Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Розовская Тамара Алексеевна, аспирант, Московский строительный государственный университет, Москва; научный руководитель — канд. техн. наук, доцент В. С. Семенов; «Облегченные сухие строительные смеси для кладочных работ»

Аннотация

Статья посвящена разработке сухих строительных смесей для кладочных работ на основе полых керамических и стеклянных микросфер. Рассмотрено влияние процентного содержания полых микросфер различных фракций в составе раствора на его физико-механические и технологические свойства. Определены оптимальные составы растворов для применения при положительных и отрицательных температурах. Разработана сухая строительная кладочная смесь с высокой стойкостью кладочного раствора к высолообразованию для проведения работ при отрицательных температурах.
Ключевые слова: кладочная смесь; облегченная смесь; полые стеклянные микросферы; полые керамические микросферы; противоморозные добавки; смеси для зимних работ; стойкость к высолообразованию; высолы.
В современном строительстве значительная доля применяемых материалов приходится на материалы для кладочных работ. В России в 2010 г. только в жилищном строительстве при выборе материала стен застройщики отдали предпочтение кирпичному и блочному вариантам наружных ограждающих конструкций жилых домов (41,7 % общей площади введенных жилых домов). В 2011 г. эта цифра составила уже 43,6 %, в 2012 г. возросла до 46,2 %.
Обеспечение нормативных требований по теплозащите для ограждающих конструкций требует применения эффективных материалов. В связи с этим ограждающие конструкции проектируются 2- или 3-слойными с обязательным наличием эффективного теплоизоляционного материала. Однако известно, что применение многослойных конструкций отрицательно влияет на их коэффициент термической однородности. Однослойные ограждающие конструкции, удовлетворяющие требованиям по теплозащите, такие как, например, кладка из ячеистобетонных блоков, не имеют данного недостатка. Обеспечение монолитности такой кладки может достигаться различными кладочными составами, однако только применение эффективных кладочных растворов низкой средней плотности и теплопроводности позволяет обеспечить термическую однородность конструкции и устранить «мостики холода».
Существующие облегченные кладочные растворы, получаемые из готовых сухих смесей и содержащие такие облегчающие наполнители, как вспученные перлитовый и вермикулитовый пески, гранулированное пеностекло и пенополистирол, частично решают обозначенную проблему. Однако снизить среднюю плотность камня ниже 1000 кг/м3 при достаточной прочности раствора и получить низкую теплопроводность не удается ввиду высокой водопотребности и расслаиваемости растворной смеси [1]. Кроме того, прочность при сжатии для растворов с данными наполнителями составляет 5–6 МПа, что в сочетании с высокой водопотребностью не позволяет успешно применять их в зимних условиях. В работах [2–4] обосновано применение полых стеклянных микросфер (ПСМС) для кладочных растворов. Несмотря на низкую среднюю плотность и низкий коэффициент теплопроводности, растворы на основе ПСМС обладают рядом недостатков, основным из которых является высокая стоимость. Применение в качестве облегчающего наполнителя полых керамических (алюмосиликатных) микросфер (КМС) позволяет получить эффективный кладочный раствор с необходимыми физико-механическими характеристиками [5].
В отдельных регионах страны продолжительность периода со среднесуточной температурой воздуха ниже +5 °С достигает десяти месяцев, что обусловливает необходимость проведения строительных работ при низких температурах. «Теплые» растворы с традиционными облегчающими наполнителями обладают большой водопотребностью, низкой прочностью, а при твердении при отрицательных температурах в присутствии электролитов не набирают минимально требуемой прочности. Несмотря на то что такие растворы предназначены для ведения работ в зимнее время, производители не рекомендуют использовать их при температурах ниже +5 °С. Одним из решений рассматриваемых проблем является применение облегченных строительных растворов с эффективными облегчающими наполнителями, такими как КМС и ПСМС, и противоморозными добавками.

 

Цель настоящего исследования — разработка эффективных облегченных цементных сухих строительных смесей для кладочных работ с полыми микросферами как для положительных, так и для отрицательных температур.

