Визначення умовної світлостійкості силікатного покриття визначалося 
відповідно до [16].  
 Зразки цементно-силікатної композиції фарбувалися на цегляну 
поверхню і поміщалися в кліматичну камеру Q-SUN Xenon Test Chamber - 
Model Xe-1 на випробування світлостійкості покриття при інтенсивності 
опромінення 0,45 W/m2 на 1337 годин. Вимірювання інтенсивності кольору 
смуг визначалося за допомогою спектрофотометра Color Eye 7000A Greatag 
Macbeth і оцінювалася за 5-бальною шкалою, де максимальний бал дають за 
72 
 
відсутності колірної відмінності між випробуваною пробою і вихідною пробою 
матеріалу. 
 
Таблиця 3.15 — Визначення умовної світлостійкості складів силікатного 
покриття 
Найменування складів за табл. 3.3 
 
1 2 3 4 5 6 
Світлостійкість у балах 4-5 4-5 4-5 4-5 4 4 
 
 
 Використання у складі цементно-силікатної композиції модифікатора у 
вигляді дисперсії FulVec-100 призводить до поліпшення світлостійкості 
покриття - склад "2" (табл. 3.15). 
 Оцінка ступеня мелення цементно-силікатного покриття виконувалася за 
методикою, описаною в [18]. Результати випробувань мелення покриття 
оцінювали після випробувань на стійкість покриття до впливу низької 
температури та світлостійкості від 1 (без зміни) до 5 балів. 
 
Таблиця 3.16 — Результати випробувань з меління силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 
 3.3 
1 2 3 4 5 6 
Після низькотемпературних випробувань, 
2 2 5 4 2 2 
бал 
Після випробувань зі світлостійкості, бал 3 2 5 4 2 2 
 
 Як видно з таблиці 3.16, зразки, модифіковані функціональною добавкою 
«FulVec-100» менш схильні до меління (склад «2» і «6») у порівнянні зі 
73 
 
зразками у складі яких відсутня дисперсія багатошарових вуглецевих 
нанотрубок. Найгірший результат випробувань з мелення покриття показали 
склади «3» і «4», модифіковані тонкомолотим вапняком, що пояснюється 
структуруванням в'яжучої матриці при введенні вуглецевих нанотрубок, що 
забезпечує підвищену міцність силікатної композиції. 
 Визначення паропроникності розробленого силікатного покриття 
проводилося згідно з [18]. 
 Для випробувань було виготовлено зразки циліндричного перерізу 
діаметром 100 мм. Зразки перед випробуванням витримувалися при 
температурі (23±5) °З відносної вологості повітря (50±5)% до досягнення 
постійної маси. 
Склад 1 
Склад 2 
Склад 3 
Склад 4 
Склад 5 
Склад 6 
 
Час, год  
 
Рисунок 3.8 — Швидкість потоку водяної пари через фасадне силікатне 
покриття G, г/год 
 
 Масова швидкість потоку водяної пари G через зразки силікатного 
покриття представлена на графіку рис. 3.8. 
 
 
 
Вага, г 
74 
 
Таблиця 3.17 — Паропроникність декоративно-фасадного цементно-
силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4  5  6 
Швидкість потоку 
0,0109 0,012 0,009 0,0108
водяної пари через 0,0133  0,0135  
  9  1    
зразок G, г/год 
Паропроникність 
барвистого шару V, 411  437  248  375  173  244  
г/(м2∙доба)  
Товщина повітряного 
шару з 
0,05  0,05  0,08  0,06  0,12  0,09  
еквівалентної 
паропроникністю Sd, м 
Коефіцієнт опору 
паропроникненню μ, 332  315  551  336  819  569  
при товщині 150 мкм 
 
 За показником паропроникності V> 150 г/м2∙доб  та величиною Sd < 0,14 
м (ISO 7783:2011) склади силікатного покриття відносяться до класу матеріалів 
з високою паропроникністю, що також підтверджується аналізом 
мікроструктури силікат (рис. 3.9 та 3.10). 
 Визначення водопоглинання силікатного покриття проводилося згідно з 
[18]. 
 Зразки перед випробуванням витримувалися при температурі (23±5) °З 
відносної вологості повітря (50±5)% до досягнення постійної маси. 
 
