Штукатурные составы для газо, пенобетона.

Эффективным стеновым материалом является ячеистый бетон, как автоклавного, так и безавтоклавного твердения. Наиболее эффективен пенобетон в качестве стенового материала в однослойном наружном ограждении. Теплотехническая однородность, отсутствие теплопроводных включений, обеспечивающие благоприятный температурно-влажностный режим наружных ограждений, монолитная связность сечения и долговечность, технологичность и сравнительно не большая трудоемкость изготовления — это те преимущества, которыми обладают ячеистые бетоны в однослойных ограждениях.

Пено- и газобетоны, равно как и любые другие виды ячеистых бетонов в составе однослойной конструкции или в наружном слое многослойной стены, рекомендуется защищать отделочными составами.

Основное требование, предъявляемое к отделке фасадной поверхности кирпичных стен и стен из плотных бетонов, — декоративность. Срок, в течение которого сохраняется декоративность, определяет долговечность отделки.

Высокая пористость пенобетона, дающая ему ряд преимуществ перед другими материалами, обусловливает одновременно его повышенную деформативность при эксплуатационных воздействиях, значительную влагоемкость, паро-, влаго- и газопроницаемость. Поэтому отделка фасадной поверхности пенобетонных изделий должна отвечать более широким требованиям, нежели те, которые предъявляются к отделке изделий из обычного бетона или к отделке кирпичных стен.

Опыт применения стеновых конструкций из неавтоклавного пенобетона показывает недостаточную долговечность традиционных цементно-песчаных штукатурок. После нескольких лет эксплуатации штукатурный слой покрывается трещинами, отслаивается от основания. Традиционно это объясняют повышенными усадочными деформациями неавтоклавных газо- и пенобетонов при высыхании. Однако известны случаи, когда цементно-песчаная штукатурка отслаивается и от автоклавного ячеистого бетона, усадочные деформации при высыхании которого в 4—5 раз ниже, чем у неавтоклавного.

Это явление может объясняться различием в коэффициентах температурных деформаций плотной штукатурки и ячеисто-бетонного основания. Коэффициент температурных деформаций пенобетона в диапазоне температуры от —40 до +40°С в среднем составляет 8*10^-6град^-1, тогда как тот же показатель для цементно-песчаного раствора состава 1:3 - 10,4*10^-6 град^-1. Таким образом, при изменении температуры от -20 до +30°С линейные деформации основания составят 0,4 мм/м, а деформации отделки — 0,52 мм/м. Подобные неравноценные деформации из-за суточных, сезонных, годовых колебаний температуры являются одним из факторов потери сцепления отделочного слоя с пенобетонным основанием.

Коэффициент температурных деформаций искусственных каменных материалов зависит от природы заполнителя, количества цемента, структуры и средней плотности материала. Таким образом, максимально приблизив отделочный раствор по структуре и средней плотности к пенобетонному основанию, можно прогнозировать их более длительную совместную работу.

Анализ литературных данных и обширного опыта изготовления и применения облегченных каменных материалов показывает, что сложилось два наиболее распространенных способа получения растворов пористой структуры на основе цемента:

Возможность и целесообразность применения воздухововлекающих добавок была исследована экспериментально. Учитывая, что средняя плотность обычного цементно-песчаного раствора в затвердевшем состоянии составляет 1600-1800 кг/м³, а плотность раствора для отделки пенобетона рекомендуется принимать в диапазоне 800—1000 кг/м³, объем вовлеченного воздуха должен составлять около 90% от первоначального объема смеси. Для этой цели было принято решение использовать пенообразователи, применяемые для производства пенобетона. Пенообразователь вводится в состав смеси в жидком виде, дальнейшее воздухововлечение производится посредством перемешивания смеси.

В качестве основы для приготовления пористой смеси применялась готовая сухая смесь для кладки пенобетонных блоков на основе портландцемента. Сухая смесь затворялась водой, гомогенизировалась. Затем вводился пенообразователь Ареком в жидком виде в количестве 0,3% от массы цемента в уже перемешанную смесь и производилась поризация.

В результате эксперимента удалось снизить среднюю плотность раствора в сухом состоянии с 1610до 1219 кг/м³. Зависимость средней плотности образцов от времени воздухововлечения представлена на рис. 1.

