Новые технологии строительных растворов и области их использования

Физико-химические основы разработки новых технологий строительных растворов, номенклатура и производители, специальные требования к сырью, стратегия развития

Рунова Р. Новые технологии строительных растворов и области их использования // Капстроительтво. 2002 . №6. C. 41-46

Современный этап развития строительства характеризуется значительным усилением акцента на отделочные работы, что обусловлено потребностями людей в более высокой комфортности помещений и архитектурной выразительности сооружений, в том числе при индивидуальной застройке с использованием кирпича, а также на специальные работы, к которым можно отнести устройство гидроизоляции и утепления, анкеровки и тому подобные. Строители определяют новые задачи для специалистов в области строительных материалов, совершенствования технологии их использования, формируют более высокие требования к культуре выполнения отделочных работ.

Среди этих работ приоритетное место заняли тонкослойные технологии с использованием сухих смесей, которые позволили поднять на принципиально новый уровень одновременно и качество, и темпы их выполнения. Это обеспечивается за счет отделения рецептурных решений в условиях заводского производства (фактически - создания материала) от процессов приготовления смесей рабочей консистенции непосредственно на объекте строительства. Преимущества такой технологии настолько очевидны и так продемонстрированы, что о них не стоит упоминать.

В Украине широкое освоение производства и применения строительных растворов по новой технологии отмечается последние 5...7 лет. За это время накоплен определенный опыт, создается нормативная база, и вместе с тем, возникают проблемы развития.

Анализу состояния и перспектив развития новых технологий строительных растворов посвящен настоящий обзор.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Следует рассматривать две группы задач, решение которых и сформировало физико-химические основы новой технологии: первая группа - необходимость обеспечения специальных строительно-технических свойств растворов широкой номенклатуры; вторая группа - необходимость управления реологическими свойствами вязкопластичных систем, которые трансформировались в"рабочие" свойства.

Результаты экспериментальных исследований в области структурообразования минеральных вяжущих систем, в том числе наиболее сложных композиционных, составили основу таких рецептурных решений, которые позволили предложить как рядовые, так и особо быстротвердеющие, высокопрочные, коррозионно-, атмосферо- и морозостойкие минеральные матрицы. Так, к интересным результатам можно отнести данные, согласно которым алюминаткальциевый цемент может сочетаться с портландцементом, обеспечивая неаддитивный результат твердения и регулируемые свойства за счет управления концентрацией ингредиентов. Такая система оказывается достаточно чувствительной к деформационным процессам, что также может регулироваться, как показано исследованиями. Изучены особенности структурообразования с участием микрокремнезема и алюмосиликатов в виде вторичных продуктов. Выполнены принципиально важные исследования систем Na2O-Al2O3-SiO2, K2O-Al2O3-SiO2 и Na2O-CaO-Al2O3-SiO2, обеспечивающие новые возможности минеральных вяжущих как в части прочности и долговечности, так и регулирования специальными свойствами. Таким образом, возможность управления процессами формирования минеральной матрицы и ее механических свойств стала одной из основ создания эффективных строительных растворов, в том числе специального назначения.

Все перечисленные вяжущие системы твердеют по гидратационному механизму. Однако реализация этого процесса в тонком слое строительного раствора - отделочного, кладочного или специального - лимитируется условиями его работы. Как показывают исследования, даже при нанесении на плотное бетонное основание слой раствора толщиной 5 мм в течение первых пяти суток теряет 6...7% воды за счет испарения и адсорбирования подложкой, что существенно увеличивается (до 50% вводимой воды) в случае такого пористого материала, как кирпич или ячеистый бетон. В результате ухудшаются свойства твердеющего раствора, прежде всего его адгезия. Именно поэтому строительные растворы стали наиболее благоприятным объектом для использования достижений химии высокомолекулярных соединений с целью регулирования их реологическими свойствами. Благодаря модифицированию такими соединениями, стало возможным получение тонкослойных цементных штукатурок, самонивелирующихся смесей, клеевых и гидроизоляционных составов.

К определяющим группам модификаторов относятся эфиры целлюлозы, среди которых наибольшее распространение получила водорастворимая метилгидроксиэтилцеллюлоза и полимерные дисперсионные порошки (редиспергируемые порошки). Известно, что добавка 0,3...0,4% метилгидроксиэтилцеллюлозы увеличивает водо-удержание цемента до 98...99% при температуре 20?С. Водоудерживающая способность зависит от размера частиц, уровня вязкости, растворимости и температуры Одновременно с высоким водоудержанием улучшаются тиксотропные свойства цементного раствора, которые важны при нанесении его на вертикальную поверхность. Эффективно действие эфиров целлюлозы и против явления седиментации для цемента нерационального зернового состава, улучшение удобоукладываемости растворов за счет повышения их пластичности.

Редиспергируемые термопластичные полимерные порошки для модифицирования строительных растворов представлены разными группами в зависимости от вида исходного мономера - полимеры с виниловым эфиром, этиленом, винилхлоридом, акрилатом и другие. Устойчивыми против омыления в цементной среде и долговечными являются комбинации винилацетата и этилена, винилацетата и винилверстатата. При затворении водой порошок образует разветвляющиеся эластичные мостики и мембраны, дополняя минеральную матрицу полимерным вяжущим. Такая вяжущая композиция отличается улучшенными реологическими свойствами.

