Производство сухих строительных смесей является одним из приоритетных, молодых и динамично развивающихся отраслей строительной индустрии. Рынок готовых сухих растворных смесей с каждым годом увеличивается во всем мире. Возраст отечественного строительного рынка насчитывает чуть больше 15 лет и на начальном этапе основной объем потребляемых смесей был представлен зарубежными производителями. С начала 90-х годов наблюдается резкое увеличение объемов потребления и производства российских смесей и постепенной вытеснение импортной продукции. Применение сухих смесей заводского изготовления позволяет удовлетворить возросшие требования к качеству и экономичности строите л ьства[ 1 -4],.
В настоящее время в России активно проводятся научные исследования под руководством Баженова Ю. М., Комохова П. Г., Корнеева В. И., Коровякова В. Ф., Калашникова В. И., Коломацкого А. С., Демьяновой B.C., Большакова Э. Л., Гонтаря Ю. В. и др. по разработке и использованию в строительстве сухих растворных смесей на минеральных вяжущих. [4,22].
В зарубежной практике широкое применение сухие строительные смеси находят в штукатурных покрытиях. Ведущими западными производителями сухих смесей разработаны штукатурные составы, содержащие различные виды вяжущих, песок рационального гранулометрического состава и многофункциональные химические добавки.
Достаточно успешно в зарубежной практике для устройства оснований пола применяют сухие напольные смеси на основе различных видов (обжиговые, синтетические, природные) ангидритовых вяжущих и специального набора химических добавок. Например, в Германии для устройства саморазравнивающихся стяжек применяют сухую смесь на основе природного ангидрита, в который при помоле вводят активаторы твердения сульфаты калия и сульфаты цинка. При затворении сухой смеси водой в нее добавляют пластификаторы и после перемешивания в растворную смесь добавляют кварцевый песок строго фракционного состава. [40,41].
Смеси аналогичного назначения выпускаются в Польше, в состав которых входят минеральные вяжущие (ангидритовая мука из природного ангидрита, гипсового вяжущего дльфа-модификации и портландцемента), заполнители и модифицирующие добавки. Растворы на основе этих смесей после схватывания обладают хорошей прочностью и имеют незначительную усадку при высыхании.
Зарубежные исследования под руководством Х.-Б. Фишера, М. Мюллера посвящены изучению ангидритовых вяжущих, полученных различными способами. Одним из основных направлений этих исследований является оптимизация составов вяжущих на основе природного ангидрита. 41]. Однако вопросы, касающиеся применения вяжущих из природного ангидрита в сухих модифицированных смесях изучены недостаточно.
Вяжущие на основе природного ангидрита достаточно известны и находят применение в строительной практике, особенно зарубежной, благодаря низкой себестоимости сырья и невысоким затратам на переработку. Это обусловлено тем, что в данном случае не требуется высокотемпературный обжиг сырьевого материала, и удельные расходы топлива и энергии в несколько раз меньше по сравнению с производством цемента. Материалы на основе ангидритового вяжущего отличаются достаточно высокой прочностью, характеризуются хорошими теплои звукоизоляционными свойствами, могут использоваться в качестве декоративных элементов для архитектурных решений внутренней отделки помещений. Также ангидрит не имеет запаха, не содержит и не выделяет вредных для здоровья субстанций, не является аллергеном. Изделия на основе гипсового и ангидритового вяжущего содержат до 20% кристаллизационной воды, которую можно рассматривать как «встроенный источник» для замедления горения (или тушения огня) при пожаре. Особенно следует отметить, что использование таких материалов для внутренней отделки обеспечивает благоприятный климат помещений за счет способности материала «дышать» — легко поглощать влагу и отдавать ее при вентилировании помещения. Кроме того, применение сухих смесей на основе ангидритовых вяжущих для отделки обеспечивает снижение энергозатрат по сравнению с цементными растворами. Также очень важной особенностью изделий на основе ангидрита является его незначительные усадочные деформации по сравнению с усадкой при твердении и высыхании растворов на цементном вяжущем. Поэтому ангидрит может быть применен в качестве базового вяжущего для сухих строительных смесей различного назначения, в том числе для стяжек при устройстве наливных полов.
