Сухие строительные смеси

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Литературный обзор

1.1 Общие сведения о сухих строительных смесях

1.1.1 Классификация сухих строительных смесей

1.1.2 Основные свойства ССС и строительных растворов

1.1.3 Материалы для приготовления сухих строительных смесей

1.2 Общие сведения о штукатурке

1.2.1 Материалы для приготовления штукатурки

1.2.2 Вяжущие

1.2.3 Заполнители

1.3 Водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы

1.3.1 Общие сведения об эфирах целлюлозы

1.3.2 Технология получения эфиров целлюлозы

1.3.3 Основные свойства и применение эфиров целлюлозы

1. Литературный обзор

1.1 Общие сведения о сухих строительных смесях

Сухие строительные смеси - это порошкообразные композиции, состоящие из минерального вяжущего или полимерного связующего, наполнителей и заполнителей, добавок (модификаторов, полимеров, противоморозных, красителей и т.п.), приготавливаемые в заводских условиях.

На месте производства работ сухие строительные смеси только разбавляются водой до заданного водовяжущего отношения или консистенции, и употребляются в соответствии с их областью применения.

Целесообразность использования сухих смесей, как материала полной готовности, подтверждена зарубежной и отечественной практикой строительства.

Область применения сухих строительных смесей обширна: выполнение бетонных, штукатурных, кладочных, плиточных работ, устройство покрытий полов, заделка стыков [22].

1.1.1 Классификация сухих строительных смесей

В настоящее время в мире выпускается широкая номенклатура ССС для различных видов строительных работ. В результате разработки новых добавок и технологий производства сухих смесей удалось реализовать уникальные технологии строительных работ на основе ССС. К ним относятся тонкослойные технологии (самовыравнивающие растворы, плиточные составы, тонкие штукатурки и т.д.), комплексные системы устройства несущих полов и т.д.

ССС, выпускаемые в России, различаются по трём основным признакам:

виду вяжущего;

дисперсности наполнителя;

основному назначению.

По виду вяжущего ССС можно подразделять:

цементные (цементосодержащие);

бесцементные.

По дисперсности наполнителя ССС подразделяются:

крупнозернистые - с крупностью наполнителей не более 2,5 мм;

тонкодисперсные (мелкозернистые) - с крупностью наполнителей не более 0,315 мм.

По основному назначению ССС подразделяются:

кладочные - для кладки ячеистобетонных блоков, кирпича, камня;

монтажные - для монтажа крупных панелей и перегородок;

клеевые - для укладки облицовочной плитки, для приклеивания теплоизоляционных материалов и армирующей сетки в лёгких штукатурных теплоизоляционных системах;

затирочные (фуги) - для заполнения швов между облицовочными плитками;

гидроизоляционные - для устройства вертикальной и горизонтальной гидроизоляции цоколей, подвалов, фундаментов, бассейнов, санузлов, гидросооружений;

штукатурные защитно-отделочные - для устройства внутренней и наружной декоративной отделки зданий;

самонивелирующиеся - для устройства стяжек и оснований полов;

шпаклевочные - для заделки раковин и неровностей на основаниях из бетона и штукатурки;

окрасочные - для внутренней и наружной отделки зданий;

штукатурные (выравнивающие) - для выравнивания стен и потолков. Они, в свою очередь, подразделяются:

штукатурные лёгкие - на лёгких заполнителях;

штукатурные водоотталкивающие - для применения в местах повышенной влажности;

штукатурные ремонтные - для ремонта бетонных и железобетонных конструкций.

На рисунке 1.1 отражена наиболее полная классификация сухих строительных смесей для различных видов работ [25].

Рисунок 1.1-- Классификация сухих строительных смесей

1.1.2 Основные свойства ССС и строительных растворов

ССС представляют собой смеси вяжущих веществ, наполнителей, заполнителей и добавок, находящиеся в сухом состоянии. При затворении сухих смесей водой они превращаются в пластичную растворную смесь, которая постепенно теряет пластичность и образует бетон.

Свойства строительной смеси как порошка:

- цвет;

- дисперсность;

- влажность;

- гигроскопичность;

- плотность;

- насыпная плотность

Свойства растворных смесей в пластичном состоянии. Удобоукла-дывавемость - способность раствора укладываться на основание (кирпич и др.) тонким однородным слоем. Удобоукладываемый (мягкий) раствор хорошо заполняет все неровности основания и равномерно сцепляется со всей его поверхностью; не удобоукладываемый (жесткий) раствор соприкасается с основанием лишь на отдельных участках, давая плохое сцепление и слой неодинаковой плотности.

Те растворы, которые подаются к месту укладки с помощью растворонасосов, должны перекачиваться легко и без расслоения по стальным трубам и резиновым шлангам.

Удобоукладываемость раствора зависит:

от степени подвижности раствора;

от его водоудерживающей способности.

Степень подвижности растворов определяется по глубине проникания металлического конуса установленной формы и веса (300 г), который при погружении раздвигает песчинки (так называемый конус СтройЦНИЛа). В отдельных случаях возможно определение подвижности растворной смеси по осадке конуса или расплыву конуса на встряхивающем столике. Глубина погружения конуса определяет марку раствора по подвижности.

Как и в бетоне, подвижность растворной смеси определяется расходом воды. Для тощих смесей, при соотношении Ц:П меньше 1:4 подвижность смесей разного состава достигается при одинаковом расходе воды. В таблице 1.1 приведены марки по подвижности.

Таблица 1.1 - Марка раствора по подвижности

Марка по подвижности	Глубина погружения конуса, см
Пк 1	1-4
Пк 2	4-8
Пк 3	8-12
Пк 4	12-14

В жирных составах (Ц:П > 1:4) с увеличением расхода цемента или смешанного вяжущего водопотребность возрастает. Можно ориентировочно принять, что цементно-песчаных смесей изменяется пропорционально доле каждого сухого компонента в смеси [30].

