СОСТАВ ИЗОЛЯЦИОННОГО СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА
INSULATING MORTAR COMPOSITION

Настоящее изобретение относится к облегченному изоляционному строительному раствору и его использованию в области строительства для покрытия и/или обработки поверхностей или стен зданий, в частности, фасадов, как для новых строений, так и для обновления существующих строений. Оно относится, в частности, к строительному раствору, легко наносимому на поверхности с помощью обычных средств нанесения, как, например, торкретирование с помощью растворонасоса.
Главными достоинствами теплоизоляции снаружи (ITE) являются предоставление возможности экономии энергии, снижения выделения диоксида углерода и повышения комфортабельности жилища. Системы ITE содержат традиционно изоляционный материал, на который наносят один или несколько слоев сухой штукатурки. Обычно это сложные системы очень большой толщины.
Значения изоляционной способности этих систем зависят, в частности, от выбора изоляционного материала и его толщины. В настоящее время используются плиты из пенополистирола толщиной от 20 до 500 мм. Чем выше толщина плиты, тем лучше будет изоляция. Однако, слишком высокая толщина изоляционного материала приводит к потери площади поверхности, а также многочисленным перерасходам. Поэтому необходимо найти компромисс между материалом с наилучшими изоляционными характеристиками и наиболее низкими значениями толщины.
Современные изоляционные покрытия или строительные растворы содержат такие изоляционные материалы, как шарики из пенополистирола или расслоенного вермикулита. Обычно они наносятся в несколько слоев. Даже если они обеспечивают повышение изоляции поверхности, на которую они наносятся, они не позволяют достичь технических показателей, эквивалентных техническим показателям других способов и системы ITE, и не позволяют обойтись без изоляционных плит. Плиты из пенополистирола, используемые в обычных системах ITE, имеют удельную теплопроводность, составляющую около 37 мВт/м-К. Для того чтобы изоляционный строительный раствор мог достичь подобных тепловых показателей, было бы необходимо, чтобы он содержал только облегчители и изоляционные заполнители, типа перлита или вермикулита, значения теплопроводности которых составляют соответственно 50 мВт/м-К и 70 мВт/м-К. Однако такой строительный раствор не мог бы использоваться в качестве фасадной штукатурки из-за слишком низкой механической прочности. С другой стороны, недостатком решений по изоляции, предусматривающих укладку изоляционных плит, является неизбежное существование температурных мостиков в месте соединений между плитами и вокруг отдельных мест (проемы, наружные остекленные двери…).
В настоящем изобретении постарались разработать облегченный изоляционный строительный раствор, который может использоваться для облицовки фасада, позволяющий устранить приведенные выше недостатки. Изоляционный раствор по настоящему изобретению обладает преимуществом комбинировать полезные свойства теплоизоляционного материала, сравнимые со свойствами плит из пенополистирола, и полезные свойства по механической прочности, совместимые с рассматриваемыми применениями. Он обладает также высокой огнестойкостью, выше только плит ППС.
3
Таким образом, настоящее изобретение предлагает облегченный изоляционный строительный раствор с плотностью, ниже 300 кг/м в отвердевшем состоянии, содержащий, по меньшей мере, одно неорганическое вяжущее, выбранное из цемента и извести, в количестве от 50 до 95 масс.% по отношению к общему составу строительного раствора, по меньшей мере, 1 масс.% полимерной добавки по отношению к общему составу строительного раствора, по меньшей мере, 0,2 масс.% реологической добавки по отношению к общему составу строительного раствора, при необходимости, заполнители, причем названный строительный раствор содержит, по меньшей мере, 70 об. % облегчителей, имеющих теплопроводность ниже 55 мВт/м-К, по отношению к составу строительного раствора, выбираемых из пенополистирола, аэрогелей, полых стеклянных микросфер, шариков из пеностекла, ценосфер, вермикулита и перлита, и в котором, по меньшей мере, 10 масс.% неорганического вяжущего заменяется пуццолановой добавкой.
