Легкие вермикулитовые штукатурки для легких бетонов
В последние годы для возведения наружных и внутренних стен зданий и сооружений все более широкое применение находят блоки из легких бетонов. Для их отделки наиболее целесообразно использовать специальные «теплые» штукатурные растворы. Теплопроводность таких растворов, как правило, соответствует теплопроводности легких бетонов – стена становится термически однородной и более долговечной. Применение легких штукатурных смесей позволяет повысить производительность труда снизить материалоемкость, значительно повысить качество отделочных работ.
Исходные компоненты
В состав легких штукатурных смесей кроме цемента, песка, наполнителя и воды, включаются химические модификаторы полифункционального назначения, заполнители и микронаполнители различного минерального состава и дисперсности.
Введение в цементные системы тонкодисперсных минеральных наполнителей создает необходимые условия для получения высокотехнологичных и удобоукладываемых смесей. Высокая плотность структуры может быть достигнута за счет введения в систему 2–3 фракций минеральных микронаполнителей, близких по кристаллохимическому строению.
В качестве тонкодисперсных наполнителей при исследовании применялись карбонат кальция (мел) и тонкодисперсный доломит. Размер частиц вышеуказанных тонкодисперсных наполнителей составлял от 50 до 90 мкм.
Следует отметить, что частицы доломита имеют плотную структуру, удельную поверхность сопоставимую с цементом и практически негигроскопичны. В связи с этим, тонкомолотый доломит способствует уменьшению водопотребности вяжущего.
Мел не инертен и вступает в физико-химическое взаимодействие с клинкерными минералами цемента, участвуя в формировании цементного камня. При естественном твердении это приводит к образованию плотного контакта между ними и срастанию продуктов гидратации цемента с микронаполнителем.
В качестве легкого заполнителя использовался вермикулит – природный материал из группы гидрослюд. В исходном состоянии вермикулит содержит 8–20 % кристаллизационной воды, которая удаляется при нагреве до температуры 300–500 о С.
В результате частицы минерала расширяются в направлении, перпендикулярном слюдистым слоям. Плотность вермикулита во вспученном состоянии зависит от качества сырья, его фракционного состава и способа нагрева.
Вспученный вермикулит обладает рядом ценных свойств – он нетоксичен, имеет невысокую плотность и гигроскопичность, низкие коэффициенты теплопроводности и температурного расширения, хорошую огнестойкость и высокий коэффициент звукопоглощения.
Все это предопределило широкое применение вермикулита за рубежом. Так, например, в США ежегодно около 4 тысяч тонн вспученного вермикулита используется в составе «теплых» штукатурок. Значительная часть вермикулита завозится в США из ЮАР. Тем не менее, даже при условии таких перевозок сырья, его применение является весьма рентабельным. К сожалению, Беларусь также не имеет своего месторождения вермикулита и в настоящее время ориентируется на поставки из России.
Для получения легких штукатурных составов с достаточно высокими прочностными свойствами, водоудерживающей способностью, низким водопоглощением, трещинностойкостью, удобоукладываемостью и другими функциональными показателями применялись модифицирующие добавки в различных комбинациях.
Свойства легких штукатурных смесей
Проведенные исследования показали, что введение в цементные системы тонкодисперсных минеральных наполнителей обеспечивает создание необходимых условий для получения высокотехнологичных и удобоукладываемых смесей. Вышеуказанные тонкодисперсные наполнители позволяют заменить часть вяжущего вещества, сохраняя при этом достаточно высокие показатели свойств цементных смесей. Таким образом, смешанное вяжущее средней активности (портландцемент песчанистый – карбонат кальция, портландцемент песчанистый – доломит) может применяться для разработки составов легких штукатурных смесей. На свойства строительных растворов заметное влияние оказывает качество вспученного вермикулита: гранулометрический состав, прочность и плотность упаковки, а также сцепление между ним и цементным камнем.
Прочность
Большое влияние на прочность легких штукатурных смесей оказывает способность пористых заполнителей в процессе приготовления и укладки смеси поглощать воду, а затем постепенно отдавать ее в твердеющий цементный камень. Данное свойство пористых заполнителей создает благоприятные условия для твердения цементного камня, что, в конечном счете, обеспечивает лучшее сцепление с зернами заполнителя и приводит к повышению прочностных характеристик. Качество легких строительных растворов определяется средней плотностью и прочностью на сжатие.
Прочностные показатели строительных растворов с вермикулитом отличаются более высокими значениями, чем с использованием других легких заполнителей (песок перлитовый вспученный, пенополистирол, керамзит и т. д.). Это связано со слоистой структурой и более высокой упругостью частиц вспученного вермикулита, состоящих из множества гибких слюдяных слоев. Способность вспученного вермикулита упругопластически деформироваться даже при незначительных нагрузках, обеспечивает релаксацию напряжений на границе между легким штукатурным раствором и отделываемой поверхностью в отличие от традиционных типов строительных растворов, склонных в условиях нагрузок к растрескиванию и отслаиванию.
Водоудерживающая способность
Как правило, раствор с недостаточной водоудерживающей способностью быстро теряет воду и становится жестким. У смешанного вяжущего наблюдается увеличение водоудерживающей способности. При этом, чем выше дисперсность наполнителей, тем больше адсорбционной воды удерживается на поверхности частиц. Для получения легких штукатурных смесей с высокой водоудерживающей способностью в настоящей работе применялась метилцеллюлоза вязкостью по Хепплеру 15000 мПа с.
