Среди этих работ приоритетное место заняли тонкослойные технологии с использованием сухих смесей, которые позволили поднять на принципиально новый уровень одновременно и качество, и темпы их выполнени. Новые технологии строительных растворов и области их использования

Современный этап развития строительства характеризуется значительным усилением акцента на отделочные работы, что обусловлено потребностями людей в более высокой комфортности помещений и архитектурной выразительности сооружений, в том числе при индивидуальной застройке с использованием кирпича, а также на специальные работы, к которым можно отнести устройство гидроизоляции и утепления, анкеровки и тому подобные. Строители определяют новые задачи для специалистов в области строительных материалов, совершенствования технологии их использования, формируют более высокие требования к культуре выполнения отделочных работ. Среди этих работ приоритетное место заняли тонкослойные технологии с использованием сухих смесей, которые позволили поднять на принципиально новый уровень одновременно и качество, и темпы их выполнения.

Это обеспечивается за счет отделения рецептурных решений в условиях заводского производства (фактически - создания материала) от процессов приготовления смесей рабочей консистенции непосредственно на объекте строительства. Преимущества такой технологии настолько очевидны и так продемонстрированы, что о них не стоит упоминать. В Украине широкое освоение производства и применения строительных растворов по новой технологии отмечается последние 5...7 лет. За это время накоплен определенный опыт, создается нормативная база, и вместе с тем, возникают проблемы развития.

Анализу состояния и перспектив развития новых технологий строительных растворов посвящен настоящий обзор. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Следует рассматривать две группы задач, решение которых и сформировало физико-химические основы новой технологии: первая группа - необходимость обеспечения специальных строительно-технических свойств растворов широкой номенклатуры; вторая группа - необходимость управления реологическими свойствами вязкопластичных систем, которые трансформировались в"рабочие" свойства. Результаты экспериментальных исследований в области структурообразования минеральных вяжущих систем, в том числе наиболее сложных композиционных, составили основу таких рецептурных решений, которые позволили предложить как рядовые, так и особо быстротвердеющие, высокопрочные, коррозионно-, атмосферо- и морозостойкие минеральные матрицы. Так, к интересным результатам можно отнести данные, согласно которым алюминаткальциевый цемент может сочетаться с портландцементом, обеспечивая неаддитивный результат твердения и регулируемые свойства за счет управления концентрацией ингредиентов. Такая система оказывается достаточно чувствительной к деформационным процессам, что также может регулироваться, как показано исследованиями. Изучены особенности структурообразования с участием микрокремнезема и алюмосиликатов в виде вторичных продуктов. Выполнены принципиально важные исследования систем Na2O-Al2O3-SiO2, K2O-Al2O3-SiO2 и Na2O-CaO-Al2O3-SiO2, обеспечивающие новые возможности минеральных вяжущих как в части прочности и долговечности, так и регулирования специальными свойствами.

Таким образом, возможность управления процессами формирования минеральной матрицы и ее механических свойств стала одной из основ создания эффективных строительных растворов, в том числе специального назначения. Все перечисленные вяжущие системы твердеют по гидратационному механизму. Однако реализация этого процесса в тонком слое строительного раствора - отделочного, кладочного или специального - лимитируется условиями его работы.

Как показывают исследования, даже при нанесении на плотное бетонное основание слой раствора толщиной 5 мм в течение первых пяти суток теряет 6...7% воды за счет испарения и адсорбирования подложкой, что существенно увеличивается (до 50% вводимой воды) в случае такого пористого материала, как кирпич или ячеистый бетон. В результате ухудшаются свойства твердеющего раствора, прежде всего его адгезия. Именно поэтому строительные растворы стали наиболее благоприятным объектом для использования достижений химии высокомолекулярных соединений с целью регулирования их реологическими свойствами. Благодаря модифицированию такими соединениями, стало возможным получение тонкослойных цементных штукатурок, самонивелирующихся смесей, клеевых и гидроизоляционных составов. К определяющим группам модификаторов относятся эфиры целлюлозы, среди которых наибольшее распространение получила водорастворимая метилгидроксиэтилцеллюлоза и полимерные дисперсионные порошки (редиспергируемые порошки). Известно, что добавка 0,3...0,4% метилгидроксиэтилцеллюлозы увеличивает водо-удержание цемента до 98...99% при температуре 20°С.