Сочетание минерального и органического продуктов изменяет структурообразование материала, его технологические и в конечном счете технические показатели.

Обобщение исследований позволяет представить отвердевание модифицированных цементов в тонком слое раствора как развитие отдельных этапов: начальная гидратация с образованием портландита; блокирование активных центров поверхности цементных частиц формирующейся полимерной пленкой с "запаковыванием" воды внутри системы цемент-вода; интенсивное образование гидроалюминатов кальция и эттрингита на фоне замедленной гидратации силикатов кальция; формирование упрочняющей полимерной сетки и интенсификация гидратации силикатной составляющей цемента. В целом начальная гидратация цемента замедляется, ослабляя интенсивность синтеза прочности, однако со временем развитию гидратации за счет водоудерживающей добавки сопутствует процесс формирования полимерных цепей и упрочнение системы. При этом происходит положительное коль-матирующее воздействие полимеров на основание укладываемого тонкого слоя раствора.

Таким образом, физико-химическими основами новой технологии строительных растворов широкого назначения можно считать управляемое структурообразование минеральной наполненной матрицы на стадии формирования реологических свойств вязкопластичной системы и в процессе формирования технических показателей твердеющего материала за счет использования высокомолекулярных органических соединений.

НОМЕНКЛАТУРА И ПРОИЗВОДИТЕЛИ

Статистика свидетельствует: в 2001 году было продано 350 тыс. т сухих строительных смесей (около 90 млн. долларов в оптовых ценах). На 80% рынок представлен отечественными производителями. Наиболее весомые из них "Полирем", "Фомальгаут", "Хенкель-Баутехник", "Микс", "ТРСТ", "Артель", "Лидер", Харьковский завод сухих строительных смесей".

За последние годы номенклатура строительных растворов существенно пополнилась "комплектующими" материалами в виде эмульсий, грунтовок, герметизирующих составов, в отрыве от которых некоторые группы строительных растворов практически не применяются. Поэтому в табл.1 в обобщенном виде охарактеризованы материалы, составляющие основу растворных смесей, производимых предприятиями Украины в виде сухих продуктов, эмульсий и паст.

Таблица 1. Номенклатура продукции для строительных растворов

Условная группа

Назначение

Области применения

1

Материалы для укладки облицовочной плитки и системы скрепленной теплоизоляции
Устройство облицовок с использованием всех видов керамической плитки, мелко- и крупноразмерных плит из натурального камня приклеиванием на вертикальную поверхность; укладка плит из разных материалов на основания разного вида; приклеивание полистирольных, минераловатных, сетчатых материалов в системе теплоизоляции стены.

2

Материалы для расшивки швов при облицовке плиткой
Затирка швов при кладке плитки, плит из натурального камня на вертикальной и горизонтальной поверхностях для придания декоративности и монолитности отделке.

3 Материалы для устройства полов

Устройство полов, включая заделку неровностей, около основания, горизонтального нивелирования под покрытия разных видов, в том числе в качестве финишного слоя с заданными эксплуатационными характеристиками.

4 Материалы для герметизации и гидроизоляции

Устройство плавательных бассейнов, горизонтальной кровли; защита бетонной емкостей, резервуаров для воды; гидроизоляция швов и стыков строительных узлов.

5 Материалы для анкеровки (смеси монтажные)

Закрепление оборудования и металлических конструкций, соединение элементов.

6 Отделочные материалы

Шпаклевание поврежденных поверхностей снаружи и внутри зданий, выравнивание поверхности стен и потолков, заделка стыков, в том числе гипсокартонных плит. Нанесение отделочного слоя разной фактуры и цвета на внутренние и наружные стены (оштукатуривание).

7 Окрасочные материалы (сухие продукты)

Отделка интерьеров и фасадов с приданием заданного цвета покрытию.

8

Материалы для кладки кирпича и стеновых блоков
Возведение стеновых конструкций скрепление тонким слоем раствора мелкоштучных изделий в виде кирпича и блоков.

9 Эмульсии

Устройство высокоадгезионных растворных слоев при использовании штукатурных, клеевых, кладочных смесей.

10 Грунтовки

Укрепление поверхности оснований с целью улучшения свойств наносимых на него растворных смесей разнога функционального назначения (штукатурки, краски, наливные полы).

Как следует из этих данных, функции строительных растворов значительно расширились, однако, наиболее массово потребляемыми являются по-прежнему составы из группы отделочных, материалы для укладки облицовки и системы утепления.

В группе клеев произошла узкая специализация, что расширило их номенклатуру до 15...20 разновидностей с учетом вида керамической и кафельной плитки, ее пористости и размеров, характера плит из натурального камня, физико-механических свойств основания и температурных условий эксплуатации. Этот факт свидетельствует о повышении культуры отделочных работ. Следует заметить, что именно в этой группе показатели качества продуктов разных производителей максимально сближаются (табл.2), чего не отмечалось ранее.

Таблица 2. Свойства клеевых растворов различных производителей