 
 
 
75 
 
Склад 1 
Склад 2 
Склад 3 
Склад 4 
Склад 5 
Склад 6 
 
Час, год 
  
Рисунок 3.9 — Водопоглинання фасадного силікатного покриття W, кг/м2∙год0,5 
 
 Крива залежності водопоглинання води від часу складів силікатного 
покриття представлена на рис. 3.9. 
 
Таблиця 3.18 — Водопоглинання силікатного покриття 
Найменування складів за табл. 3.3  
 
1  2  3  4  5  6  
Водопоглинання фасадного 
силікатного покриття W, 0,91  0,80  0,98  0,86  0,97  0,87  
кг/м2∙год0,5  
Товщина повітряного шару з 
еквівалентної 0,05  0,05  0,08  0,06  0,12  0,09  
паропроникністю Sd, м 
Sd∙W,кг/м2∙год0,5  0,046  0,049  0,064  0,049  0,103  0,78  
 
 За показником водопоглинання W > 0,5, згідно з [13], склади силікатного 
покриття відносяться до класу матеріалів із високим водопоглинанням. 
Відповідно до теорії Кюнцеля, захисне фасадне покриття має бути одночасно 
водостійким W і повітропроникним Sd, тому основне значення мають 2 
параметри, і чим менше добуток величин Sd∙W, тим краще характеристика 
Водопоглинання W, 
кг/м2*год0,5 
76 
 
фасадного покриття, які підтверджується виконаними дослідженнями (табл. 
3.18), показники модифікованого дисперсією FulVec-100 покриття менше, ніж у 
покриття без функціональної добавки. 
 Методика визначення міцності. 
 Випробування зразків проводилися відповідно до [13] на випробувальній 
машині ПГМ-100МГ4. 
 Для визначення характеристик міцності фасадного силікатного покриття 
використовувалися зразки-балочки розмірами 40×40×160 мм контрольного 
складу з заповнювачем на основі кварцового піску (1:3 за масою, де 1- 
досліджувана композиція, 3- кварцовий пісок з модулем крупності 1,1) . 
 Випробування зразків на стиск та на вигин проводилися у віці 28 діб. 
Частина зразків до моменту випробування зберігалася при Т = 20 оС та 
відносній вологості повітря 60 %, інша – при Т = 20 оС та відносній вологості 
повітря 100 %. Результати аналізу випробувань наведено на рис. 3.10. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.10 — Залежність межі міцності складу від вологості 
 
77 
 
 З наведених вище графіків видно, що з витримці зразків у вологих умовах 
(100 %) міцність силікатної фарби збільшується з допомогою гідратації 
мінералів портландцементу і поверхневої карбонізації покриття. 
 Використання у складі цементно-силікатного покриття функціональною 
добавкою «FulVec-100» призводить до суттєвого підвищення життєздатності, 
адгезії, покращення світлостійкості, стійкості до меління покриття, що говорить 
про те, що декоративно-фасадне покриття складу «2» та фактурне покриття 
складу «6 » є найбільш атмосферостійкими та довговічними. Основні 
характеристики вибраних складів наведено в табл. 3.19. 
 
 
Таблиця 3.19 — Фізико-технічні характеристики вибраних складів цементно-
силікатного покриття 
Значення 
Метод 
Вимірюваний показник Склад 2 Склад 6 
випробування по табл. по табл. 
3.3 3.3 
1 2 3 4 
Життєздатність, хв 110 100 
Умовна в'язкість по ВЗ-6, сек 29 30 
Водневий показник середовища 
12,33 12,33 
рН 
[13] 
Стійкість плівки до статичної 
8 3 
дії води, год 
Витрата фарби на двошарове 
покриття керамічної 200-400 
цегли,  г/м2 
 
