Состав сухих строительных смесей

Сухие строительные растворные смеси, как правило, состоят, по крайней мере, из трех компонентов: вяжущее, заполнитель и добавки.

Современные сухие строительные растворные смеси состоят из гораздо большего количества компонентов, чем смеси, которые приготовлялись непосредственно на строительной площадке в прошлом. В настоящее время самыми простыми составами являются кладочные строительные смеси, строительные смеси для кладки кирпичей и низкокачественные плиточные клеящие составы (клеи для керамических плиток), в то время как самые усовершенствованные и высококачественные сухие строительные растворные смеси, такие, как смеси для самовыравнивающегося наливного подстилающего слоя и декоративные штукатурные растворы, могут состоять из 20 и более ингредиентов. В настоящей статье термин "заполнители" используется для всех типов минеральных ингредиентов, которые не выполняют функции вяжущего вещества, даже если они добавляются в небольших количествах, как минеральные ингредиенты со специальными функциями, например, функциональные волокна или пигменты. Другие ингредиенты (редисперсионные порошки), вводимые небольшими дозами, рассматриваются как органические вяжущие, хотя многие специалисты считают их добавками. Эффект использования редисперсионных порошков, особенно в клеях для керамической плитки, наглядно показывает, что они имеют функцию вяжущего вещества. С другой стороны, метилцеллюлоза, являющаяся универсальной добавкой, описывается в главе, в которой рассматриваются добавки, несмотря на то, что она оказывает определенное вяжущее действие. В данном случае вяжущее действие не играет основной роли.

Вяжущие вещества

Вяжущее вещество склеивает заполнители и другие частички вместе и обеспечивает прилипание к основанию. Благодаря их физической или химической реакции вяжущие вещества играют основную роль для окончательной прочности строительного раствора. Вяжущие вещества могут быть классифицированы как гидравлические и негидравлические. Гидравлические вяжущие вещества также схватываются под водой.
Схватывание вяжущих веществ (цемента и гидратированной извести) происходит благодаря химической реакции. Цемент реагирует при контакте с водой во время перемешивания, в то время как гидратированная известь (без гидравлических частей) схватывается благодаря реагированию с атмосферным диоксидом углерода. Гипсовые и органические вяжущие вещества схватываются благодаря физическим реакциям: гипс - посредством рекристаллизации с водой и образования переплетающихся кристаллических игл, а органические вяжущие вещества - путем образования однородной полимерной пленки.

Минеральные вяжущие

Цемент (см. также Цемент и бетон). В сухих строительных растворных смесях используется главным образом портландцемент (ОРС). Реакция гидратации приводит прежде всего к образованию гидратов силиката кальция, которые сохраняют свою прочность и стабильность даже под водой (гидравлическое вяжущее). Сухие строительные смеси, которые являются как строительными смесями, так и смесями для декоративной отделки такими, как декоративные штукатурные растворы и цементные растворы для керамической плитки, главным образом, содержат белый портландцемент. Быстросхватывающийся глиноземистый цемент содержит главным образом глиноземы, и используется для приготовления сухих строительных смесей, которые должны обладать способностью быстро схватываться или иметь стабильность при высокой температуре.
Гипс (см также Сульфат Кальция). Как полугидрат, так и ангидрит сульфата кальция схватываются при смешивании с водой, образуя дигидрат сульфата кальция. Полугидрат сульфата кальция существует в двух кристаллических формах (в зависимости от производственного процесса): А-форма имеет более крупные кристаллы, обладает высокой прочностью на растяжение и сжатие, а также имеет низкую потребность е воде. В-форма обладает более выраженными аморфными свойствами, имеет высокую пористость и низкую прочность на растяжение и сжатие, а также потребность в воде у нее в три раза превышает потребность в воде А-формы. Ангидрит существует в двух фазах, связанных с применением: ангидрит фазы II, который играет важную роль в монолитных цементных стяжках на ангидритовой основе, ангидрит фазы III, который является частью многофазного гипса, используемого для штукатурных растворов. Гипсовые штукатурные растворы содержат В-полугидрат, а также ангидрит II и III. Заполнитель швов на гипсовой основе содержит В-полугидрат.
Гидратированная известь (См. также Известь и известняк). Гидратированная известь схватывается благодаря реакции с диоксидом углерода. В результате этой реакции образуется карбонат кальция и поэтому гидратированная известь не является гидравлическим вяжущим. Гидравлические свойства у некоторых видов гидратированной извести проявляются благодаря наличию включений или добавок, обладающих пуццолановыми свойствами. В течение столетий гидратированная известь несомненно была наиболее важным вяжущим веществом в строительных растворных смесях. В настоящее время она в значительной степени вытеснена гидравлическими вяжущими веществами, которые схватываются быстрее, но она все еще используется, главным образом благодаря своим эластическим свойствам. Удобоукладываемость многих строительных растворов улучшается путем добавления 5-30 весовых гидратированной извести к цементу

