Сухие строительные смеси в современных строительных технологиях

  Качество сухой смеси зависит не только от гранулометрического состава наполнителя, но и от содержания посторонних добавок, наличие которых существенно влияет на конечный результат. В частности, даже небольшое содержание примесей глины способно значительно уменьшить адгезию раствора, а присутствие некоторых растворимых соединений инициирует разрушение дорогостоящих органических добавок.

  Кроме того, в составе минерального наполнителя могут содержаться химические соединения (например, активный оксид алюминия), способные влиять на процесс гидратации цемента. Чтобы избежать подобных неприятностей производители стремятся использовать наполнитель из одного месторождения, что позволяет обеспечить стабильное качество конечного продукта.

  Большинство растворов для тонкослойного нанесения, таких как плиточные клеи и тонкие штукатурки, содержат, как правило, зерна не крупнее 0,6 мм. Составы, предназначенные для толстослойного нанесения, в том числе и декоративные, содержат более крупные зерна. Размер до 0,1 мм характерен для таких гладких растворов, как шпаклевки и расшивочные массы. Максимальные механические показатели, например усилие на отрыв, при минимальном расходе химических добавок могут быть достигнуты в том случае, когда наполнитель имеет достаточно плотную упаковку, то есть содержит примерно одинаковые доли различных фракций.  

3.3. Модифицирующие добавки

Самая сложная и дорогостоящая группа компонентов. Добавки, которые регулируют самые тонкие свойства материала. Сложные современные составы сухих строительных смесей содержат помимо набора связующих и набора наполнителей от 3 до 10-15 комбинаций модифицирующих добавок, каждая из которых отвечает за свой фронт работы. Говоря простым языком, модифицирующие добавки отвечают за удержание воды нужное количество времени, за равномерность высыхания готового раствора, за отсутствие трещин в составе, за укрепление или наоборот, ослабление определенных связей раствора, за регулирование усадки материала, за температурный режим использования состава, за толщину нанесения, за многие субъективные характеристики: пластичность, легкость и удобство в работе и многое другое.

  Вода впитывается в основание и испаряется с поверхности раствора, что приводит к сокращению времени пребывания цемента в фазе геля, уменьшению степени гидратации и, как следствие, к снижению прочности. Чем меньше толщина слоя раствора, тем больше сказываются на качестве образующегося цементного камня указанные недостатки.

  В начале прошлого века в Германии был разработан способ получения водорастворимых эфиров целлюлозы. Исследования показали, что вследствие слабого межмолекулярного взаимодействия с молекулами воды эти полимеры обладают великолепной водоудерживающей способностью. Каждая молекула полимера может удерживать до 20 тыс. молекул воды.

 Энергия  этого взаимодействия сопоставима  с энергией испарения и капиллярной  диффузии в основу, что является  препятствием для ухода воды. В свою очередь, эта энергия  несколько меньше, чем энергия  диффузии воды при гидратации цемента, что позволяет ему отбирать эту воду. Фактически вода в растворе заменяется гомогенным желеобразным раствором метилцеллюлозы, в котором взвешены частички цемента и заполнителя. Высокая водоудерживающая способность такой системы способствует полной гидратации цемента и позволяет раствору набирать необходимую прочность даже при тонкослойном нанесении. После ухода воды полимер в виде тончайшей пленки остается на поверхностях между цементным камнем и наполнителем, никак не влияя на механические характеристики затвердевшего раствора. Таким образом, добавление незначительного количества (0,02—7%) водорастворимых эфиров целлюлозы к цементно-песчаным смесям приводит к существенному увеличению открытого времени и дает возможность раствору гидратироваться равномерно по всему объему, а также обеспечивает существенное повышение адгезии к основанию и улучшение качества поверхности.