 
78 
 
Продовження табл. 3.19   
1 2 3 4 
Масова частка нелетких 
92 87 
речовин НВ, % 
Адгезія (метод гратчастих 
1 2 
надрізів), бали 
Паропроникність барвистого 
437 244 
шару V, г/м2∙доба 
Товщина повітряного шару з 
еквівалентною паропроникністю 0,08 0,08 
Sd , м [13] 
Водопоглинання W, кг/м2∙год0,5 0,80 0,87 
Світлостійкість, бал за 5 
4-5 4 
бальною шкалою 
Мелення після 
низькотемпературних 2 2 
випробувань, бал 
Морозостійкість, цикли 75 75 
 
 Таким чином, структура, міцність і довговічність силікатного покриття 
визначається співвідношенням між компонентами, дисперсністю наповнювачів, 
що вводяться, і технологією виготовлення оздоблювального складу. При цьому 
тонкомолотий вапняк на етапі схоплювання і твердіння служив центром 
кристалізації новоутворень, сприяючи зміцненню в'яжучої матриці, перліт був 
спучений технологічним наповнювачем, що забезпечує створення фактурного 
шару поверхні покриття. Дисперсія багатошарових вуглецевих нанотрубок 
«FulVec-100» використовувалася як структуруюча добавка, що формує 
новоутворення по поверхні твердих фаз композиції та сприяла поліпшенню 
технологічних характеристик складу: життєздатність на 10-30 хв (11-38%), 
79 
 
умовна в'язкість на 3 с (1 , час висихання до ступеня 3 на 5-10 хв (11-25%), 
покриваність на 35-99 г/м3 (7-15%), адгезія на 1 бал, умовна світлостійкість до 1 
бала, ступінь мілення до 2 балів, паропроникність на 26-127 г/(м2∙добу) (6-51%), 
водопоглинання на 10 кг/м2∙год0,5 (12%). 
 
Висновки до розділу 3 
 
 1. На підставі наведених результатів аналізу досліджень було встановлено 
оптимальний базовий склад декоративно-фасадного покриття, на основі рідкого 
натрієвого скла, портландцементу, сповільнювача у вигляді 15% водного 
розчину фосфату натрію та функціональної добавки «FulVec-100», що володіє 
підвищеною життєздатністю, атмосферними функціональні властивості. 
 2. При аналізі встановлено, що заміна дорогого оксиду цинку на 
портландцемент, а використання замість калієвого рідкого скла натрієвого 
призводить до зниження вартості фасадного покриття, при цьому виключається 
висолоутворення на поверхні покриття в процесі експлуатації. 
 3. Встановлено значний вплив модифікації декоративного фасадного 
покриття мікродисперсним наповнювачами, що полягає в зниженні умовної 
в'язкості до 29 сек, підвищенні життєздатності композиції до 110 хв. та 
технологічність розробленого складу (витрата фарби на двошарове покриття 
керамічної цегли – 200-400 г/м2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
80 
 
РОЗДІЛ 4.  ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИЙ АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ 
ЗАПРОПОНОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ 
 
4.1 Приготування фасадного декоративного цементно-силікатного 
покриття 
 
 Приготування фасадного декоративного цементно-силікатного покриття 
(контрольний склад) здійснювали в ємності перевищує обсяг готової суміші не 
менше ніж у 2 рази, перемішування проводилося примусовим змішуванням 
компонентів з використанням механічного лабораторного міксера. 
 Послідовність подачі компонентів силікатного покриття включала такі 
етапи: 
 - в ємність завантажували білий портландцемент і 15% водний розчин 
уповільнювача згідно з рецептурою (табл. 3.3) і здійснювали ретельне 
перемішування до отримання однорідної суміші; 
 - до отриманої суміші додавали рідке натрієве скло та перемішували до 
отримання однорідної маси; 
 - пігмент у вигляді пасти кольору вводився в отриману суміш у кількості 
5 % (як зазначено в рекомендаціях виробника) від об'єму композиції з 
подальшим механічним перемішуванням (рис. 4.1). 
 Для приготування модифікованої фасадної силікатної композиції до 
складу контрольного покриття додавали мікро-і нанодисперсні добавки: 
наповнювач-модифікатор (спучений перлітовий пісок) перемішувався в сухому 
стані з білим портландцементом; - водна дисперсія функціональної добавки, що 
містить багатошарові вуглецеві нанотрубки, вводилася спільно з водним 
розчином фосфату натрію в кількості 0,1 % від маси цементу, що забезпечує 
оптимальні фізико-механічні характеристики. 
81 
 
