По содержанию основных компонентов (вяжущих веществ, заполнителей, наполнителей) и добавок, в зависимости от проектируемого уровня свойств и целевого назначения составы сухих строительных смесей находятся в широких пределах концентраций каждого из компонентов, % по массе:
Вяжущие вещества (минеральные)
- силикатные цементы 5...50
- алюминатные цементы 3...30
- цементы смешанные 20...40
- гашеная известь 3...15
- строительный гипс 5...90
- гидросиликаты натрия и калия 5... 15
- глина молотая 15.. .40
Вяжущие вещества (органо-минеральные) 15...40
- полимерцементные и полимерсшшкатные композиции
Заполнители (>0,16 мм): 10...80
- кварцевые пески
- мраморная, доломитовая, известняковая крошка
- гранитная крошка
- техногенные продукты
Наполнители (
- кальцит (молотый мрамор, известняк)
- молотый доломит, кварц
- золы, шлаки
- отходы камнепереработки и др. техногенные продукты
Функциональные добавки: 0,01...4
- пластификаторы
- водоудерживающие
- ускорители схватывания и твердения
- замедлители схватывания и твердения
- упрочнители (волокна) и др.
При проектировании составов сухих строительных смесей основными условиями обеспечения необходимого уровня свойств как растворных смесей, так и затвердевших растворов являются: выбор вяжущего, выбор вида и гранулометрии заполнителей и наполнителей и обоснование применения функциональных добавок. Эти три условия равноценны для гарантии получения заданного уровня свойств.
Вяжущие вещества
Большинство рецептур сухих строительных смесей базируется на применении портландцемента. К применению рекомендуются цементы высокопрочные (М500 и выше), быстротвердеющие (прочность за 2 сут > 25 МПа) и бездобавочные (ПЦ ДО) с удельной поверхностью S > 450 м2/кг. Именно такие цементы обеспечивают необходимую кинетику формирования свойств в условиях «тонкослойной технологии» при минимальном расходе дорогих функциональных добавок. Однако в ряде случаев используют и рядовые цементы с минеральными добавками. Значительное количество рецептур базируется на применении глиноземистых цементов, обеспечивающих быстрое нарастание прочности, а также смесей портландцемента и глиноземистого цемента как приема обеспечения быстрого схватывания и ранней прочности. В некоторых рецептурах применяют специальные цементы: декоративные, напрягающие и др.
При использовании отечественной гашеной извести главная проблема — ее качество, которое может быть неудовлетворительным по влажности, содержанию непогасившихся частиц, дисперсности. Определение некоторых важных для сухих смесей свойств гашеной извести вообще не предусмотрено действующим стандартом, например пластичности, водоудерживающей способности, пескоемкости. Известь для сухих строительных смесей должна быть кальциевой (MgO < 5 %), в извести должны отсутствовать крупные частицы (>0,6'мм), содержание непогасившихся зерен не должно превышать 2...3 %, влажность — менее 5 %.
Гипсовые вяжущие вещества перспективны для большой номенклатуры сухих строительных смесей:
Основной продукцией производителей гипсовых вяжущих является гипс невысоких марок (Г-2—Г-6). Свойства гипсовых сухих смесей определяются качеством гипсового вяжущего, поскольку его содержание в составе смеси составляет 70...90 %. Гипс для сухих строительных смесей должен контролироваться по таким показателям, как марка, сроки схватывания, тонкость помола, влажность. Свойства гипсовых сухих смесей дополнительно регулируют с помощью функциональных добавок по таким показателям, как сроки схватывания (замедление), пластические свойства, повышение трещиностойкости, прочности сцепления с основанием, водоудерживающие свойства и др.
Заполнители и наполнители минеральные
Эти природные или искусственно приготовленные материалы определенного зернового состава занимают до 70...80 % общего объема строительных растворных смесей и позволяют сократить расход вяжущих без заметного падения прочности растворов, а также уменьшить усадочные деформации цементного камня. Они являются обязательными компонентами практически всех сухих смесей. Заполнители способствуют релаксации (снятию) механических напряжений, возникающих в цементном камне вследствие усадки. Деформации смесей цемента с заполнителем снижаются примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня. Заполнители для растворных и бетонных смесей подразделяют на крупные (зерна размером более 5 мм) и мелкие (зерна размером от 0,16 до 5 мм). В зависимости от плотности зерен заполнители подразделяют на плотные (плотность 2 г/см3 и более) и пористые (плотность менее 2 г/см3). В основном в составе сухих строительных смесей используют кварцевые пески.