Задачи исследования:

▷разработать составы облегченных сухих строительных смесей для кладочных работ с полыми микросферами;

▷исследовать влияние вида противоморозных добавок, а также температуры твердения на физико-механические свойства облегченного цементного камня с микросферами;

▷исследовать влияние разработанного комплекса добавок на высолообразование, вызванное введением противоморозных добавок.

 

Полые алюмосиликатные микросферы образуются в составе золы-уноса при высокотемпературном факельном сжигании угля. В данном исследовании в качестве наполнителя были использованы две фракции полых алюмосиликатных тонкостенных микросфер: фракция 20–100 мкм (№ 1) «Микросфера термополированная» и фракция 100–500 мкм (№ 2), марка «ИНОТЭК Сибирь Кузнецкая». Толщина оболочки составляет 10 % от диаметра микросферы, истинная плотность материала стенок микросфер — 2450 кг/м3, средняя плотность микросфер — 370–390 кг/м3. Коэффициент теплопроводности микросфер составляет 0,08 Вт/(м·°С) при 20 °С. Состав газовой фазы внутри сфер представляет собой смесь СО2 ~70 %, N2 ~30 %. Предел прочности при объемном сжатии составляет 15–28 МПа.

В качестве вяжущего был применен портландцемент ЦЕМ II / A-Ш 42,5Н (Holcim) с 9,8 % гранулированного шлака. Для снижения водоцементного отношения (В/Ц) вводился суперпластификатор PERAMIN SMF10 в дозировке 0,4 % от массы вяжущего.
В работе использованы стандартные методики испытаний [6, 7]. Подвижность кладочного раствора определялась по глубине погружения стандартного конуса массой 300 г. Подвижность всех полученных составов соответствует Пк2 (погружение стандартного конуса 4–8 см). Плотность растворной смеси определялась при помощи стального пикнометра вместимостью 100 см3. Сроки схватывания раствора определялись при помощи прибора Вика. Определение водоудерживающей способности растворной смеси выполнялось при помощи устройства ОВС. Прочность раствора при изгибе и сжатии определялась на образцах-балочках размером 4 × 4 × 16 см.
Для определения оптимальных составов были исследованы растворы с процентным содержанием КМС 20, 40, 60 и 80 % от массы вяжущего. Прочность определяли в возрасте 28 сут. в условиях, регламентированных ГОСТ [7]. Состав и свойства облегченных кладочных растворов приведены в табл. 1.

Состав и свойства облегченных кладочных растворов с КМС

Введение КМС в количестве 20–80 % от массы цемента позволяет снизить среднюю плотность раствора в интервале 1100–1600 кг/м3, плотность сухого камня в интервале 700–1000 кг/м3. Показатели водоудерживающей способности для всех растворов соответствуют требованиям ГОСТ. Время начала схватывания раствора с КМС составляет не менее 4 ч 20 мин, что достаточно для проведения кладочных работ. С увеличением содержания КМС сроки схватывания также увеличиваются.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что наиболее оптимальными по показателям средней плотности и прочности являются растворы с содержанием 60 % КМС от массы цемента. Растворы с КМС фракции 100–500 мкм (№ 2) имеют более низкую среднюю плотность при достаточно высоких показателях прочности на сжатие, при этом данный вид микросфер на 10–20 % дешевле термополированной микросферы фракции 20–100 мкм (№ 1).

На рис. 1 представлена зависимость плотности сухого камня от процентного содержания КМС различных фракций в растворе. Следует отметить, что увеличение содержания в растворе КМС более 60 % не приводит к заметному снижению средней плотности, а следовательно, неэффективно, поскольку увеличивает стоимость раствора. В то же время увеличение содержания КМС в растворе не оказывает существенного влияния на снижение прочности.