 
Рисунок 4.1 — Керамічна цегла, покрита декоративною фасадною композицією 
 
 Життєздатність складу змінюється в межах від 15 хвилин до 2 годин 
залежно від концентрації сповільнювача (максимальна концентрація становила 
15%, верхня межа концентрації обмежувалася висолоутворенням на поверхні 
нанесеного покриття) та кількості рідкого натрієвого скла. 
 
Рисунок 4.2 — Нанесення покриття фарбопультом – (а), маркування керамічної 
цегли з нанесеним декоративно-фасадним покриттям – (б) 
 
 В аналізі використовували 4 види покриттів (рис.4.3б): 1 – контрольний 
склад «1» без добавок (рис. 4.3а), 2 – склад «2», модифікований дисперсією 
багатошарових вуглецевих нанотрубок, 3 – склад «5» зі спученим перлітовим 
піском, 4 – склад «6» зі спученим перлітовим піском, модифікований 
82 
 
дисперсією багатошарових вуглецевих нанотрубок. Як пігмент 
використовувалися лугостійкі пасти кольору. 
 
Рисунок 4.3 — Керамічна цегла покрита декоративно-фасадною композицією: 
(а) – з білим пігментом, (б) – з жовтим пігментом 
 
 Для поліпшення технології нанесення, підвищення довговічності та 
надання виробам властивостей поглинання ЕМІ в контрольний склад вводилася 
функціональна добавка FulVec-100, яка дозволила отримати більш однорідні по 
структурі поверхні покриття - склад 2 по табл. 3.3 (рис.4.4). 
 
 
Рисунок 4.4 — Фрагмент нанесеної силікатної покриття на поверхні керамічної 
цегли: (а) – без функціональної добавки, (б) – з дисперсією «FulVec-100» 
 
83 
 
 Для створення фактурного шару на поверхні цегли в базовий склад 
вводили спучений перлітовий пісок з максимальним розміром частинок 2мм - 
склад "5" по табл. 3.3 (рис. 4.5). 
 
Рисунок 4.5 — Фрагмент нанесеного силікатного покриття на поверхні 
керамічної цеглини зі спученим перлітовим піском:  
(а) – з білим пігментом, (б) – з жовтим пігментом 
 
 Необхідність введення спученого перліту була обумовлена 
затребуваністю фактурних покриттів при оздобленні житлових будівель 
кольоровою лицьовою цеглою. Враховуючи високу водостійкість спученого 
перліту у поєднанні із силікатним покриттям підвищеної водостійкості, 
забезпечується створення фактурного покриття поверхні фасаду. При цьому 
пори у структурі спученого перліту виявляються блокованими цементно-  
силікатним складом і одночасно є демпфером для води, що кристалізується в 
умовах негативних температур, сприяючи підвищенню морозостійкості 
силікатного покриття. Таким чином, виключається лущення фактурного шару в 
умовах знакозмінних температур. 
 В даний час ряд підприємств з виробництва керамічної цегли покращує 
декоративні властивості виробів, що випускаються за рахунок об'ємного 
пігментного фарбування, нанесення глазурі або застосування наплавлюваних 
84 
 
фарб на полімерній основі. Існуюча технологія фарбування поверхні цегли з 
використанням полімерних фарб, що наплавляються, має істотний недолік, 
пов'язаний з відсутністю паро- і газопроникності одержуваного покриття. 
 
