CC BY
40УДК
С.А. ПАШКЕВИЧ ([email protected]), С.А. ГОЛУНОВ, инженеры, А.П. ПУСТОВГАР, канд. техн. наук, А.О. АДАМЦЕВИЧ, инженер, Московский государственный строительный университет
Применение противоморозных добавок в базовых штукатурных составах систем фасадной скрепленной теплоизоляции
Системы фасадные теплоизоляционные композиционные с наружными штукатурными слоями (далее СФТК) включают специальные материалы и изделия, используемые в качестве отдельных элементов и/или конструктивных слоев, которые работают совместно и определяют свойства системы в целом.
Устройство СФТК осуществляется путем приклеивания к строительному основанию (бетон, кирпичная кладка, штукатурка) при помощи специального клеевого состава (клея) теплоизоляционного материала или изделия (пенополистирольные или минераловатные плиты различной толщины и плотности). Следующим этапом является нанесение на поверхность теплоизоляционной плиты базового штукатурного состава (базовый слой), который воспринимает и перераспределяет внешние нагрузки, действующие на СФТК, и обеспечивает ее физико-механические свойства в целом. Дополнительно базовый штукатурный состав армируется специальными фасадными коррозионно-стойкими стеклосетками для обеспечения жесткости и повышения ударопрочности конструкции. Заключительным этапом является устройство декоративно-защитного слоя, обеспечивающего защиту конструкции от неблагоприятных воздействий окружающей среды, а также определяющего внешнюю форму системы (текстуру покрытия).
При монтаже каждого слоя системы используются так называемые мокрые процессы, т. е. процессы, связанные с затворением сухих строительных смесей водой перед их применением. Это определяет регламент производства данных видов работ при минимальной суточной температуре не ниже +5оС и объясняется тем, что при температуре ниже +5оС процесс твердения строительного раствора резко замедляется, а при понижении температуры до 0оС и ниже и вовсе прекращается из-за перехода воды в растворной смеси из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллов льда.
Таким образом, наблюдается явление сезонности данных видов строительных работ, что негативно сказывается на экономике строительства в целом. Для центральной части России, где, по данным Гидрометцентра России, преобладание отрицательной температуры (до —10оС) характерно для 5 месяцев в году (рис. 1), решение вопроса о возможности производства строительных работ мокрых процессов при монтаже СФТК является чрезвычайно актуальной задачей.
В настоящее время сухие строительные смеси, предназначенные для клеевого, базового штукатурного и декоративно-защитного слоев СФТК, представлены смесями, содержащими цемент (вяжущее), мелкофракционный песок (заполнитель) и полимерные добавки (редиспергируемые полимерные порошки и водорастворимые полимеры), определяющие основные физико-механические характеристики строительного раствора.
Особенностью таких смесей является наличие в их составе редиспергируемых в воде полимерных порошков (РПП), образующих устойчивые дисперсии.
Известно, что при снижении температуры воды в системе полимерные наполнители перестают выполнять свое функциональное предназначение из-за нарушения устойчивости и разрушения системы, в результате чего образования сплошной пленки не происходит.
Кроме РПП в состав цементно-полимерной смеси входят и водорастворимые полимеры (эфиры целлюлозы), которые также проявляют специфическую особенность при воздействии отрицательной температуры.
Создание благоприятных условий для твердения до достижения растворной смесью критической прочности возможно при обеспечении положительной температуры наружного воздуха, например при устройстве тепловых контуров на участках монтажа СФТК, что далеко не всегда целесообразно с экономической и технологической стороны, или путем снижения температуры образования льда в жидкой фазе.
Искусственное понижение температуры замерзания жидкой фазы возможно при использовании модификаторов противоморозного действия (противоморозных добавок), наиболее распространенными из которых являются формиат натрия, нитрит натрия и формиат кальция.
