CC BY
75
УДК 691
В.И. Логанина, К.В. Жегера
ПГУАС
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ К СПОЛЗАНИЮ КЛЕЕВОГО СЛОЯ НА ОСНОВЕ СУХОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ СМЕСИ
Проведена оценка эксплуатационных свойств слоя плиточного клея на основе цементной сухой строительной смеси (ССС). Выполнен расчет величины сползания клеевого слоя, изготовленного на основе разработанной рецептуры цементной ССС, нанесенного на вертикальную поверхность. Представлены экспериментальные данные.
Ключевые слова: сползание, плиточный клей, сухие строительные смеси, синтетические цеолиты
Приоритетным направлением современного отечественного строительного материаловедения становится разработка строительных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами. К таким материалам относятся сухие строительные смеси (ССС). Для регулирования структурообразования и повышения эксплуатационных характеристик ССС и покрытий на их основе в рецептуру таких смесей вводят различные модифицирующие добавки [1—10].
Ранее проведенные исследования доказали эффективность введения в рецептуру цементных ССС добавки на основе синтетических цеолитов [11—13]. Нами разработана рецептура ССС для применения в качестве плиточного клея при выполнении облицовки фасадов и внутренних стен зданий плиткой. Состав разработанной клеевой ССС включает в себя портландцемент марки М400 производства Вольского цементного завода, песок Ухтинского месторождения в соотношении фракций 0,63...0,315 : 0,315...0,14 соответственно 80 : 20 % и насыпной плотностью 1538,2 кг/м3, пластификатор «Кратасол», редиспергируемый порошок Neolith P 4400 и добавку на основе синтетических цеолитов [14].
В соответствии с требованиями европейского стандарта DIN EN 13081, составы на основе ССС должны обладать стойкостью к сползанию при нанесении их на вертикальные поверхности. В связи с этим в работе оценивалась устойчивость разработанного состава к сползанию.
Был проведен расчет устойчивости к сползанию слоя плиточного клея [15—20]. Суть расчета заключается в следующем. Слой плиточного клея толщиной 5 и высотой h скреплен с материалом стены (подложкой) и удерживает плитку весом P Слой нагружен объемными силами P1. В клеевом слое на границе с подложкой и плиткой возникают касательные напряжения соответственно tmax1 и t которые удерживают в равновесии рассматриваемый слой (рисунок).
1 DIN EN 1308:2007*. Растворы и клеи для керамической плитки. Определение сползания. Немецкое издание EN 1308:2007. М. : Изд-во стандартов, 2007. 10 с.
ВЕСТНИК
4/2016
Для оценки условия нахождения слоя плиточного клея в равновесии (отсутствие «сползания») можно воспользоваться системой уравнений:
|tmaxlS = р
ltmax2S = P2 ,
P
(1)
где S — площадь клеевого слоя, равная площади плитки; Р1 и Р2 — вес слоя плиточного клея и вес плитки, соответственно.
для оценки условия нахождения клеевого слоя в равновесии (отсутствие «сползания») можно воспользоваться неравенством:
<Тс
(2)
Значения хсд суммируются из предельного напряжения сдвига т0 — реологической характеристики — и адгезионной прочности плиточного клея х :
ад
Т сд = Т0 + Тад. (3)
Схема для расчета устойчивости к сползанию слоя плиточного клея: 1 — облицовочная плитка; 2 — клеевой слой; 3 — вертикальная подложка
Учитывая, что в начальный момент нанесения слоя плиточного клея величина t очень мала, выражение (3) может быть записано в виде
tmax (4)
Объемные силы Р возникающие в клеевом слое, рассчитывались по формуле
P = PiV, (5)
где р1 — плотность клеевого раствора, кг/м3; V — объем нанесенного клеевого раствора, м3.
Объемные силы Р возникающие в облицовочной плитке, рассчитывались по формуле
P2 = P2V, (6)
где р2 — плотность облицовочной плитки, кг/м3; V2 — объем облицовочной плитки, м3.
При расчете касательных напряжений принято, что клеевой слой имеет толщину 5 = 0,005 м. Результаты расчета приведены в таблице.