 
Рисунок 4.6 — Будівля (а) – до фарбування у 1996 р., (б) – у процесі 
експлуатації силікатного покриття у 2017 р 
 
 Проаналізоване фасадне силікатне покриття на відміну від полімерного 
покриття має необхідну пористість для забезпечення паро- та газопроникності 
цегляних стін. Необхідно відзначити також підвищену довговічність базового 
силікатного покриття, на основі якого розглянуті досліджувані склади. Зокрема, 
є приклади будівель із базовим силікатним покриттям з терміном експлуатації 
понад 20 років (рис. 4.6). 
85 
 
Рисунок 4.7 — Нанесення силікатного покриття на фрагмент цегляної кладки 
пневматичним фарбопультом 
 
Рисунок 4.8 — Загальний вид покриття без пігменту (а): праворуч – склад 
покриття «1», ліворуч – склад покриття «2» з дисперсією «FulVec-100» - (б) 
86 
 
Рисунок 4.9 — Нанесення фінішного шару силікатного покриття фарбопультом 
– (а), загальний вигляд стін будівлі після фарбування – (б) 
 
Рисунок 4.10 — Загальний вид силікатного покриття: (а) – після нанесення,  
(б) – після затвердіння 
87 
 
Рисунок 4.11 — Загальний вигляд стін будівлі після фарбування – (а), проектне 
колірне рішення фасадів житлового будинку із зазначенням місця  
фарбування – (б) 
 
4.2  Розрахунок економічної ефективності від застосування захисно-
декоративного покриття 
 
Собівартість декоративно-фасадного покриття була розрахована для 
складів «1», «2» та «6» (табл. 3.3). Вартість будівельних матеріалів 
розглядалася за даними інтернет джерел відповідно до постачальників товарів 
на вересень 2023 року у м. Черкаси і склала: 
 портландцемент білий CIMSA М-500 I 52.5 R – 15,2 грн/кг; 
 рідке натрієве скло – 23,5 грн/кг; 
 фосфат натрію – 95,0 грн/кг; 
 універсальні пігментні концентрати " Sniezka Colorex " - 540 грн/кг. 
 Для розрахунку економічної ефективності декоративно-фасадного 
покриття умовно приймали, що фарбуванню піддавали 1 м2 кладки 0,5 цеглини, 
для зведення якої потрібно 52 шт. лицьової керамічної цегли ЄВРОТОН 
ЧЕРВОНА ВФ-16 250Х65Х65 з урахуванням швів, загальна сума на зведення 
кладки складає 549,12 грн. 
88 
 
Вартість фарбування 1 м2 поверхні з керамічної цегли пігментованого 
силікатним покриттям складу «1» складає: 
1∙0,4∙21,56+549,12= 557,75 грн, 
де 1 – необхідна площа фарбування, м2; 
0,4 – витрата силікатного покриття, кг/м2; 
21,56 – вартість силікатного покриття, грн/кг; 
549,12 – вартість цегли на 1 м2. 
Економічний ефект застосування пігментованого захисно-декоративного 
покриття складу «1» нанесеного на керамічну лицьову цеглу в порівнянні з 
готовою цеглою лицьовою БЦ колір персик вартістю 11.08 грн/шт, на 1м2 = 
576,16 грн з полімерним кольоровим покриттям заводського виробництва 
складає 3,3% або 18,41 грн на 1 м2 фасадного керамічного покриття. 
Таким чином, обґрунтовано економічну ефективність застосування 
багатофункціонального захисно-декоративного покриття порівняно з 
аналогічними складами. 
    
Висновоки до розділу 4 
 
1. Проаналізоване нанесення силікатного покриття на поверхню 
свіжообпаленої керамічної цегли в умовах виробництва показало можливість 
заміни технології нанесення полімерного покриття на технологію нанесення 
розробленого силікатного складу. 
2. Перевагою розглянутого силікатного покриття є відсутність термічних 
процесів, пов'язаних із закріпленням фарби, простота технології нанесення з 
використанням фарбопультів, можливість створення фактурного шару та 
забезпечення рівних коефіцієнтів лінійного розширення підкладки та покриття. 
3. Декоративне фасадне покриття на цементно-силікатній основі може 
бути використано як для керамічної, так і для силікатної цегли у заводських 
умовах; для зовнішнього оздоблення фасадів будівель при зведенні, ремонті та 
реконструкції. 
89 
 
