CC BY
63
УДК 691.5
КОМПЛЕКТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОТДЕЛКИ МАГНЕЗИАЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
А.А. Орлов, Б.Я. Трофимов, Т.Н. Черных, Л.Я. Крамар, В.В. Зимич
A COMPLETE SYSTEM FOR INTERIOR WITH Mg MATERIALS
A.A. Orlov, B.Y. Trofimov, T.N. Chernich, L.Y. Kramar, V.V. Zimich
Рассмотрен способ получения шпаклевки из магнезиального вяжущего для ее совместного применения с СМЛ. Установлено, что основную роль в формировании прочного нерастрески-вающегося покрытия в тонком слое играет «сродство» наполнителя с магнезиальной матрицей. Установлено, что разработанная шпаклевка эффективно работает в комплексе с СМЛ.
Ключевые слова: шпаклевка, магнезиальное вяжущее, СМЛ, комплектная система, отделочные работы.
A method for obtaining filler of magnesium binding to its combined use with magnesium is analyzed.It is stated that the main role in formation of lasting crack-free coating in a thin layer plays the affinity of a filler with magnesia matrix. It is stated that the developed plaster works effectively in a complex with magnesium.
Keywords: plaster, magnesium binding (cement), glass magnesium board, a complete system, interior finishing.
На сегодняшний день в строительстве все более востребованными являются комплектные системы для внутренней и внешней отделки зданий. Во внутренней отделке помещений наиболее популярна система на основе гипсовых листов (ГВЛ и ГКЛ) и гипсовых шпаклевок, но вместе с тем на рынке существуют другие материалы, позволяющие производить аналогичные работы, например стекломагнезиальные листы (СМЛ). СМЛ отличаются более высокими физико-техническими характеристиками, такими как предел прочности при изгибе и твердость, а также обладают более высокой огнестойкостью, что делает производство этих материалов весьма перспективным. И хотя СМЛ в большом количестве поступают из-за рубежа и в настоящее время налаживается их производство в России, но нет системы отделки, то есть нет шпаклевки, подходящей для работы с такими листами. Это обстоятельство вынуждает строителей использовать для выравнивания поверхности и стыков между СМЛ составы на основе гипса и других вяжущих, имеющих плохое сцепление с такими листами, что приводит к ухудшению качества отделки стен и потолков. Таким образом, отсутствие готового решения «СМЛ+шпаклевка» значительно снижает конкурентоспособность стекломагниевых листов.
Основные условия совместной работы материалов для отделки - это высокая адгезия между шпаклевкой и СМЛ, отсутствие растрескивания в тонком слое, удобство работы со смесью. В этом плане наиболее очевидным претендентом на роль шпаклевки является материал, родственный СМЛ -
сухая строительная смесь на основе магнезиального вяжущего.
Поэтому целью данной работы являлась разработка состава шпаклевки на основе магнезиального вяжущего, пригодной для совместного применения с СМЛ.
Для достижения поставленной цели решились следующие задачи:
- выбрать наиболее эффективный наполнитель для шпаклевки;
- разработать рецептуру шпаклевки на магнезиальном вяжущем.
Определяющую роль при получении шпаклевки с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, кроме отношения затворитель/вяжущее, играет прочность сцепления наполнителя с вяжущим. Эта характеристика определяется совместимостью между магнезиальным вяжущим и наполнителем, развитостью поверхности наполнителя, формой его частиц, способностью образовывать связи химического характера с компонентами магнезиального вяжущего.
Для проведения работы были выбраны следующие наполнители: молотый магнезит, песок, тальк и микрокальцит. Их характеристики приведены в табл. 1.
«Сродство» наполнителя с магнезиальным камнем определяется происхождением и химическим составом порошка. Основными активными компонентами магнезиального камня являются гидроксид магния и оксигидрохлориды, которые могут взаимодействовать с природным инертным
Строительные материалы, изделия и конструкции
Таблица 1
Характеристики наполнителей
Вид наполнителя Удельная поверхность, см2/г Форма частиц Остаток на сите № 014, % «Сродство» с магнезиальным камнем
Тальк Более 5000 Пластинчатая Полный проход Слабое
Микрокальцит 1400 Неправильная, остроугольная Полный проход Сильное
Песок природный 600 Окатанная 5 6 0 6 Слабое
Молотый магнезит 3 сорта 1350 Неправильная, остроугольная Не более 5 Сильное
Таблица 2
Предел прочности при сжатии образцов шпаклевки
№ п/п Наполнитель Отношение затворитель/вяжущее Внешний вид покрытия в тонком слое Предел прочности при сжатии, МПа
1 сут 3 сут
1 Тальк 1,35 Растрескивание 0 13,2
2 Микрокальцит 1,02 Нет трещин 0,48 20,2
3 Песок 0,83 Растрескивание 0,18 22,1
4 Магнезит 0,85 Нет трещин 0,88 26,4
песком (БЮг) и тальком (MgO•SiO2•2H2O) только при высоких температурах и давлении, такие реакции невозможны при нормальных условиях. При взаимодействии Mg(OH)2 с MgCOз или СаСОз может происходить обмен ионами кальция и магния по поверхности наполнителя, что не требует больших энергетических затрат и протекание этой реакции возможно при нормальных условиях. В результате обменных реакций сцепление камня вяжущего и наполнителя может значительно повыситься.