Водоудерживающая способность зависит от размера частиц, уровня вязкости, растворимости и температуры Одновременно с высоким водоудержанием улучшаются тиксотропные свойства цементного раствора, которые важны при нанесении его на вертикальную поверхность. Эффективно действие эфиров целлюлозы и против явления седиментации для цемента нерационального зернового состава, улучшение удобоукладываемости растворов за счет повышения их пластичности. Редиспергируемые термопластичные полимерные порошки для модифицирования строительных растворов представлены разными группами в зависимости от вида исходного мономера - полимеры с виниловым эфиром, этиленом, винилхлоридом, акрилатом и другие. Устойчивыми против омыления в цементной среде и долговечными являются комбинации винилацетата и этилена, винилацетата и винилверстатата. При затворении водой порошок образует разветвляющиеся эластичные мостики и мембраны, дополняя минеральную матрицу полимерным вяжущим. Такая вяжущая композиция отличается улучшенными реологическими свойствами. Сочетание минерального и органического продуктов изменяет структурообразование материала, его технологические и в конечном счете технические показатели. Обобщение исследований позволяет представить отвердевание модифицированных цементов в тонком слое раствора как развитие отдельных этапов: начальная гидратация с образованием портландита; блокирование активных центров поверхности цементных частиц формирующейся полимерной пленкой с "запаковыванием" воды внутри системы цемент-вода; интенсивное образование гидроалюминатов кальция и эттрингита на фоне замедленной гидратации силикатов кальция; формирование упрочняющей полимерной сетки и интенсификация гидратации силикатной составляющей цемента.

В целом начальная гидратация цемента замедляется, ослабляя интенсивность синтеза прочности, однако со временем развитию гидратации за счет водоудерживающей добавки сопутствует процесс формирования полимерных цепей и упрочнение системы. При этом происходит положительное коль-матирующее воздействие полимеров на основание укладываемого тонкого слоя раствора. Таким образом, физико-химическими основами новой технологии строительных растворов широкого назначения можно считать управляемое структурообразование минеральной наполненной матрицы на стадии формирования реологических свойств вязкопластичной системы и в процессе формирования технических показателей твердеющего материала за счет использования высокомолекулярных органических соединений. НОМЕНКЛАТУРА И ПРОИЗВОДИТЕЛИ Статистика свидетельствует: в 2001 году было продано 350 тыс. т сухих строительных смесей (около 90 млн. долларов в оптовых ценах). На 80% рынок представлен отечественными производителями. Наиболее весомые из них "Полирем", "Фомальгаут", "Хенкель-Баутехник", "Микс", "ТРСТ", "Артель", "Лидер", Харьковский завод сухих строительных смесей".

За последние годы номенклатура строительных растворов существенно пополнилась "комплектующими" материалами в виде эмульсий, грунтовок, герметизирующих составов, в отрыве от которых некоторые группы строительных растворов практически не применяются. Поэтому в табл.1 в обобщенном виде охарактеризованы материалы, составляющие основу растворных смесей, производимых предприятиями Украины в виде сухих продуктов, эмульсий и паст. Таблица 1. Номенклатура продукции для строительных растворов Условная группа Назначение Области применения 1 Материалы для укладки облицовочной плитки и системы скрепленной теплоизоляции Устройство облицовок с использованием всех видов керамической плитки, мелко- и крупноразмерных плит из натурального камня приклеиванием на вертикальную поверхность; укладка плит из разных материалов на основания разного вида; приклеивание полистирольных, минераловатных, сетчатых материалов в системе теплоизоляции стены. 2 Материалы для расшивки швов при облицовке плиткой Затирка швов при кладке плитки, плит из натурального камня на вертикальной и горизонтальной поверхностях для придания декоративности и монолитности отделке. 3 Материалы для устройства полов Устройство полов, включая заделку неровностей, около основания, горизонтального нивелирования под покрытия разных видов, в том числе в качестве финишного слоя с заданными эксплуатационными характеристиками. 4 Материалы для герметизации и гидроизоляции Устройство плавательных бассейнов, горизонтальной кровли; защита бетонной емкостей, резервуаров для воды; гидроизоляция швов и стыков строительных узлов. 5 Материалы для анкеровки (смеси монтажные) Закрепление оборудования и металлических конструкций, соединение элементов.