Еще один отличительный аспект применения ангидритового вяжущего заключается в следующем: если для строительного гипса в процессе гидратации характерен быстрый и полный. переход полуводного гипса в двуводный, то преобразование ангидрита в двуводный гипс зачастую не доходит до конца, а сама реакция протекает медленно и поддаётся регулированию. Для ускорения реакции гидратации и доведения начала срока схватывания не ранее 30 мин, конца — не позднее 24 часов, на практике применяют добавки-активизаторы: сульфаты щелочных металлов или гидраты окиси кальция или натрия. Высокие прочностные характеристики ангидритовых вяжущих, по сравнению с гипсовыми вяжущими, являются одним из ключевых факторов их применения в напольных сухих смесях. Таким образом, использование ангидритовых вяжущих в ряде отделочных составов зачастую является предпочтительным по сравнению с наиболее распространенным строительным гипсом.
Известно два способа ускорения реакции гидратации и активации твердения ангидритового вяжущего, получаемого из природного ангидритового камня или обожженного при температуре 500−550 или 700−800 °С двуводного сульфата кальция: повышением тонкости помола ангидрита и введением ускорителя твердения (активатора). Активация твердения с помощью химических реагентов более распространена и имеет перспективу дальнейшего развития.
Актуальность использования ангидритовых вяжущих в строительстве в качестве альтернативы цементу, гипсу и извести, сохраняется до настоящего времени.
В связи с этим, необходимо разработать комплексный подход к проектированию сухих растворных смесей на основе ангидритового вяжущего, который охватил бы планомерную разработку составов на всех стадиях: от выбора сырьевых компонентов до подтверждения необходимых качественных показателей ангидритовых растворов.
Производство и применение сухих растворных смесей.
В течение многих тысяч лет минеральные строительные растворные смеси применялись в архитектуре и непосредственно в строительстве зданий и сооружений. Известковые штукатурные растворы известны более 8000 лет, а гипсовые растворы использовались жителями Вавилона около 6000 лет назад. Строительные растворные смеси на основе пуццоланы (измельченный вулканический пепел) гидравлического схватывания, по всей видимости, были известны более 3000 лет назад и использовались древними финикийцами, греками, римлянами. В античные времена и средние века для улучшения технических характеристик производимых строительных растворов использовались добавки и присадки, такие как мыло разных видов, смолы, белки и зола, они перемешивались на строительной площадке с минеральными вяжущими веществами и заполнителями [5−24].
Огромный вклад в развитие ранних сухих смесей внесли мастера стенописи. Стремление создавать произведения долговечными побуждало анализировать причины разрушения росписей, искать пути предохранения их от преждевременной гибели.
Многовековой практический опыт говорит о том, что одним из основных условий долголетия произведений стенописи является доброкачественность штукатурного основания и грунта, на котором они написаны, а также добротность кладки стены, на который этот грунт положен, качество ее материалов. Мастера прошлых эпох старались придать грунтам (текториуму, штукатуркам и левкасу) наибольшую прочность и долговечность, используя специально разработанные методики и рецептуры компонентов [6,7,9,10].
Первый патент на изготовление и применение сухих смесей был опубликован в 1893 году. Несмотря на это, в Европе до 1950;х годов строительные растворные смеси приготавливались исключительно на строительных площадках.
В течение 1950;х и 1960;х годов в США и Западной Европе, особенно в Германии, в строительной индустрии наблюдается быстро растущий спрос на современные строительные материалы и технологии. Это происходило по ряду причин: нехватка квалифицированной рабочей силынеобходимость сокращения времени строительства наряду с сокращением расходов, увеличение затрат на рабочую силу, диверсификация строительных материалов, подходящих для особых случаев применения, появление новых строительных материалов, повышение спроса на здания и сооружения более высокого качества.
2. Сухие строительные смеси для отделочных работ Технология приготовления растворных смесей на строительной площадке неспособна должным образом соответствовать быстрорастущим требованиям качества конечного продукта. Как следствие, в странах западного мира, начиная с 1960;х годов, в отрасли строительных растворов наблюдаются следующие тенденции, которые в настоящее время можно проследить по всему миру. Это вытеснение традиционно приготовляемых строительных растворов расфасованными сухими строительными смесямимеханизация применения строительных растворных смесей, включая системы транспортировки, механизированное затворение сухой смеси водой, а также машинной укладки жидких строительных растворов, модификация растворных смесей с использованием полимерных вяжущих веществ редисперсионных полимерных порошков) и специальных добавок (например, эфиров целлюлозы) [11,13,14,15].