результаты расчета, приведенные в таблице, свидетельствуют, что значения касательных напряжений t , и t . меньше значения предельного напряг maxi max2 г г
жения сдвига плиточного клея т0. Так, максимальное касательное напряжение t , в зоне контакта с подложкой составляет t , = 0,00024 МПа, а в зоне кон-
maxi maxi
такта с керамической плиткой размером 0,3^0,3^0,005 м — tmax2 = 0,00015 МПа. Предельное напряжение сдвига плиточного клея составляет т0 = 0,002 МПа. таким образом, выполняется условие отсутствия сползания керамической плитки и плиточного клея.
Устойчивость к сползанию плиточного клея на основе разработанной ССС
Вид плитки Размер плитки, м Касательные напряжения, МПа Предельное напряжение сдвига плиточного клея т0, МПа Условие отсутствия сползания
Tmax1 т max2
Керамическая 0,1x0,1x0,005 0,00022 0,00013 0,002 Выполняется
0,3x0,3x0,005 0,00024 0,00015 0,002 Выполняется
Керамогранитная 0,6x0,6x0,01 0,00033 0,00024 0,002 Выполняется
1,2x1,8x0,02 0,00060 0,00052 0,002 Выполняется
гранитная 0,3x0,6x0,015 0,00069 0,00042 0,002 Выполняется
Согласно результатам расчета (см. таблицу) условие отсутствия сползания наблюдается и при применении других видов облицовочных плиток.
Результаты проведенных расчетов подтверждаются экспериментальными данными. Эксперимент заключался в измерении с помощью штангенциркуля максимального сползания плитки под действием собственного веса. Стальную линейку закрепляли зажимами к верхнему концу подложки таким образом, чтобы ее нижний край после установки подложки в вертикальное положение проходил горизонтально. Под стальной линейкой приклеивали защитную ленту шириной 25 мм, а затем на подложку шпателем наносили тонкий слой плиточного клея на основе разработанной ССС. Далее на подложку наносили слой исследуемого плиточного клея так, чтобы он закрывал нижний край защитной ленты, после чего разглаживали раствор зубчатым шпателем перпендикулярно стальной линейке. После разглаживания раствора удаляли защитную ленту. К стальной линейке прикладывали два упора шириной 25 мм, через 2 мин к упору прикладывали керамическую плитку и нагружали грузом весом 50 ± 0,1 Н.
Расстояние между линейкой и плиткой измеряли штангенциркулем в трех точках с точностью ±0,1 мм. Спустя 30 ±5 с снимали грузы и упоры и устанавливали подложку с нанесенным клеевым слоем и керамической плиткой в вертикальное положение. Через 20 мин вновь проводили измерение расстояния в измеренных ранее трех точках.
Максимальное сползание плитки под действием собственного веса рассчитывали как разность обоих показаний штангенциркуля. Величина сползания клеевого слоя на основе разработанной рецептуры ССС составила 0,3 мм. Немецким стандартом DIN EN 1308:2007 установлено допустимое максимальное значение сползания плитки, составляющее тсп < 0,5 мм.
Таким образом, результаты расчетов и данные экспериментальных исследований позволяют утверждать, что клеевой слой на основе разработанного состава ССС имеет хорошую стойкость к сползанию.
Библиографический список
1. Строкова В.В., Везенцев А.И., Колесников Д.А., ШиманскаяМ.С. Свойства синтетических нанотубулярных гидросиликатов // Вестник Белгородского технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. № 4. С. 30—34.
ВЕСТНИК 4/2Q16
2. Логанина В.И., Давыдова О.А., Симонов Е.Е. Исследование закономерностей влияния золя кремниевой кислоты на структуру и свойства диатомита // Строительные материалы. 2011. № 12. С. 63.
3. Aiello R., Collela C., Sersale R. Zeolite Formation from Synthetic and Natural Glasses // Molecular sieve zeolites. Advances Chem. Ser. Washington. 1971. No. 101. Pp. 51—62.
4. Zhdanow S.P. Some Problems of Zeolite Crystallization // Molecular sieve zeolites. Washington. 1971. Pp. 20—43.
5. Фахртдинова О.А., Назаренко О.Б., МартемьяновД.В., ПутенпуракалчираМ.В. Исследование свойств модифицированного шивыртуйского цеолита // Энергетика: эффективность, надежность, безопасность : материалы XX Всеросс. науч.-техн. конф. (Томск, 2—4 декабря 2014 г.). Томск : Изд-во ТПУ, 2014. Т. 2. C. 114—116.