Процентные содержания вяжущего, полимерных или реологических добавок, облегчителей или других наполнителей и/или добавок приводятся по массе или объему по отношению к общему составу строительного раствора. Только процентное содержание пуццолановой добавки выражается по отношению к количеству неорганического вяжущего, поскольку часть его замещается этой добавкой.
3
3
Строительный раствор облегчается и имеет плотность ниже 300 кг/м в отвердевшем состоянии. Обычно измерение плотности осуществляется после схватывания, отверждения и сушки строительного раствора. Под термином «облегченный строительный раствор» подразумевают, что речь идет о строительном растворе малой плотности, содержащем значительное количество воздуха. Облегчение может быть достигнуто различными способами. Возможно введение в состав облегчителей, кажущаяся плотность которых, т.е. масса материала, содержащегося в заданном объеме, содержащего объем заполняющего пустоты воздуха, традиционно ниже 300 кг/м. Другой способ облегчения строительного раствора заключается в использовании его в виде пены, либо посредством введения в его состав предварительно отформованной пены, как описано, например, в заявке на патент WO 2011/095718, либо введением в его состав так называемого «порообразователя», создающего поры при его разложении, как описано, например, в заявке ЕР0485814. Различные средства облегчения строительного раствора могут комбинироваться между собой.
Строительный раствор по настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, 70 масс.% облегчителей, имеющих теплопроводность ниже 55 мВт/м-К по отношению к составу строительного раствора. Названные облегчитетели выбираются из пенополистирола, аэрогелей, полых стеклянных микросфер, шариков из пеностекла, ценосфер, вермикулита и перлита. В рамках настоящего изобретения, под термином облегчители подразумевается, что речь идет о компоненте, позволяющем облегчить строительный раствор, не выполняя при этом никакую функцию вяжущего.
Более предпочтительно, строительный раствор по настоящему изобретению содержит 75 об. % по отношению к общему составу шариков из пенополистирола.
Преимущество состава строительного раствора заключается в возможности нанесения вручную и набрасывания на оштукатуриваемые поверхности с помощью обычных растворометов. Состав обладает высокой удобоукладываемостью и позволяет получать слои штукатурки с высокими прочностными характеристиками, особенно трещиностойкостью. Строительный раствор является одновременно облегченным и изоляционным. Решение, вносимое настоящим изобретением, в значительной степени облегчает укладку и может, в частности, использоваться для уже существующих строений, особенно в области реконструкции.
Такой состав строительного раствора позволяет таким образом иметь низкую теплопроводность, не вызывая снижение механических показателей. Присутствие пуццолановой добавки в указанных выше пропорциях позволяет, в частности, достигнуть такого компромисса.
Присутствие реологической добавки позволяет преимущественно придать строительному раствору высокую удобоукладываемость и тиксотропную консистенцию, обеспечивающую использование по вертикали.
Присутствие полимерной добавки позволяет преимущественно придать строительному раствору требуемую механическую прочность, а также высокое сцепление. Такая добавка позволяет, в частности, повысить трещиностойкость.
Вяжущее, позволяющее обеспечить сцепление различных компонентов строительного раствора и его твердение, представляет собой смесь, содержащую цемент и/или известь, и пуццолановую добавку. Для обеспечения возможности достижения искомых тепловых и механических свойств, главное, чтобы было достаточным количество пуццолановой добавки. По меньшей мере, 10% неорганического вяжущего, выбираемого из цемента и извести, замещаются пуццолановой добавкой. Обычно, общее количество вяжущего, присутствующего в составе строительного раствора, составляет от 50 до 95 масс.% от состава строительного раствора.
