Полимерные вяжущие в продуктах строительной химии

Забельская М. Полимерные вяжущие в продуктах строительной химии // Будмайстер. 2000. №17. C.5-8

Модификация стройматериалов органическими веществами известна с давних времен. Наши предки интуитивно пришли к выводу о том, что известь и другие минеральные вяжущие приобретают большую прочность, если к ним добавлять некоторые природные органические продукты. Вспомним, например, добавление яичных желтков и молока в строительные растворы в Древней Руси. Развитие химии привело к замене этих природных продуктов синтетическими. В 1932 г. было впервые описано применение химически синтезированного полимерного термопластичного латекса для модификации цементных растворов и бетона. В 40-х и 50-х годах в строительстве использовались гомополимерные винилацетатные дисперсии (клей ПВА). Но ПВА имеет высокую температуру пленкообразования и склонность к омылению. Поэтому вскоре эти полимеры были полностью вытеснены сополимерными дисперсиями со значительно лучшими техническими характеристиками.

Водные дисперсии добавлялись при замесе строительных растворов с водой. Их использование имело ряд очевидных недостатков. Действительно, водная дисперсия более чем на 90% состоит из обычной воды, которую приходилось перевозить, хранить на складе, предохранять от замерзания. Кроме этого, необходимо утилизировать крупногабаритную тару. Поэтому перед химиками и технологами встала задача превращения водных дисперсий в сухие порошки, которые при попадании в воду опять бы образовывали дисперсии с исходными характеристиками.

Решением этой задачи занялись химики из лаборатории концерна Wacker-Chemie GmbH и в 1957 было налажено производство первых гомополимерных диспергируемы порошков. А в семидесятых годах сухие строительные смеси с полимерными добавками начали широко применяться в строительстве. Первым в мире производителем и поставщиком дисперсионных порошков и дисперсий для промышленности стройматериалов стал германский концерн Wacker-Chemie GmbH.

С целью глобализации рынка концерн Wacker-Chemie GmbH в октябре 1998 года объединился с американской фирмой Air Products, которая уже на протяжении двадцати лет выпускает дисперсионные порошки по лицензии "Ваккер-Хеми", распространяемые на Североамериканском континенте. Слияние двух крупных производителей обеспечивает концерну лидирующее место в мире по объемам полимерных вяжущих для модификации продуктов строительной химии. В рамках такого сотрудничества создаются два совместных предприятия: "Wacker Polymers Systems" по производству дисперсионных порошков и "Air Products Polymers" по выпуску дисперсий.

"Ваккер-Хеми" предлагает многоплановый (более 3000 наименований) ассортимент продуктов для изготовления и модификации строительно-химических материалов на основе цемента, гипса и извести, придающих им качественно новые свойства. Выпускаемые продукты - порошки под торговой маркой "Виннапас", в зависимости от вида исходных гомополимеров делятся на сополимеры с этиленом, виниловым эфиром, винилхлоридом, акрилатом, виниллауратом и д.р.

Редиспергируемые порошки используются в комбинации с гидросвязующими (цементом, гипсом, известью) для производства и модификации следующих продуктов строительной химии:

* клеев для облицовочной плитки;

* клеящих строительных растворов;

* клеев для теплоизоляции и строительных плит;

* покрытий для стен и потолков;

* растворов для ремонта и реставрации бетона;

* известково-цементных штукатурок;

* саморастекающихся полов;

* гипсов и красок, модифицированных синтетическими смолами;

* смесей для заполнения соединений и швов;

* уплотнительных смесей.

Кроме того, дисперсионные порошки "Виннапас" широко используются в качестве самостоятельных вяжущих в клеях для бумаги, обоев, дерева и текстильных изделий; в порошкообразных дисперсионных красках и шпаклевках, для модификации гипса, сырых керамических масс.



