21 апреля 2018г.
Аннотация
Применение модифицирующих добавок в составах сухих строительных смесей позволяет изменять в широких пределах технологические свойства растворных смесей и эксплуатационные свойства растворов, открывает возможность широкого применения тонкослойных покрытий и технологий машинного нанесения. Номенклатура таких добавок на сегодняшний день очень велика. В данной статье рассматриваются основные виды модифицирующих добавок и их влияние на свойства сухих строительных смесей.
Применение модифицирующих добавок в составах строительных растворов и бетонов имеет свою достаточно давнюю историю. Использование в качестве добавок в известковые бетоны и кладочные растворы растительного масла, крови животных, белка, куриных яиц, молочных продуктов, отваров древесной коры и т.п. позволило сохранить до настоящего времени храмы древних российских городов Владимира и Суздаля, мечети Бухары и Самарканда, знаменитый Карлов мост г. Праги и др. Однако с появлением гидравлических вяжущих модифицирующие добавки, применявшиеся мастерами в старину, отошли на второй план и были незаслуженно забыты. И только с начала тридцатых годов XX века использование модифицирующих добавок в бетонах и растворах вновь входит в практику строителей, но уже на новом научно-техническом уровне [5 –8].
На данный момент производство сухих смесей немыслимо без использования модифицирующих добавок. Несмотря на то, что основные процессы формирования свойств строительных растворов определяются взаимодействиями в системе «минеральное вяжущее – заполнитель - вода», введение в такую систему неорганических и органических модифицирующих добавок позволяет изменять практически все характеристики материала и получать растворы, предназначенные для применения в различных, включая экстремальные, условиях [5, 6, 8].
К настоящему времени во многих промышленно развитых странах доля используемых в строительстве бетонов и растворов, приготовленных на основе модифицирующих добавок, достигла 90 – 95%, из чего следует, что в современном строительстве пользуется большой актуальностью как ввод уже существующих добавок для улучшения свойств изделия, так и разработка новых, более прогрессивных видов [5, 8].
На практике (даже при тщательном подборе состава и соотношения вяжущего, заполнителей и наполнителей) не удается получить весь комплекс заданных характеристик сухой смеси, из-за чего использование функциональных добавок разного назначения становится неизбежным. В результате нормы их применения стали своего рода традиционными научно-техническими направлениями в строительном материаловедении и регламентируются межгосударственными стандартами ГОСТ 24211-2003 и ГОСТ 30459-2003. Однако накопленный опыт применения добавок в технологии бетона для сухих строительных смесей может быть использован ограниченно. Это связано с определенными специфическими требованиями к добавкам для сухих строительных смесей [2]:
· добавка должна быть сухой и негигроскопичной;
· добавка должна хорошо распределяться в смеси при сухом смешивании компонентов и быть к ним химически устойчивой;
· добавка должна быть быстрорастворимой или быстродиспергируемой: при затворении сухой смеси водой время растворения (диспергирования) добавки не должно превышать для разных составов 2–10 мин (20 °С);
· добавка должна отвечать требованиям нетоксичности, пожаро-, взрыво - и химической опасности. Несмотря на то, что оставалось возможным иногда использовать традиционные добавки для бетонов,
в большинстве случаев потребовалась разработка специальных функциональных добавок для сухих строительных смесей, отвечающих вышеперечисленным требованиям. Такие разработки являются приоритетным направлением работы для многих зарубежных и отечественных фирм. Добавки для сухих строительных смесей условно могут быть разделены на следующие группы: водоредуцирующие, водоудерживающие, загущающие, редиспергируемые полимерные порошки (РПП), воздухововлекающие, пеногасители, ускорители схватывания, ускорители твердения, замедлители схватывания, гидрофобизаторы, противоусадочные, противоморозные и препятствующие биохимической коррозии [5]. Из многочисленных добавок разного назначения целесообразно выделить три группы, которые используются в подавляющем большинстве сухих строительных смесей: водорастворимые модифицированные эфиры целлюлозы, редиспергируемые полимерные порошки (РПП) и суперпластификаторы.
Впервые водорастворимые эфиры целлюлозы были получены в Германии, в XX веке. Исследования показали, что полимеры обладают великолепной водоудерживающей способностью. Каждая молекула полимера может удерживать до 20 тыс. молекул воды. Фактически вода в растворе заменяется гомогенным желеобразным раствором метилцеллюлозы, в котором взвешены частички вяжущего и заполнителя, в результате чего, чем выше водоудерживающая способность такой системы, тем более полно происходит реакция вяжущего с водой, что позволяет раствору набирать необходимую прочность даже при тонкослойном нанесении. После окончания процесса гидратации и твердения в растворе метилцеллюлоза в виде тончайшей пленки остается в порах образовавшегося искусственного камня и никак не влияет на прочностные и механические характеристики материала [1 - 4].