Важнейшие характеристики заполнителей:
- минералогический и зерновой состав,
- плотность зерен,
- насыпная плотность,
- влажность,
- наличие пылевидных и глинистых частиц, глины в комках и различных примесей.
К вредным примесям в песках, используемых в качестве заполнителей, относят:
- аморфные разновидности кремнезема (халцедон, опал, кремень и др.),
- сульфиды и сульфаты,
- слюду,
- галоидные соединения (NaCl и КС1),
- уголь и органические примеси.
К важным характеристикам заполнителей, определяющим технологические и строительно-технические свойства растворных смесей и растворов, относятся:
- зерновой состав,
- пустотность,
- водо-потребность
- форма зерен заполнителя.
Предпочтительно использовать полидисперсные пески, обеспечивающие наиболее плотную упаковку зерен.
С целью улучшения фракционного состава заполнителя и снижения расхода вяжущего вещества целесообразно вводить наполнители — тонкодисперсные материалы с размером частиц 0,05...0,16 мм. К ним относятся:
- тонкомолотые кварцевые пески,
- пылевидный кварц (маршалит),
- микрокальцит,
- известняковая и доломитовая мука и др.
К особому виду наполнителей можно отнести волокна, которые могут быть как минерального происхождения (стекловолокна, базальтовые), так и органического (полипропиленовые, целлюлозные и др.). Волокна должны быть устойчивы по отношению к щелочной коррозии. Их вводят в растворы в количестве до 1...1,5 кг/м3 с целью придания им увеличенной прочности при изгибе и растяжении, эластичности и повышения устойчивости при вибрационных воздействиях.
Функциональные добавки различного назначения
Они предназначены для регулирования технологических свойств растворных и бетонных смесей и строительно-технических свойств растворов и бетонов. Вне зависимости от состава и достигаемого эффекта они должны соответствовать определенным общим требованиям:
- быть сухими и негигроскопичными;
- хорошо распределяться в смеси при сухом смешении компонентов и быть к ним химически устойчивыми;
- быть быстрорастворимыми или быстродиспергируемыми. При затворении сухой смеси водой время растворения (диспергирования) добавки не должно превышать 2... 10 мин (20 °С);
- отвечать требованиям нетоксичности, пожаро-, взрыво- и химической безопасности.
Многие традиционные добавки для бетонов не могут быть использованы в составе сухих строительных смесей как не соответствующие этим требованиям, и требуется разработка добавок-аналогов. Обобщенные данные о свойствах, физико-химической характеристике и диапазоне концентраций наиболее распространенных функциональных добавок для сухих строительных смесей приведены в таблице 1.
Из многочисленных добавок разного назначения целесообразно выделить две группы добавок, которые используются в подавляющем большинстве сухих строительных смесей: водорастворимые модифицированные эфиры целлюлозы и редиспергируемые полимерные порошки. При затворении строительной смеси водой молекулы растворенной целлюлозы образуют аква-комплексы, прочно удерживающие воду.
Таблица1. Характеристика добавок для сухих строительных смесей
Назначение
|
Фазово-химический состав
|
Применение в составе сухих строительных смесей
|
Концентра
ция,
% по массе
|
Редиспергируемые полимерные порошки (РПП)
|
Гомо- и сополимеры винилацетата, этилена, виниллаурата, винилверсатата, стиролакрилаты, полиакрилаты, смеси поливинилаце-тата с сополимером винилацетата с этиленом и винилхлоридом
|
Клеи для плитки и для систем теплоизоляции, ремонтные составы, самонивелирующиеся полы, шпатлевки, штукатурки, кладочные растворы для монтажа газобетонных блоков, сухие краски, гидроизоляционные покрытия, затирки
|
0,5...8,0
|
Водоудерживающие
|
Гидратная известь. Модифицированные эфиры целлюлозы: метилгидроксиэтил целлюлозы, метилгидроксипропил целлюлозы, этилгидроксиэтил целлюлозы, карбоксиметил целлюлозы и др.