Удобоукладываемость
Удобоукладываемость зависит от пластичности (подвижности или консистенции), водоудерживающей способности, расслаиваемости растворной смеси и от ее способности сохранять эти свойства во времени. Как правило, если легкий штукатурный раствор имеет высокую водоудерживающую способность, то он будет иметь и хорошую удобоукладываемость.
Текучесть
Текучесть определяется отсутствием стекания (сползания) растворной смеси на вертикальной поверхности. В течение времени, пока раствор еще не потерял своих пластических свойств, под действием силы тяжести может происходить смещение слоев раствора относительно друг друга, в результате чего происходит деформация и разрушение целостности легкого штукатурного покрытия. В данном случае, стекания растворной смеси с вертикальной поверхности не наблюдается.
Адгезия
Одним из основных показателей качества легких штукатурных растворов является прочность сцепления с основанием. Для улучшения данного показателя в состав растворов вводят редиспергируемые полимерные порошки.
Именно благодаря полимерным порошкам, силы адгезии иногда оказываются больше, чем силы когезии и в таких случаях разрыв происходит внутри объема наименее прочного из контактирующих тел (когезионное разрушение).
Следует отметить, что вспученный вермикулит вместе с применяемыми вышеуказанными модифицирующими добавками обеспечивает безусадочность и трещиностойкость покрытия.
Капиллярное водопоглощение
Благодаря достаточно низкому значению капиллярного водопоглощения, легкие штукатурные растворы оказались эффективными в условиях сильной конденсации водяных паров, например, в плавательных бассейнах.
Теплопроводность
Благодаря своей слоистой структуре вспученный вермикулит обладает сильным теплоизолирующим эффектом. Количественной характеристикой теплопроводности является коэффициент теплопроводности. Особое влияние на данный показатель оказывает плотность и влажность материала. В связи с этим очень важно, чтобы для теплозащиты домов строительные материалы были сухими. В процессе проведения испытаний установлено, что коэффициент теплопроводности разработанных легких штукатурных составов средней плотности 800–1200 кг/мi при содержании вспученного вермикулита 10–15 % равняется 0,16–0,19 Вт/м °C.
Таким образом, применение вспученного вермикулита в сухих строительных смесях позволяет получить высокие теплосберегающие характеристики, которые остаются неизменными на протяжении длительного срока службы штукатурных покрытий.
Паропроницаемость
В виду того, что существует перепад температур воздуха и давления внутри и снаружи здания, как правило, происходит диффузия водяного пара через ограждающую конструкцию в сторону области более низкого давления. Процесс появления влаги и накопление ее в конструкции можно отнести к одному из самых вредных факторов, который приводит к разрушению конструкции, снижению теплозащиты, ухудшению микроклимата в помещениях, появлению плесени и грибков.
Способность материала противостоять проникновению влаги характеризуется паропроницаемостью. Коэффициент паропроницаемости легкого штукатурного раствора на основе песчанистого портландцемента ПЦП М500 при содержании вспученного вермикулита 10 –15 % варьируется от 0,075 до 0,089 мг/м ч Па. Таким образом, легкие штукатурные растворы на основе вспученного вермикулита обладают достаточно высокой паропроницаемостью.
В результате – применение вышеуказанных штукатурных растворов исключает появление в помещении плесени и грибков. Стены «дышат» и способствуют поддержанию баланса влажности в помещении.
Морозостойкость
В зимний период времени штукатурный раствор, находящийся в наружной части стены ограждающей конструкции, промерзает и происходит миграция пара от «тепла к холоду». Пар стремится наружу, поскольку его давление при отрицательной температуре ниже, чем при положительной. Водяной пар, стремясь выйти наружу, попадает в зону отрицательных температур и конденсируется в порах наружной грани стены. Когда коэффициент насыщения водой приближается к 1, в стенах пор возникают большие растягивающие напряжения. Разрушение начинается обычно в виде шелушения поверхности штукатурного покрытия, которое затем распространяются вглубь.
Таким образом, воздействие на раствор попеременного замораживания и оттаивания, подобно многократному воздействию растягивающей нагрузки, вызывает усталость материала и, в конечном итоге, его разрушение.
В процессе испытаний определялась марка по морозостойкости – число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором не наблюдалось появления трещин, вздутий, шелушения. Критерием морозостойкости легкого штукатурного раствора является потеря им после определенного количества циклов прочности на сжатие, которая не должна превышать 25 %.
Легкие строительные растворы в силу своей высокой пористости менее морозостойкие, чем тяжелые, но достаточно морозостойки для применения в стеновых конструкциях зданий и сооружений.
Горючесть
При испытании на горючесть легких теплоизоляционных штукатурных растворов, проводимых в НИИПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь, хорошо показали себя растворы, выполненные с использованием в качестве тонкодисперсного наполнителя доломита и легкого заполнителя вспученного вермикулита, имеющие среднюю плотность 1100 кг/м3.
Легкие штукатурные растворы со вспученным вермикулитом относятся к негорючим материалам. Это позволит использовать вышеуказанные составы для отделки конструкций самой высокой степени ответственности.
По материалам Республиканского научно-технического семинара «Современные фасадные системы зданий.
Особенности расчета, проектирования и устройства» –
доклад кандидата химических наук, доцента,
заведующей отделом РУП «Институт БелНИИС» Урецкой Е. А.