Легкие растворы для поризованных блоков
Керамические поризованные блоки отличаются прочностью и высокой коррозионной стойкостью – качествами, которые особенно важны при возведении жилых зданий в больших городах. Кроме того, при использовании поризованных блоков крупных размеров производительность труда повышается по сравнению с кладкой обычного кирпича в 2,5–3 раза, а расход кладочного раствора уменьшается в 3 раза.
Слабое место любой конструкции
В Беларуси разработка легких кладочных и штукатурных составов на основе вспененного полистирола началась в 80‑х годах прошлого века. А в 2008 году в РУП «Институт БелНИИС» были созданы легкие составы, которые рекомендуется использовать при кладке поризованного кирпича.
– Расслойный шов кладки – слабое место любой конструкции, выполняемой из отдельных элементов, – пояснила Евгения Урецкая, заведующий научно-исследовательским отделом строительной химии РУП «Институт БелНИИС». – При традиционной кладке на тяжелых растворах неизбежны потери тепла через растворные швы («мостики холода»). Тяжелый кладочный раствор в таких кладках работает как прослойка и может достигать толщины более 20 мм для материала со значительной геометрической погрешностью, что на 32% снижает теплопроводность конструкции по сравнению с кладкой, выполненной на клеевом растворе.
Легкие же кладочные растворы не образуют «мостиков холода» в швах и просто незаменимы при возведении округлых наружных стен, где требуется заполнять раствором клиновидные вертикальные швы. При подборе состава кладочной штукатурной смеси необходимо учитывать показатели прочности, твердости и теплопроводности материала основания. Теплопроводность штукатурного и кладочных растворов должна быть не выше теплопроводности самого материала, а их средняя плотность и прочность сопоставима с плотностью и прочностью применяемого основания.
Карбонат кальция для цемента
На теплопроводность стены влияет и способ укладки блоков.
– Тычковые ряды при укладке поризованных кирпичей размером 250120138 мм имеют лучшие показатели, чем ложковые, что необходимо учитывать при расчете кладок, – сообщил Антон Крутилин, научный сотрудник РУП «Институт БелНИИС». – От цементно-песчаного раствора для швов толщиной 12 мм, например, лучше вообще отказаться и применять специальные клеевые растворы, для того чтобы швы не промерзали.
По разным типам кладки расчет коэффициента теплопроводности будет отличаться. Например, для керамических поризованных камней размером 510250219 мм на растворе плотностью 1 800 кг/м3 с толщиной швов 12 мм при кладке тычковыми рядами расчетный коэффициент теплопроводности будет равен 0,28 Вт/(м•°C), а для блоков размером 250120138 мм при той же плотности раствора и толщине шва коэффициент теплопроводности составит 0,38 Вт/(м•°C).
Цементы, имеющие прочность раствора выше требуемой, должны применяться совместно с тонкомолотыми активными минеральными добавками или микронаполнителями (в легких сухих смесях в качестве мелкодисперсного наполнителя можно использовать карбонат кальция и магния – продукты переработки мрамора, доломита и т. д.).
Карбонат кальция, по мнению ученых, – самый перспективный материал, который по сравнению с другими наполнителями обладает меньшей дисперсностью (средний размер его частиц около 40–70 микрон). Преимущество карбонатных пород в их инертности: вступая в активное физико-химическое взаимодействие с материалами цемента, они участвуют в формировании структуры цементного камня, что при затвердении приводит к плотному контакту.
Определение зависимости прочности на сжатие смешанного вяжущего от доли карбоната кальция позволяет выбрать оптимальное содержание минерального тонкодисперсного наполнителя. Например, 50–60% карбоната кальция в смеси дает прочность на сжатие смешанного вяжущего около 20 МПа.
Заполнитель для кладочного раствора
Один из основных компонентов рассматриваемого кладочного раствора – заполнитель, представляющий собой рыхлую смесь зерен искусственного и природного происхождения. Искусственные пористые заполнители – это минеральные сыпучие материалы, получаемые вспучиванием специальных смесей или грануляцией с последующим твердением. Такие заполнители отличаются стабильностью своих свойств.