Зависимость средней плотности камня в высушенном состоянии от содержания КМС для различных фракций

 

Кинетика набора прочности облегченным кладочным раствором с 60 % КМС представлена на рис. 2. В возрасте 14 сут. при нормальных условиях твердения раствор набирает свыше 85 % от марочной прочности, в возрасте 7 сут. — более 60 %.
По сравнению с аналогичными кладочными растворами на облегчающих наполнителях различных производителей, разработанный состав имеет ряд следующих преимуществ (табл. 3): средняя плотность — не более 700 кг/м3, коэффициент теплопроводности — не выше 0,18 Вт/(м∙°С), предел прочности на сжатие — свыше 15 МПа. Кроме того, среди растворов с низкой плотностью (не более 700 кг/м3) разработанный состав обладает наименьшей стоимостью за 1 м3.
Коэффициент теплопроводности пеноблока класса D700 по средней плотности равен 0,18–0,21 Вт/(м∙°С). Коэффициент теплопроводности разработанного кладочного раствора не превышает 0,18 Вт/(м∙°С). Таким образом, применение эффективного облегченного кладочного раствора на основе КМС позволит получить ограждающую конструкцию с коэффициентом термической однородности 0,98 и более.

Кинетика набора прочности облегченным раствором с 60 % КМС

Состав и свойства облегченных кладочных растворов с КМС и ПСМС

 

Далее для снижения плотности камня в раствор были введены ПСМС 3M™ GlassBubbles, тип К25 (Бельгия). ПСМС производятся из натрийборосиликатного стекла и представляют собой белый сыпучий порошок, состоящий из тонкостенных шариков диаметром 20–160 мкм и толщиной стенки 1–3 мкм. Микросферы обладают низкой средней плотностью (250 кг/м3), прочность при гидростатическом сжатии составляет 5,2 МПа. Средняя плотность материала оболочки микросферы — 2420 кг/м3. Коэффициент теплопроводности микросферы — не более 0,06 Вт/(м∙°С) при 20 °С, средний размер частиц — 35 мкм. Свойства облегченного кладочного раствора на основе КМС и ПСМС приведены в табл. 2.
Введение ПСМС в состав сухой строительной смеси позволяет снизить плотность раствора, при этом прочность на сжатие остается достаточной для обеспечения монолитности кладки. В табл. 3 представлены сравнительные характеристики сухих строительных смесей для кладочных работ с наиболее распространенными облегчающими наполнителями разработанных составов.

Сравнительные характеристики облегченных кладочных растворов с различными наполнителями

Составы и свойства облегченных кладочных растворов с КМС и ПСМС и противоморозными добавками, сформированными при температуре –10 °С

 

Введение в состав сухой строительной смеси противоморозных добавок позволяет проводить кладочные работы в температурном диапазоне от –15 °С до +5 °С, данный метод является оптимальным по соотношению стоимость/эффективность. В качестве противоморозных добавок (ПМД) использовались традиционные добавки в чистом виде для исключения влияния других составляющих комплексных добавок на свойства раствора. Были применены добавки нитрита натрия (NaNO2) и формиата натрия (HCOONa). Расход ПМД принимался по расчету в зависимости от водоцементного соотношения (В/Ц) раствора [8].
Исследовались свойства кладочного раствора с ПКМС, сформированного при температуре –10 °С. Образцы испытывались в возрасте 14 и 28 сут.

Сравнительные характеристики облегченных кладочных растворов для зимних работ различных производителей

 

Внешний вид поверхностей образцов после испытания на стойкость к высолообразованию:

 

 