График на рис. 1. имеет нелинейный характер, который свидетельствует о том, что снижение средней плотности с увеличением времени воздухововлечения замедляется. Учитывая характер замедления, можно сделать вывод, что минимально возможная при данных условиях средняя плотность раствора вероятнее всего будет находиться в пределах 1100—1150 кг/м³.

При введении пенообразователя Ареком вместе с водой затворения смесь поризовалась уже при первом перемешивании. Однако по окончании поризации наблюдалось разрушение сформировавшихся воздушных пузырьков. Разрушение, хотя и в меньшей степени, происходило и при введении Ареком на этапе повторного перемешивания. Практически полностью избежать этого отрицательного явления оказалось возможным, вводя пенообразователь и производя воздухововлечение лишь через 3—5 мин после второго перемешивания исходной смеси.

Согласно ГОСТ 28013-98 подвижность штукатурного раствора в грунтовочном слое при ручном нанесении должна составлять 7—8 см. В ходе экспериментов приготовлялась исходная смесь, подвижность которой по погружению конуса составляла в среднем по всем образцам 8,6 см при В/Т = 0,27. После введения пенообразователя производилась пориза-ция и снова определялась подвижность, которая возросла и составила в среднем 10,5 см по погружению конуса. Примечателен тот факт, что независимо от времени воздухововлечения (60, 120 или 180 с) прирост подвижности для всех смесей оказался приблизительно равным.

Для снижения конечной подвижности раствора была предпринята попытка поризации изначально менее пластичной смеси. Замеренная после поризации подвижность смеси, несмотря на минимально возможное количество воды, составила 10 см.

Таким образом, даже при минимальном с технической точки зрения водосодержании конечная подвижность раствора все же оказалась весьма значительной, что технически не позволяет произвести отделку вертикальной поверхности.

Приведенные эксперименты показали, что приготовление облегченных штукатурных смесей с помощью воздухововлечения встречает ряд трудностей, избежать которых можно с помощью другого способа создания пористой структуры раствора — приготовления смеси на основе легкого пористого заполнителя.

В качестве такого заполнителя может применяться керамзит, перлит, вермикулит, шунгизит, шамот, гранулированный шлак, пенополистирольные гранулы, древесные опилки, бой пенобетона, пемзы, пеностекло и др. Применение каждого из заполнителей имеет свои особенности. Для решения поставленной задачи целесообразно использовать отходы, полученные при производстве и применении пенобетона в силу следующих причин:

— в составе молотого ячеистого бетона содержатся преимущественно ксонотлит и тоберморит-гидраты кристаллической илиаморфной структуры, определяющие теплозащитные свойствана микроуровне;

Изначально в качестве сырья был выбран бой газосиликатного блока плотностью 500—600 кг/м³. Посредством дробления был получен заполнитель крупностью до 20 мм. Полученный заполнитель был рассеян на фракции с определением насыпной плотности каждой фракции. Графически зависимость насыпной плотности от размера зерен заполнителя представлена на рис. 2 (кривая 1).

Для снижения плотности цементно-песчаного раствора предпочтительны те фракции пористого песка, в зернах которого сохраняется структура исходного пенобетона. Следовательно, для того чтобы повысить эффективность применения продуктов дробления ячеистого бетона, необходимо скачок насыпной плотности сместить в сторону более мелких фракций.

Для подтверждения этого положения был получен заполнитель из пенобетона плотностью 250-300 кг/м³. Размер пор преимущественно 0,5—0,7 мм. Заполнитель был просеян аналогичным образом с определением насыпной плотности каждой фракции (рис. 2, кривая 2).

Повышение насыпной плотности заполнителя вплоть до фракции 0,63—1,25 мм включительно носит плавный характер. Насыпная плотность резко возрастает лишь в момент, когда размер зерна становится приблизительно равен диаметру пор (фракция 0,315—0,63).

Был подобран состав сухой смеси. Смесь содержит пористый заполнитель, цемент, водоудерживающую добавку на основе сложных эфиров целлюлозы и добавку редиспергируе-мого порошка. Полученный раствор в затвердевшем состоянии имел следующие показатели: R_mr = 1,01 МПа, Ыеж = 1,49 МПа, Ро = 716 кг/м³. Испытания проводились на образцах-балочках 40х40х 160 мм.