В качестве заполнителей ученые использовали несколько компонентов: вермикулит, вспененный полистирол, вспученный керамзитовый песок, дробленый газосиликат и вспученный перлитовый песок. При этом определялось их влияние на основные характеристики модельных составов (прочность на сжатие, на растяжение при изгибе, плотность влагосодержания и т. д.).
Так, введение в смесь вспученного перлитового песка объемом от 5 до 30% приводит к снижению прочности на сжатие, на растяжение при изгибе. Увеличение количества перлита приводит к повышенной водопотребности смеси, что обусловлено строением этого заполнителя – высокопористой структурой с развитой поверхностью. В итоге перлит вбирает в себя большое количество воды из смеси, что объясняет повышенную остаточную влажность раствора.
Содержание вспученного вермикулита в смеси при исследованиях в БелНИИС варьировалось от 3 до 15%. Этот заполнитель – простейший теплоизоляционный природный материал, широко применяемый при строительстве в европейских странах. Стройматериалы на его основе отличаются высокими прочностными показателями, что объясняется слоистой структурой заполнителя и высокой упругостью частиц вермикулита, состоящих из множества гибких слюдяных слоев.
Строительные смеси на основе дробленого газосиликата обладают высокой водопотребностью, что отрицательно влияет на теплопроводность и плотность раствора. В процессе измельчения дробленого газосиликата увеличивается его насыпная плотность, что негативно сказывается на показателях материала. Исследования показали, что оптимальное количество дробленого газосиликата в растворе не должно превышать 30–35%.
Керамзит – искусственный пористый заполнитель в виде гранул округлой формы. Его открытая пористость – 6–13%, закрытая – 60–70%, средняя плотность – 600–800 кг/м3. Присутствие керамзитового песка в растворе варьировалось от 30 до 50%. При добавлении в смесь 40% этого заполнителя прочность на сжатие и на растяжение при изгибе резко уменьшается.
Гранулы вспененного полистирола размером 1–2 мм вводились в раствор в количестве 1–5%. Плотность этого заполнителя 20–35 кг/м3, а растворы на его основе отличаются хорошей технологичностью и легкостью нанесения.
В результате проведенных исследований белорусские ученые определили, что оптимально вводить модифицирующие добавки в раствор в следующих объемах: вермикулит – 10%, вспененный полистирол – 3%, вспученный керамзитовый песок – 30–40%, дробленый газосиликат – 15–25% и вспученный перлитовый песок – 15%.
Как достичь оптимальной теплопроводности
Одной из важных характеристик раствора является его водоудерживающая способность, которая изначально мала и составляет 92–94%. Повысить ее до 97–99% можно, введя в смесь 0,2–0,3% водоудерживающих добавок метилцеллюлозы. Кроме того, в смесь необходимо вводить также 1–2% редиспергируемого полимерного порошка.
Исследования морозостойкости раствора показали, что смеси на основе керамзитового песка, вспененного полистирола и вспученного вермикулита обладали показателем в среднем 50 циклов, а при добавлении дробленого газосиликата и перлитового песка – 35 циклов.
Для оптимальных показателей теплопроводности и плотности раствора следует вводить в смесь следующие объемы заполнителей. Содержание гранул пенополистирола в количестве 3–4% дает плотность материала 650–850 кг/м3 и коэффициент теплопроводности 0,12–0,18 Вт/(м•°C). Гранулы вспученного вермикулита, добавленные в количестве 10–15%, обеспечивают плотность 820–1 250 кг/м3, а коэффициент теплопроводности – 0,14–0,19 Вт/(м•°C). Керамзитовый песок объемом 30–40% дает плотность раствора порядка 1 100–1 200 кг/м3 при коэффициенте теплопроводности – 0,16–0,20 Вт/(м•°C). Увеличение содержания в смеси дробленого газосиликата приводит к незначительному падению плотности раствора – 1 350–1 150 кг/м3 с коэффициентом теплопроводности – 0,25–0,28 Вт/(м•°C).
Ученые отмечают, что уменьшение средней плотности раствора в 600–1 000 кг/м3 в 1,5–2 раза при укладке высокоэффективной поризованной керамики приводит к снижению общей массы наружных стен. Нагрузка на фундамент дома уменьшается, что позволяет увеличивать этажность строящихся зданий.