Результаты испытаний представлены в табл. 4. В верхней строке таблицы приведена прочность контрольного состава без ПМД, сформированного в стандартных условиях.
Как видно из табл. 4, наиболее высокие показатели прочности демонстрирует раствор с добавкой формиата натрия (56 % от марочной прочности при сжатии в возрасте 28 сут. соответственно). Менее эффективной показала себя добавка нитрита натрия. В возрасте 28 сут. раствор с данной добавкой приобрел 46 % от марочной прочности при сжатии.
В табл. 5 представлены сравнительные характеристики облегченных сухих строительных смесей различных производителей для кладочных работ в условиях отрицательных температур.
Так как введение в раствор компонентов, содержащих растворимые соли, влечет за собой высокую вероятность образования высолов на поверхности кладки [9], необходимо предотвратить появление высолов. В настоящем исследовании был применен комплекс добавок, повышающих стойкость раствора к высолообразованию. Для определения склонности раствора с ПМД к высолообразованию были изготовлены две серии образцов 4 × 4 × 16 см, одна из которых содержала разработанный комплекс добавок. Испытание образцов проводилось с использованием методики, описанной в [10]. Образцы выдерживались при отрицательной температуре в течение 7 сут., а затем 7 сут. хранились в нормальных условиях. Далее образцы частично погружались в ванны с водой, причем каждый образец помещался в отдельную ванну. Наружная поверхность образцов обдувалась воздухом с температурой 20–25 °С. В процессе испытания в течение 7 сут. проводился периодический осмотр поверхности образцов. Наличие высолов отмечалось визуально по появлению выцветов или налету соли.
В результате испытаний установлено, что введение в раствор ПМД приводит к появлению на поверхности раствора обильного солевого налета белого цвета, плохо растворимого водой. На всех образцах с комплексной добавкой высолов обнаружено не было (рис. 3).
Введение ПМД позволило получить раствор, набирающий прочность при сжатии не менее 4,5 МПа (45 % марочной прочности) при твердении в течение 28 сут. при температуре –10 °С. Кроме того, за счет введения разработанной комплексной добавки удалось предотвратить высолообразование на поверхности цементного камня.
Таким образом, полученная сухая строительная смесь для кладочных работ на основе полых микросфер обладает низкой средней плотностью, достаточной прочностью, может эффективно применяться при проведении работ в зимнее время, а также обладает высокой стойкостью к образованию высолов.

Выводы

1. Определен оптимальный расход микросфер для кладочных растворов.

2. Разработана облегченная сухая кладочная смесь на основе КМС для положительных температур с низкой плотностью (≤ 700кг/м³) и высокой прочностью на сжатие (> 15 МПа).

3. Разработана облегченная сухая кладочная смесь на основе КМС и ПСМС для отрицательных температур, набирающая не менее 45 % от марочной прочности при твердении при температуре –10°С.

4. Получены положительные результаты по повышению стойкости к высолообразованию при введении в состав сухой строительной смеси комплексной добавки.

Задачи дальнейшего исследования — снижение стоимости сухой строительной смеси, подбор ПМД, способствующих более интенсивному набору прочности при твердении раствора в условиях отрицательных температур, а также расширению диапазона температур применения раствора.

 

Литература

1. Макаренкова Ю.В. Применение микродура в кладочных системах // Вестник МГСУ, 2012, № 5. С. 139–142

2. Орешкин Д.В., Беляев К.В., Семенов В.С. Высококачественные строительные и тампонажные растворы с полыми стеклянными микросферами// Промышленное и гражданское строительство, 2010, № 10. С. 56–58.

3. Орешкин Д.В., Кириллов К.И. Эффективные кладочные растворы // Сб. докл. юбилейной науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава института строительства и архитектуры МГСУ, 2006. М., 2006. С. 220–236.

4. Фролов А.А. Результаты применения облегченных цементных растворов с добавлением микросфер // Известия высш. учеб. заведений: Нефть и газ. Тюмень, 1997, № 4.

5. Орешкин Д.В., Беляев К.В., Семенов В.С. и др. Полые микросферы — эффективный наполнитель в строительные и тампонажные растворы // Промышленное и гражданское строительство, 2010, № 9. С. 50–51.

6. ГОСТ 28013–98. Растворы строительные. Общие технические условия. М.: Межгосударственная научно-техническая комиссия по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС), 1998.

7. ГОСТ 5802–86. Растворы строительные. Методы испытаний. М.: Минстрой России, 1985.

8. Семенов В.С. Эффективные облегченные кладочные и тампонажные растворы для суровых климатических условий: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Семенов В.С. М., 2011. С. 68–69.

9. Корнеев В.И. Высолы на цементных растворах (бетонах) // Доклад на 6-й междунар. конференции для производителей «Сухие строительные смеси для XXI века: технологии и бизнес» (BaltiMix 2006). URL: http://www.masterbetonov.ru/content/view/16057/128/

10. Ильина В.П., Лозовик П.А., Ефременко Н.А. Исследование высолов на кирпичной кладке строящихся жилых домов и определение причины их возникновения // Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов. Петрозаводск, 2005. С. 230.


"Никаких недостатков не увидели. Приезжаем второй раз и приедем еще. Организованная компанией «АЛИТ» международная строительная выставка – массовое мероприятие, на котором собираются веду...

Информационные партнеры