На подвижность растворных смесей на разных песках независимо от их консистенции в значительной степени влияет качество песка: крупность и зерновой состав, характер поверхности зерен, чистота и количество мельчайших частиц в его составе. Чем тоньше песок, тем выше его удельная поверхность и пустотность и тем больше требуется воды и цемента для получения определенной подвижности растворной смеси. Поскольку в тощих растворных смесях расход вяжущегс практически не влияет на водопотребность смеси, то расход воды можно условие определить по водопотребности песка в тощем растворе (расход воды на 1000 кг песка).

В растворах, имеющих разную структуру, степень влияния песка на водопотребность растворной смеси различна. На рисунке 1.2 показаны зависимости водопотребности цементно-песчаной смеси для мелкого и среднего песка. В наибольшей степени влияние качества песка проявляется в тощих растворных смесях, с увеличением расхода цемента. Это влияние уменьшается, так как возрастает влияние цементного теста, в очень жирных растворах, при большой раздвижке зерен песка цементным тестом влияние крупности песка совсем незначительно.

Водоудерживающая способность предохраняет раствор от расслоения на составные части при транспортировки и при потери слишком большого количества воды при укладке на пористые основания (кирпич, шлакоблоки и т. п.).

Водоудерживающая способность:

90 % - для растворных смесей, приготовляемых в зимних условиях;

95 % - для растворных смесей, приготовляемых в летних условиях;

Водоудерживающая способность растворной смеси, определяемая на месте производства работ, должна быть не менее 75 % водоудерживающей способности, установленной в лабораторных условиях [11].

сухой строительный смесь штукатурка



Рисунок 1.2 - Зависимость водопотребности цементно-песчаных смесей от их структуры

При этом раствор с недостаточной водоудерживающей способностью будет «садиться», т.е. очень быстро делаться жестким. Такая потеря удобоукладываемости затрудняет работу, понижает производительность труда каменщиков и уменьшает прочность кладки на 10-25 %. Отсасывание воды пористым основанием может привести к такому «обезвоживанию» и усадке раствора, что он не будет иметь достаточного сцепления с основанием.

Раствор, обладающий достаточной водоудерживающей способностью, отдает пористому основанию излишнюю часть воды лишь постепенно, отчего становится плотнее и, следовательно, прочнее. Укладывать кирпич на таком растворе удобно, швы получаются плотными и имеют хорошее сцепление.

Водоудерживающую способность растворной смеси оценивают по количеству воды, отсасываемой за 10 мин из пробы растворной смеси промокательной (фильтровальной) бумагой на специальном приборе.

Водоудерживающая способность растворной смеси зависит от используемых при ее изготовлении материалов и состава смеси. Введение тонкодисперсных минеральных компонентов (извести, глины и других материалов с высокой удельной поверхностью) повышает водоудерживающую способность раствора.

В современных условиях для повышения водоудерживающей способности используют специальные органической добавки, например, метилцеллюлозу и другие. Растворы с этой добавкой на различных вяжущих обладают очень высокой водоудерживающей способностью и имеют минимальную потерю воды на пористом основании, что обеспечивает высокое сцепление раствора с основанием. Отсасывание воды из раствора пористым основанием зависит от водоудерживающей способности раствора. С ее повышением степень отсасывания уменьшается, соответственно в меньшей мере проявляется влияние этого фактора на свойства раствора.

Раствор получается удобоукладываемым, если все пустоты между зернами песка заполнены тестом, состоящим из вяжущего и воды, причем поверхность песчинок равномерно покрыта тонким слоем этого теста.

Так как поверхность зерен песка в 1 м³ раствора весьма велика (при крупном песке около 5000 м², а при мелком - до 15000 м²), то вяжущего теста (цементного, известнякового и т.п.) на 1 м³ раствора требуется гораздо больше, чем на 1 м³ бетона. Практически для получения удобоукладываемого раствора требуется на 1 м³ крупного песка около 0,35 м³. однако сильно увеличивать объем теста путем добавления к нему воды нельзя, так как частицы вяжущего могут удерживать лишь определенное количество воды, зависящее от величины поверхности частиц и от способности их адсорбировать воду. Вода начинает сравнительно быстро отделяться от цементного раствора, если содержит ее больше 70-80 % от массы цемента.

Хорошо погашенная известь может удерживать в строительном растворе около 200 % воды. Поэтому известковый раствор оказывается, гораздо более удобоукладываемым, чем цементный [22].

В большинстве случаев от растворов требуется не высокая прочность - от 0,04 до 10 МПа, а чаще всего 1-2,5 МПа. Для получения раствора такой прочности достаточно небольшого количества цемента. Например, затвердевший раствор, имеющий прочность на сжатие 2,5 МПа, можно получить, вводя на 1 м³ песка лишь около 100 кг цемента марки 300. Однако при таком небольшом количестве цемента раствор будет неудобоукладываемым и легко расслаивающимся. Для получения нужной удобоукладываемости необходимо было бы израсходовать цемента в четыре, пять раз больше, что экономически нецелесообразно. Поэтому в растворы обычно вводят, кроме цемента, специальные добавки - пластификаторы, придающие смесям надлежащую удобоукладываемость.

Эти добавки бывают двух видов:

а)неорганические дисперсные (тонкомолотые) добавки, способные хорошо удерживать воду и дающие с ней пластичное тесто (например, глины, известь, золы, молотые шлаки, диатомиты, молотые известняки и т.п.);

б)поверхностно- активные пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, позволяющие получить удобоукладываемый раствор при значительно меньшем количестве воды.

Растворы с тонкомолотыми добавками называют смешанными (цементно-известковые растворы, цементно-глиняные, гипсоизвестковые растворы и т.п.)

Даже к сравнительно «жирным» (т.е. содержащим много цемента) растворам, в которых на одну объемную часть цемента приходится 3,5-4 объемных части песка, желательно добавлять глиняное или известковое тесто в количестве 10-20 % от объема цемента. Более же тощие растворы (содержащие на 1 часть цемента свыше 4 объемных частей песка) всегда следует изготовлять с тонкомолотыми минеральными добавками.