Для проведения эксперимента изготовили 4 смеси в соотношении вяжущего к наполнителю 1 : 2,5 и затворили бишофитом плотностью 1,2 г/см3 до подвижности 7.. .10 мм по погружению пестика прибора Вика. Для проведения эксперимента использовали магнезиальное вяжущее, полученное из брусита 3-4 сортов Кульдурского месторождения, с прочностью камня вяжущего на 28 сутки не менее 50 МПа, и обладающее равномерностью изменения объема. В качестве затворителя применяли шестиводный хлорид магния.
Свойства полученных шпаклевок представлены в табл. 2.
По результатам видно, что минимальной прочностью обладает смесь с тальком вследствие высокой водопотребности талька и несовместимости с магнезиальным камнем в плане обмена ионами. Шпаклевки с песком и микрокальцитом имеют близкие прочности, хотя материал на песке получен с соотношением затворитель/вяжущее значительно ниже, чем на микрокальците, это объясняется тем, что прочность сцепления частиц микрокальцита с магнезиальным камнем значительно выше. Кроме этого, шпаклевки на песке и тальке в тонком слое растрескиваются. Судя по всему, основную роль в формировании прочного
нерастрескивающегося покрытия в тонком слое играет «сродство» наполнителя с магнезиальной матрицей, а второстепенную - шероховатость поверхности наполнителя и его водопотребность (в данном случае количество раствора хлорида магния, расходуемое на смачивания наполнителя), определяемая площадью удельной поверхности порошка.
Для подтверждения обменного механизма формирования прочности магнезиальных шпаклевок провели микроскопический анализ, микрофотографии представлены на рис. 1-4.
На рис. 1 и 2 видно, что скол материала как с молотым магнезитом, так и с микрокальцитом имеет однородную структуру, наполнитель распределен в структуре равномерно и срастается всей площадью поверхности с магнезиальным камнем, что подтверждает предположение о высокой совместимости карбонатных наполнителей с магнезиальным камнем.
Представленная на рис. 3 и 4 структура шпаклевок отличается большой неоднородностью, на всех фотографиях четко видна граница между наполнителями и магнезиальным камнем, что говорит о плохом сцеплении талька или песка с магнезиальным камнем. Таким образом, можно считать, что выдвинутое предположение об определяющем действии «сродства» наполнителя и магнезиальной матрицы является верным.
Следовательно, для исскуственных материалов на основе магнезиальных вяжущих, в том числе шпаклевок предпочтительнее в качестве наполнителя применять молотый магнезит или микрокальцит. При этом микрокальцит имеет явное преимущество перед молотым магнезитом, так как является готовым продуктом, имеющимся на рынке строительного сырья, т. е. доступен и обладает
Рис. 1. Шпаклевка с магнезитом при увеличении в 2500 и 5000 раз
Рис. 2. Шпаклевка с микрокальцитом при увеличении в 2500 и 5000 раз
Рис. 3. Шпаклевка с песком при увеличении в 2500 и 10000 раз
Рис. 4. Шпаклевка с тальком при увеличении в 2500 и 5000 раз
Строительные материалы, изделия и конструкции
Таблица 3
Оптимизация состава шпаклевки
/п Вяжущее/наполнитель Эфиры целлюлозы, % Внешний вид покрытия в тонком слое
1 1 : 1,5 0 3
2 1 : 1,5 0,05 3
3 1 : 1,5 0,1 2
4 1:2 0,1 1
5 1 : 2,5 0,1 0
6 1 : 2,5 0,05 0
7 1 : 2,5 0 1
8 1:2 0 3
9 1:2 0,05 2
К
: 1,5 1:2
отношение вяжущее/наполнитель КВВ = 2 - 1,17х - 0,67у - О.бх2
Рис. 5. Зависимость качества внешнего вида (КВВ) шпаклевки от ее состава
стабильным качеством, поэтому в дальнейшем для оптимизации состава шпаклевки использовали микрокальцит. Был спланирован и реализован двухфакторный эксперимент, в котором в качестве варьируемых факторов были выбраны: вяжу-