Наиболее эффективным для применения в составе однослойных стен является пенобетон марок по плотности D600-D800. Разработанная отделочная смесь близка к пенобетону не только по структуре, но и по средней плотности, что должно обеспечить равные коэффициенты температурных деформаций.

Разработанная смесь совместно с другими отделочными составами была испытана на прочность сцепления с пенобетонным основанием. Основание перед нанесением отделочных слоев увлажнялось. Толщина слоя для всех составов 13—15 мм. Испытания проводились в возрасте 28 сут по аналогии с методикой ГОСТ 28089-89. Результаты испытаний приведены в таблице.

Как следует из данных таблицы, штукатурки на основе сухих смесей имеют лучшее сцепление с основанием, что объясняется наличием в их составе полимерных добавок. Характер отрыва при этом преимущественно когезионный, что указывает на высокую степень монолитности соединения. Примечательно, что доля адгезионного разрушения по контакту раствора с основанием у плотной смеси выше, чем у смеси на пористом заполнителе. Учитывая, что содержание полимерных добавок в обоих растворах приблизительно равно, снижение прочности сцепления может объясняться тем, что для плотного раствора К_сж = 9,09 МПа, тогда как прочность основания — 2,35 МПа. Таким образом, вследствие сопровождающих процесс твердения раствора линейных деформаций связь с основанием могла несколько ослабнуть.

Невысокая прочность раствора на пористом заполнителе способствовала сохранению в процессе твердения плотного контакта с основой. Для всех образцов этого состава при испытании на отрыв было характерно практически стопроцентное когезионное разрушение.

Для разработанного состава характерен также небольшой разрыв в показаниях пределов прочности при сжатии и при изгибе образцов-балочек. Отмечено, что для повышения долговечности отделочного слоя модуль упругости штукатурки должен быть ниже модуля упругости основания. Косвенным показателем упругих свойств каменного материала может служить отношение прочности при изгибе к прочности при сжатии. Для тяжелых бетонов этот показатель в среднем составляет .1-0,17, для легкого неавтоклавного бетона на керамзите — 0,22—0,3, на перлите - 0,25-0,45, для ячеистого автоклавного бетона на кварцевом песке — 0,2—0,35. У разработанного состава этот показатель составляет 0,68, что свидетельствует о его низких упругих свойствах.

Высокое отношение R_изг/R_сж свидетельствует также о пониженной склонности материала к трещинообразованию. Трещинообразование штукатурки отсутствует, если R_изг/R_сж> 0,29. При испытаниях образцов-балочек размером 40x40x160 мм на изгиб способность разработанного состава к поглощению трещин наблюдалась визуально: в момент разрушения кратковременное раскрытие трещины на растянутой грани составило около 1,5 мм, тогда как на сжатой грани признаки разрушения материала отсутствуют.

Были проведены испытания разработанной отделочной смеси на морозостойкость в соответствии с методикой ГОСТ 5802—86 «Растворы строительные. Методы испытаний». Установлено, что морозостойкость смеси соответствует нормируемой величине для наружных отделочных составов F25, при этом потеря прочности составила 16%.

Также были проведены испытания отделочной смеси на водопоглощение в соответствии с «Рекомендациями по применению стеновых мелких блоков из ячеистых бетонов» (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко), которые показали, что пятнадцатимиллиметровый отделочный слой за 24 ч непрерывного нахождения в воде пропустил воду только на 1/3 толщины слоя. Влажность ячеистобетонного основания оставалась неизменной.

Тип слоя	Средняя прочность сцепления, кПа	Характер отрыва (площадь), %
Тип слоя	Средняя прочность сцепления, кПа	По контакту раствора с основанием	По раствору	По основанию
Цементно-известковая штукатурка, Ц:И:П= 1:3:9	88	90	10	-
Цементно-песчаная штукатурка, Ц:П = 1:3	117	81	19	-
Штукатурка из сухой смеси на основе цемента, кварцевого песка (Ц:П = 1:3), полимерных добавок	249	8	92	-
Штукатурка из сухой смеси на основе цемента, пористого заполнителя, полимерных добавок	271	3	-	97