Цементсодержащие сухие смеси для зимних работ

Следующий важный фактор, который позволяет оптимизировать составы является производство различных сухих смесей предназначенных для использования в зимнее и в летнее время, т.е. необходимо учитывать временные параметры и это надо отражать в сроках использования напечатанных на этикетке .

Принципиальная возможность применения простых смесей цемента с песком в зимний период обуславливается в основном снижением точки замерзания воды (за счет соответствующих противоморозных добавок), а также проблемой медленного либо совсем отсутствующего схватывания цемента при температурах ниже минус 5 ⁰С (необходимы добавки ускорителей схватывания или глиноземистых цементов, а возможно даже добавки, способные карбонизировать гидроксид кальция, например трасс). Замедленные реакции искажают механизм гидратации цемента и практически неизбежно приводят к последующему появлению высолов.

Классические высолы возникают из-за гидроокисей щелочных и щелочноземельных металлов и дополнительно из-за солей, содержащихся в противоморозных добавках. Кроме того, немодифицированные смеси можно использовать только в толстых слоях, т.е. в случаях кладки на тонкий слой раствора (например, блоков из ячеистого бетона с низкой теплопроводностью) или тонкослойных клеев и штукатурок они не пригодны. Настоятельно рекомендуется никогда не применять содержащие противоморозные добавки продукты там, где высолы недопустимы по техническим или оптическим соображениям.

Одной из самых важных характеристик полимерных вяжущих является минимальная температура пленкообразования (МТП), которая показывает, начиная с какой температуры можно применять содержащие их растворы. Так, МТП простого клея ПВА, содержащего коалесцирующие добавки, составляет около + 15 ⁰С, т.е. при более низких температурах без дополнительных мер пленки в цементном растворе не образуются, клей не работает как вяжущее. Фирма Дайрен в основном выпускает диспергируемые порошки Дайрен с МТП выше 0 ⁰С, поэтому с некоторым запасом мы можем рекомендовать штукатурить, шпаклевать, наливать полы и т.п. при температурах от + 5 ⁰С, если сухая смесь содержит порошок Дайрен с МТП = 0 ⁰С. При низких температурах полимерное вяжущее в состоянии взять на себя упрочнение системы в заметно меньшей степени, нежели это происходит при нормальных температурах благодаря водоотдаче и быстрому полному образованию пленки.

При сравнении преимуществ и недостатков различных добавок, рекомендуемых для понижения температуры замерзания цементсодержащих растворов (противоморозных добавок), можно рассмотреть следующие четыре состава: В и С - с нитритом натрия (в количестве 6 % и 3 % на сухую смесь), D - с нитритом натрия в комбинации с ускорителем отверждения формиатом кальция, Е - с нитритом натрия в комбинации с мочевиной. Приведены результаты испытаний на стандартной рецептуресухой смеси, содержащей в качестве компонентов портландцемент, небольшое количество гидроокиси кальция, кварцевый песок, карбонат кальция (мел марки Durcal 65 со средним размером частиц 65 мкм), эфир целлюлозы средней вязкости. Эксперименты проводились после выдерживания образцов при комнатной температуре, чтобы оценить влияние противоморозных добавок на свойства смеси при этой температуре.

Вторая серия опытов по затворению сухих смесей была поставлена при минус 10 ⁰С, исследование образцов проводилось также при минус 10 ⁰С, чтобы оценить свойства при этой температуре.

Краткие выводы по результатам опытов (см. таблицы):

С добавкой 6 % нитрита натрия возможна работа до минус 15 ⁰С; с 3 % нитрита натрия и другими добавками (D и Е) до примерно минус 10 ⁰С. Испытания и выдерживания при комнатной температуре: добавка 6 % нитрита натрия отчетливо ухудшает прочность на отрыв и замедляет схватывание. Заметно лучше в этом смысле ведут себя составы С, D и Е. Показатели прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе практически не претерпевают изменений после введения противоморозных добавок. Добавка формиата кальция рекомендуется для ускорения схватывания раствора.

Испытания и выдерживания при минус 10 ⁰С: практически нет снижения коэффициентов прочности на отрыв. Показатели прочности на сжатие и на растяжение при изгибе, естественно, заметно ниже по сравнению с испытаниями при комнатной температуре. Несмотря на то, что представленные результаты в целом положительны, по вышеуказанным соображениям не рекомендуется использовать продукты строительной химии при температурах ниже + 5 ⁰С. Переработка модифицированных полимерами смесей при более низких температурах возможна только на свой страх и риск. Предлагаемые результаты можно применить на практике только в тех случаях, при которых описанные побочные эффекты типа высолов не имеют значения, например, для кладочных растворов, если стены впоследствии будут оштукатурены. Испытания механической прочности модифицированных противоморозными добавками растворов должны проводиться и по истечении достаточно большого периода времени, чтобы оценить их долговечность.

Рецептура раствора с противоморозными добавками:

Надежность эксплуатации строительных объектов во многом зависит от их гидроизоляции. Разрушающее действие воды происходит в основном при переходе температуры через точки росы и кристаллизации.