6 Отделочные материалы Шпаклевание поврежденных поверхностей снаружи и внутри зданий, выравнивание поверхности стен и потолков, заделка стыков, в том числе гипсокартонных плит. Нанесение отделочного слоя разной фактуры и цвета на внутренние и наружные стены (оштукатуривание). 7 Окрасочные материалы (сухие продукты) Отделка интерьеров и фасадов с приданием заданного цвета покрытию. 8 Материалы для кладки кирпича и стеновых блоков Возведение стеновых конструкций скрепление тонким слоем раствора мелкоштучных изделий в виде кирпича и блоков. 9 Эмульсии Устройство высокоадгезионных растворных слоев при использовании штукатурных, клеевых, кладочных смесей. 10 Грунтовки Укрепление поверхности оснований с целью улучшения свойств наносимых на него растворных смесей разнога функционального назначения (штукатурки, краски, наливные полы). Как следует из этих данных, функции строительных растворов значительно расширились, однако, наиболее массово потребляемыми являются по-прежнему составы из группы отделочных, материалы для укладки облицовки и системы утепления. В группе клеев произошла узкая специализация, что расширило их номенклатуру до 15...20 разновидностей с учетом вида керамической и кафельной плитки, ее пористости и размеров, характера плит из натурального камня, физико-механических свойств основания и температурных условий эксплуатации.

Этот факт свидетельствует о повышении культуры отделочных работ. Следует заметить, что именно в этой группе показатели качества продуктов разных производителей максимально сближаются (табл.2), чего не отмечалось ранее. Таблица 2. Свойства клеевых растворов различных производителей Свойства Полимин П-22 ("Фомальгаут") Артисан С-10 ("Артель") Ceresit CM-11 ("Хенкель-Украина") Полирем СКп-101 ("Полирем") Водопотребность, мл/кг 220 250 240 240 Свойства при перемешивании + + + + Сползание плитки, мм 1,0 1,0 0,5 0,5 Время корректировки, мин 10 10 10 10 Открытое время, мм 15 20 20 20 Адгезия в воздушно-сухих условиях, МПа 7 суток 28 суток 0,67 0,80 0,58 0,70 0,7 1,0 0,7 0,9 Достаточно представительна группа сухих смесей для приготовления растворов, предназначенных для устройства и ремонта полов. Так, например, ООО "Хенкель Баутехник" (Украина) предлагает шесть составов торговой марки "Ceresit" и четыре состава торговой марки "Thomsit", фирма "Полирем" — восемь составов. ООО "Фомальгаут" для выравнивания поверхности пола под покрытие из штучных или рулонных материалов предлагает смеси Полимин ЛЦ-4.

Они имеют низкую водопотребность, хорошо растекаются, сцепляются с основой и стойкие к усадочным трещинам. Для укладки полов керамической плиткой и искусственным камнем, а также для облицовки стен ООО "Фомальгаут" предлагает плиточный клей Полимин П-14. Высокая стойкость к оплыванию позволяет укладывать плитку сверху вниз. Вместе с тем при испытании составов для полов отмечаются самые большие различия в качестве, что вполне закономерно и объясняется как наиболее сложной рецептурой, так и используемым сырьем (табл.3). Таблица 3. Свойства растворов для наливных полов различных производителей Свойства Артисан С-40 Полимин СПп-501 Сeresit CN-72 Полирем 501 Водопотребность, мл/кг 270 225 240 260 Свойства при перемешивании + + + + Расплыв кольца Вика, мм через 1 мин. через 10 мин. 180 245 195 210 200 250 180 200 Рабочее время, мин.

120 40 110 240 Качество поверхности после 24 ч — — + + Прочность при сжатии, МПа 1 сутки 3 суток 28 суток 2,3 2,8 15,9 0,4 2,35 12,3 16,6 22,4 25,1 0,5 5,2 16,7 Деформации, мм/м, усадки (-) 2 суток 28 суток -0,09 -1,72 0 -0,36 -0,06 -0,06 -0,10 -0,81 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЮ Анализ физико-химических основ разработки новых технологий строительных растворов свидетельствует о том, что эксплуатационные характеристики материалов зависят в большей мере от минеральных компонентов рассматриваемых смесей: вяжущих веществ, тонкодисперсных наполнителей и заполнителей. Химические добавки определяют в большей мере реологические характеристики и адгезионные свойства. Учитывая то, что последние присутствуют в раствоpax в количестве от 0,3 до 3,0%, можно считать оправданным их импортирование от крупнейших мировых производителей, представительства которых находятся в Украине (Wacker, Elotex, Clariant, DAU, Bayer, Bast). Именно поэтому освоение таких технологий связывалось с максимальным использованием местной сырьевой базы минеральных вяжущих, требования к которым отличаются от предъявляемых в традиционной технологии бетонов и растворов. Для портландцемента показатели качества в значительной мере обусловлены его типами, которые регламентированы ДСТУ Б В.-2.7-46-96 отсутствием (тип 1) и содержанием (типы 11-У) минеральных добавок. Сухие смеси как основа для растворов гораздо более чувствительны к изменению типа цемента с учетом значимости показателя ранней прочности и требований по морозостойкости. В связи с этим при выборе цемента важным является как характеристика клинкера, так и количество и природа минеральной добавки.