Органические вяжущие

Улучшение характеристик цементирующей строительной растворной смеси, в которой присутствуют органические материалы, хорошо известно. В античные времена, например, использовались белки в виде натурального молока или даже крови. В настоящее время в большинстве случаев применения строительные растворные смеси, не модифицированные органическими полимерными вяжущими веществами, уже не соответствуют современным техническим требованиям. Даже цементирующие строительные растворы, которые содержат эфиры целлюлозы в качестве добавки, улучшающей их водоудерживающую способность и удобоукладываемость, имеют плохую адгезию, если вообще имеют.
Более того, цементирующие строительные растворы являются очень твердыми, хрупкими и негибкими материалами, но для многих случаев применения необходимо использовать гибкие и деформируемые цементирующие строительные смеси. Таким образом, в настоящее время для многих случаев применения в современной строительной промышленности модификация цементирующих строительных смесей с помощью полимеров является необходимым условием. В составах, имеющих два вяжущих вещества, минеральное вяжущее (цемент) и полимерное вяжущее в виде редисперсионного порошка идеально дополняют друг друга. Их соединение приводит к появлению великолепных синергетических свойств сухой строительной смеси, которая не может быть изготовлена при использовании только одного из двух упомянутых вяжущих веществ.
В начале 1930-х годов жидкие дисперсные системы на водной основе использовались до добавления воды для затворения или вместе с ней, когда это требовалось. Строительные растворные смеси, которые модифицированы таким образом, называются двухкомпонентными системами (порошкообразное минеральное вяжущее плюс жидкое полимерное вяжущее во втором компоненте). Однако на практике на строительной площадке использование двухкомпонентных систем является причиной многих дефектов. Основная трудность заключается в точном дозировании полимерной дисперсной системы в ее жидкой форме.
Ошибки дозирования могут произойти из-за недостаточного уровня знаний, недостатка опыта и плохой подготовки работников, выполняющих соответствующие дозировочные операции в том случае, когда к смесям предъявляются повышенные требования, или ввиду неправильного дозирования, которое может произойти непреднамеренно по ошибке или даже преднамеренно для экономии краткосрочных затрат. Неправильное дозирование жидкой полимерной системы приведет к существенному изменению свойств и технических характеристик строительной растворной смеси, а это в свою очередь приведет к серьезным повреждениям различных конструктивных материалов, например, из-за недостаточной прочности адгезионной связи, гибкости и/или долговечности. Другими аргументами против двухкомпонентных систем, кроме трудности и опасности подачи строительных растворов, являются дополнительные расходы и трудности с материально-техническим обеспечением.(например, необходимость в дополнительных контейнерах и их последующая утилизация, хранение и транспортировка жидких дисперсионных систем, которые могут замерзнуть, или характеристики которых могут ухудшиться из-за микробиологического воздействия, более трудоемкая и тяжелая подача строительного раствора на строительной площадке, где используется двухкомпонентная смесь).
Изобретение редисперсионных порошков, заявленное компанией Wacker Chemie в 1953 году, сделало возможным производство первых полимермодифицированных сухих строительных смесей, известных в настоящее время как однокомпонентные системы. Редисперсионные порошки являются полимерными Вяжущими веществами, производимыми путем распылительной сушки специальных водных дисперсионных систем, созданных, главным образом, на основе винилацетатэтиленовых сополимеров. Эти вещества также называются редисперсионными порошками, так как после перемешивания или редиспергирования с водой эти порошковые полимерные вяжущие вещества могут быть возвращены в их первоначальную водяную дисперсионную систему со всеми присущими им характеристиками и функциями полимерных вяжущих веществ. Полимерная пленка, действующая в качестве вяжущего вещества, формируется после частичного испарения воды путем коалесценции отдельных полимерных частиц. Эта полимерная пленка действует как органическое вяжущее вещество, склеивающее вместе частицы наполнителя, усиливая структуру строительной растворной смеси и обеспечивая прекрасную адгезию на поверхности раздела строительной смеси и основания.
Использование сухих строительных смесей, приготовленных в заводских условиях со строго дозированными пропорциями цемента, заполнителей, добавок и редисперсионных порошков в качестве органического вяжущего вещества приводит к созданию высококачественной продукции с высокой степенью безопасности при применении благодаря избеганию возможных ошибок во время дозирования и смешивания на строительной площадке. Модификация сухих строительных растворных смесей с помощью редисперсионных полимерных порошков повышает, в зависимости от дозирования, прочность адгезионной связи на основаниях всех видов, гибкость и способность деформации строительных растворов, прочность при изгибе и сопротивление истиранию, ударную вязкость, связность и плотность (непроницаемость), а также водоудерживающую способность строительных растворов и улучшает удобоукладываемость кроме того, использование специальных редисперсионных порошков, обладающих гидрофобным действием, может привести к значительному водоотталкивающему действию строительных растворов.