Строительный раствор может содержать порообразователь, позволяющий освобождать воздух, а след. увеличивать пористость строительного раствора при его формовании. Разложение порообразователя обычно осуществляется, когда он соприкасается с катализатором разложения. Порообразователь может быть на основе перекисей, алюминиевой пудры или любого другого соединения, известного своими способностями к разложению. Присутствие этого порообразователя может быть средством облегчения строительного раствора. Возможно также, что строительный раствор содержит одновременно облегчители и порообразователь.
Используемый в строительном растворе по настоящему изобретению цемент выбирается из портландцементов, цементов из пуццолановых смесей, содержащих, при необходимости, золы-уноса, доменные шлаки, тонкую кремнеземную пыль и/или природные, обожженные или синтетические пуццоланы, глиноземистые цементы, сульфоалюминатные цементы, измельченные отходы производства, только белитовые цементы или в смеси.
Присутствие пуццолановй добавки необходимо независимо от типа неорганического вяжущего, используемого в строительном растворе для достижения требуемых показателей. Даже если неорганическое вяжущее содержит цемент из пуццолановых смесей, по меньшей мере, 10% этого вяжущего замещается пуццолановый добавкой.
Пуццолановая добавка выбирается из метакаолина, доменных шлаков, зол-уноса, тонкой кремнеземной пыли. Предпочтительно, пуццолановая добавка выбирается из метакаолина и доменных шлаков. Эти добавки обладают преимуществом, заключающимся в возможности вступать в реакцию со свободной известью, образующейся при реакции гидратации цемента для образования стойких продуктов гидратации, а также повышения механических свойств. Минимальное количество пуццолановой добавки, позволяющее достичь желаемых механических и термических показателей, изменяется в зависимости от типа добавки. По одному способу осуществления, по меньшей мере, 25 масс.% неорганического вяжущего замещается метакаолином. По другому способу осуществления, по меньшей мере, 15 масс.% неорганического вяжущего замещается доменными шлаками.
Известь может быть гидравлической или воздушной.
Преимущественно, вяжущее состоит из цемента, извести и пуццолановй добавки в следующих соотношениях: речь идет о смеси из 20-70 масс.% цемента, 0-50 масс.% извести и 3-50 масс.% пуццолановой добавки, по отношению к общему составу строительного раствора. Еще более предпочтительно, вяжущее состоит из смеси 30-60 масс.% цемента, 20-40 масс.% извести и 5-25 масс.% пуццолановой добавки, по отношению к общему составу строительного раствора.
Полимерная добавка представляет собой редиспергируемый полимерный порошок и/или латекс. Под термином «редиспергируемый полимерный порошок» подразумевают полимерный порошок, который после смешивания с водной средой разделяется на частицы малого размера, образующие устойчивую в воде дисперсию. Среди полимеров, входящих в состав такого порошка, можно привести виниловые и/или акриловые полимеры. Термин «латекс» обозначает, в частности, латексные полимеры, используемые обычно в строительных материалах. Под «латексом» подразумевают водную эмульсию или дисперсию одного или нескольких натуральных или синтетических полимерных материалов. Можно привести, например, эластомеры, термопластичные латексы и термоотверждаемые латексы. В качестве примера, можно привести полиэтилен, полиизопрен, полистирол, поливинилхлорид, полибутадиены, полиакрилаты щелочного металла, полиакриловую кислоту, полиметилметакрилат, поливинилацетат, поливиниллаурат, поливиниловую кислоту, такую как поливинилверсатат, органический терполимер, такой как полимер винил- и этиленацетата, производное полимера стирола и акриловой кислоты, стирол-бутадиеновый полимер, сополимер винилацетата и винилверсатата, сополимер акрилонитрила/сложного эфира акриловой кислоты, сополимер стирола/силанилакриловой кислоты, сополимер стирола/сложного синиланизированного эфира. Полимерная добавка составляет, по меньшей мере, 2 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 7 масс.% от общего состава строительного раствора.
Реологическая добавка, присутствующая в строительном растворе по настоящему изобретению, выбирается из эфиров целлюлозы, эфиров крахмала и их смесей, таких как этилцеллюлоза, гидроэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза. Она составляет предпочтительно от 0,4 масс.% до 1,5 масс.% от общего состава строительного раствора.