Отечественная отрасль сухих строительных смесей находится на начальном этапе своего развития: практически отсутствует нормативная база, недавно стали появляться высококачественные смеси, способные конкурировать с зарубежными аналогами, наблюдается значительное отставание в номенклатуре производимых продуктов строительной химии и т. д. Анализ литературных источников свидетельствует о том, что отрасль сухих смесей как самостоятельная до недавнего времени в России отсутствовала, а разработки велись в смежных областях, таких как разработка наполненных вяжущих, их механическая активация, исследования гранулометрических составов заполнителей для бетонов, разрабатывались способы приготовления смесей и их составы. [9−42],.
Целесообразность использования сухих смесей, как материала полной заводской готовности, подтверждена зарубежной и отечественной практикой строительства. Для производства строительных и отделочных работ, санирования и ремонта зданий сухие строительные смеси находят все большее применение. Для потребителей привлекательность сухих смесей заключается в том, что смеси являются практически готовыми к употреблению, обладают стабильностью составов, продаются удобно расфасованными и длительное время сохраняют свои свойства. Применение сухих смесей заводского изготовления для строительных и ремонтных работ значительно повышает их качество, а также культуру производства, переводя строительный процесс на уровень мировых стандартов.
Структура российского рынка сухих смесей характеризуется сдвигом максимума продаж в области самых дешевых продуктов, что можно объяснить болезнью роста: знакомство строителей с новыми продуктами и технологиями начинается с более дешевых их разновидностей. В дальнейшем происходит замещение менее качественных на более качественную продукцию. Смеси российского производства ориентированны преимущественно на покупателей в секторе низшей ценовой категории, в то время как спрос на высококачественную продукцию удовлетворяется главным образом за счет импорта[41.42,43].
Растущая потребность в сухих строительных смесях обуславливает стремление российских производителей выпускать продукцию, по качеству не уступающую импортным аналогам, но более доступную по цене, и диктует повышение требований к качеству всех компонентов сухих смесей: вяжущих, заполнителей, наполнителей, добавок. В целом, наличие в России мощной индустрии по производству вяжущих материалов в сочетании с богатейшими природными запасами минерального сырья, являются основой для развития отечественного производства сухих строительных смесей.
Рынок сухих смесей постоянно развивается, предоставляя вниманию потребителей все новые виды продукции. Но потенциал его раскрыт не полностью, особенно это касается сухих штукатурных смесей и сухих смесей для наливных полов.
Классификация сухих модифицированных растворных смесей.
Сухие растворные смеси представляют собой порошкообразные или мелкозернистые композиции, в состав которых входят минеральные или органические вяжущие, наполнители, заполнители определенного фракционного состава с оптимальной гранулометрией, а также различные химические добавки.
В настоящее время существует следующая классификация сухих модифицированных строительных смесей (ГОСТ 31 189−2003).
По виду вяжущего сухие строительные смеси подразделяются на:
• Портландцементные,.
• Гипсовые,.
• Известковые,.
• Полимерные,.
• Сложные.
По дисперсности наполнителя сухие смеси подразделяются на:
• Крупнодисперсные — с крупностью наполнителей не более 2,5 мм,.
• Тонкодисперсные (мелкозернистые) — с крупностью наполнителя не более 0,315 мм.
Следует отметить, что в этом перечне полностью отсутствуют сухие строительные смеси на ангидритовых вяжущих, которые в настоящее время находят достаточно широкое использование за рубежом. Прочность, плотность и долговечность — важнейшие показатели затвердевшего цементного камня. Известно, что количество воды для затворения раствора всегда больше, чем требуется для гидратации цемента. Для полной гидратации цемента, когда химически связанная вода и вода, находящаяся в гелеобразном состоянии составляет около 38% от массы цемента, В/Ц в этом случае соответствует 0,38. Однако в традиционных технологиях приготовления растворов В/Ц обычно превышает данное значение. При этом решающее значение приобретает объем пор, возникающих при гидратации цемента. Если величина В/Ц заметно превышает 0,38, то начинается образование сообщающихся капиллярных пор, повышается водопроницаемость цементного камня, понижается его прочность и морозостойкость. Чтобы улучшить эти характеристики затвердевшего цементного камня следует использовать различные виды химических добавок.