Заполнители

Большая часть заполнителей представляет собой кварц, известняк или доломит с нормальными фракциями гранулометрического состава. Для корректировки гранулометрического состава обычно необходимо иметь различные гранулометрические фракции заполнителей. Для декоративных штукатурных растворов главным образом используются дополнительные декоративные фракции особого гранулометрического состава, такие, как кальцит, мрамор, известняк юрского периода или слюда. Для уменьшения плотности сухой строительной растворной смеси и усиления изолирующего действия в качестве дополнительных заполнителей, используются легкие заполнители, такие, как перлит, вермикулит, пеностекло, вспученная глина (керамзит) и пемза. В виду их низкой плотности (обычно 80-500 кг/м3) в смесь добавляются только несколько весовых процентов. Сухие строительные растворные смеси для декоративных наружных штука турок или растворы для приклеивания керамической плитки часто окрашиваются с помощью пигментов.

Добавки

Без добавок современные сухие строительные смеси не могли бы существовать, и многие технические свойства не могли бы быть достигнуты. Что касается минеральных ингредиентов, то содержание добавок обычно находится в пределах от 0,1 до 10 весовых %. Добавки бывают органического или неорганического происхождения, причем наиболее часто встречаются полимерные добавки. Они могут улучшить смешивание сухой строительной смеси с водой, свойства жидкого раствора, такие, как реологическое поведение или удобоукладываемость, а также свойства схваченного строительного раствора, включая поведение при схватывании.