Свойства растворов в затвердевшем состоянии являются:

прочность;

морозостойкость;

хорошее сцепление раствора с основанием;

-малая величина и равномерность деформаций затвердевшего раствора под действием нагрузки, изменений влажности и температуры среды.

Такие свойства раствор приобретает только при правильно подобранном зерновом составе раствора и заполнителях размером не больше 1/4-1/5 толщины шва в кладке.

Прочность затвердевшего раствора характеризуется маркой, устанавливаемой по пределу прочности при сжатии кубов, изготовленных из рабочей растворной смеси после 28-суточного твердения их при температуре 15-25 °С.

Прочность затвердевших растворов слитного строения в возрасте 28 суток при отсутствии или незначительном содержании воздушных пор, как и для бетона, можно определить по формуле 1.1 (в пределах изменений Ц/В=1-2,5).

R_p = AR_ц(см)(Ц/B-0,3), (1.1)

где R_ц(см) ^_ активность смешанного цемента, МПа;

А - коэффициент, учитывающий качество песка и состав раствора, в первом приближении А можно принять равным 0,4.

При введении в раствор тонко дисперсных компонентов они разбавляют его и активность смешанного цемента (цемент + тонкодисперсный компонент) будет ниже, чем у чистого цемента. Активность смешанных вяжущих на цементе можно оценить исходя из активностей компонентов вяжущего и соотношения их абсолютных объемов по формуле 1.2.

R_ц(см)= R_ц/[1+K(Д/Ц)], (1.2)

где R_ц(CM) - активность смешенного вяжущего, кг/см²;

R_ц- марка цемента;

Д/Ц - отношение минеральной добавки к цементу по массе;

К - коэффициент, зависящей от свойств добавки (плотности и активности), для глин он колеблется в пределах 1,3-1,5, для извести 1,8-2, для тонкомолотого шлака и других добавок с высокой гидравлической активностью 0,8-1.

Прочность затвердевшего раствора в другие сроки может определяться с учетом условий и сроков твердения, как это принято для обычных бетонов.

Каждому составу соответствует определенное количество добавки, которое обеспечивает получение наиболее прочного раствора. Оно тем больше, чем меньше цемента в растворе. Оно зависит также от крупности и пустотности песка. Оптимальное количество добавки соответствует приблизительно соотношению «смешанный цемент: песок» равному 1:3.

Крупные пески с зернами различных размеров и сравнительно малой пустотностью требуют меньшего количества добавок. Пески с зернами близких размеров, мелкие и тонкие пески, имеющие большую пустотность, требуют большего количества добавок.

В тощих растворах на смешанном цементе или при введении тонкодисперсных наполнителей для получения одинаковой консистенции требуется приблизительно одинаковое количество воды при разном соотношении Ц:П. В этом случае зависимость R_p=f(D/B) при постоянстве В можно заменить зависимостью R_p=f(Ц), т.е. для ориентировочного определения прочности раствора можно использовать формулу 1.3 [30].

R_P=AR_ц(Ц - B₀), (1.3)

где R_ц - активность цемента, МПа;

Ц - расход вяжущего, кг/м³;

А и В₀ - коэффициенты, зависящие от качества песка и других факторов.

Эту формулу можно использовать при расходах цемента от 50 до 500 кг/м³ , коэффициенты следует определить опытным путем по испытанию растворов со значениями Ц.

На прочность раствора в большей степени, чем в бетонах, влияет качество песка, в первую очередь его зерновой состав, пустотность и чистота. В отсутствии крупного заполнителя песок является одним из важнейших элементов структуры материала и его влияния на свойства материала возрастает. Выше указывалось на заметное влияние песка на подвижность растворной смеси, что непосредственно связано и с влиянием песка на прочность раствора.

Как избыток, так и недостаток мелких зерен против оптимальных значений ведет к понижению удобоукладываемости и прочности раствора. Избыток мелких зерен увеличивает удельную поверхность песка и вызывает повышение расхода воды в равноподвижных смесях и соответственно уменьшение Ц/В при постоянном расходе цемента, то есть понижение прочности раствора. Недостаток мелких зерен делает смесь грубой, плохо укладывающейся, склонной к расслаиванию и содержащей большое количество пор, что ведет к понижению прочности.

Влияет на прочность раствора и тщательность его перемешивания, особенно для смешанных растворов. Поскольку растворы состоят из мелких и тонких зерен, то тщательно перемешивать их по сравнению с бетонами значительно труднее. Поэтому в растворах интенсивность и продолжительность их смешивания в большей степени влияет на их свойства, чем в бетоне. Перемешивание растворов осуществляется в растворомешалках принудительного действия. Тщательное перемешивание обеспечивает нужную подвижность раствора с меньшим расходом воды, а требуемую прочность с меньшим расходом вяжущего.

Заметно влияет на прочность раствора отсасывание воды пористым основанием. Степень отсасывания воды зависит от водоудерживающих свойств растворной смеси. При ее хорошей водоудерживающей способности происходит умеренное обезвоживание раствора, его твердые частицы сближаются, плотность и прочность повышаются. Вследствие отсасывания воды пористым основанием прочность раствора может повыситься в 1,5-2 раза. При слабой водоудерживающей способности может произойти чрезмерное обезвоживание раствора, что приводит к снижению прочности и сцепления раствора с основанием. Чтобы приблизиться к действительным условия работы раствора, образцы для определения прочности раствора изготовляют в металлических формах без дна, устанавливаемых на кирпич. Водопоглощение кирпича должно быть более 10 %, а влажность в момент приготовления образцов не должна превышать 2 %. Образцы до момента испытания хранят в условиях, соответствующих условиям будущей эксплуатации: после предварительной выдержки в течение трех суток в камере нормального хранения образцы цементных или смешанных растворов для надземных конструкций хранят в помещении с относительной влажностью 65 % и температурой 15-20 °С, а для подводных и подземных конструкций - в воде. За марку раствора принимают предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток кубов 7x7x7 см или половинок балочек 4x4x16 см.