6. Харди Г. Крепление плиток клеями, модифицированными редиспергируемыми порошками // Современные технологии сухих смесей в строительстве : сб. докладов 2-й Междунар. науч.-техн. конф. СПб., 2000. С. 70—77.
7. Карапузов Е.К., Лутц Г., Герольд Х Сухие строительные смеси. К. : Техшка, 2000. 226 с.
8. Дорошенко, Ю.М., Шанаев Ж.И. Процессы структурообразования и свойства цементного камня с полимерными модификаторами // 15 Szilikatip. esszilikattund. konf. (12—16 jun., 1989): SILICONF R.l. Budapest, 1989. С. 273—276.
9. Kaeding W.W., Chu C.-C., Young L.B., Butter S.A. Shape-selective reactions with zeolite catalysts : II. Selective disproportionate of toluene to produce benzene and p-xylene // J. Catal. 1981. Vol. 69. No. 2. Рр. 392—398.
10. Kjellsen K.О., Lаgerblаd B. The infliense оf rntural minerd in the filler йжйопоп hydrаtаtiоn аМ рrорerties оf cement-filler mоrtаrs // Swedish Cement аМ ^ncrete ReseаrchInstitut. Stocktolm, 1995. P. 41.
11. Логанина В.И., Жерновский В.И., Садовникова М.А., Жегера К.В. Добавка на основе алюмосиликатов для цементных систем // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. Т. 5. № 6. С. 8—11.
12. Жегера К.В. Свойства цементных сухих строительных смесей при введении в их рецептуру синтезированных алюмосиликатов // молодой ученый. 2014. № 3 (62). С. 278—280.
13. Логанина В.И., Жегера К.В. Формирование прочности цементной композиции в присутствии синтезированных алюмосиликатов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2015. Т. 15. № 2. С. 43—46.
14. Логанина В.И., Арискин М.В., Карпова О.В., Жегера К.В. Оценка напряженного состояния клеевого слоя на основе сухих строительных смесей с применением синтезированных алюмосиликатов // Вестник гражданских инженеров. 2015. № 3 (50). С. 163—166.
15. Козлов В.В. Сухие строительные смеси. М. : Изд-во АСВ, 2000. 96 с.
16. Горчаков Г.И., Орентлихер Л.П., Мурадов Э.Г. Трещиностойкость и водостойкость легких бетонов. М. : Стройиздат, 1971. 80 с.
17. Дружинкин С.В. Сухие строительные смеси на основе цеолитсодержащих пород : дисс....канд. техн. наук : 05.23.05. Красноярск, 2010. 169 с.
18. Sommer H., Katayama T. Screening carbonate aggregates for alkali-reactivity // IBAUSIL 13, Weimar. BRD, 2000, Bd 2. Pp. 2-0461 — 2-0468.
19. Ogawa K., Uchikawa H., Takemoto K. and Yasui I. The Mechanism of the Hydration in the System C3S-Pozzolana // Cem. Concr. Res. 1980. 10 (5). Pp. 683—696.
20. Rajgelj S. Cohesion aspects in rheological behaviour of fresh cement mortars // Materials and Structures. 1985. 18 (2). Pp. 109—114.
Поступила в редакцию в октябре 2015 г.
Об авторах: Логанина Валентина Ивановна — доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой управления качеством и технологии строительного производства, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (ПГУАС), 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, д. 28, [email protected];
Жегера Кристина Владимировна — аспирант кафедры управления качеством и технологии строительного производства, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (ПГУАС), 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, д. 28, [email protected].
Для цитирования: Логанина В.И., Жегера К.В. Оценка устойчивости к сползанию клеевого слоя на основе сухой строительной смеси // Вестник МГСУ 2016. № 4. С. 69—75.
V.I. Loganina, K.V. Zhegera
ESTIMATION OF CREEPING RESISTANCE OF AN ADHESIVE LAYER BASED
ON DRY MORTAR
The development of construction materials with increased operational properties is a priority direction of Russian modern structural material science. Dry mortars are among such materials. Various modifiers are added to the formulae of such mixes in order to control their structure formation and increase the operational properties. Previous investigations proved the efficiency of adding synthetic zeolites to the composition of dry mortars. The authors of the article have developed a formula of a dry mortar to be used as a tile adhesive for facades' and inner walls' facing.