При выборе модифицирующих добавок учитывают весь комплекс требований, предъявляемых к данному виду смеси. Содержание добавки модификатора устанавливают экспериментальным путем (сначала определяют реологические показатели растворных смесей при разных соотношениях сухая смесь — модификатор), затем определяют влияние добавок на механические показатели затвердевших растворов. По результатам лабораторных исследований состав ССС корректируют, делают пробный замес и вновь определяют реологические и физико-механические показатели. В случае полного удовлетворения всем необходимым требованиям для данного вида ССС, устанавливают окончательный состав и водотвердое отношение.
Кроме этого необходимо обращать внимание на влияние модифицирующих добавок на процессы гидратации вяжущих веществ. Так, установлено, что небольшие количества Тилозы (0,05%) приводят к торможению гидратации и гидролизу C2S и C3S. При повышенном содержании Тилозы (0,6%) частицы ее полимеризируются, создавая сплошную пленку, тем самым, освобождая активные центры зерен клинкера, и способствуют некоторому повышению скорости гидратации цемента.
По данным Коломацкого А. С. и др. использование в цементных сухих смесях в качестве водоудерживающей добавки сложных эфиров целлюлозы (кульминал, тилоза, валоцель) оказывает замедляющий эффект на гидратацию C3S и СзА. Основное кристаллическое новообразование в продуктах гидратации C3S представленное портландитом, фиксируется через 3−7 суток с начала гидратации. Только к 28 суткам твердения степень гидратации C3S без добавки и с добавкой становится сопоставимой. Введенный в сухие смеси эфир крахмала (амилотекс) даже в очень малых количествах оказал самый сильный замедляющий эффект на гидратацию C3S. Так применение амилотекса в количестве 0,01% по массе привело к образованию портландита в твердеющей системе лишь спустя 7−14 суток с начала гидратации. Добавка редисперсионных полимерных порошков (мовилит, виннапас) практически не влияет на кинетику гидратации C3S и характер образования портландита и даже в определенной степени способствует интенсификации формирования структуры гидратных новообразований. Сходные результаты получены Естемесовым З. А. и др. при использовании в сухих клеевых смесях дисперсионного полимерного порошка хидрокола — С. Усадка такой композиции находится в пределах требований строительных норм.
Следует отметить, что в сухих гипсовых смесях наряду с модифицирующими добавками применяют замедлители схватывания. Эти замедлители, как правило, оказывают не только замедляющий эффект на гидратацию гипсовых вяжущих, т. е. удлиняют сроки схватывания гипсовых растворов от нескольких часов до суток, но в некоторой степени понижают прочностные показатели затвердевших гипсовых растворов.
Вышеприведенные данные позволяют сделать вывод о том, что минимальная длительность выдержки цементных и гипсовых образцов перед испытаниями на прочность должна составлять 7−14 суток. С целью более точного определения прочностных характеристик затвердевших растворов из модифицированных сухих смесей, а также морозостойкость, длительность выдержки образцов должна быть увеличена до 28 суток.
Имеются данные, что модифицированные крахмалы и эфиры целлюлозы в количестве 0,7−7% стабильно и существенно замедляют эффект гидратации C3S и СзА и лишь в последующие 28 суток идет образование.
СзАНб. Однако следует заметить, что добавки типа Тилозы хотя и затормаживают процессы гидратации цемента в ранние сроки твердения, но вместе с тем, обладая высокой водоудерживающей способностью, обеспечивают достаточно высокую полноту гидратации минеральных t вяжущих, особенно в тонких слоях раствора.
К основным видам химических добавок, используемым для модификации сухих растворных смесей на основе ангидритовых вяжущих, относятся следующие:
1. Пластифицирующие.
Понижение водозатворения смесей, улучшение стабильности приготовленной смеси, повышение прочности затвердевшего раствора. Примеры добавок: Суперпластификаторы С-3, Melment, Melflux, Peramin-SMF и др.
2. Водоудерживающие добавки.
Уменьшают впитывание воды основанием, на которое нанесен раствор, и за счет этого улучшаются влажностные условия для более полной гидратации вяжущего. Этот эффект достигается введением в состав сухих смесей различных видов эфиров целлюлозы (метилцеллюлоза, метилгидроксиэтилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и др.)Например, добавки: Rutacel 25 000, Bermocol-Е, Culminal, Tylose, Mecellose и др.
3. Полимерные добавки.
При затворении сухой смеси водой полимерный порошок диспергируется в воде и по мере ее испарения подвижные полимерные частицы образуют на твердых частицах пленки, обладающие высокой прочностью. Улучшается сцепление раствора с основанием, повышается его собственная прочность. Добавки вводятся в сухие смеси в количестве 0,5−5% массы твердых компонентов. Например, редиспергируемые полимерные порошки: Neolit 4000, Rhoximat-PA, RhoximatPVA, Acronal, Mowilith. Pulver и др.