4. Економічний ефект застосування пігментованого захисно-
декоративного покриття складу «1» нанесеного на керамічну лицьову цеглу в 
порівнянні з готовою цеглою лицьовою БЦ колір персик вартістю 11.08 грн/шт, 
на 1м2 = 576,16 грн з полімерним кольоровим покриттям заводського 
виробництва складає 3,3% або 18,41 грн на 1 м2 фасадного керамічного 
покриття. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
90 
 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 
 
1. Було розглянуто базовий склад фасадного покриття на основі рідкого 
натрієвого скла, портландцементу та сповільнювача, при кольоруванні якого 
лугостійкими пігментами можливе одержання декоративних складів різних 
кольорів; при модифікації дисперсними наповнювачами (тонкомолотий вапняк, 
спучений перлітовий пісок) можливе отримання фактурних покриттів; при 
введенні функціональної добавки можливо одержання захисних покриттів. 
Перевагою розробленого базового складу є використання як сполучного - 
рідкого натрієвого скла замість дорогого калієвого, відсутність у складі 
композиції силікатизатора у вигляді оксиду цинку, який замінений на 
портландцемент, має вартість нижче в 7-10 разів у порівнянні з традиційними 
силікатизаторами. 
2. Проаналізовано склади декоративного фасадного покриття на основі 
рідкого натрієвого скла та портландцементу з мікродисперсними 
наповнювачами, що відрізняються технологічністю, підвищеною 
життєздатністю та атмосферостійкістю: життєздатність – 110 хв; стійкість 
плівки до статичної дії води – 8 год; витрата фарби на двошарове покриття 
керамічної цегли 200-400 г/м2 ; адгезія (метод ґратчастих надрізів) – 1 бал; 
паропроникність барвистого шару V = 437 г/м2 ∙доба; водопоглинання W = 0,80 
кг/м2 ∙год0,5; морозостійкість 75 циклів. Визначено оптимальні співвідношення 
компонентів складу, що забезпечують необхідні експлуатаційні 
характеристики, які не поступаються аналогічним параметрам силікатних фарб 
з оксидом цинку. 
3. Встановлено вплив мікродисперсних наповнювачів на властивості 
фасадного покриття, що полягає у зниженні умовної в'язкості до 29 сек, 
підвищенні життєздатності композиції до 110 хв., що забезпечує 
атмосферостійкість (морозостійкість 75 циклів) та технологічність 
розробленого складу (витрата фарби на двошарове покриття керамічного 
цеглини – 200-400 г/м2 ). 
91 
 
4. Декоративне фасадне покриття на цементно-силікатній основі може 
бути використане для фарбування як керамічної, так і силікатної цегли у 
заводських умовах; для зовнішньої обробки фасадів будівель при зведенні, 
ремонті та реконструкції. 
5. Економічний ефект застосування пігментованого захисно-
декоративного покриття складу «1» нанесеного на керамічну лицьову цеглу в 
порівнянні з готовою цеглою лицьовою БЦ колір персик вартістю 11.08 грн/шт, 
на 1м2 = 576,16 грн з полімерним кольоровим покриттям заводського 
виробництва складає 3,3% або 18,41 грн на 1 м2 фасадного керамічного 
покриття. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
92 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
 