The authors evaluated the operational properties of tile adhesive layer based on dry cement mortar. The authors calculated the value of adhesive layer creep based on the developed dry cement mortar formula, which was spread over a vertical surface. The experimental data is presented in the article.
The calculations and the experimental data proved that the adhesive layer based on dry cement mortar possesses a high creeping resistance.
Key words: creep, tile adhesive, dry mortars, synthetic zeolites
References
1. Strokova V.V., Vezentsev A.I., Kolesnikov D.A., Shimanskaya M.S. Svoystva sin-teticheskikh nanotubulyarnykh gidrosilikatov [Properties of Synthetic Nanotubular Hydrosilicates]. Vestnik Belgorodskogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova [Proceedings of Belgorod State Technological University named after V.G. Shoukhov]. 2010, no. 4, pp. 30—34. (In Russian)
2. Loganina V.I., Davydova O.A., Simonov E.E. Issledovanie zakonomernostey vliyaniya zolya kremnievoy kisloty na strukturu i svoystva diatomita [Investigation of the Regularities of Silica Sol Influence on the Structure and Properties of Diatomite]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2011, no. 12, p. 63. (In Russian)
3. Aiello R., Collela C., Sersale R. Zeolite Formation from Synthetic and Natural Glasses. Molecular Sieve Zeolites. Advances Chem. Ser. Washington. 1971, no. 101, pp. 51—62. DOI: http://dx.doi.org/1021/ba-1971-0101.ch004.
4. Zhdanov S.P. Some Problems of Zeolite Crystallization. Molecular Sieve Zeolites. Advances Chem. Ser. Washington,1971, pp. 20—43. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/ba-1971-0101.ch002.
вестник 4/20i6
5. Fakhrtdinova O.A., Nazarenko O.B., Martem'yanov D.V., Putenpurakalchira M.V. Issledovanie svoystv modifitsirovannogo shivyrtuyskogo tseolita [Investigation of the Properties of modified Shivyrtuysk Zeolite]. Energetika: effektivnost', nadezhnost', bezopasnost': materialy XX Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii (Tomsk, 2—4 dekabrya 2014 g.) [Energy: Efficiency, Stability, Safety: Materials of the 20th All-Russian Science and Technical Conference (Tomsk, 2—4 December 2014)]. Tomsk, TPU Publ., 2014, vol. 2, pp. 114—116. (In Russian)
6. Hardi G. Kreplenie plitok kleyami, modifitsirovannymi redispergiruemymi poroshkami [Fixing Tiles Using Adhesives Modified by Redispersible Powders]. Sovremennye tekhnolo-gii sukhikh smesey v stroitel'stve : sbornik dokladov 2-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekh-nicheskoy konferentsii [Modern Dry Mixes Technologies in the Construction : Collection of Reports of the 2nd International Science and Technical Conference]. Saint Petersburg, 2000, pp. 70—77. (In Russian)
7. Karapuzov E.K., Lutts G., Gerol'd Kh. Sukhie stroitel'nye smesi [Dry Mortars]. Kiev, Tekhnika Publ., 2000, 226 p. (In Russian)
8. Doroshenko, Yu.M., Shanaev Zh.I. Protsessy strukturoobrazovaniya i svoystva tse-mentnogo kamnya s polimernymi modifikatorami [The Processes of Structure Formation and Properties of Cement Stone with Polymer Modifiers]. 15 Szilikatip. esszilikattund. konf. (12— 16 jun., 1989): SILICONF R.l. Budapest, 1989, pp. 273—276. (In Russian)
9. Kaeding W.W., Chu C.-C., Young L.B., Butter S.A. Shape-Selective Reactions with Zeolite Catalysts: II. Selective Disproportionate of Toluene to Produce Benzene and P-Xylene. J. Catal. 1981, vol. 69, no. 2, pp. 392—398. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0021-9517(81)90174-3.