4. Загущающие добавки.
Предназначены для придания свежеприготовленным растворам однородности, подвижности и хорошей обрабатываемости. Например, добавки Esamid NA, Tylovis, Natrosol 250 HBR, Opagel GPX и др.
5. Воздухововлекающие добавки.
Порообразующие добавки представляют собой поверхностно-активные вещества, понижающие поверхностное натяжение на границе раствор-воздух. Например, добавки: Esapon 1850, Hostapur OSB, Silipon RN, Bermocol-AEA и др.
6. Пеногасители.
Снижают пенообразование, создают ровные поверхности без шероховатостей. Например, добавки Defomex АР 122 или Agitan 803 и др.
Растворы на основе модифицированных сухих строительных смесей имеют ряд положительных свойств по сравнению с готовыми товарными растворами:
— Стабильный состав, обусловлен тщательной подготовкой и точным дозированием компонентов и обеспечивает длительное хранение до применения без изменения свойств,.
— Возможность транспортирования и хранения при отрицательных температурах,.
— Более высокая однородность готовых к употреблению смесей, так как приготовление осуществляется непосредственно перед применением.
— Более высокая нерасслаиваемость и водоудерживающая способность.
— Лучшее сцепление с основаниями и более высокая прочность наносимых слоев.
— Возможность расходования сухих смесей малыми порциями по потребности, что исключает их невосполнимые потери.
— Снижение материалоемкости за счет возможности нанесения более тонкими слоями.
— Повышенная производительность труда, как за счет меньшей трудоемкости их применения, так и за счет получения более высококачественных поверхностей, не требующих трудоемких операций по их подготовке к завершающим отделочным работам.
В настоящее время сухие строительные смеси отличаются большим многообразием и номенклатурой выпускаемой продукции, которая постоянно расширяется. Так, только штукатурных смесей на основе цемента существует множество разновидностей в зависимости от их назначения: для наружных и внутренних работ (универсальная) — теплоизоляционная, для работ на влажных и засоленных поверхностяхна поверхностях, подверженных образованию грибкаремонтная для заполнения крупных трещин и пустотгрунтовочная морозостойкаяфуговочнаясанационнаявлагоудаляющаядля систем скрепленной теплоизоляции. Новой тенденцией при выполнении штукатурки является применение высококачественных тонкослойных штукатурок, позволяющих после затирки гладкой нержавеющей теркой получить не только желаемый цвет, но и заданную фактуру.
За прошедшее десятилетие в производстве и применении сухих строительных смесей произошли радикальные перемены.
В настоящее время объёмы использования гипсовых растворных смесей заметно увеличиваются, вследствие внедрения в отечественную практику технологии ведения штукатурных работ механизированным способом. В этом направлении активную работу ведут наряду с зарубежными фирмами и отечественные производители сухих строительных смесей.
Для дальнейшего наращивания объёмов применения в строительной практике сухих гипсовых смесей значительный практический интерес представляет расширение номенклатуры таких смесей за счет использования в их составах ангидрита и получения смешанных вяжущих с изменяющимся фазовым составом.
Ввиду большого многообразия сухих строительных смесей технические требования к ним должны предъявляться в зависимости от назначения и области их применения. В настоящее время для оценки качественных показателей строительных растворов существует только один ГОСТ 28 013–98 «Растворы строительные. Общие технические условия». Основными показателями качества растворной смеси согласно этого стандарта являются: подвижность, водоудерживающая способность, расслаиваемость, прочность при сжатии, средняя плотность и морозостойкость.
Однако анализ области применения сухих строительных смесей свидетельствует о том, что растворы на их основе должны иметь отличия в свойствах по сравнению с традиционными растворами и композициями, применяющимися для изготовления искусственных каменных материалов. Многие виды модифицированных сухих смесей (кладочные, монтажные, ремонтные, клеевые), в том числе и все разновидности сухих штукатурных смесей, являются в первую очередь адгезивами и должны иметь высокую прочность сцепления с основанием. Прочность же на сжатие наоборот, должна ограничиваться, так как модуль упругости минеральных отделочных материалов должен быть ниже, чем у покрываемых ими слоев или основы. Однако оценка таких показателей полностью отсутствует в ГОСТ 28 013.