  Чем больше толщина слоя цементного раствора, тем меньше метилцеллюлозы требуется для обеспечения необходимой степени начальной гидратации, поэтому на этикетке сухой смеси должна быть четко указана минимально допустимая толщина нанесения состава. В свою очередь, недопустимо и толстослойное (10 мм и более) применение раствора с высоким содержанием эфира целлюлозы, предназначенного для тонкослойных технологий. В этом случае может проявиться «эффект карамели», когда поверхность отверждается нормально, а внутри сохраняется не отвердевший цементный раствор. По этой причине для подготовки неровных оснований (с перепадами более 10—15 мм) рекомендуется применение системы материалов, состоящей из сухой смеси для грубого выравнивания и тонкослойной нивелирующей массы, обеспечивающей получение гладкого финишного слоя, на поверхность которого и укладывается напольное покрытие. Системный подход не только позволяет избежать перечисленных неприятностей, но и снизить уровень затрат на материалы.

  К следующей группе добавок относятся дисперсионные порошки, которые, в отличие от водорастворимых производных целлюлозы, при затворении водой образуют не растворы, двухфазные системы, состоящие из полимерных частиц (на основе сополимеров винилацетата и этилена, винилхлорида, стирол-акрилата и т.п.), диспергированных в воде. Добавление этих составов в продукты строительной химии позволяет активно влиять на характеристики конечного материала и обеспечивает получение результатов, недостижимых при использовании только традиционных минеральных вяжущих.

  Первые попытки модификации цементных смесей полимерами заключались в добавлении к воде затворения дисперсии винилацетата, извест- ной как клей ПВА. В процессе образования винилацетатной пленки происходит значительная (до 10%) усадка, что влечет за собой растрески- вание полимерно-цементного материала, поэтому от применения ПВА быстро отказались.

  Следующим этапом стало использование двухкомпонентных составов, состоящих из цементно-песчаной смеси, приготовленной в заводских условиях, и полимерной дисперсии, поставляемой в жидком виде, которые смешиваются на строительной площадке. Двухкомпонентные растворы применяются до сих пор, но водная дисперсия теряет свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время года ее транспортировка и приготовление рабочего раствора вызывают определенные затруднения.

Начало  производства однокомпонентных сухих  строительных смесей относится к 1953 году, когда специалистам фирмы Wacker (Германия) удалось получить сухой редиспергируемый порошок, образующий после затворения водой двухфазную систему, обладающую свойствами исходной полимерной дисперсии.

  Дисперсии отличаются от метилцеллюлозы и механизмом действия. По мере расходования вода концентрируется в порах цементного камня и там же концентрируется дисперсия, образуя «эластичные мостики», работающие на растяжение и изгиб несравненно лучше, чем цемент. Комбинация минеральных и полимерных вяжущих предоставляет возможность производства продуктов строительной химии, обладающих не только повышенными прочностными свойствами и улучшенной адгезией (в том числе и к таким «проблемным» основаниям, как металл, дерево, пластик, глазурованная плитка и т.п.), но и управляемыми реологическими (тиксотропность, пластичность) и специальными (гидрофобность, текучесть) характеристиками.

  Например, выравнивающие растворы для полов содержат комбинацию специальных дисперсионных добавок с органическими и синтетическими пластификаторами, наличием которых и определяются такие специфические свойства этих материалов, как способность к растеканию и гладкость получаемой поверхности. Дисперсионные модификаторы, входящие в состав клеевых составов для плиточных работ, улучшают условия работы, продлевают срок жизни затворенного раствора и повышают тиксотропность (способность загустевать в состоянии покоя и разжижаться при перемешивании) материала.

  Кроме повышения адгезии к сложным основам, дисперсионные порошки выполняют функции полимерного вяжущего в тех случаях, когда величина сдвиговых нагрузок превышает возможности цементно-песчаных растворов, модифицированных только эфиром целлюлозы. Пластичность таких клеевых составов позволяет, в частности, компенсировать термические напряжения, возникающие между облицовочным материалом и основанием.В первую очередь это относится к фасадным системам, где суточные колебания температуры могут достигать 70—80°С и «теплым» полам, где перепады температур также очень велики.