Растворы делят на марки: 4,10, 25, 75, 100 (в особых случаях, например, для опор мостов, применяются растворы более высоких марок 150, 200, 300). Растворы марок 4, 10, 25 изготовляют преимущественно на местных вяжущих.

Основное значение для прочности кладки из камней правильной формы имеет прочность камней, а не марка раствора. Например, изменение прочности раствора на сжатие вдвое меняет прочность кладки в среднем лишь на 10-15 %, поэтому подбор составов растворов не требует такой точности, как подбор состава бетонов.

Сцепление раствора с основанием зависит от многих факторов: прочности раствора, его адгезионных свойств, пластичности раствора, зернового состава твердой фазы, водоудерживающей способности раствора, водопоглощения основания.

Сцепление раствора возрастает в логарифмической зависимости от прочности раствора. Однако зависимость прочности сцепления от водоцементного фактора несколько иная, чем прочности при сжатии и наивысшая прочность сцепления достигается при более высоких значениях В/Ц.

В современных условиях значительное повышение прочности сцепления раствора с основанием достигается за счет введения в его состав специальных водорастворимых полимерных добавок (поливинилацетата, поливиниловых спиртов и других) и соответственно повышения его адгезионных свойств. При этом прочность сцепления может увеличиваться в 1,5-3 раза.[9]

1.1.3 Материалы для приготовления сухих строительных смесей

Для приготовления ССС необходимо использовать материалы, обеспечивающие получение, как на стадии применения, так и конечного продукта (растворных клеевых швов, штукатурных полов и т.п.) с комплексом заданных технологических и эксплуатационных свойств.

Основные материалы, используемые для их производства, представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Материалы для приготовления сухих строительных смесей

Вяжущие	Наполнители	Химические добавки
Портландцемент, белый	Кварцевый песок,	Пластификаторы, стабили-
цемент, гипс, ангидрит,	известняк, мел, доломит,	зирующие и
известь, глиноземистый	перлит, каолин,	водоудерживающие,
цемент, диспергируемые	микрокремнезем, зола-	диспергируемые
полимерные порошки,	унос, волокна (фибра),	полимерные порошки,
отходы химической	пигменты, легкие за-	замедлители, ускорители,
промышленности.	полнители (керамзит,	загустители,
	вспученный вермикулит и	порообразующие и
	перлит, пемза и др.)	антивспенивающие добавки.

Назначение сухих смесей и эксплуатационные показатели растворов на их основе определяются, главным образом, видом вяжущего (гипс, известь, цемент). По виду вяжущего сухие смеси классифицируются на цементные (цементосодержащие) и бесцементные (гипсовое, известковое). Подход к минеральному вяжущему, обусловленный особенностями технологий применения сухих смесей, является более жестким, чем в случае традиционных технологий применения растворов и бетонов. Например, обычно известь используется для изготовления отделочных материалов как вяжущее, обеспечивающее их пластичность, и применяется в виде продукта гашения комовой оксидной извести. А для применения в сухих смесях известь должна быть гидратной. Что касается цемента, то такие показатели, как дисперсность, сроки начала и конца схватывания, прочность портландцемента, обязательно контролируются как в традиционных товарных растворах и бетонах, так и в сухих смесях. Но сухие смеси более чувствительны к изменению типа цемента, чем традиционные растворы и бетоны [13].

По дисперсности наполнителя смеси делятся на крупнозернистые (крупность наполнителя не более 2,5 мм) и мелкозернистые (тонкодисперсионные - крупность наполнителей не более 0,315 мм). На свойства сухих смесей и растворов заметное влияние оказывает качество используемого наполнителя (минеральные наполнители, кварцевый песок, мел, известняк, микрокремнезем, доломит, легкие наполнители).

Большая часть исходных материалов, как видно из таблицы 1.2, производится отечественной промышленностью. Исключение составляют диспергируемые полимерные порошки, высоковязкая метилцеллюлоза, сухие антивспенивающие добавки и др.

Однако в целом, наличие в России мощной индустрии по производству вяжущих материалов в сочетании с богатыми природными запасами минерального сырья, являются мощной базой для развития отечественного производства сухих смесей. Принципиальным вопросом обеспечения конкурентоспособности отечественных сухих смесей является повышение их качества и однородности свойств. Для достижения этих целей необходим тщательный входной контроль исходных материалов, аттестация дозирующего, фасовочного и испытательного оборудования, создание системы качества на предприятиях и др.

1.2 Общие сведения о штукатурке

Штукатуркой называется отделочный слой на поверхности различных конструктивных элементов зданий, стен, перегородок, перекрытий, колонн и др., выравнивающий эти поверхности или придающий им определенную форму и фактуру. Для отделки поверхности применяют различные виды штукатурок в зависимости от назначения, материала, из которого выполнены конструктивные элементы, и условий, в которых они будут находиться во время эксплуатации.

Штукатурки по степени оценки и качества разделяют на простую, улучшенную и высококачественную. Простая штукатурка применяется в неответственных зданиях в сельских местностях, в подвалах, во временных строениях, в складских и других нежилых помещениях, где не требуется тщательной обработки поверхности. После обрызга наносят слои грунта до образования штукатурки достаточной толщины. Накрывочный слой не наносят, а затирают поверхность последнего слоя грунта. Углы оконных откосов при выполнении простой штукатурки тщательно заравнивают полутерком. Средняя толщина простой штукатурки не должна превышать 18 мм.

Улучшенная штукатурка применяется в жилых, в школьных, больничных и других зданиях массового типа, а так же в промышленных зданиях и в подсобных помещениях ответственных зданиях. Правильность поверхности штукатурки проверят во время работы прикладыванием к ней контрольного правила, от чего такую штукатурку называют «штукатурка под правило».

Излишки намета срезают ребром рабочего правила или полутерка, а впадины заполняют раствором. Лузги и усенки тщательно натирают при помощи специальных лузговых и усеночных шаблонов. Опытные штукатуры натирают лузги при помощи линейки. Накрывочный слой затирают терками или заглаживают резиновыми или стальными гладилками. Средняя толщина улучшенной штукатурки не должна превышать 20 мм.