Вода проникает в строительные конструкции несколькими путями.

1. Основным источником попадания воды в незащищенную конструкцию являются атмосферные осадки. Особый случай – это поверхности, непосредственно контактирующие с водой, например, стенки бассейнов, каналов, резервуаров и т.п. Эксплуатация гидротехнических сооружений без изоляции вообще невозможна.

2. При недостаточной изоляции между фундаментом и стеной неизбежен капиллярный подъем грунтовых вод. Его интенсивность определяется впитывающей способностью стройматериалов. Для простоты расчета в зависимости от радиуса капилляров можно принять, что капилляры имеют вид стеклянных трубок. Для воды при нормальных атмосферных условиях упрощенная формула выглядит следующим образом:

h = 0,149 : r

где h – высота подъема в м
r – радиус капилляра в м.

3. При температуре ниже точки росы в строительной конструкции происходит конденсация атмосферного водяного пара.

4. В очень тонких капиллярах (менее 50 нм) может происходить капиллярная конденсация, т.е. здесь создается повышенное давление водяного пара, и он превращается в жидкую воду, несмотря на то, что в окружающей атмосфере относительная влажность меньше 100 %.

5. Дополнительную влагу впитывают стройматериалы, содержащие соли с гигроскопическими свойствами. Т.к. стройматериалы по своему объему могут иметь зоны с различным содержанием таких солей, то из-за осмотического давления происходит миграция влаги. Можно представить себе явление осмоса как стремление солевого раствора к саморазбавлению. Вследствие этого происходит выравнивание концентрации солей во влажном стройматериале и дополнительное его увлажнение. Задачей гидроизоляционных материалов на основе цементсодержащих сухих смесей является создание преграды для воды как в жидком, так и в газообразномагрегатном состоянии. Растворы из таких смесей наносят в два приема слоем толщиной 2 – 3 мм на подготовленные поверхности с любым, сколь угодно сложным рельефом. Просачивание воды происходит через поры. Молекулу воды можно рассматривать примерно как шарик диаметром 0,3 нм. Пористость является неотъемлемым свойством любого цементного камня. Так, при ВЦ = 0,50 объем пор размерами от 1 нм до 1 мм составляет 46 % объема цементного камня. Чем выше ВЦ, тем в большем количестве и большего объема образуются поры. Происхождение и размеры пор подразделяются следующим образом:

Гелевые поры: 1 – 10 нм. Они возникают при образовании цементного геля. При нормальных условиях они заполнены жидкостью очень высокой плотности и непроницаемы даже для газов.

Усадочные поры: около 10 нм. Они образуются из-за того, что объем исходных цемента и воды больше, чем объем
продуктов гидратации.

Капиллярные поры: 10 нм – 100 мкм. Они обусловлены избытком воды, примененной для затворения цемента, т.е. той частью воды, которая не израсходовалась для гидратации и не связана физически в гелевых порах.

Теоретически при ВЦ = 0,36 – 0,38 и при полной гидратации не должно возникать капиллярных пор. Обычно такие поры представляют из себя пустоты неупорядоченной формы, через них происходит перенос жидкой фазы в цементном камне.

Воздушные поры: 1 мкм – 1 мм.
Это наиболее крупные поры, встречающиеся в цементном камне, часть из них видна невооруженным глазом. Обычно они шарообразные, возникают при затворении цементной смеси в воде и частично удаляются с помощью антивспенивающих добавок. Следует иметь в виду, что дисперсионные порошки тоже могут обуславливать появление воздушных пор.

Поры, вызванные недостаточным уплотнением: более 1 мм. Они имеют неправильную форму, возникают из-за нарушения технологии гидроизоляционных работ. Количество гелевых пор в миллионы раз больше, чем воздушных. При составлении рецептур гидроизоляционных смесей необходимо сводить к минимуму ВЦ, тем самым уменьшая количество капиллярных пор, и применять антивспениватели для удаления воздушных пор.

Проводниками воды могут служить трещины в отвердевшем растворе. Их основными причинами служат внутренние напряжения, возникающие из-за усадки портландцемента, из-за неравномерной гидратации цемента по толщине слоя гидроизоляции, а также из-за неправильного подбора наполнителей. Такие внешние факторы, как нестабильность метеорологических условий при твердении цемента, деформация основы тоже повышают риск образования трещин в гидроизоляции. Разумеется, цементы должны содержать минимум компонентов, которые при гидратации цемента и его твердении превратятся в водорастворимые соединения.Кроме свойств цемента, решающую роль для достижения герметичности играют инертные наполнители. Важен не только минералогический и фракционный состав, но и конфигурация частиц наполнителей, в том числе отсутствие в них капиллярных пор.

Наполнители не должны содержать водорастворимых компонентов, например, солей щелочных металлов или магния. Их наличие повышает гидрофильность раствора, ведет к росту ВЦ. При контакте отвердевшей гидроизоляции с водой происходит вымывание растворимых веществ, что открывает путь воде. При выборе наполнителей рекомендуется проверять их водопоглощение и растворимость в воде, как нейтральной, так и подщелоченной. Последнее существенно, если наполнители содержат хоть и инертные в нейтральной среде, но кислые составляющие, которые могут вступить в реакцию нейтрализации со щелочным цементным раствором.