  Очень высокое (20—30%) содержание полимера приводит к тому, что цемент уже не образует непрерывной кристаллической решетки, а отдельные фрагменты цементного камня связаны между собой только эластичными полимерными цепочками. Такие материалы применяются для устройства гидроизоляции. Ассортимент многих производителей компонентов строительной химии (CLARIANT, BAYER, WACKER и др.) включает в себя дисперсионные порошки с температурой пленкообразования порядка 0°С, что позволяет использовать сухие смеси с добавкой этих материалов при низких (но не отрицательных) температурах, а некоторые марки дисперсионных порошков имеют температуру пленкообразования на уровне –15°С. Растворы, в рецептуре которых используются такие порошки, предназначены для проведения строительноотделочных работ в зимний период (при температурах не ниже –10°С).

  Составление рецептуры сухих смесей — это сложный и длительный процесс, невозможный без участия квалифицированного персонала и предполагающий обязательное наличие современной лаборатории для анализа и испытания образцов, оснащенной высококлассным оборудованием. В связи с этим хочется предостеречь потребителей от попыток кустарной «модификации» простых цементных растворов.

  В частности, распространенная в нашей стране практика «улучшения» простых цементно-песчаных смесей дисперсией винилацетата (клей ПВА) приводит к весьма плачевным результатам. Низкая стойкость к щелочным растворам, присущая винилацетату, вызывает его омыление в местах с повышенной влажностью (ванные комнаты и т.п.). Именно это обстоятельство является причиной того, что отваливается плитка, уложенная на раствор с добавлением клея ПВА. 
 
 
 
 
 
 
 

4. Технологии производства сухих строительных смесей

  Основными процессами технологической цепочки производства сухих строительных смесей, оказывающих существенное влияние на их эксплуатационные характеристики, является: подготовка сырьевых компонентов, их дозирование и смешивание, распределение малых химических добавок и премиксов в основной массе продукта.

  Однородность материала, является основой требуемого качества современных строительных смесей. От того, насколько равномерно отдельные компоненты будут распределены в основном объеме смеси, напрямую зависят эксплуатационные характеристики получаемого продукта. Даже небольшое отклонение содержания малых добавок, вызванное плохим их распределением, может негативно сказаться как на физико-механических, так и на технико-эксплуатационных свойствах смеси.

  Именно по этим причинам смесительный узел по праву считается наиболее ответственным участком завода по производству сухих строительных смесей. Соответственно, выбор смесительного оборудования, является важнейшим шагом на пути получения высококачественного продукта.  

4.1. Показатели однородности смеси

  Сегодня смешивание сыпучих материалов превратилось в особую отрасль технологических знаний, которые основываются на механических процессах, цели которых – обеспечить максимально высокую степень совмещения отдельных компонентов в конечном продукте или смеси. При этом основным критерием, определяющим эффективность смесительного агрегата, помимо показателей однородности смеси, является расход энергии, необходимой для получения продукта требуемого уровня совмещения компонентов. Максимальный экономический эффект от использования смесительного оборудования достигается только при правильном сочетании таких параметров обработки материалов, как интенсивность воздействия рабочих органов, оптимальной энергонапряженности процесса смешивания и гранулометрического состава используемых компонентов.

  Многочисленные лабораторные исследования, а также производственная практика, убедительно доказывают, что основные физико-химические процессы с участием отдельных компонентов, протекают тем интенсивней и полней, чем выше показатели однородности смеси. Эффект от использования химических добавок в производстве сухих строительных смесей, также напрямую зависит от того, насколько равномерно эти добавки распределены в основном объеме продукта.  

4.2. Смесительное оборудование и режимы смешивания 

  В производстве сухих строительных смесей в настоящее время применяется разнообразное смесительное оборудование, в частности, принудительные смесители циклического действия и принудительные смесители непрерывного действия.

  Процесс цикличного смешивания состоит из следующих фаз: загрузка материалов в емкость смесителя, непосредственно смешивания компонентов для достижения заданного уровня однородности получаемого продукта и, наконец, разгрузка смесителя. После разгрузки материала цикл повторяется.

  Метод непрерывного смешивания компонентов сухих смесей основан на получении готового продукта в постоянном режиме, когда загрузка смесителя, смешивание компонентов и разгрузка получаемого продукта происходят в непрерывном режиме.