Высококачественная штукатурка выполняется в зданиях и сооружениях, к отделке которой предъявляются повышенные требования: дворцах, музеях, зрительных залах и фойе театров, станциях метрополитена, спортивных стадионов, гостиницах, жилых домах повышенного типа и т.п. Поверхности прямолинейных стен, потолков и откосов представляют собой строгие плоскости без впадин и бугров; лузги и усенки выполняют строго отвесными, без малейших завалов, искривлений и переломов. Улучшенная и высококачественная штукатурки выполняются нанесением одного слоя обрызга, одного или нескольких слоев грунта и накрывочного слоя.

Независимо от качества штукатурка должна иметь прочность сцепления с поверхностью конструкции и не отслаиваться от нее. Прочность сцепления отдельных слоев между слоев, а так же всего намета с оштукатуренной поверхностью проверяется путем легкого постукивания штукатурки молотком. В местах, где слышится глухой стук, штукатурка не сцеплена с основанием и должна быть исправлена.

Все виды штукатурки можно разделить на две принципиально отличные друг от друга по производству работ группы. К первой, основной и наиболее распространенной, группе относится мокрая, или монолитная штукатурка, ко второй - сухая штукатурка.

Мокрая штукатурка создается нанесением на обрабатываемую поверхность штукатурного раствора, сухая - облицовкой обрабатываемых поверхностей отдельными листами, изготовленными на специальных заводах.

Недостатки мокрой штукатурки - длительность и трудоемкость выполнения, продолжительный срок затвердевания и просыхания раствора. Все это неизбежно продлевает срок сдачи объекта в эксплуатацию [2].

Сложный и трудоемкий процесс оштукатуривания за последние годы повсеместно вытесняется механическим нанесением раствора. Вручную оштукатуривают небольшие помещения и отдельные места, а так же выполняют декоративно-художественные и реставрационные штукатурные работы. Штукатурка стен механизированным способом предполагает наличие специальных механизмов (штукатурные станции). В ней готовится сам раствор, а затем подается к месту нанесения. Количество людей, требуемых для приготовления раствора, резко снижается, а вследствие этого штукатурка стен и цена работы также выгодно уменьшается.

Преимущества - монолитная связь с оштукатуриваемой поверхностью, при которой закрываются щели имеющиеся в конструкции, и не образуются щели между конструкцией и штукатуркой; при монолитной штукатурки обеспечивается бесшовность, возможность придания поверхности любой формы, а так же использования во влажных помещениях.

Мокрая штукатурка универсальна и в ряде случаев незаменима, ее используют для отделки и внутренних и наружных поверхностей.

По назначению и свойствам монолитные штукатурки подразделяют на обычные, предназначенные для эксплуатации в нормальных температурно-влажностных условиях (могут быть окрашены или оклеены обоями); специальные, выполняющие защитные функции по отношению к основанию (гидроизоляционные и гидрофобные, теплоизоляционные, акустические, химически стойкие, рентгенозащитные); декоративные - для отделки фасадов и некоторых помещений общественных зданий (вестибюлей, лестничных клеток, холлов). Декоративные штукатурки могут быть гладкими, цветными, имитировать декоративный природный и искусственный облицовочные камни (например, гранит, песчаник, мрамор).

Штукатурные смеси для наружных (фасадных) работ более устойчивы к климатическим и механическим воздействиям, чем штукатурные смеси для внутренней отделки. В любое время года наружная штукатурка подвергается сезонным перепадам температур, воздействию осадков, воздействию солнечного излучения. Поэтому при выборе штукатурной смеси для фасадных работ следует внимательно изучить ее назначение и условия эксплуатации для которых она предназначена.

1.2.1 Материалы для приготовления штукатурки

Сырьевые материалы, применяемые для изготовления изделия штукатурки, должны удовлетворять определенным требованиям. Пригодность сырьевых материалов и свойств штукатурного раствора определяется на основе технологических испытаний. Объем испытаний уточняется в каждом конкретном случае. Оштукатуривание представляет собой нанесение на поверхность стен и потолка раствора, который при затвердевании крепко сцепляется с основной конструкцией поверхности и создает на ней гладкую, шероховатую или фигурную фактуру.

1.2.2 Вяжущие

В зависимости от вяжущего, входящего в состав раствора, штукатурные растворы бывают известковые, цементные, гипсовые, глиняные и смешанные. Вяжущие материалы для приготовления растворов следует выбирать в зависимости

от их назначения, вида конструкций и условий их эксплуатации. Качественные характеристики строительных материалов во многом определяются качеством всея слагаемых его компонентов. Для многих строительных материалов характерна полидисперсная структура, в которой имеется тонкодисперсная составляющая, играющая роль цементирующей связки, и грубозернистая, формирующая каркас. На долю второй приходится более 80 % объема материала. Использование составленных песков с минимальной пустотностью позволяет экономить на расходе вяжущего, что сказывается и на снижении усадочных деформаций при твердении.

В данной работе в качестве вяжущего используется цемент. Цементы - самые распространенные вяжущие для штукатурных растворов, обеспечивающие наибольшую прочность штукатурки. Промышленностью выпускается портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и их разновидности. В данной работе используется портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б.

В соответствии с ГОСТ 311080-2003 портландцемент характеризуется следующими свойствами:

- сроки схватывания (начало - 165 минут, конец - 256 минут);

- предел прочности при изгибе - 7,7 МПа;

- - предел прочности при сжатии (в возрасте 28 сут.) - 32,5 МПа.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Получают портландцемент тонким измельчением клинкера с гипсом (3-7 %), допускается введение в смесь активных минеральных добавок (10-15 %). Клинкер - продукт обжига (до полного спекания) искусственной сырьевой смеси, состоящей приблизительно из 75 % карбоната кальция (обычно известняка) и 25 % глины. Основные свойства портландцемента обусловливаются составом клинкера. Содержание основных составляющих окислов в нем: СаО (64-67 %), SiО₂ (19-24 %), А1₂О₃ (4-7 %), Fe₂О₃ (2-6 %), MgО (не более 5 %), SО₃ (не менее 1,5 % и не более 3,5 %). Содержание щелочей не должно превышать 0,6 % по массе. Схватывание цемента должно наступить не ранее 45 мин, заканчивается оно не позднее 12 ч после затворения водой. Твердение заканчивается через 28 сут. Расход цемента на 1 м³ песка в растворах на цементном и цементосодержащих вяжущих должен быть не менее 100 кг. Водоотделение цементного теста, изготовленного при В/Ц = 1,0, не должно быть более 30 % по объему.