Эфиры целлюлозы

В сухих строительных смесях эфиры целлюлозы используются в качестве загустителей и водоудерживающих добавок. Эфиры целлюлозы играют важную роль как добавки, даже несмотря на то, что их добавляемые дозы очень низки (обычно 0,02 - 0,7%). Как никакие другие добавки, эфиры целлюлозы вместе с редисперсионными порошками вызывают самые разнообразные эффекты в сухих строительных смесях. В строительных смесях используются главным образом следующие эфиры целлюлозы: метилгидроксиэтилцеллюлоза (МНЕС) и метилгидроксипропилцеллюлоза (МНРС). Их суммарная доля на рынке сухих строительных растворных смесей составляет по крайней мере 90%. В разговорной речи они все еще называются "метилцеллюлозой" или МС, несмотря на то что чистая метилцеллюлоза в настоящее время занимает совсем незначительное место на рынке. Другими формально родственными эфирами целлюлозы, которые занимают небольшую долю на рынке сухих строительных смесей, являются этилгидроксизтилцеллюлоза (ЕКЕС) и гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС). Так как (натриевая) карбоксиметилцеллюлоза не стабильна в присутствии ионов кальция, то она используется достаточно редко в качестве сгустителя. В следующих разделах описываются свойства МНЕС и МНРС. Так как эти свойства присутствуют у обоих продуктов, в настоящей статье они упоминаются просто как МС.
Образование растворов и жидких строительных растворов; увеличение вязкости. МС растворима в воде в широком диапазоне температур. Наиболее подходящими МС для сухих смесей являются порошки, у которых 20 - 60 весовых % частиц имеют размер менее 63 мкм. Сухая смесь, частицы метилцеллюлозы которой распределены между частицами вяжущего вещества и заполнителя, не имеет склонности к комкообразованию, которое происходит только тогда, когда порошки засыпают непосредственно в воду. Продукты МС, состоящие из относительно крупных частичек и обычно классифицируемые как зернистые материалы, легко растворяются в воде без образования комков, но их медленное растворение делает их неподходящими для сухих строительных смесей. для сухих строительных смесей с нейтральным рН необходимо принять во внимание тот факт, что гранулометрический состав не является единственным параметром, определяющим поведение при растворении МС. Некоторые виды метилцеллюлозы покрыты химическим сшивающим агентом (замедленная растворимость), который вызывает быстрое растворение частичек только при щелочных условиях (например, от цемента или гидратированной извести). Щелочность приводит к немедленному обрыву поперечных (межмолекулярных) связей, а также к быстрому растворению МС в строительном растворе. Первоначально марки метилцеллюлозы, имеющие замедленную растворимость, не разрабатывались для сухих строительных смесей, однако со временем они получили широкое распространение на рынке сухих строительных смесей.
В чистом растворе и в жидком строительном растворе МС увеличивает вязкость. Разницу между низкой и высокой вязкостью можно легко увидеть, используя водный раствор (2%). Многие МС характеризуются их вязкостью, измеренной при данной концентрации. Показатели вязкости таких растворов меняются в пределах от вязкости водного раствора (с вязкостью до нескольких сотен мПа сек) до желеобразного раствора (с вязкостью несколько тысяч мПа сек). Разные производители метилцеллюлозы используют разные методы и аппаратуру для определения вязкости. Результаты измерении вязкости, выполненных с тем же самым образцом, могут отличаться на несколько сотен процентов при использовании двух методов, и об этом следует помнить при сравнении значении вязкости МС, полученных от разных производителей.
Липкость и удобоукладываемость. Термин липкость, главным образом, используется при выравнивании штукатурок разных видов. В данном случае липкость означает клейкость, воспринимаемую рабочим, между выравнивающим инструментом и стенкой. Высокая липкость требует применения большего усилия во время выравнивания и приводит к ухудшению удобоукладываемости. На оба свойства может оказать влияние МС.
Водоудерживающая способность. Показатель водоудерживающей способности (WRV) минеральных штукатурных растворов - это процентное содержание воды, которая удерживается в штукатурном растворе после капиллярного обезвоживании абсорбирующим основанием.
Для схватывания строительных смесей на основе цемента и гипса необходима вода, причем эта вода должна удерживаться в строительном растворе в течение длительного периода времени. Толщина толстослойных строительных растворов, которые широко применялись в прошлом (Обычно в пределах нескольких сантиметров), защищала строительные растворы от слишком быстрого высыхания после соприкосновения с основаниями. абсорбирующими воду. от воздействия солнечных лучей или других природных условий. таких, как ветер, сухой воздух или высокая температура окружающей среды. В настоящее время используются стеновые материалы, имеющие высокие капиллярные силы (например, поризованный легкий бетон) причем толщина слоев строительного раствора, как правило, уменьшена. МС необходима для удерживания воды во время реакции схватывания. Высокая водоудерживающая способность современных сухих строительных смесей главным образом обусловлена наличием МС. На рисунках 2 и З показан пример водоудерживающей способности жидкого строительного раствора как функции концентрации и вязкости добавленной МС.
Водопотребность и водоотдача. Строительная смесь должна иметь определенную консистенцию, которая хорошо известна квалифицированным работникам. Они добавляют столько воды, сколько требуется для получения правильной консистенции. Водопотребность зависит от ингредиентов и их количества добавляемой дозы) в составе смеси. Наличие МС является основным фактором, который влияет на водопотребность. Основными параметрами являются вязкость, добавляемая доза и дополнительный уплотняющий эффект МС Водопотребность (показатель отношения количества воды к твердой фазе) также влияет на водоотдачу строительного раствора. Она измеряется в литрах жидкого строительного раствора на 100 кг Сухой строительной смеси и является основным параметром эффективности штукатурных растворов на лёгких заполнителях. Некоторые производители МС поставляют специальные МС, которые гарантируют высокие значения водоотдачи строительных смесей. Это может помочь уменьшить количество легких заполнителей.
Другими свойствами, на которые могут влиять МС, являются: открытое время и адгезионная прочность клея для керамической плитки при растяжении, а также сопротивление скольжению плитки в растворе.

