Сухие строительные смеси - века совершенствования
Благоустраивая свое жилище, придавая ему уютный вид, люди, прежде всего, стремились сделать ровными стены и потолки дома. Уже более 6000 лет назад в Египте для этого применялись штукатурные составы на основе гашеной извести, а в Древнем Вавилоне - растворы на основе гипса. Для выравнивания использовали также глину, алебастр и другие разводимые (затворяемые) водой композиции. Эти составы непрерывно совершенствовались: в Средние века в Европе и России для улучшения их свойств в них добавляли природные "модификаторы" - творог (казеин) и яичный белок (лецитин), растительное масло, кровь животных или отвары древесной коры. Однако наиболее существенным шагом стало включение в их состав цементных вяжущих, в первую очередь портландцемента, промышленный выпуск которого начался с XIX века.
Использование цементов позволило резко улучшить адгезионные и прочностные характеристики выравнивающих составов и наносить их гораздо более тонкими слоями. Однако новые смеси состояли всего из двух компонентов - вяжущего (цемента) и наполнителя (песка), а в наносимом на выравниваемую поверхность материале нужно было удержать достаточное количество воды для отвердения. Эту проблему решили в 1912 году химики немецкого концерна "Hoechst", открывшие способ получения водорастворимой целлюлозы. Спустя примерно 10 лет началось промышленное производство карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы, метилгидроксиэтилцеллюлозы (МГЭЦ) и других компонентов, обладающих высокой водоудерживающей способностью. Именно МГЭЦ и стала важнейшей составляющей сухих строительных смесей.
Ну а окончательный прорыв в развитии промышленных сухих строительных смесей произошел примерно 50 лет назад, когда впервые в строительные растворы был добавлен поливинила цетатный клей - хорошо известный нам ПВА. Так началась эпоха полимермодифицированных сухих смесей. Идея добавления полимера в цементный раствор проста: при застывании массы клей образует между минеральными частицами гибкие пленки-мостики, которые выполняют ту же роль, что и стальная арматура в железобетоне, - берут на себя нагрузку на растяжение.
Уже добавка обычного клея ПВА позволила существенно улучшить свойства строительных растворов. Но начиная с 60-х годов сухие строительные смеси модифицируются так называемым и редиспергируемыми полимерами. Эти полимеры образуют клеи при добавлении воды и не содержат летучих вредных компонентов. Именно с этого времени и ведется отсчет истории промышленных сухих смесей.
Использование редиспергируемых полимеров не исключает введения в состав современных строительных смесей целого "букета" добавок. Среди них соединения, обладающие высокой водоудерживающей способностью, различные гидрофобизаторы, порообразователи, пластификаторы, ускорители или замедлители твердения, разжижители, загустители, антивспениватели и ряд других. Именно они придают материалам вполне определенные и зачастую совершенно неожиданные свойства в зависимости от назначения смеси. В качестве вяжущего в таких смесях применяют цемент, известь или гипс, а наполнителями могут быть кварцевый песок, мел, известняк, каолин, перлит, керамзит, вспученный вермикулит, пемза, фибра (волокна).
Вяжущие и наполнители - это 95-98% состава любых сухих смесей промышленного производства, однако их высокие потребительские свойства существенно зависят от оставшихся 2-5%, приходящихся на долю химических добавок. Именно они придают сухим смесям принципиально новые свойства. Современные смеси - это материалы заводского изготовления, содержащие все необходимые твердые компоненты в сухом виде. Если раньше смесь из цемента и песка готовили непосредственно на стройплощадке, современную композицию создать в таких условиях вряд ли удастся, даже если под рукой есть все необходимое, и уж точно невозможно воспроизводить ее раз за разом по мере надобности. А ведь именно от соблюдения пропорции входящих в состав сухой смеси добавок зависят ее специфические свойства.
Ведущими производителями химических добавок к сухим строительным смесям являются фирмы "Bayer", "Wacker-Chemie GmbH", "Clariant GmbH", "BASF" (Германия), "Akzo Nobel Surfase Chemistry AB и Perstorp" (Швеция), "Rhodia" (Франция), "Dow Chemical Cоmpany". До недавнего времени российские производители сухих смесей использовали в основном добавки западных производителей, однако в последние годы все большие их количества начинают выпускать отечественные компании.
Рынок и его особенности
За годы, прошедшие со времени выпуска первых промышленных полимермодифицированных сухих смесей, их производство выросло в десятки раз. Только в Германии, например, около 250 заводов производят до 10 млн тонн сухих смесей в год.
Многие иностранные производители выпускают весь спектр сухих строительных смесей, ориентируясь в первую очередь на продукцию средней ценовой категории. Эти компании имеют собственную сырьевую базу (цемент, гипс, песок и другие компоненты), необходимую для производства высококачественной продукции, и непрерывно расширяют спектр выпускаемых материалов. Еще одна группа западных компаний сосредоточилась на относительно узком сегменте высококачественных и соответственно дорогих материалов. Для этого в отличие от остальных производителей они сами разрабатывают и выпускают все необходимые для производства своей продукции химические добавки.