Дисперсионные порошки "Виннапас"и механизм их действия

Диспергируемые порошки представляют собой дисперсии, высушенные методом распылительной сушки. При замешивании в воде они снова образуют стабильную дисперсию, характеристики которой сравнимы с исходной. Важным критерием качества диспергируемого порошка является размер частиц после диспергирования. Он определяет силу сцепления и действие порошковой добавки.

Дисперсии состоят из взвешенных в воде тонких частиц полимера размерами от 0.1 до 3 мкм. Стабилизируют дисперсии добавками эмульгаторов, функциональных мономеров и так называемых антикоагулянтов, например, поливинилового спирта. Важнейшее свойство редиспергированных в воде порошков состоит в том, что при высыхании они образуют пленки и выполняют роль вяжущего, т.е. в процессе сушки или схватывания они скрепляют пигменты и наполнители, повышая сцепление с органической или неорганической основой. Однако пленки не образуются при низких температурах. Характерная температура, при которой еще возникает пленка, называется минимальной температурой пленкообразования (МТП). При применении модифицированных стройматериалов ниже этой температуры полимеры бесполезны, поэтому строители часто не обнаруживали эффекта от добавки клея ПВА (его МТП>15?С). Модификаторы "Виннапас" имеют МТП от 0 ?С, что позволяет получать желаемый результат при низких температурах.

Содержание в дисперсиях водорастворимых антикоагулянтов улучшает способность удерживать воду - существенное преимущество при модификации гидратирующихся вяжущих материалов. Этим вяжущим для отверждения необходимо определенное количество воды. Если такие системы наносятся тонким слоем, то вода может уйти через основу или испариться, что приведет к неполной гидратации, образованию трещин и скажется на прочности.

Добавка диспергируемого порошка действует трояко: она повышает способность раствора удерживать воду, она, посредством образования пленки, уменьшает испарение, наконец она укрепляет материал в качестве дополнительного связующего. Кроме того, гибкий полимер делает жесткий и хрупкий каркас цементного раствора более эластичным и понижает модуль упругости. Добавка органических связующих повышает адгезию и когезию клеев и шпаклевочных масс, улучшает прочностные характеристики при изгибающих нагрузках и износоустойчивость. При увеличении содержания добавки возрастает пластичность.

Использование дисперсионных порошков значительно повышает гидрофобность отделочных материалов. Гидрофобные добавки не являются водоотталкивающими, что позволяет без проблем затворять модифицированные ими сухие смеси водой. Это положительно влияет на адгезию и смачиваемость сухих смесей, в отличие от обычных гидрофобизирующих средств.

Покрытия но основе гидросвязующих

Стеновые шпаклевки

Шпаклевки и выравнивающие массы для бетона должны обладать достаточным сцеплением и износостойкостью даже при нанесении тонким слоем. Добавка модификатора стабилизирует процесс гидратации цемента и работает как дополнительное вяжущее, что обеспечивает равномерность усадки и наростания прочности. Шпаклевочные сухие смеси выгодно отличаются от обычных. Они пластичней, не сворачиваются при нанесении и не дают усадочных трещин в процессе высыхания, хорошо шлифуются, позволяют стене "дышать" и обладают впитывающими свойствами штукатурки.

Раствор для ремонта бетона

Цементные растворы, улучшенные диспергируемыми порошками, можно использовать для заполнения выбоин, утолщения бетонных покрытий, выравнивания дефектов в надземном и подземном строительстве.

Способность дисперсионных порошков выступать и в роли связующего, и в роли средства для удержания влаги позволяет улучшить процесс отверждения тонких и поверхностных слоев раствора даже в том случае, когда не выполняется никакой последующей обработки. Модифицированные растворы имеют предел прочности на разрыв, близкий к пределу прочности восстанавливаемого бетона, и повышенную прочность на изгиб. Кроме того, улучшается их непроницаемость для таких веществ, как углекислота, двуокись серы и рассыпаемая в зимнее время соль, способных разрушать бетон.