Инертные наполнители не должны содержать компонентов, меняющихся в объеме при контакте с водой, например, набухающих в воде. Исключением являются те виды гидроизоляционных смесей, в которые умышленно вводится небольшое количество расширяющегося материала, например, бентонитовой глины. Ее задача – кольматация образовавшихся пор без изменения объема цементного камня, что создает дополнительную преграду воде.

Ситовые характеристики инертных наполнителей должны обеспечивать возможно более плотную упаковку. Наиболее распространенным наполнителем является отмытый кварцевый песок крупностью до 0,3 – 0,4 мм. Его фракционный состав должен быть как можно более равномерным, т.е. частные остатки по фракциям, кратным десятым долям мм, должны быть примерно одинаковыми. Если отсутствует фракция тоньше 0,1 мм, то этот недостаток компенсируют добавкой мраморной или известняковой муки. Полезен ввод наполнителей пластинчатой формы, например, молотой слюды, и линейной формы, например, волокон целлюлозы. Последние дополнительно армируют массу, уменьшая риск образования трещин. Для решения специальных задач могут применяться и другие наполнители. Например, трассовая мука (горная порода группы вулканических туфов), содержащая легкорастворимую кремниевую кислоту, придает цементу способность твердеть под водой.

Гидроизолирующие смеси должны содержать достаточно большое количество вяжущих – как цемента, так и полимеров, т.к. они выполняют дополнительную задачу – изолируют капиллярные поры. Соотношение цемента и полимерного вяжущего определяет жесткость конечного продукта. Чем больше доля цемента, тем тверже и жестче гидроизоляционное покрытие, хотя при этом повышается морозостойкость. С увеличением количества дисперсионного порошка увеличивается эластичность, но до определенного предела – до 5 – 8 % к весу сухой смеси. При большей дозировке начинает сказываться жесткость пленки поливинилового спирта, применяемого в порошках в качестве антикоагулянта. Действительно эластичные покрытия можно создать, если использовать двухкомпонентную систему. Первый компонент, цементсодержащая сухая смесь со всеми добавками, затворяется на стройплощадке во втором компоненте – разбавленной полимерной дисперсии.

Из химических компонентов, используемых в рецептурах гидроизолирующих смесей, важную роль играют эфиры целлюлозы, эфиры крахмала, антивспениватели, тиксотропирующие или разжижающие добавки (в зависимости от того, вертикальная или горизонтальная поверхность должна быть заизолирована), замедлители или ускорители твердения. Разжижающие добавки применяют и для снижения ВЦ, что несколько уменьшает фиксирующую способность раствора, но способствует повышению механической прочности.

Если гидроизолирующий материал должен длительное время или непрерывно находиться в контакте с водой, то необходимо использовать гидрофобизирующие добавки, например, комбинацию олеата натрия со стеаратом цинка, кальция или магния. Примерные рецептуры простых одно- и двухкомпонентных гидроизоляционных смесей с относительно небольшим количеством цемента могут выглядеть следующим образом:

Герметизирующая смесь для внутренних работ может использоваться и как
альтернатива герметикам для плитки.

Приведенные рецептуры дают представление о простейших видах гидроизоляционных смесей. Для повышения качества рекомендуется введение дополнительных добавок:

• Глиноземистый цемент для компенсации усадки портландцемента,

• Наполнители пластинчатой и линейной конфигурации для уплотнения упаковки твердых частиц,

• Эфир крахмала для уменьшения липкости массы к инструменту,

• Диспергатор, если масса склонна к комкованию при затворении в воде.

Нормативные требования по качеству воднодисперсионных гидроизоляционных смесей на цементно-полимерной основе отсутствуют. Поэтому изготовители вправе закладывать в технические условия собственные параметры, которые отвечали бы техническим потребностям рынка. Для оценки качества и, частично, для оперативного выходного контроля можно порекомендовать определение следующих показателей гидроизоляционных смесей:

• Расход воды для затворения для достижения приемлемой консистенции,

• Водоудерживающие свойства, открытое время,

• Водопоглощение,

• Проницаемость для водяного пара,

• Гидроизолирующие свойства – давление столба воды, при котором через образец толщиной 2 мм вода не просачивается в течение 1 суток,

• Адгезия к прогрунтованному бетонному основанию,

• Наличие остатка на сите, соответствующем максимально допустимому размеру зерна,

• Структура поверхности.

Выпускаемые в СНГ гидроизоляционные смеси позволяют создавать бесшовные
покрытия, обеспечивающие водонепроницаемость при напоре до 70 м водяного столба.

С рынком и технологическим оснащением производства ССС Вы можете познакомиться в работах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков:

Анализ производителей сухих строительных смесей
Анализ оборудования для производства сухих строительных смесей
Бизнес-план производства сухих строительных смесей в Приволжском ФО

Автор – ЕТС-Киев