Первые сухие строительные смеси в нашей стране появились в конце 80-х. Эти материалы поступали к нам в основном из Скандинавии. Строители быстро оценили их преимущества - экономию времени и труда рабочих при высоком качестве выполненных работ. Эффективность строительных и отделочных работ при использовании смесей повышается в 1,5-2 раза. Тем не менее спрос на них в России стал формироваться лишь в начале 90-х годов. Быстрый рост популярности сухих строительных смесей способствовал организации их производства отечественными фирмами. Сейчас в России функционирует несколько сотен фирм, предлагающих сухие строительные смеси. Некоторые из этих предприятий являются совместными с западными партнерами. Отечественные производители из различных регионов страны демонстрируют образцы продукции, по качеству вполне соответствующие мировому уровню. Изначально при производстве сухих смесей российские фирмы использовали исключительно импортные модификаторы, что существенно удорожало продукцию. В последнее время все большее число химических добавок выпускают отечественные предприятия.
Пока мы говорили о промышленных сухих строительных смесях как о едином классе материалов. Однако появление разнообразных химических добавок создало целый ряд новых, с совершенно иными свойствами. В отличие от обычной, не содержащей полимерных добавок сухой смеси полимермодифицированные материалы могут быть использованы только для тех работ, для которых они создавались. Такие, например, как современные штукатурки, шпаклевки и самонивелирующиеся наливные полы.
Штукатурки и шпаклевки
Достаточно вспомнить, что еще в начале ХХ века различия между штукатурными и шпаклевочными смесями не существовало. Не было даже самого слова "шпаклевка" или "шпатлевка", происходящего от немецкого Spachtel (в русском языке, кстати, прижились оба прочтения). Сегодня каждый из этих материалов благодаря применению различных химических добавок подразделяется на десятки невзаимозаменяемых подвидов, различающихся, прежде всего, по области применения. В результате их введения в смесь резко возрастает сцепление отделочного материала с обрабатываемой поверхностью, при этом застывший раствор становится более эластичным. Это позволяет компенсировать расширение и усадку основы при температурных колебаниях или в случае ее набухания при повышенной влажности. Возрастает и устойчивость материалов к истиранию. Штукатурки наносят толстым (до нескольких сантиметров) слоем: они предназначены для устранения кривизны стен, грубых неровностей, швов, раковин. Их задача - сделать стены ровными, а углы прямыми. Удельный расход штукатурок достаточно велик, и они сравнительно дешевы. Ну а шпаклевки предназначены для заделки мелких дефектов, трещин, царапин, их наносят финишным слоем не более 1-2 миллиметров толщиной - с их помощью стены делаются гладкими. Естественно, цена этого финишного материала заметно выше по сравнению со штукатурками, зато и расход существенно меньше.
Чаще всего применяются штукатурные и шпаклевочные смеси на гипсовой или цементной основе. Считается, что с экологической точки зрения гипс предпочтительнее цемента: низкая теплопроводность гипса препятствует потере тепла из помещения, благодаря высокой пористости штукатурка на основе гипса поглощает влагу из воздуха при ее избытке и отдает при недостатке, поддерживая тем самым в помещении постоянную относительную влажность. Кроме того смеси на основе гипса и извести не содержат щелочных компонентов. при пожаре вода, находящаяся в кристаллической решетке гипса, высвобождается и гасит огонь. При дальнейшем повышении температуры образуется водяной пар, который создает паровую завесу, преграждающую путь пламени.
Зато цемент дешевле, у него гораздо более высокая влагостойкость, а смеси на его основе содержат большое количество недорогого заполнителя (в них всего около 30% вяжущего материала), в гипсовых же смесях содержание связующего значительно выше.
Исходя из специфики этих двух наиболее распространенных при изготовлении сухих строительных смесей вяжущих, специалисты рекомендуют использовать материалы на цементной основе при отделке наружных стен и помещений с повышенной влажностью, а гипсовые - для внутренних работ.
Еще одна большая группа сухих смесей - декоративные штукатурки. Однако это тема для отдельного разговора.
Когда и разлить приятно
Штукатурки и шпаклевки в результате введения химических добавок претерпели весьма существен ные усовершенствования. А появление самовыравнивающихся наливных полов без современных модификаторов было бы просто невозможно.
Тем, кому хотя бы раз довелось заниматься выравниванием бетонного пола для того, чтобы затем уложить на него напольное покрытие, не нужно объяснять, насколько трудно это сделать, используя обычный цементный раствор. При этом сложность работы стремительно нарастает по мере увеличения площади помещения. и с определенных размеров работа становится трудновыполнимой даже для профессионалов. Решить эту проблему позволяют наливные полы. Кстати, специалисты не любят, когда эти составы называют наливными, они предпочитают называть их самонивелирующимися (самовыравнивающимися). Хотя правильнее всего их можно определить как монолитные покрытия из подвижных саморастекающихся материалов.