В различных источниках авторами предлагается достаточно широкий перечень показателей для оценки качества растворных смесей, при этом не всегда в полной мере учитывается их назначение и условия эксплуатации.
Так В. В. Козлов предлагает, кроме перечисленных свойств растворов, оценивать такие свойства как прочность на отрыв в склеенной системе, налипание клея, время корректировки и сползание плитки [66]. Однако эти свойства применимы в большей степени к оценке качества плиточных клеев.
М.И. Хигеровичем и В. Е. Байером предложено оценивать удобоукладываемость растворных смесей по коэффициенту удобоукладываемости Ку, который учитывает способность растворной смеси сохранять придаваемую ему форму при укладке, а также трудозатраты рабочего. 76].
Н.М Дубошиной предложено оценивать липкость растворных смесей, которая характеризуется удельной силой прилипания поверхности металлической пластины к растворной смеси [72].
Кроме этого, специальные штукатурные смеси для выполнения определенного вида работ, должны обладать рядом специфических свойств. Так ремонтные штукатурки, предназначенные для заполнения крупных пустот, глубоких трещин, восстановления участков отслоившейся штукатурки, выравнивания швов между панелями и перекрытиями, должны характеризоваться отсутствием усадки, обладать повышенной прочностью на изгиб, для чего в их состав могут вводиться армирующие микроволокна, а также использоваться минеральные вяжущие с незначительной величиной усадочных деформаций.
Структурные штукатурки для отделки поверхностей, подвергающихся высоким нагрузкам, дверных проемов, лестниц, должны обладать высокой износостойкостью, стойкостью к ударным нагрузкам.
Таким образом, материалы для штукатурных работ должны удовлетворять самым высоким требованиям и выполнять следующие задачи:
Создавать визуальную привлекательность отделки фасада или внутренних стен, защищать элементы стен находящиеся под штукатуркой от влаги и атмосферных воздействий, длительно сохранять эти свойства.
Для того чтобы длительно сохранять высокий уровень качества, минеральные штукатурки должны в отвердевшем состоянии удовлетворять следующим требованиям.
Хорошая адгезия к основанию, способность к самовысыханию после увлажнения (высокий коэффициент паропроницаемости), незначительные усадочные деформации, повышенная трещиностойкость и долговечность.
Несколько иные требования предъявляются к растворным смесям, предназначенным для устройства наливных полов, в этом случае в первую очередь требуется хорошая растекаемость растворов, но при этом должны сохраняться высокие прочностные показатели затвердевшего камня.
Смеси для устройства пола должны отвечать целому набору весьма жестких требований, предъявляемых к материалам для устройства этой важной части внутренних помещений здания. Полы в современном строительстве представляют собой горизонтальную многослойную конструкцию, каждый слой которой имеет своё функциональное назначение. Покрытие пола, выполненное из некачественных материалов, — причина частых и дорогостоящих ремонтов. Таким образом, при подборе сухих смесей для наливных полов очень важно произвести оценку конструкции пола и требований к покрытиювыполнить работы качественно и из материалов, обеспечивающих требуемую прочность в установленные сроки твердения, эксплуатационную надежность и долговечность, низкую истираемость и устойчивость к скольжению.
Необходимо отметить, что в настоящее время выпускаются сухие смеси для устройства стяжки пола и смеси для выравнивания и нивелирования пола под последующее покрытие.
Сухие смеси для устройства стяжки представляют собой высокоадгезионный материал на основе портландцемента (или комплексного вяжущего), песка различной крупности и химических добавок, что позволяет значительно увеличить пластичность раствора при одновременном снижении содержания воды. Саморастекающиеся и быстротвердеющие сухие смеси для выравнивания и нивелирования поверхности пола могут быть изготовлены как на основе цементного, так и ангидритового вяжущих. Они представляют собой составы для подготовки гладких горизонтальных оснований под последующее покрытие типа линолеума, керамической или пластиковой плитки (листов), а также паркета.
Для самонивелирующихся полов в составах сухих смесей используют в качестве химических добавок совместно эфиры целлюлозы и редиспергируемые полимерные порошки. Последние производятся из синтетических дисперсий методом распылительной сушки. Важными характеристиками в этом случае служат минимальная температура пленкообразования (МТП), размер частиц смолы, щелочестойкость, наличие или отсутствие пластификаторов. Дозировка дисперсионных порошков в сухих смесях составляет от 1% по массе и выше в зависимости от требований к конечным свойствам материала и экономической целесообразности.