10. Kjellsen K.O., Lagerblad B. The Influence of Natural Minerals in the Filler Fraction on Hydratation and Properties of Cement-Filler Mortars. Swedish Cement and Concrete Research Institut. Stockholm, 1995, p. 41.
11. Loganina V.I., Zhernovskiy V.I., Sadovnikova M.A., Zhegera K.V. Dobavka na osnove alyumosilikatov dlya tsementnykh sistem [Additive Based on Aluminum Silicates for Cement Systems]. Vostochno-Evropeyskiy zhurnalperedovykh tekhnologiy [East-European Journal of High Technologies]. 2013, vol. 5, no. 6, pp. 8—11. (In Russian)
12. Zhegera K.V. Svoystva tsementnykh sukhikh stroitel'nykh smesey pri vvedenii v ikh retsepturu sintezirovannykh alyumosilikatov [The Properties of Dry Cement Mixes with the Introduction of Synthesized Aluminum Silicates to their Composition]. Molodoy uchenyy [Young Scientist]. 2014, no. 3 (62), pp. 278—280. (In Russian)
13. Loganina V.I., Zhegera K.V. Formirovanie prochnosti tsementnoy kompozitsii v prisu-tstvii sintezirovannykh alyumosilikatov [Strength Formation of a Cement Composition with Synthesized Aluminum Silicates]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura [Proceedings of South Ural State University. Series: Construction and Architecture]. 2015, vol. 15, no. 2, pp. 43—46. (In Russian)
14. Loganina V.I., Ariskin M.V., Karpova O.V., Zhegera K.V. Otsenka napryazhennogo sostoyaniya kleevogo sloya na osnove sukhikh stroitel'nykh smesey s primeneniem sin-tezirovannykh alyumosilikatov [Evaluation of the Stress State of the Adhesive Layer on the Basis of Dry Mixes Using Synthesized Aluminum Silicates]. Vestnikgrazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers]. 2015, no. 3 (50), pp. 163—166. (In Russian)
15. Kozlov V.V. Sukhie stroitel'nye smesi [Dry Mortars]. Moscow, ASV Publ., 2000, 96 p. (In Russian)
16. Gorchakov, G.I., Orentlikher L.P., Muradov E.G. Treshchinostoykost'i vodostoykost' legkikh betonov [Crack Resistance and Water Resistance of Lightweight Concretes]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1971, 80 p. (In Russian)
17. Druzhinkin S.V. Sukhie stroitel'nye smesi na osnove tseolitsoderzhashchikh porod: dissertatsiya kanddata tekhnicheskikh nauk: 05.23.05 [Dry Construction Mixtures Based on Zeolite-Containing Rocks : Dissertation of the Candidate of Technical Sciences: 05.23.05]. Krasnoyarsk, 2010, 169 p. (In Russian)
18. Sommer H., Katayama T. Screening Carbonate Aggregates for Alkali-Reactivity. IBAUSIL 13. Weimar, BRD, 2000, Bd. 2, pp. 2-0461— 2-0468.
19. Ogawa K., Uchikawa H., Takemoto K. and Yasui I. The Mechanism of the Hydration in the System C3S-Pozzolana. Cem. Concr. Res. 1980, 10 (5), pp. 683—696. DOI: http://dx.doi. org/10.1016/0008-8846(80)90032-0.
20. Rajgelj S. Cohesion Aspects in Rheological Behaviour of Fresh Cement Mortars. Materials and Structures. 1985, 18 (2), pp. 109—114. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/ BF02473377.
About the authors: Loganina Valentina Ivanovna — Doctor of Technical Sciences, Professor, chair, Department of Quality Management and Technologies of the Construction, Penza State University of Architecture and Construction (PGUAS), 28 Germana Titova str., Penza, 440028, Russian Federation; [email protected];
Zhegera Kristina Vladimirovna — postgraduate student, Department of Quality Management and Technologies of the Construction, Penza State University of Architecture and Construction (PGUAS), 28 Germana Titova str., Penza, 440028, Russian Federation; [email protected].
For citation: Loganina V.I., Zhegera K.V. Otsenka ustoychivosti k spolzaniyu kleevogo sloya na osnove sukhoy stroitel'noy smesi [Estimation of Creeping Resistance of an Adhesive Layer Based on Dry Mortar]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 4, pp. 69—75. (In Russian)