Сейчас в продаже есть несколько видов наливных полов, но наибольшей популярностью заслуженн о пользуются самонивелирующиеся полы на основе минеральных вяжущих. Прежде всего, это наливные полы на цементной основе. Их главной особенностью, даже по сравнению с большинством современных полимермодифицированных сухих строительных смесей, является неукоснительное соблюдение чрезвычайно жестких требований не только к соотношению компонентов, входящих в состав минеральных наливных полов, но и к их качеству. В таких смесях всегда используются вяжущие очень высокого и стабильного качества, тщательно просеянные и калиброванные наполнители, а также одни и те же химические добавки. Именно это позволяет создавать материалы с заранее заданными и, что очень важно, всегда одинаковыми воспроизводимыми свойствами.
Минеральные наливные полы обеспечивают очень хорошее выравнивание, имеют высокую прочность, отличное сцепление с основой и достаточно большой срок службы. Они экологически безопасны и могут быть использованы в системах с обогреваемым полом.
Существует два типа минеральных наливных полов: толстослойные, их еще называют эстрихами или скридами, и тонкослойные финишные самонивелирующиеся полы. Толстослойные наливные полы предназначены для выравнивания очень неровных оснований. Их способность к растеканию ограничена, зато позволяет при необходимости или желании создать в помещении определенный уклон пола. Толстослойные наливные полы очень удобны для устройства обогреваемых полов. При этом нередко к ним не предъявляется требование прочного соединения с основанием - есть варианты, когда такой пол и основание специально развязывают, например укладывая между ними полиэтиленовую пленку. Толстослойные полы иначе именуют наливной стяжкой.
Тонкослойные самонивелирующиеся полы растекаются слоями в несколько миллиметров и способны устранять лишь мелкие дефекты. Но их способность к растеканию обеспечивает идеальную горизонтальную поверхность. Для них характерны легкость приготовления и простота в работе. В отличие от толстослойных все тонкослойные составы имеют прекрасное сцепление с основой. Получаемые поверхности обладают высокой прочностью и хорошей паропроницаемостью. Большинство из них допускает использование в системах с обогреваемым полом.
На российском строительном рынке подобные материалы представлены многими отечественными и зарубежными производителями. И хотя каждая из фирм разработала для своего материала оптимальную технологию заливки полов, в них есть много общего.
Штукатурками, шпаклевками и самовыравнивающимися полами перечень сухих строительных смесей, естественно, не ограничивается. Предлагаемый производителями ассортимент продукции включает также многочисленные клеи и затирки для керамической плитки, клеи для камня и газобетона, гидроизолирующие и теплоизоляционные составы, различные материалы для наружных работ. О них мы расскажем по мере того, как будет продвигаться наш "ремонт".
Портландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое из смеси природных минералов. После измельчения сырья и приготовления однородной смеси ее обжигают при температуре 1450-1550ºС до спекания. Полученный клинкер измельчается в тонкий порошок. Минералогический состав портландцемента: алит (3CaO · SiO2) - 45-65%, белит (2CaO · SiO2) - 10-25%, трехкальцие вый алюминат (3CaO · Al2O3) - 4-12%, четырехкальциевый алюмоферрит (4CaO · Al2O3 · Fe2O3) - 1-15%, гипс (CaSO4 · H2O) - до 5%. Материал характеризуется нарастанием прочности при твердении, высокой водо- и морозостойкостью. Различают портландцемент обычный, гидрофобный, сульфатостойкий, пластифицированный и др. Патент на портландцемент получил в 1824 году Д. С. Аспдин.
Редиспергируемые полимеры получают в результате процесса, отдаленно напоминающего производство сухого молока. Капельки вещества окружаются водорастворимым слоем, и вся композиция, или, правильнее, дисперсия, распыляется при одновременной сушке. Получается тонкий порошок, который при добавлении воды вновь дает исходную дисперсию. Именно из-за такого процесса их изготовления они и получили название редиспергируемых порошков. Современные сополимеры (то есть полимеры, содержащие несколько видов исходных звеньев) могут иметь температуру пленкообразования вплоть до 0оС. Поэтому с ними можно работать, как только температура станет положительной.
Для приведения промышленных строительных смесей в рабочее состояние в них просто добавляют строго определенное количество воды и тщательно перемешивают до исчезновения комков. После того как получившаяся масса в течение короткого времени (5-15 минут) "созреет", ее повторно перемешивают, и материал готов к работе. По мере расходования состав может густеть. В этом случае для восстановления пластичности его нужно просто перемешать, но ни в коем случае не добавлять воды, так как ее избыток неизбежно приведет к изменению свойств материала. Период, в течение которого приготовленная масса сохраняет свои свойства, зависит от вида материала и может составлять от 15-30 минут до нескольких часов, так что затворять водой нужно то количество сухой смеси, которое за это время может быть использовано.