1.2.3 Заполнители

Заполнители служат для уменьшения усадки раствора и расхода вяжущего. В качестве заполнителей используются пески (тяжелые и холодные заполнители), шлак, пемза, древесный уголь (легкие и теплые заполнители). В штукатурных растворах в качестве заполнителя используют речные, горные, овражные и морские пески. Различают крупные (зерна размером 2-5 мм), средние (зерна размером 0,5-2,0 мм) и мелкие (до 0,5 мм) пески. В штукатурных работах используют средние пески.

Шлак добавляют в штукатурные растворы для оштукатуривания помещений с целью их утепления, слой штукатурки при этом должен достигать толщины 3 см. Мелким древесным углем (размер зерен до 5 мм) или пемзой (размер зерен 2-5 мм) можно заменять обычный песок для приготовления теплых (служат для утепления помещений) штукатурных растворов.

1.3 Водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы

Большое значение в ССС, в том числе и в штукатурных растворах, имеют водоудерживающие добавки на основе 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 припятствием 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 (0,02-0,07 %) 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.

Механизм действия водоудерживающих добавок заключается в том, что при их введении в систему «цемент-вода-заполнитель» изменяются свойства поверхности частиц твердой фазы (цемента, в первую очередь) и происходит изменение соотношения между пленочной и свободной водой. В результате пептизирующего действия добавок и вследствие увеличения количества пленочной воды наступает стабилизация системы, приводящая к сохранению свойств смеси и ее хорошему перекачиванию по трубам.

Водоудерживающая способность предохраняет раствор от расслоения на составные части при транспортировании и от потери слишком большого количества воды при укладке на пористые основания (кирпич, шлакоблоки и т.п.)

При этом раствор с недостаточной водоудерживающей способностью будет «садится», т.е. очень быстро делаться жестким. Такая потеря удобоукладываемости затрудняет работу, понижает производительность труда каменщиков и уменьшает прочность кладки на 10-25 %. Отсасывание воды пористым основанием может привести к такому «обезвоживанию» и усадке раствора, что он не будет иметь достаточного сцепления с основанием.

Раствор, обладающий достаточной водоудерживающей способностью, дает пористому основанию излишнюю часть воды лишь постепенно, отчего становится плотнее и, следовательно, прочнее. Укладывать кирпич на таком растворе удобно, швы получаются плотными и имеют хорошее сцепление.

Для обеспечения водоудерживающей способности растворам в состав сухих строительных смесей вводят эфиры целлюлозы (МЦ).

МЦ - растворимый в воде полимер. Время растворения зависит от тонкости помола и от химической модификации целлюлозы. Вязкость раствора метилцеллюлозы находится в пределах от 400 до 40000 МПа. С увеличением вязкости наблюдается эффект повышения водоудерживающей способности. Такой же эффект происходит при увеличении содержания метилцеллюлозы в композиции.

При введении незначительных количеств стандартных эфиров целлюлозы 0,1-0,5 % проблема быстрого обезвоживания раствора снижается. При этом водоудержание повышается до 98,8 % при температуре 20±2 °С.

Введение специальных марок эфиров целлюлозы (МЦ) приводит к повышению фиксирующей способности составов и увеличению прочности их сцепления с бетоном. Модифицированная таким способом сухая смесь обладает прочностью сцепления с бетоном до 0,5 МПа.

Такая степень модификации достаточна для кладочных клеевых составов, выравнивающих штукатурок для клеевых работ, клеев для укладки плитки при внутренних работах в сухих помещениях и др.

В случае применения сухих смесей при отделке поверхностей, температура которых выше 20±2 °С, следует использовать для модификации специальные оптимизированные МЦ, т.к. водоудерживающая способность стандартной МЦ уменьшается с увеличением температуры, а оптимизированные сохраняют высокую водоудерживающую способность при повышенной температуре. Механизм действия МЦ: наблюдается образование скользящей смазки (пленки) между частицами, благодаря которой смесь дольше сохраняет пластичную консистенцию и клеящую способность тем самым, увеличивая сроки схватывания. Также МЦ обладает загущающими свойствами, тем самым, препятствуя седиментации частиц наполнителя, поэтому при отверждении смесь набирает большую прочность, как при сжатии, так и при изгибе [24].

1.3.1 Общие сведения об эфирах целлюлозы

Эфиры целлюлозы представляют собой производные продукты природного материала целлюлозы (пульпы) и используются разнообразными способами в качестве добавок для улучшения различных продуктов. Например, этерифицированная целлюлоза может действовать в качестве вещества, задерживающего воду, уплотнителя вяжущего средства, в качестве защитного коллоида и стабилизатора, вещества, способствующего образованию суспензии, эмульсификатора и пленкообразующего агента.

Эфиры целлюлозы представляют собой продукты замещения гидроксильных групп целлюлозы остатками органических или неорганических кислот и спиртов. При этом в элементарном звене макромолекулы целлюлозы могут быть замещены все три гидроксила или только часть их - один или два.

Эфиры целлюлозы - производные целлюлозы общей формулы

[C₆H₇О₂(OH)_3-х (OR_x)]n (2.4)

где n - степень полимеризации;

х - число групп ОН, замещенных в одном звене макромолекулы целлюлозы (степень замещения - СЗ);

R - алкил, ацил или остаток минеральной кислоты.

Каждое звено макромолекулы содержит 3 группы ОН, которые способны вступать в реакции с образованием простых и сложных эфиров; в случае смешанных эфиров целлюлозы замещающие радикалы различны.