|
Все виды для пористых оснований и тонкослойного нанесения
|
0.2...0.4
|
Водоредуцирующие (водопонижающие) пластификаторы, суперпластификаторы, гиперпластификаторы
|
Соли сульфонированньгх меламинформальдегидных (СМФ) или нафталинформальдегидных (СНФ) полиме¬ров, поликарбоксилаты
|
Самонивелирующиеся полы, инъекционные растворные смеси, ремонтные растворы, гидроизоляционные материалы
|
0.3...3.0
|
Загущающие и техно-логические (уменьшающие липкость к инструменту)
|
Модифицированные бентониты (на основе магнезиального монтмориллонита — гекторита). Производные крахмала (гидроксипропиловый эфир)
|
Высококачественные клеи, затирки, шпатлевки, штукатурки
|
0,01. .0,15
|
Воздухо-вовлекающие (порообразователи)
|
Поверхностно-активные вещества неионогенного и ионогенного действия: органические сульфокислоты и их соли, алкиларил сульфонаты, нейтрализованная винсоловая смола, смоляные мыла, полигликолевые эфиры
|
Смеси для морозостойких растворов и бетонов, кладочные и штукатурные растворы
|
0,05...0,1
|
Пеногасители
|
Жидкие углеводороды и полигликоли (диолы) на инертном носителе (аморфном кремнеземе)
|
Самонивелирующиеся полы, ремонтные растворы, клеи для тепло-изоляции, клеи для плиток, сухие краски
|
0.05...01
|
Коалесценты (способствуют слиянию
диспергированных в воде частиц поли-мерного порошка в сплошную пленку)
|
Смеси диолов на носителе (аморфном кремнеземе)
|
Сухие краски, самонивелирующиеся полы
|
0,1-5,0
|
Ускорители и замедлители схватывания
|
Алюминат натрия, гидросиликат натрия, карбонат лития, поташ, формиат кальция. Полисахариды, глюконат натрия, лимонная и винная кислоты и их соли, фосфат натрия
|
Инъекционные ремонтные составы, составы для торкрет- и набрызг-бетона, гидропломбы, самонивелирующиеся полы
|
0,5... 1,5
|
Ускорители твердения и упрочнители
|
Формиаты натрия и кальция,ацетат натрия, тиосульфат натрия, роданид кальция, микрокремнезем
|
Смеси для высокопрочных быстротвердеющих растворов и бетонов, для работы при пониженных и отрицательных температурах, самонивелирующиеся полы
|
0.5...3.0
|
Гидрофобизирующие
|
Стеараты кальция, маг¬ния, цинка, олеат натрия, силиконовые смолы на инертных носителях
|
Фасадные штукатурки, шпатлевки, гидроизоляционные смеси
|
0,2...2,0
|
Противоусадочные, расширяющиеся
|
Глиноземистые и высокоглиноземистые цементы, активные гидраты глинозема, смеси полиолов на аморфном кремнеземе
|
Гидроизоляционные смеси, стяжки, шпатлевки, ремонтные растворы и бетоны и др.
|
0,1...3,0
|
Противоморозные (проведение работ при температуре 0°С)
|
Формиат кальция, тиосульфат натрия, поташ, мочевина
|
Штукатурные смеси для фасадных работ, кла-дочные растворы, ремонт-ные растворы и бетоны
|
З.0...7.0
|
Биоциды (обеспечение биостабильности)
|
Пиритион цинка
|
Штукатурки, клеи для плитки, самонивелирующиеся полы
|
0,2.-0,5
|
Интенсивное развитие производства сухих строительных смесей обеспечило использование в их составе органических полимерных добавок, которые в сочетании с другими модификаторами позволяют прежде всего резко увеличить адгезию смеси к поверхности, на которую они наносятся. Во-вторых, отвердевший раствор становится более эластичным и стойким к истиранию. В третьих специальные полимеры могут обеспечить влагостойкость, водонепроницаемость и даже водоотталкивающие свойства после отверждения. Неизбежное удорожание смеси при введении полимерных добавок компенсируется уменьшенным ее расходом на 1 м2 и легкостью работы. Кроме того, достигаются высокая прочность и долговечность, невозможные без такой модификации.