Введение в состав цементно-полимерной смеси данных противоморозных добавок в различных концентрациях позволяет понизить точку замерзания воды до необходимой отметки и создает нормальные условия для твердения строительного раствора до достижения критической прочности. Однако их применение имеет и отрицательные стороны — изменяется растворимость всех входящих в состав цементно-полимерной смеси компонентов, что может негативно сказаться на физико-механических характеристиках затвердевшего раствора. Одновременно с этим при попадании влаги в затвердевший клеевой, базовый штукатурный или декоративно-защитный слой возможно с течением времени образование высолов на поверхности системы. Также следует отметить, что данные противомо-розные добавки были разработаны для бетонных смесей и их применение в ССС для монтажа СФТК представляется весьма затруднительным ввиду имеющихся отличий в процессах твердения и технологии производства.
На сегодняшний день в России не существует специального нормативного документа, регламентирующего применение противоморозных добавок в составах сухих строительных смесей. ГОСТ 28013—98 «Растворы строительные. Общие технические условия» устанавливает применение добавок в строительных растворах. Существует ГОСТ 24211—2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия». Вопрос о применении противоморозных добавок в сухих строительных смесях изучен крайне слабо, поэтому целесообразно спроецировать существующие технологические навыки производства бетонных работ при от-
44
научно-технический и производственный журнал
август 2011
У ll ll i .. II
14d 23oC 14d 23oC 14d 5oC 14d 5oC/ 14d -10oC 14d -10oC/
без добавления 14d 23oC 4d 23oC ПМД
0
рицательной температуре на возможность их применения при монтаже СФТК.
Бетонную смесь для производства работ при отрицательной температуре предписывается изготавливать в обогреваемых бетоносмесительных установках, применяя подогретую воду и подогретые заполнители, требующиеся для получения температуры бетонной смеси, необходимой по расчету. Введение противоморозных добавок осуществляется непосредственно на заводе-изготовителе в виде водных растворов или эмульсий. Подобная технология приготовления клеевых, базовых штукатурных и декоративно-защитных составов, необходимых для монтажа СФТК, неприемлема ввиду экономической нецелесообразности размещения на строительной площадке необходимого оборудования для приготовления строительной смеси. Помимо этого действие противоморозных добавок усиливается процессом саморазогрева уложенной бетонной смеси и дополнительным электропрогревом массы в опалубке. Отличительной особенностью применения противоморозных добавок в штукатурных слоях является отсутствие явления саморазогрева из-за недостаточной толщины слоя и экономической нецелесообразности устройства дополнительного обогрева штукатурных слоев.
Для определения действия противоморозных добавок в строительных растворах тонкого слоя, а также при попытке регламентирования производства подобных работ при отрицательной температуре было проведено исследование (Аубакирова И.У., Григорьев И.Н., Староверов В.Д. Особенности твердения растворов, изготовленных из сухих строительных смесей, при отрицательных температурах // Сухие строительные смеси. 2010. № 2. С. 30—32), направленное на изучение механизма действия противоморозных добавок в составе фасадной клеевой смеси.
В упомянутой работе в качестве модификаторов противоморозного действия использовались классические для укладки бетона при отрицательной температуре нитрат кальция и формиат кальция.
Состав фасадной клеевой смеси: ПЦ 400 Д20 — 35%; песок с максимальным размером зерна до 0,63 мм — 72,8%; гидрофобный редиспергируемый полимерный порошок — 2%; водорастворимый эфир целлюлозы — 0,2%.
Нитрат кальция и формиат кальция в дозировке 1% и 2% вводились в растворную смесь с водой затворе-ния при температуре не ниже 15оС. После нанесения на основание смесь выдерживалась 2—4 ч, и затем образцы помещались в морозильную камеру с температурой -5оС. Такой порядок проведения испытаний объяснялся тем, что для реализации модифицирующего эффекта противоморозными добавками требуется некоторое время выдержки образцов при нормальной температуре.
Испытание образцов в возрасте 14 сут производилось спустя 3 сут после извлечения из морозильной камеры.