Свойства их зависят главным образом от числа n, степени замещения и типа заместителя R. Так, степень полимеризации (в среднем 150-500) значительно влияет преимущественно на прочностные и вязкостные свойства эфиров целлюлозы, обеспечивая их пригодность для переработки. Степень замещения определяет их физико-механические и химические свойства. Растворимость эфиров целлюлозы зависит от содержания и соотношения заместителей и свободных групп ОН. Вообще растворимость эфиров целлюлозы в органических растворителях возрастает с повышением температуры и уменьшается с увеличением молекулярной массы.

С увеличением в заместителе числа атомов С для всех эфиров целлюлозы уменьшаются влагопоглощение, температуры размягчения и плавления. Сложные эфиры термически нестабильны и обладают низкой химической стойкостью к действию кислот и щелочей. Простые эфиры устойчивы в кислотах и щелочах и выдерживают нагревание до сравнительно высоких температур, не разлагаясь и не выделяя свободных кислот, вызывающих коррозию металлов. Сложные и некоторые простые эфиры целлюлозы - хорошие диэлектрики.

В настоящее время эфиры целлюлозы и продукты на их основе выпускаются во всех промышленно развитых странах. К хорошо известным ацетатам, нитратам, ацетобутиратам и ацетопропионатам целлюлозы, а также этилцеллюлозе добавились такие продукты, как: МЦ, КМЦ, оксиэтилцианэтил-целлюлоза, оксиэтилцеллюлоза, оксипропилцеллюлоза. Указанные продукты применяются для специальных целей.

1.3.2 Технология получения эфиров целлюлозы

Для производства эфиров целлюлозы используют облагороженную хлопковую и древесную (сульфатную и сульфитную) целлюлозу. Выбор ее вида определяется областью применения того или иного эфира. В производстве простых эфиров целлюлозу обрабатывают раствором NaOH, в результате чего она набухает и приобретает повышенную реакционную способность (щелочная целлюлоза). В производстве сложных эфиров целлюлозу обрабатывают уксусной или другой кислотой при повышенной температуре в парах либо растворами этих кислот. Обычно, чем выше температура активации, тем меньше ее продолжительность. Технология производства эфиров целлюлозы представлена на рисунке 1.3.

Простые эфиры целлюлозы получают в автоклавах при повышенной температуре взаимодействия щелочной целлюлозы с алкилхлоридами и (или) 3- и 4-членными гетероцикличными соединениями, например, этилен- и пропилен-оксидами (промышленные способы), непредельными соединениями с двойными связями (например, акрилонитрил, акриламид). Образование простых эфиров катализируется основаниями и всегда сопровождается побочными реакциями.

МЦ - водорастворимый полимер - впервые была запатентована в Англии еще в 1914 г. Дэнхэмом и Вудхаусом. Однако ее промышленное производство было освоено только в 1939 г. МЦ может рассматриваться как общее обозначение эфиров целлюлозы, полученных методом смешанной этерификации.

Рисунок 1.3 - Общая технологическая схема производства эфиров целлюлозы

Синтез МЦ осуществляется взаимодействием щелочной целлюлозы с хлористым метилом по реакции

[C₆Н₇О₂(OH)₃^•xNaOH]_n+nxCH₃Cl>[C₆H₇О₂(OCH₃)_x(OH)_3-x-]_n+nxNaCl+nxH₂О.

В производстве МЦ для получения высоковязких продуктов используется хлопковая целлюлоза, а для низко- и средневязких древесная сульфитная целлюлоза.

Технологическая схема процесса дана на рисунке 1.4. Целлюлоза поступает в аппарат для щелочной обработки 2, из него щелочная целлюлоза передается в реактор 7 для метилирования, в этот же реактор загружают хлористый метил из баллонов 3 или подземного хранилища 4. Реактор закрывают и проводят реакцию метилирования. В конце процесса температура поднимается до 60-70 °С и давление в аппарате достигает 17 кгс/см² . При этих условиях летучие компоненты удаляются из реактора через конденсационную систему 8.

В реактор, где остаются МЦ, соли и остаточная щелочь, загружают 5 %-ный водный раствор фосфорной кислоты при 90 °С. Нейтрализованная пульпа передается в промывной аппарат 9, где отмывается от солей, и затем поступает в сушилку 11. Высушенная метилцеллюлоза в случае необходимости направляется в дробилку 12, а затем на сито 9. Готовый продукт смешивают и упаковывают.



Рисунок 1.4 - Технологическая схема получения МЦ: 1 - отжимной пресс; 2 - измельчитель щелочной целлюлозы; 3 - баллоны с хлористым метилом; 4 - подземное хранилище хлористого метила; 5 - транспортирующий шнек; 6 - бункер; 7 - реактор для метилирования; 8 - конденсаторы; 9 - промывной аппарат; 10 - центрифуга; 11 - сушилка; 12 - дробилка; 13 - сито

Сложные эфиры целлюлозы в промышленности получают:

- этерификацией целлюлозы кислородосодержащими неорганическими и карбоновыми (например, НСООН) кислотами. Этим способом получают нитраты, сульфаты и формиаты целлюлозы. Вследствие обратимости реакции применяют концентрированные кислоты и водоотнимающие добавки.

- действием на целлюлозу преимущественно ангидритов кислот в среде органических растворителей или разбавителей в присутствии катализаторов (в основном минеральных кислот). Таким способом получают эфиры на основе карбоновых кислот жирного ряда С2-С4 (например ацетаты целлюлозы). Действием смесей ангидридов различных кислот или кислоты и ангидрида другой кислоты производят смешанные эфиры целлюлозы (например, ацетопропионаты и ацетобутираты целлюлозы).

Лабораторные способы получения сложных эфиров: действие на целлюлозу изоцианатов (эфиры целлюлозы карбаминовой кислоты - замещенные уретаны, карбанилаты целлюлозы); переэтерификация (бораты, фосфаты, стеарат целлюлозы). При синтезе эфиров целлюлозы в кислой среде побочные продукты почти не образуются [19].