Таким образом, добавление незначительного количества водорастворимых эфиров целлюлозы к строительным смесям приводит к существенному увеличению марочной прочности, снижению расслоения растворной смеси, обеспечивает существенное повышение адгезии к основанию и улучшает износостойкость поверхности.
Такая характеристика материала как рекомендуемая толщина слоя тоже зависит от количества метилцеллюлозы. Для тонкослойных материалов необходимо большее количество эфиров целлюлозы для полной гидратации вяжущего. В свою очередь, недопустимо превышение максимального значения толщины слоя. В этом случае может проявиться «эффект карамели», когда поверхность отвердевает нормально, а внутри сохраняется не отвердевший раствор. По этой причине для подготовки неровных оснований (с перепадами более 10 мм) рекомендуется применение комплекса материалов, состоящих из сухой смеси для грубого выравнивания и тонкослойной выравнивающей смеси, обеспечивающей получение гладкого финишного слоя. Системный подход не только позволяет избежать перечисленных неприятностей, но и снизить уровень затрат на материалы [3, 4].
К следующей группе добавок относятся редиспергируемые порошки, которые, в отличие от водорастворимых производных целлюлозы, при затворении водой образуют не растворы, а двухфазные системы, состоящие из полимерных частиц (на основе сополимеров винилацетата и этилена, винилхлорида, стирол-акрилата и т.п.), диспергированных в воде. Такие добавки впервые были созданы компанией Wacker в середине ХХ века, а механизм их действия сильно отличался от действия водорастворимых эфиров целлюлозы [5, 6].
В качестве первых полимерных модификаторов цементных смесей использовались дисперсии винилацетата (клей ПВА), но из-за значительной усадки винилацетатной пленки затвердевший полимерно- цементный раствор растрескивался, поэтому от применения ПВА быстро отказались. По мере развития синтетических полимерных дисперсий на строительных площадках стали использовать двухкомпонентные системы, состоящие из сухой смеси и полимеров в жидком виде, смешивающихся непосредственно перед применением. Двухкомпонентные растворы применяются до сих пор, но водная дисперсия теряет свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время года ее транспортировка и приготовление рабочего раствора вызывают определенные затруднения [3].
Вода при затворении с диспергированным полимером в растворе расходуется на гидратацию вяжущего. После чего освобожденный полимер в порах цементного камня образует «эластичные мостики». Это добавляет раствору тиксотропность (способность загустевать в состоянии покоя и разжижаться при перемешивании) материала, а затвердевшему материалу увеличение сопротивления растяжению и изгибу возникающих при термических и механических нагрузках, водоотталкивание, морозостойкость и улучшает адгезию, в том числе к сложным основаниям. Редесперсионные порошки в клеевых составах позволяют компенсировать термические напряжения, возникающие между облицовочным материалом и основанием. В частности, это относится к фасадным системам, где суточные колебания температуры могут достигать 70—80 °С и «теплым» полам, температурные перепады которых также очень велики. Высокое содержание полимера в гидроизоляционных составах приводит к тому, что цемент уже не образует непрерывной кристаллической решетки, а отдельные фрагменты цементного камня связаны между собой только эластичными полимерными цепочками. Шпатлевочные смеси, изготовленные на основе редисперсионных порошков, в качестве вяжущего образуют тонкие полимерные суперфинишные идеально ровные поверхности. Для проведения строительно-отделочных работ в зимний период, используют растворы, в состав которых входят специальные полимеры с температурой пленкообразования на уровне -15 °С, тогда как стандартное значение характеристики около 0 °С [3, 5, 6].
Что касается суперпластификаторов, то первые сведения о них, как о высокоэффективных разжижителях бетонных и растворных смесей, появились в начале тридцатых годов, а в 1935 году был получен первый патент. Вторая мировая война отодвинула широкое применение данного вида модифицирующих добавок на конец пятидесятых годов. Причем странами, в которых был впервые начат выпуск данных добавок как товарных продуктов, были страны побежденной коалиции - Германия и Япония. В нашей стране применение данного вида добавок в промышленных масштабах было начато в конце семидесятых годов [3]. Основным их преимуществом является то, что при одинаковых значениях водоцементного отношения, они значительно повышают подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая прочностных показателей затвердевших смесей. Использование суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей в комбинации с другими модифицирующими добавками позволяет создавать высокопрочные самонивелирующиеся строительные растворы, предназначенные как для ручного, так и для механизированного нанесения.
