Лёгкие строительные штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем

Для реализации программы энергосбережения отечественная строительная промышленность предлагает различные материалы и изделия. Особенно важным является широкое развитие производства надёжных и дешёвых теплоизоляционных материалов.
   Ячеистые бетоны, обладая неоспоримыми преимуществами, такими как низкая средняя плотность, теплопроводность, лёгкость в монтаже, всё же имеют повышенную влагоёмкость и паропроницаемость, деформативность и усадку; в насыщенном водой состоянии – малую морозостойкость. Поэтому использование ячеистобетонных блоков требует применения специальных штукатурных строительных растворов, которые должны быть лёгкими и прочными. Обычная цементно-песчаная растворная смесь, нанесённая на ячеистобетонный блок, сразу отдаёт воду и при твердении раствор становится хрупким. Цементно-песчаный раствор, обладая недостаточной паропроницаемостью, не обеспечивает необходимый пропуск водяных паров, вызывая увлажнение стенового материала, снижая тем самым его теплоизоляцию и сопротивляемость морозной коррозии.
   Вермикулит давно известен как хороший и распространённый заполнитель. При использовании вермикулита в качестве заполнителя и портландцемента в качестве вяжущего в растворах плотностью ниже 900 кг/м3 возникают трудности при нанесении их растворной смеси, при этом растворы не обладают достаточными прочностными характеристиками для применения. Для устранения этих проблем была предложена модификация цементного теста заменой части портландцемента тонкодисперсным отходом промышленности – микрокремнезёмом (ТУ 5743-048-02495332-96) (МК-85) и негашёной молотой известью. Так же был введен комплекс полимерных добавок, снижающий количество воды затворения, повышающий водоудерживающую способность растворной смеси и прочность раствора при сжатии и сцеплении: С-3, Tylose 60010 P4, Movilith 2072 Р.
   Введение микрокремнезёма и извести не однозначно влияет на количество воды затворения растворных смесей: в составах с низким содержанием вермикулита приводит к увеличению В/Вв с 1,01...1,90 до 1,46...2,28, а в составах с высоким содержанием – к уменьшению количества воды затворения В/Вв с 3,19...4,79 до 3,02...4,41.
   Водоудерживающая способность растворной смеси при введении микрокремнезёма и извести увеличивается с 56,4...93,1 до 96,2...99,5%, при этом расслаиваемость растворной смеси уменьшается с 9,18...1,07 до 0,83...0,67%. Введение тонкодисперсных минеральных добавок приводит к стабилизации цементного теста – заполнению пространства между зёрнами цемента, увеличению числа контактов между ними, при этом возрастают силы сцепления между частицами, что значительно уменьшает возможность расслоения растворной смеси. Увеличение интенсивности сил взаимодействия между частицами, повышение плотности упаковки приводит к увеличению способности удерживать воду в цементном тесте.
   При твердении растворных смесей с низкой водоудерживающей способностью на пористом основании формуются растворы, имеющие значительно меньшую прочность, по сравнению с растворами, твердевшими на плотном основании. В растворных смесях с водоудерживающей способностью ниже 94% прочность раствора при сжатии на пористом основании, меньше прочности раствора на металлическом основании в 2...3 раза. Увеличение водоудерживающей способности до 96...97% приводит к повышению прочности, которая превышает прочность раствора на плотном основании. При дальнейшем увеличении водоудерживающей способности происходит выравнивание значений прочности при сжатии на разных основаниях.
   Введение микрокремнезёма и извести привело к снижению средней плотности раствора и к увеличению его прочности при сжатии. В случае большого содержания вермикулита в составе раствора (свыше З/Вв 0,4), прочность раствора при сжатии определяется величиной зоны контакта заполнителя с цементным камнем. Микрокремнезём и известь в составе раствора способствуют уменьшению плотности цементного камня, что при одинаковом расходе вяжущего по массе приводит к увеличению объёма цементного камня в растворе.
   Коэффициент конструктивного качества с введением микрокремнезёма и извести увеличивается от 0,55...6,10 до 1,45...6,51 в зависимости от содержания вермикулита в составе раствора. Эффективность применения минеральных тонкодисперсных добавок с увеличением содержания вермикулита возрастает.
   Структурно-механические характеристики растворной смеси в пластичном состоянии определяются способом и степенью притяжения между частицами. При замене части цемента тонкодисперсными добавками: известью и микрокремнезёмом происходит адсорбирование тонкодисперсных частиц на поверхности цемента и заполнителя и связывание их между собой. В результате увеличиваются силы притяжения между цементом и заполнителем, что приводит к увеличению наибольшей пластической вязкости и статического предела текучести. Повышение содержания цементного теста обеспечивает заполнение пустот в растворной смеси между зёрнами заполнителя, что позволяет увеличить тиксотропность, снизить нагрузку, необходимую для придания растворной смеси текучего состояния, т.е. приводит к уменьшению условной мощности деформаций, модулей упругости и эластичности. Аналогичное действие на реологические свойства растворных смесей оказывает применение эфиров целлюлозы и редисперсионных полимерных порошков, которые при увлажнении образуют водную дисперсию полимеров. Полимеры дополняют действие минеральных тонкодисперсных частиц, в ещё большей степени увеличивая силу сцепления между частицами цемента и вермикулита, заполняя пустоты между ними и предотвращая контакт зёрен вермикулита между собой. Однако, степень влияния эфиров целлюлозы по сравнению с редисперсионными полимерными порошками на реологические свойства растворных смесей значительно выше из-за большего набухания при увлажнении. Совместное использование минеральных и полимерных добавок в составе штукатурных растворов плотностью не менее 400 кг/м3 обеспечивает возможность ручного и машинного нанесения растворных смесей.
   Повышение водоудерживающей способности при введении полимерных добавок подтверждает закон изменения прочности раствора с минеральными добавками на пористом основании.
   Введение Тилозы до 0,1% привело к подъёму, а до 0,15% к снижению прочности при сжатии раствора при З/Вв 0,2...0,4 из-за увеличения значительного количества капиллярных пор в цементном камне при высыхании водного раствора полимера. При З/Вв 0,8...1,0 увеличение содержания Тилозы и Мовилита повышает прочность раствора при сжатии за счёт заполнения порового пространства и других дефектных мест полимерной фазой.
   Увеличение содержания полимерных добавок привело к увеличению силы сцепления раствора с основанием. Величина силы сцепления раствора (средней плотностью выше 480...500 кг/м3) с основанием более 0,3 МПа, а также отсутствие разрушения образцов раствора по зоне контакта с основанием удовлетворяют требованиям, предъявляемым к растворам для отделки наружной поверхности стен из ячеистобетонных блоков.
   Паропроницаемость штукатурных вермикулитовых растворов с полимерными добавками не ограничивает их использование в качестве отделки наружной поверхности стен из ячеистобетонных блоков, в случае если средняя плотность растворов равна или меньше средней плотности блоков.
   В результате исследований были определены оптимальные составы вяжущих веществ с разным расходом вермикулита, позволяющие выпускать лёгкие штукатурные строительные растворы с широким ассортиментом свойств. Подобные смеси, выпускаемые ООО НПП «Техсервисвермикулит», были применены для отделки 10-этажного монолитного жилого дома с наружными стенами из ячеистого бетона в городе Челябинске (см. рис.).