щее/наполнитель (от 1 : 1,5 до 1 : 2,5) и количество добавки целлюлозы (от 0 до 0,1 %), данные диапазоны выбраны на основе предварительных экспе-рементов. Добавку эфиров целлюлозы Месеїіове БМС 22501 вводили с целью улучшения удобооб-рабатываемости шпаклевочной смеси, повышения водоудерживающей способности и уменьшения расслаиваемости. Основным откликом принят внешний вид покрытия в тонком слое, так как он напрямую отвечает за качество шпаклевки и зависит в том числе от прочностных характеристик. Оценку внешнего вида покрытия проводили визуально через 2 часа после нанесения смесей на стык СМЛ, смонтированных на металлическом каркасе (как показал опыт, при дальнейшем твердении образование дополнительных трещин не наблюдается). При этом приняли балльную систему оценки: 0 - нет трещин, 1 - одна или две волосяные трещины, 2 - волосяные трещины по всей площа-
ди, 3 - крупные трещины по всей поверхности. Полученные данные приведены в табл. 3.
Полученная математическая модель и ее графическое изображение приведены на рис. 5.
Судя по полученной зависимости, смеси, содержащие недостаточное количество наполнителя, растрескиваются из-за высоких усадочных деформаций вяжущего, введение наполнителя в соотношении вяжущее/наполнитель 1 : 2,5 устраняет эту проблему путем создания жесткого каркаса. Введение добавки эфиров целлюлозы также оказывает положительное влияние на внешний вид покрытия вследствие повышения водоудерживающей способности смеси и более полной гидратации магнезиального вяжущего. За оптимальный приняли состав с соотношением вяжущее/наполнитель 1 : 2,5 с добавкой МесеИове БМС 22501 0,1 % от массы сухой смеси (без шестиводного хлорида магния), расход компонентов на 1 т сухой строительной смеси следующий:
магнезиальное вяжущее- 243 кг; микрокальцит - 609 кг;
МесеПоБе БМС 22501 - 850 г; шестиводный хлорид магния - 148 кг. Свойства разработанной смеси представлены в табл. 4.
Необходимо отметить, что разработанную сухую строительную смесь для исключения потери свойств необходимо хранить во влагонепроницаемой таре, так как один из компонентов (шестиводный хлорид магния) является гигроскопичным веществом.
Разработанная шпаклевка имеет высокую прочность сцепления с СМЛ, а также высокие физико-механические свойства и привлекательный внешний вид.
Полученное решение «СМЛ+магнезиальная шпаклевка» обеспечит эффективную и долговременную совместную работу отделочных материалов благодаря высокой прочности сцепления шпаклевки с СМЛ, так как обе составляющие комплектной системы изготовлены на одной магнезиальной основе.
0,1
0
1 с; с 0) и
§0,05
в
сг>
О ш Р
о
1:2,5
Таблица 4
Свойства шпаклевки для СМЛ
Свойство Значение
Расход воды на 1 т смеси (150 ± 1) л
Водоудерживающая способность (98 ± 1)%
Предел прочности при сжатии
1 сут (5,04 ± 0,05) МПа
3 сут (21,4 ± 0,1) МПа
7 сут (21,4 ± 0,2) МПа
28 сут (21,6 ± 0,2) МПа
Прочность сцепления с СМЛ (1,2 ± 0,2) МПа
Внешний вид в тонком слое Не растрескивается, ровная белая поверхность
Выводы
1. Выявлено, что основную роль в формировании прочного нерастрескивающегося покрытия в тонком слое играет «сродство» наполнителя с магнезиальной матрицей. Для магнезиального вяжущего в качестве наполнителя эффективнее применять карбонаты кальция или магния, которые способны срастаться с камнем вяжущего по зоне контакта благодаря химическому взаимодействию.
2. Разработан состав шпатлевки на основе магнезиального вяжущего для использования в комплектной системе отделки (СМЛ+шпаклевка), обеспечивающий высокую прочность сцепления материалов, а также высокие физико-механические свойства внутренней отделки и привлекательный внешний вид.
3. Полученная шпаклевка может быть успешно применена для внутренней отделки зданий и сооружений в комплексе с СМЛ.
Поступила в редакцию 26 августа 2011 г.