Другие добавки

Эфиры крахмала. В штукатурные растворы, главным образом, добавляются гидроксипропиловые крахмалы. Несмотря на их низкую вязкость (как правило, от 100 до 500 мПа сек в 2-процентном растворе) они заметно увеличивают вязкость строительных растворов, когда их добавляют к строительным растворным смесям, содержащим МС. Типичные вводимые дозы составляют от 0,01 до 0,04% в штукатурных растворах разных видов на основе цемента, и от 0,02 до 0,06% в штукатурных растворах на основе гипса. Водопотребность штукатурного раствора незначительно увеличивается, причем это связано с немного более высокой водоотдачей. Водоудерживающая способность строительного раствора не увеличивается. Что касается удобоукладываемости, то уменьшаются потеки жидкого строительного раствора на вертикальных стенах и опорах. При оптимальном дозировании удобоукладываемость увеличивается.
Воздухововлекающие добавки оказывают физическое действие путем вовлечения воздуха в микропорах в строительный раствор. Это приводит к уменьшению плотности жидкого строительного раствора, улучшению удобоукладываемости, а также к более высокой водоотдаче жидкого строительного раствора. Вовлечение воздуха приводит к улучшению изоляции от холода и тепла, но также и к понижению прочности. Используются воздухововлекающие добавки в порошковой форме и, главным образом, на основе солей натрия жирной кислоты (сульфонатов и сульфатов). Содержание вводимых воздухоудерживающих добавок в штукатурных растворах и кладочных строительных растворах обычно составляет от 0,01 до 0,0600. Оптимальные добавляемые дозы можно определить путем текущего контроля содержания воздуха в строительном растворе и его удобоукладываемости.
Добавки-ускорители, для корректировки требуемых свойств схватывания в системах на основе цемента в больших количествах используются ускоряющие системы. В частности, успешно используются формиат кальция или карбонат лития, добавляемая доза составляет до 0.7% для формиата кальция и до 0,2% для карбоната лития.
Добавки замедлители, основными сферами применения добавок замедлителей, являются гипсовые штукатурные растворы и заполнители швов на основе гипса. Без замедления схватывания гипса происходит слишком быстро. Используются различные добавки замедлители, представляющие собой главным образом соли фоуктовых кислот, такие, как винная или лимонная кислота, и синтетические кислоты. Типичная дозировка составляет от 0.05 до 0,25%.
Гидрофобизирующие добавки предотвращают проникновение воды в строительный раствор, но строительный раствор по-прежнему остается "открытым" для диффузии паров воды. Характеристики гидрофобизирующих добавок могут быть измерены с помощью абсорбции капиллярной воды. Основными сферами применения гидрофобизирующих добавок являются штукатурные растворы на основе цемента для наружного применения, минеральные гидроизоляционные суспензии и жидкий цементный раствор для керамической плитки. На рынке существуют две группы гидрофобизирующих добавок: металлические соли жирных кислот (например, стеарат цинка или олеат) натрия и полимерные редисперсионные порошки, обладающие гидрофобными свойствами. Первая группа имеет преимущество. заключающееся в более низкой добавляемой дозе (0.1 - 1%), вторая группа имеет преимущество. заключающееся в значительно более высокой долговечности, так как гидрофобные редисперсионные порошки не вымываются из штукатурки дождем даже по прошествии многих лет. Кроме того, использование гидрофобных редисперсионных порошков не приводит к проблемам увлажнения во время смешивания сухой строительной смеси с водой, что увеличивает сцепление отвержденного строительного раствора с основанием.
Суперпластификаторы оказывают сильное влияние на водопотребность строительного раствора, для получения той же самой консистенции строительный раствор, содержащий суперпластификаторы, требует меньшее количество воды, чем требуется для растворов, не содержащих суперпластификаторы. Следовательно, неизменившаяся водопотребность приводит к снижению консистенции. Действие суперпластификаторов можно объяснить на модели [15] различные заряды на поверхности цементных частиц приводят к включению воды, при их агломерации. Путем абсорбции суперпластификаторов поверхности освобождаются от зарядов и вода освобождается. В зависимости от правовых ограничений и технических преимуществ используются казеин многие производители или синтетические суперпластификаторы, например, на основе сульфонатов лигнина, нафталина, меламиноформальдегидных конденсатов или полиэфирных карбоксипатов. Суперпластификаторы используются главным образом в строительных смесях, от которых требуются очень хорошие способности к самовыравниванию, таких, как наливные подстилающие слои, стяжки и клеи для приклеивания керамических напольных плиток. Добавляемые дозы обычно составляют в пределах от 0,2 до 1%.
Волокна могут быть разделены на две группы: длинные волокна используются главным образом для армирования строительных смесей. для воздействия на свойства жидких строительных растворов и водопотребление используются короткие волокна.
Противопенные добавки (противовспениватели) уменьшают содержание воздуха в жидких строительных растворах. Используются порошковые противопенные добавки на разной химической основе (главным образом используются углеводороды, полигликоли или полисилоксаны на неорганическом носителе).

Из "Энциклопедии Промышленной Химии Ульмана".