Гипсосодержащие растворы для заделки швов и штукатурки

Применение продуктов на основе гипса в строительстве достаточно многообразно, что объясняется его хорошей прочностью, твердостью, химической стойкостью, коротким временем схватывания и высыхания, а также доступностью цены. Но главным недостатком этих материалов считается высокая чувствительность к воздействию влаги. Уже небольшое повышение влажности гипсовых продуктов ведет к существенной потере прочности из-за относительно высокой растворимости гипса (2,5 г на 1 л воды). Поэтому их не применяют для наружных работ. Также не следует забывать о плохой совместимости гипсовых материалов с отверждающимся или отвердевшим цементом.

В гипсовых смесях диспергируемые порошки действуют подобно тому, как и в цементных растворах. Хрупкий гипс становится более вязким, улучшается адгезия и износостойкость. Введение некоторых полимерных добавок позволяет придать материалу гидрофобные свойства. Для достижения хорошей эффективности добавки необходимо выбрать достаточно высокое соотношение "полимер/гипс",

Смеси для наливных полов

В последнее время особой популярностью пользуются наливные полы, используемые для ремонта бетонных полов, лестниц, изготовления гладких горизонтальных оснований под выкладку полов различного вида. Самовыравнивающиеся полы выполняемые из сухих смесей характеризуются высокой износо- и водостойкостью, устойчивостью к концентрированным нагрузкам. Преимуществом добавки модификатора является также снятие внутренних напряжений, что позволяет избежать появления трещин при усадке.

Для изготовления сомовыравнивающихся полов следует применять специально разработанные модификаторы, которые хорошо совместимы с казеином и синтетическими добавками, облегчающими растекание и самонивелирование. Необходимо помнить, что готовые наливные полы не рекомендуется окрашивать и эксплуатировать без напольного покрытия.

Известково-цементные штукатурки и побелки

Минеральные штукатурки и побелки - один из самых широко распространенных отделочных материалов. Однако они имеют ряд недостатков: отсутствие гидрофобности, повышенная склонность к высолам и изменение тона краски под воздействием влаги. Введение модификаторов устраняет вышеперечисленные недостатки, улучшает сцепление, повышает устойчивость к царапинам и предельное напряжение изгиба. Пластификация раствора дополнительно снимает напряжения при затвердевании и значительно облегчает обработку оштукатуренной поверхности.

Порошковые строительные клеи

Клеящие растворы должны обеспечивать достаточное сцепление даже при нанесении тонким слоем. Добиться этого с помощью немодифицированного цементного раствора без соответствующей предварительной обработки основы, как правило, невозможно. Сцепление может быть значительно улучшено добавками диспергируемых порошков. Их устойчивость к воздействию омыляющих реагентов имеет решающее значение для сцепления клеящего раствора с основой после воздействия сырости и мороза.

В очень многих случаях добавка полимера обеспечивает хорошую адгезию раствора к сложным основам, которые плохо держат покрытия или облицовку. В качестве уникальных примеров можно назвать приклеивание плитки тонким слоем клея на старую плитку или пенополистирола на бетон и старую штукатурку. В таких случаях без модификации было бы вообще невозможно осуществить приклеивание.

Клеи для плитки

Тонкослойный клей все больше вытесняет из употребления толстые слои раствора. Клеи для керамической плитки состоят в основном из цемента и песка с добавлением около 0,5% эфира целлюлозы, служащего для удержания влаги. Дополнительное улучшение потребительских свойств клея и сцепления с основой достигается путем добавления мидификаторов.

По сравнению с традиционным цементно-песчаным раствором модифицированные клеевые смеси, в зависимости от марки, позволяют приклеивать плитку на различные основы (бетон, легкий бетон, кирпичная кладка, гипсокартонные плиты, пластик, дерево, старая плитка и т.д.). Они характеризуются повышенной морозостойкостью и прочностью на сжатие и изгиб. Выпускается два вида данных клеев - обычные и с повышенной водостойкостью. Дисперсионные плиточные клеи поставляются в готовом к применению пастообразном виде и не требуют замеса с водой. С технологической точки зрения они обладают рядом достоинств: экономичны, тиксотропны, плитки фи