■ РПП 1 ■ РПП 2 ■ РПП 3 □ РПП 4 Рис. 2. Адгезионная прочность
Результаты адгезионной прочности клеевого состава с бетонным основанием в возрасте 14 сут приведены в табл. 1.
Однако в естественных условиях монтажа мокрых фасадов при отрицательных температурах подобная методика может оказаться полностью неработоспособной. Определим два ключевых момента, предъявляющих требования к регламенту производства фасадных работ при отрицательных температурах:
1. Клеевой состав может наноситься на охлажденное основание (поддержание положительной температуры строительного основания в течение определенного времени представляется крайне не целесообразным из-за дополнительных трудовых и энергетических затрат).
2. Фасадная клеевая смесь непосредственно после нанесения на охлажденное основание подвергается замораживанию.
В ходе проведенных исследований ни одно из этих условий не было выполнено.
Проведенные испытания фасадной клеевой смеси имеют исключительно теоретический характер и мало общего с использованием подобных смесей в реальных условиях.
Также изучена зависимость ключевых параметров затвердевшего при отрицательной температуре в присутствии противоморозной добавки строительного раствора, предназначенного для монтажа СФТК, от типа полимера, введенного в состав смеси. В качестве проти-воморозного компонента выступил формиат натрия.
По результатам проведенного исследования было установлено, что введение в состав сухой строительной смеси формиата натрия уже само по себе вызывает ухудшение сцепления раствора с основанием. Адгезионная прочность раствора, твердевшего при нормальных условиях — температура 23оС и влажность 50% — сопоставима с адгезионной прочностью контрольного состава (без добавления формиата натрия), затвердевшего при температуре 5оС.
Регламент проведения эксперимента предполагал выдерживание свежеуложенного раствора в течение 7 сут при необходимых условиях, и 7 сут при нормальных условиях (температура 23оС и влажность 50%). Результаты исследования адгезионной прочности представлены на рис. 2.
Параллельно получены объективные данные о пределе прочности при сжатии (рис. 3) и предел прочности при изгибе (рис. 4) затвердевшего раствора.
Таблица 1
Адгезия к бетонному основанию клеевого состава, модифицированного противоморозными добавками (%), МПа
формиат кальция нитрат кальция
1 2 1 2
0,3885 0,399 МПа 0,336 МПа 0,357 МПа
20
fj научно-технический и производственный журнал
® август 2011 45
МПа 40
30
20
10
lÉilmi
гТТ-П.1 Птп
Ш 230С 14а 230С Ш 50С 14а 50С/ 14а-10оС 14а-10оС/ без добавления Ш 23оС 4а 23оС
ПМД
■ РПП 1 ■ РПП 2 ■ РПП 3 □ РПП 5 □ РПП 6 □ РПП 7 □ РПП 8 Рис. 3. Предел прочности при сжатии
МПа 9
0
■ И-П-П.1 ÜT
Ш 230С Ш 230С Ш 50С Ш 50С/ Ш -10оС Ш -10оС/ без добавления 141 230С 230С
ПМД
■ РПП 1 ■ РПП 2 ■ РПП ^ ■ РПП 5 ■ РПП 6 □ РПП 7 □ РПП 8 Рис. 4. Предел прочности при изгибе
6
3
Как видно из результатов проведенных исследований, применение в качестве противоморозной добавки хорошо зарекомендовавшего себя в производстве бетонных работ формиата натрия неприемлемо ввиду резкого ухудшения свойств затвердевшего строительного раствора. Следует отметить, что раствор подвергался замораживанию сразу же после нанесения на основание. Однако для получения более достоверных результатов необходимо наносить раствор на основание, охлажденное до проектной температуры.
С целью максимального приближения эксперимента к реальным условиям эксплуатации и получении достоверных результатов в НОЦ НСТМ МГСУ проводилось исследование, направленное на определение влияния некоторых добавок полимерной природы в качестве модификаторов противоморозного действия в строительных растворах тонкого слоя. При исследованиях им были присвоены условные обозначения: К1, К2, КЗ и К4.