В России в соответствии с ГОСТ 24211-91 суперпластификаторы относятся к пластифицирующим добавкам 1-ой группы, обеспечивающим увеличение подвижности бетонной смеси от П1 с обеспечением осадки конуса 2-4 см, до П5 без снижения прочности бетона во все сроки испытания. Пластификаторы бывают либо искусственно синтезированными, либо полученными в результате переработки сырья животного происхождения (казеин), однако в настоящее время применение казеина, в силу ряда причин, ограничено во многих европейских странах, и поэтому основное внимание уделено искусственно синтезированным суперпластификаторам.
В зависимости от химической основы различают следующие виды пластификаторов:
· на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
· на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
· на основе модифицированных лигносульфанатов;
· на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров [8].
Первые три вида известны с самого начала промышленного применения суперпластификаторов, поэтому их часто называют традиционными. Так как этот вид добавок относится к поверхностно активным веществам, то основным свойством является адсорбция молекул на поверхности частиц и формирование новообразований с параллельным построением тончайшего моно-или бимолекулярного слоя; при этом уменьшается межфазовая энергия сцепления и облегчается дезагрегация частиц. Вместе с тем освобождается вода, которая играет роль пластифицирующей смазки. Кроме того, адсорбированный слой сглаживает микрошероховатость частиц, уменьшая тем самым коэффициент трения между частицами. И, наконец, создается одноименный электрический заряд в результате адсорбции суперпластификатора на поверхности частиц твердой фазы, исключающий возможность их сцепления за счет электростатических сил и тем самым снижающий вязкость супензии.
В отличие от традиционных, действие пластификаторов четвертого вида ввиду особенностей структуры используемых полимеров в основном приводит к снижению трения компонентов суспензии строительного раствора. Такие добавки во многих зарубежных странах называют сверхсупер или гиперплатификаторами. Данный вид был разработан в девяностых годах и достаточно широко используется в европейских странах и Японии.
Таким образом, применение различных видов суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей при одинаковом водоцементном отношении способствует увеличению подвижности строительных растворов по сравнению с контрольным составом без данной добавки. Стоит также отметить тот факт, что нельзя однозначно определить преимущества применения того или иного вида пластификаторов, а эффект может изменяться в зависимости от минерального состава цемента, его удельной поверхности, характеристик наполнителей, заполнителей и других модифицирующих добавок, от совместимости с компонентами, входящими в состав конкретного продукта, от условий твердения. Не вызывает сомнения лишь то, что их применение в составах сухих строительных смесей позволяет улучшить строительно- технологические свойства выпускаемых составов, и что только с появлением современных видов стало возможным создание самоуплотняющихся и самонивелирующихся растворных смесей [8].
Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что применение модифицирующих добавок в составах сухих строительных смесей позволило изменять в широких пределах их технологические свойства, открыло возможность широкого применения тонкослойных покрытий и технологий машинного нанесения. Номенклатура таких добавок на сегодняшний день очень велика. Каждый вид обладает своими уникальными свойствами, определяющими влияние на сухую смесь либо конечное изделие.
Список литературы
1. Большаков Э.Л. Терминологическая и понятийная база по сухим строительным смесям: [электронный ресурс] http://alitmix.ru.
2. Евстигнеева Ю.А. История развития сухих строительных смесей: [электронный ресурс]http://tdtova.ru.
3 Козлов В.В. Сухие строительные смеси. Учебное пособие. 2000 г.
4 Корнеев В. И., Зозуля П. В. Краткийсправочниктехнологапосухимстроительнымсмесям. СПб: НП «СПССС», 2015 г.
5 Корнеев В. И., Зозуля П. В. «Что» есть «что» в сухих строительных смесях. СПб: НП «СПССС», 2004 г.
6 Модифицирующие добавки для сухих строительных смесей: [электронный ресурс]https://prodselmash.ru
7 Производство сухих строительных смесей – новая отрасль строительной индустрии: [электронный ресурс] http://www.allbeton.ru
8 Современные пластификаторы для сухих строительных смесей: [электронный ресурс] https://best-stroy.ru