При затворении сухой смеси водой редиспергируемый порошок превращается в клеевую полимерную дисперсию, которая при твердении раствора создает «резиновые мостики» в его порах и на границе с основанием. Они имеют прочность при разрыве не менее 5 МПа и эластично армируют цементный камень. С помощью дисперсионных порошков сухим смесям придают некоторые специальные свойства, а именно разжижающие и гидрофобизирующие.
В качестве вяжущих материалов в таких смесях используют портландцемент, алюминаткальциевые цементы и сульфаты кальция. Эти вяжущие могут применяться по отдельности или в комбинации друг с другом.
Комплексное вяжущее наиболее часто используемое в сухих смесях представляет собой либо смесь портландцемента и алюминаткальциевых цементов, либо смесь алюминаткальциевых цементов и сульфата кальция (иногда добавляются известь содержащие материалы).
На ряду с этим в сухих смесях обычно используются аи полугидраты сульфата кальция, ангидрит типа II и природный гипс. В данном случае особое значение имеет растворимость сульфатов кальция в воде, которая-зависит от природы продукта, способа производства, способа и степени измельчения, а также от температуры и рН-среды суспензии (область растворимости основных сульфатов кальция лежит в пределах значений рН= 4−11).
В тех системах сухих смесей, где к алюминатному цементу добавлено относительно большое количество сульфата кальция, в силу своей высокой и быстрой растворимости полугидрат оказывает наиболее выраженное влияние на время схватывания и текучесть смеси. Такие составы (системы на основе эттрингита) очень широко используются для самовыравнивающихся композиций, где необходимы быстрое высыхание, интенсивное нарастание прочности и компенсация усадки.
Высокая ранняя прочность, достигаемая в такой системе, сопровождается относительно высокой начальной усадкой. С течением времени по мере упрочнения и высыхания смеси усадка непрерывно растет. Следует отметить, что высокая начальная усадка после первых 6−8 часов должна рассматриваться как химическая усадка. Собственно усадка при высыхании равняется только 400−500 мкм, что сравнимо с обычным материалом на основе портландцемента. Для компенсации естественной усадки гидравлически твердеющей смеси необходимо увеличить содержание алюминатов и сульфатов и создать вяжущую систему, в которой образуется эттрингит. Он образуется на ранних стадиях твердения и его не следует отождествлять со вторичным эттрингитом, образующимся в некоторых бетонных структурах гораздо позднее. Именно такой тип вяжущей системы чаще всего применяется для самовыравнивающихся композиций [42−46].
Таким образом, анализ показывает, что в существующих отечественных нормативных документах не учтены все необходимые характеристики штукатурных и напольных смесей и растворов на их основе, что требует дополнительного изучения.
Влияние гранулометрического состава на свойства сухих смесей. В качестве заполнителей и наполнителей в строительных растворных смесях используют минеральные природные или искусственно полученные зернистые материалы определенного гранулометрического состава. В зависимости от крупности частиц заполнители подразделяются на крупные и мелкие. Для растворных смесей в качестве минерального заполнителя наиболее широкое распространение получил кварцевый песок. Песок характеризуется предельной крупностью зерен до 5 мм, он может иметь как природное происхождение, так и изготавливаться искусственно путем дробления горных пород или некоторых промышленных отходов, например, шлаков и т. п. Заполнители относят к плотным при плотности зерен более 2000 кг/мЗ и к пористым при меньших значениях плотности.
Основными характеристиками заполнителей, определяющими их влияние на технологические и строительно-технические свойства растворных смесей и растворов является зерновой состав, предельный размер частиц, форма и характер поверхности зерен, межзерновая пустотность и водопотребность. Важное значение имеют также минералогический состав, наличие пылевидных и глинистых частиц, содержание глины в комках и присутствия различных примесей.
Следует отметить, что подвижность строительных растворных смесей связана не только с особенностями гранулометрического состава заполнителя, формой частиц и шероховатостью их поверхности, но и с природой частиц. Кварцевые пески образуют растворные смеси, которые ведут себя совершенно отлично от растворных смесей на известняковых песках. Это обусловлено различием зарядов поверхности частиц. Кварц является веществом, имеющим сильноотрицательный поверхностный заряд, поверхность силикатных материалов заряжена слабоотрицательно, карбонат кальция имеет слабый положительный заряд, а гидроксид кальция высокий положительный. Частички с разными зарядами поверхности в растворных смесях притягиваются друг к другу, что улучшает внутреннюю связность системы и в то же время обеспечивает определенную пластификацию растворных смесей [48,49,50]. Особенности пластического поведения растворных смесей могут быть выявлены с помощью пластометрии, что дает дополнительные сведения, позволяющие оптимизировать компонентный состав строительных растворных смесей.