Состав фасадной клеевой смеси: ПЦ М400 — 30%; песок раменский с максимальным размером зерна до
0.315.мм — 63,915%; известь гашеная — 3%; водорастворимый эфир целлюлозы — 0,25; редиспергируемый полимерный порошок — 2,5%; волокно целлюлозы — 0,2%.
Добавки К1, К2, К3 и К4 в дозировке 0,135% вводились в сухую строительную смесь. Время выдержки готовой строительной смеси составило не более 5 мин для обеспечения начального процесса кристаллообразования. Затем образцы строительной смеси наносились на предварительно охлажденное до температуры —5оС бетонное основание и помещались в морозильную камеру с температурой —5оС. Возраст образцов на момент испытания составил 14 сут (7 сут замораживания и 7 сут оттаивания).
Такой порядок проведения испытания определялся следующими факторами.
1. Нанесение клеевого состава должно производиться на охлажденное основание.
2. Фасадная клеевая смесь сразу после нанесения на охлажденное основание замораживалась.
Таблица 2
3. Основной набор прочности происходил при оттаивании.
Результаты адгезионной прочности клеевого состава с бетонным основанием в возрасте 14 сут приведены в табл. 2.
Установлено, что мокрые процессы при монтаже СФТК, в частности нанесение клеевого состава на бетонное основание, при отрицательной температуре возможно при помощи принципиально новых модификаторов полимерной природы, которые в сравнении с традиционными противоморозными добавками (нитрат кальция и формиат кальция) позволяют достичь гораздо более высоких результатов адгезионной прочности клеевого состава к бетонному основанию при максимальном приближении условий испытаний к реальным условиям на производстве.
Отсутствие в России специального нормативного документа, регламентирующего применение противо-морозных добавок в составах сухих строительных смесей, и практического опыта применения существующих противоморозных добавок, а также полученные результаты исследований предоставляют широкие перспективы для развития в данном направлении.
В настоящее время проводится ряд дополнительных исследований, направленных на модификацию строительных смесей специальной противоморозной добавкой, адаптированной к применению в клеевых, базовых штукатурных и декоративно-защитных составах, позволяющей производить работы по монтажу СФТК при температурах окружающей среды до —10оС без дополнительных энергетических и технологических затрат, а также разработка соответствующего регламента производства работ по монтажу СФТК при температуре окружающей среды до —10оС являются актуальной задачей. Это позволит максимально эффективно проводить мокрые процессы при монтаже СФТК в Центральной части России на протяжении всего года, что, безусловно, благоприятно скажется на экономике строительного производства в целом.
Ключевые слова: системы фасадные теплоизоляционные композиционные с наружными штукатурными слоями, противоморозные добавки, сухие строительные смеси.
Список литературы
Содержание полимерных добавок, %
К1 К2 КЗ К4 Контрольный состав*
0,135 0,135 0,135 0,135 0
Адгезионная прочность, МПа 0,665 0,38 0,35 0,375 0,602
* Контрольный состав - базовый состав клеевой смеси без добавления модификаторов противоморозного действия; набор прочности производился в нормальных условиях (температура окружающей среды +21оС, влажность 50%). Значение адгезионной прочности указано для образца в возрасте 14 сут.
1. Голунов СА, Пустовгар А.П., Пашкевич СА, Дудяков Е.В.. Оценка эффективности современных композиционных фасадных систем с тонкими штукатурными слоями и утеплителем из минеральной ваты // Строительные материалы. № 11. 2010. С. 21—27.
2. С.П. Сивков. Особенности процессов гидратации цементов в сухих строительных смесях // Строительные материалы. № 2. 2008. С. 4-7.
3. В.С. Семенов. Противоморозные добавки для облегченных цементных систем // Строительные материалы. № 5. 2011. С. 16-19.
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 46 август 2011 hl ®