1.3.3 Основные свойства и применение эфиров целлюлозы

Эфиры целлюлозы являются эффективными добавками для повышения водоудерживающих свойств сухих строительных смесей. Если в тонком слое обычная цементно-песчаная смесь может обеспечить водоудержание на уровне 75-80 %, то водоудерживающая добавка повышает эту цифру до 97-98 %. Для достижения этого эффекта необходима дозировка эфира целлюлозы в 0,1-0,4 % от массы сухой смеси, при этом достигнутое значение водоудержания сохраняется в течении времени, необходимого для завершения ранних стадий процессов гидратации вяжущего вещества, т.е. 0,5-2 ч. При растворении в жидкой фазе твердеющей системы полимерной молекулы эфира целлюлозы вязкость водной фазы значительно возрастает. Время растворения (диспергирования) эфира целлюлозы зависит от двух основных факторов: размера частиц и степени полимеризации, при этом низковязкие материалы растворяются быстрее, чем высоковязкие. Молекулы растворенной целлюлозы образуют аквакомплексы, прочно удерживающие воду. Энергия удержания воды молекулами эфиров целлюлозы находятся в пределах 1250-2500 кДж/кг.

Современные добавки на основе модифицированных эфиров целлюлозы характеризуются высокой щелочестойкостью и устойчивостью к действию растворов электролитов, что особенно важно при их использовании в растворных смесях на основе портландцемента, характеризующихся pH ? 12. Эфиры целлюлозы как неионогенные ПАВ рассматриваются также в качестве защитных коллоидов, обладающих высокой стабилизирующей способностью. Наряду с водоудерживающим эффектом (основной целью применения добавок такого типа), полезное действие эфиров целлюлозы обусловлено уменьшением седиментации растворных смесей из-за общего загустевания жидкой фазы. Другое свойство которое обеспечивают эфиры целлюлозы - это пластификация - улучшение обрабатываемости, удобонаносимость. Пластифицирующее действие эфиров целлюлозы связано также с воздухововлечением, обусловленным их поверхно-активными свойствами. При больших дозировках этой добавки и интенсивном перемешивании растворной смеси воздухововлечение может оказаться значительным. Применение модифицированных эфиров целлюлозы в растворных смесях, как правило, вызывает увеличение водоцементного отношения. Защитные коллоидные свойства эфиров целлюлозы приводят к замедлению диффузионных процессов и к неизбежному удлинению сроков схватывания (замедлению схватывания) твердеющих цементных систем, что необходимо учитывать при разработке составов растворных смесей.

Рассматривая влияние эфиров целлюлозы на свойства растворов необходимо отметить, что в большинстве случаев фиксируется некоторое повышение прочности сцепления раствора с основанием - подложкой из цементного раствора (бетона), с керамической плиткой. Это имеет значение при использовании таких смесей в качестве клеев для керамической плитки, шпатлевок. Отмеченный эффект обусловлен собственными вяжущими свойствами целлюлозы, образующей в твердеющей системе тонкие клеющие прослойки, а также лучшим проникновением смеси в поры основания в следствии ее пластификации.

Высокие адгезионные свойства и повышение прочности сцепления с основанием обычно сопровождаются также некоторым снижением прочности раствора при сжатии, изгибе, растяжении. Абсолютная величина снижения прочности зависит от вида и концентрации добавки и особенно от условий твердения (влажное, водное, сухое). Для растворов, модифицированных эфирами целлюлозы, зафиксировано снижение деформации усадки при высыхании по сравнению с системой без добавки. Следствием присутствием в твердеющей системе эфиров целлюлозы является повышение водопоглащения, что обусловлено вторичным ее набуханием в воде, однако водопроницаемость снижается, поскольку происходит закупорка и перекрывание капиллярных пор структуры камня целлюлозным гелем, и система становится тонкопористой.

Применение эфиров целлюлозы в качестве загустителей имеет температурные рамки из-за снижения вязкости при повышении температуры, при этом гидратированная целлюлоза теряет сольватирующий слой, дегидратируется и флокулирует. Предельная рабочая температура, при которой происходит флокуляция эфира целлюлозы и значительное падение вязкости - 60-70 °С. Флокуляция зависит также от наличия и концентрации электролитов в системе.

Обычно порошки эфиров целлюлозы поставляются в многослойных бумажных мешках с внутренним полиэтиленовым вкладышем, в таких закрытых мешках порошки можно хранить несколько лет. Однако после вскрытия мешка из-за гигроскопичности продукта возникает опасность образования комков. Равновесная влажность порошка эфиров целлюлозы составляет от 6-7 % при относительной влажности воздуха 35 % до 18-20 % при относительной влажности 80 %. При повышении температуры до 100 °С порошки медленно разлагаются. Ухудшается растворимость, а при 200 °С происходит их обугливание. Порошки эфиров целлюлозы воспламеняются при высокой температуре или будучи в контакте с открытым огнём. Продукт горит медленно с обугливанием.

Области применения эфиров целлюлозы весьма разнообразны. Основные направления использования: производство искусственных волокон (ацетатные, вискозные волокна); эфироцеллюлозных пластмасс (этролы); различных пленок, полупроницаемых мембран (пленки полимерные, фотографические материалы); лакокрасочных материалов (грунтовки, лакокрасочные покрытия, шпатлевки, эфироцеллюлозные лаки). Целлюлозы эфиры применяют также как загустители, пластификаторы и стабилизаторы в глинистых растворах для буровых скважин, асбо- и гипсоцементных штукатурных смесей, обмазочных масс для сварных электродов, водоэмульсионных красок, красителей (при печати по тканям), зубных паст, парфюмернокосметических средств, водножировых фармацевтических составов, пищевых продуктов (соки, муссы); связующие в литейных производствах; эмульгаторы при полимеризации; ресорбенты загрязнений в синтетических моющих средствах; флотореагенты при обогащении различных руд; текстильно-вспомогательные вещества (аппретирующие и шлихтующие); компоненты клеевых композиций и др. [15].

...