Таким образом, необходимо более детальное изучение вопросов оценки качества мелкого заполнителя для сухих строительных смесей, так как в современных нормативных документах отсутствуют какие-либо рекомендации по выбору гранулометрического состава песка в зависимости от назначения строительного раствора.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
1. Модифицированные сухие строительные смеси имеют существенные преимущества по сравнению с товарными строительными растворами. Применение ангидритовых вяжущих является перспективным направлением улучшения качества сухих растворных смесей и расширения их номенклатуры особенно при использовании в составах штукатурных и напольных смесей.
2. Изучена возможность эффективного использования в составах сухих смесей ангидритовых вяжущих, полученных путем помола природного гипсоангидритового камня. Определена оптимальная степень помола ангидритовых вяжущих, эффективные добавки активаторы твердения и минеральные заполнители.
3. Проведен анализ существующих модифицирующих химических добавок импортного и отечественного производства для использования в составах сухих ангидритовых смесей строительного назначения, а также методов определения их эффективности.
4. Разработаны составы ангидритовых и смешанных гипсоангидритовых вяжущих для штукатурных растворов на основе сухих смесей, что позволило значительно удлинить сроки их обрабатываемости в сравнении с гипсовыми штукатурными растворами.
5. Определено влияние различных видов заполнителей (наполнителей) на свойства таких штукатурных растворов. Установлено, что предпочтение следует отдавать заполнителям на основе карбонатных пород, а также легким заполнителям в виде вспученных перлитовых песков. Применение таких заполнителей позволяет получать ангидритовые и гипсоангидритовые растворы пониженной плотности 800−1000 кг/м3 с достаточно высокими физико-механическими показателями.
6. Произведен подбор химических добавок наиболее эффективно влияющих на технологические и технические свойства ангидритовых и гипсоангидритовых штукатурных растворов. Разработаны составы сухих штукатурных смесей с улучшенными характеристиками, пригодных для нанесения как ручным, так и механизированным способами.
7. Установлено, что для получения ангидритового вяжущего из природного камня с повышенными прочностными показателями следует использовать активаторы твердения смешанного типа (цемент ПЦ400 ДО + К2 SO4 + FeS04). На основе вяжущих с активаторами твердения смешанного типа разработаны напольные растворные смеси с прочностными показателями при сжатии 20−30 МПа.
8. Использование минеральных заполнителей с оптимальной гранулометрией и органоминеральных добавок типа МБ позволило разработать высоконаполненные составы ангидритовых растворных смесей для устройства стяжек на основе сухих смесей с высокими технологическими и техническими показателями.
9. Разработаны составы сухих напольных смесей для самовыравнивающихся растворов на основе ангидритовых вяжущих с активаторами смешанного типа. Применение в составах таких смесей редисперсионных порошков на основе сополимеров винилацетата не приводит к повышению физико-механических характеристик затвердевших растворов.
Установлено, что использование таких добавок значительно удлиняет сроки схватывания и твердения ангидритового вяжущего и увеличивает деформации усадки при твердении и высыхании растворов.
10. Для отработки технологии и проверки качества разработанных штукатурных и напольных смесей выпущены опытно-промышленные партии сухих смесей на Волгоградском гипсовом заводе ООО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГИПС». Качество изготовленных сухих штукатурных и напольных смесей проверено в лабораторных и построечных условиях, что позволило подтвердить их соответствие требованиям современных нормативных документов.
11. Разработана технологическая схема производства сухих модифицированных смесей на ангидритовых вяжущих для выпуска штукатурных и напольных смесей. Произведен подбор основного технологического оборудования для производства сухих ангидритовых смесей.
12. Произведен расчет технико-экономической эффективности от использования штукатурных и напольных смесей на смешенных и ангидритовых вяжущих в строительной практике. Полученные данные показали, что разработанные составы сухих модифицированных смесей с использованием ангидритовых вяжущих позволяют не только понизить себестоимость растворных смесей, но и способствуют повышению производительности труда.