По содержанию основных фаз промышленные клинкеры основных украинских заводов различаются, однако, алитовая фаза как определяющая изменяется в незначительных пределах. Это может служить гарантией того, что бездобавочные цементы способны обеспечить стабильную активность. Активность быстротвердеющих цементов Украины марок 400Р и 500Р характеризуется прочностью при сжатии через 2 суток соответственно 15 и 25 МПа при испытании по ГОСТ 310, в то время, как европейские марки 42.5R и 52.5R при испытании по EN 196 через 1 сутки обеспечивают прочность соответственно не менее 10 и 22 МПа. Для устройства наливных полов и других ответственных растворов важными являются данные о содержании алюминатной фазы как участвующей в раннем формировании эттрингита. В ряде составов сухих смесей для растворов присутствует перлит, что требует ограничения содержания в цементе оксидов натрия и калия, которого нет в ДСТУ, поскольку они отрицательно влияют не только на развитие процесса твердения, но и ослабление контактной зоны за счет реакции цемента с этим активным алюмосиликатом. Стабильность показателей активности является одним из важнейших критериев пригодности портландцемента для использования в рассматриваемых технологиях, поскольку отклонения требуют оперативной корректировки рецептуры, что несколько сложнее, чем для рядовых технологий растворов. В дополнение к ранее опубликованным статистическим данным в табл.6 приведены результаты систематических испытаний цемента при входном контроле на заводе "Хенкель Баутехник" (Украина), характеризующие соответствие этому требованию. Эти данные позволяют обоснованно определять наиболее эффективного поставщика.

ВВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ КАЧЕСТВА КАК СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В заводском производстве сухих смесей для строительных растворов оказалась достаточно оправданной и полезной практика построения системы качества по стандарту ISO 9001 как фактора организации технологического процесса. Всю систему во взаимосвязи наиболее полно и в то же время лаконично отражает "Руководство качеством". Это разрабатываемый предприятием сборник документов, в которых четко регламентируются действия по выбору поставщиков сырья, производству закупок, идентификации продукции, а также корректирующие и предупреждающие мероприятия. Достоинством системы качества является ее мобильность: все целесообразные изменения, направленные на ее совершенствование, вносятся и реализуются. Для поддержания системы в "активном" состоянии проводятся плановые аудиты во всех подразделениях предприятия, организуется обучение персонала. В результате весь персонал - от руководства до рабочего - вовлекается в деятельность по управлению качеством, предотвращается функциональная разобщенность, а технологический процесс максимально организуется. В стройиндустрии Украины первым предприятием, сертифицированным по стандарту ISO 9001-95, является ООО "Хенкель Баутехник" (Украина), выпускающее продукцию торговых марок "Ceresit" и "Thomsit". СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ В мировой практике тенденции гражданской и промышленной архитектуры определяют развитие базы стройиндустрии, так как от этого зависят потребности в соответствующих материалах. Переход к рыночной экономике должен обусловить и в Украине такую закономерность.

Если учесть различия в экономическом положении развитых европейских стран и Украины на современном этапе, то очевидно, что ближайшие Шлет применение строительных растворов по технологии сухих смесей будет в определенной мере воспроизводить путь, пройденный развитыми странами. Основной тенденцией развития при значительном увеличении объемов производства будет стремление к получению высококачественных продуктов. Расширение их номенклатуры может быть связано реанимированием промышленности и потребностями в таких специальных растворах, как химически стойкие, барьерные против опасных излучений, терморегулирующие, звукопоглощающие и тому подобного. С учетом национальных особенностей популярности жилищного строительства из кирпича возрастет потребность в экономически целесообразных кладочных растворах. Перспективным для Украины может стать использование в качестве сырья металлургических шлаков и топливных зол с разработкой рецептуры, обеспечивающей заданный доверительный предел стабильности свойств. Это вполне согласуется с необходимостью решения проблемы высолообразования на поверхности растворов, получаемых на основе бездобавочного цемента, за счет реализации пуццолановой реакции. Как показал пятилетний опыт работы лидирующих производителей, одним из определяющих принципов стратегии развития новых технологий, несомненно относящихся к наукоемким, является привлечение интеллектуального потенциала высокопрофессиональных специалистов в области химии и технологии силикатных строительных материалов, фундаментальная подготовка которых и определит в конечном счете успехи этого направления.