1. Вказівка по технології обробки фасадів колоїдними цементними розчи-
нами при ремонті житлових та громадських будівель. - М., 1972. - С. 8-27. 
2. Казанський, В.Б. Шаруваті структури на металевій підкладці/В.Б. Казан-
ський, Д.В. Кошпареня, Ю.А. Мінаков, А.А. Юнусов // «Фізика та техніка 
міліметрових та субміліметрових хвиль». Матеріали конференції. -
Харків, 1994. - С. 91-94. 
3. Карасьов, К.І. Хімічна стійкість силікатних фарб/К.І. Карасьов // Будіве-
льні матеріали. - 1962. - № 3. - С. 32-37. 
4. Кліманова, Є.А. Силікатні фарби/Є.А. Кліманова, Ю.А. Борщівський, І Я. 
Жилкін-М.: Будвидав, 1968. - 86 с. 
5. Лейкін, А.С. Цементно-перхлорвінілові склади для фарбування та гідроі-
золяції будівельних поверхонь/О.С. Лейкін // Лакофарбові матеріали та їх 
застосування. - 1961. - №1.-С. 36-41. 
6. Лісовик, В.С. Управління структуроутворенням будівельних композитів: 
Монографія/В.С. Лісовик, І.Л. Чулкова - Омськ: Сібаді, 2011. - 462 с. 
7. Логаніна, В. Розробка рецептури зольсилікатної фарби / В. І. Логаніна, С. 
Н. Кисліцина, Є. Б. Мажитов // Регіональна архітектура та будівництво. - 
2017. - № 3. - С. 51-53. 
8. Лугініна, І.Г. Гідратація цементу при добавках силікату та фосфату на-
трію / І.Г. Лугініна, М.А. Путренко// Цемент. - 1987. - № 1. - C. 16 -17. 
9. Тейлор Х. Хімія цементу. Пров. з англ. - М: Мир, 1996. - 560 с. 
10. Шинкарьова, Є. В. Однокомпонентна фасадна фарба на основі рідкого 
калієвого скла виробництва ВАТ «Домановський ПТК»/Є.В. Шинкарьова 
// Лакофарбові матеріали та їх застосування. - 2013. - № 6. - С. 28-33. 
11. Яковлєв А.Д. Хімія та технологія лакофарбових покриттів: Підручник 
для вузів. - 3-тє вид., Перероб. - СПб.: Хіміздат. - 2008 - 448 с 
12. ДБН В.2.2-41:2019 Висотні будівлі. Основні положення 
93 
 
13. ДСТУ 4513:2006 Асортимент колірний і стандартні зразки кольору мате-
ріалів і фарб. Порядок розроблення, атестації, узгодження і затвердження 
14. ДСТУ ETAG 004:2021 Настанова з європейських технічних ухвалень. 
Збірні системи фасадної теплоізоляції з опорядженням штукатурками 
(ETAG 004:2013, IDT) 
15. ДСТУ ISO 2409:2019 Фарби та лаки. Випробування методом решітчастих 
надрізів (ISO 2409:2013, IDT) 
16. ДСТУ ISO 2431:2015 Фарби та лаки. Визначення часу витікання з вико-
ристанням лійок (ISO 2431:2011, IDT) 
17. ДСТУ ISO 2812-3:2020 Фарби та лаки. Визначення стійкості до впливу 
рідин. Частина 3. Метод із застосуванням абсорбуючого середовища (ISO 
2812-3:2019, IDT) 
18. ДСТУ ISO 4618:2014 Фарби та лаки. Терміни та визначення понять (ISO 
4618:2006, IDT) 
19. ДСТУ Б А.1.1-45-94 Покриття лакофарбові будівельні. Терміни та визна-
чення 
20. ДСТУ Б В.2.6-187:2013 Теплогідроізоляція монолітна пінополіуретанова, 
що напилюється. Загальні технічні умови 
21. ДСТУ Б В.2.7-61:2008 Будівельні матеріали. Цегла та камені керамічні 
рядові і лицьові. Технічні умови (ЕN 771-1:2003, NEQ) 
22. ДСТУ Б В.2.7-62-97 Будівельні матеріали. Щебінь і пісок перлітові для 
виробництва спученого перліту. Технічні умови. (ГОСТ 25226-96). Зміна 
№ 1 
23. Bogdanov V. N. The bactericidal action of experimental composite material of 
protective and decorative purposes / V. N. Bogdanov, V. D. Buhanov, A. I. 
Vesentsev, O. A. Vorontsova // Butlerov Communications. – 2013. – V.34,№ 
5.– P.100. 
24. Lekner J. Nonreflecting Stratifications // Can. J. Phys.– 1990. – V.68, № 9. 
P.738-748.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