Строительный раствор может содержать заполнители, инертные материалы или пески, влияющие, в частности, на реологию, толщину, твердость, конечный вид и проницаемость строительного раствора. Обычно они образованы кварцевыми, известковыми и/или силико-известковыми песками, имеющими обычно крупность от 100 мкм до 5 мм. Доля таких заполнителей может составлять от 0 до 10 масс.% по отношению к общему составу строительного раствора.
Строительный раствор может содержать инертные наполнители, называемые также филлерами, известняковые и/или кремниземистые наполнители, присутствующие обычно в виде порошка, крупность которого ниже 120 мкм. Доля филлеров в составе строительного раствора составляет от 0 до 20 масс.% по отношению к общему составу строительного раствора.
Строительный раствор по изобретению может также содержать присадки или целевые добавки, придающие особые свойства. Они выбираются из реологических добавок, таких как пластификаторы или суперпластификаторы, влагоудерживатели, загустители, биоцидные протекторы, диспергаторы, пигменты, ускорители и/или замедлители, гидрофобные добавки и прочие добавки, позволяющие повысить схватывание, твердение и/или стойкость строительного раствора или бетона после нанесения, регулировать цвет, удобоукладываемость, укладку или непроницаемость. Общее содержание присадок обычно изменяется от 0,1 до 5 масс.%.
Строительный раствор по настоящему изобретению представляется в виде сухой смеси, предпочтительно, в готовом к затворению виде. После смешивания с водой затворения строительный раствор становится таким образом готовым для нанесения на покрываемую поверхность. Нанесение может быть выполнено вручную или набрызгом. Строительный раствор по настоящему изобретению имеет преимущество разбрызгиваться по поверхности.
Предметом настоящего изобретения является также покрытие или штукатурка стен, получаемая нанесением вышеназванного затворенного строительного раствора. Покрытие наносится на всю основу или ее часть, такую как стена или фасад здания, в виде одного или нескольких слоев. Общая толщина покрытия может меняться от 1 до 12 см.
Покрытие имеет предел прочности при сжатии, по меньшей мере, 0,35 МПа и теплопроводность ниже или равно 55 мВт/м-К. Предпочтительно, покрытие имеет предел прочности при сжатии, по меньшей мере, 0,4 МПа и теплопроводность, ниже или равно 45мВт/м-К. Величины предела прочности при сжатии и теплопроводности измеряются, как обычно, спустя 28 суток.
Основа, на которую наносится затворенный строительный раствор, может быть выполнена из различных материалов, таких как бетон, кирпич, плита, цемент, панель из полистирола, древесина, асбестоцемент, горный лен или стекловата, фундаментные блоки, подферменные камни и т.д. Нанесение может осуществляться непосредственно на основу или после нанесения клейкой грунтовки, в случае необходимости.
Покрытие по настоящему изобретению может вписываться в любой способ теплоизоляции снаружи и отвечает нормам техники безопасности в этой области. Его преимущество заключается в том, что оно представляет собой сплошное покрытие, что позволяет избегать температурных мостиков. Оно обладает, в частности, долговечностью и сопротивлением старению, совместимом с его использованием в качестве фасадного раствора, не имеющего способности ни к деградации, ни к растрескиванию по окончанию циклов старения, описанных в руководстве ЕОТА, используемом для способов теплоизоляции снаружи со строительным раствором, и/или по окончании испытаний на искусственное старение по нормам NF T 30-049, NF P 84-402 и/или EN1015-21.
В приведенных ниже примерах показывается изобретение без ограничения объема изобретения.
Примеры
Пример 1 (по изобретению)
Выполняют два состава строительного раствора по настоящему изобретению, путем смешивания различных компоненты, приведенные в таблице 1 в смесителе типа Hobart.
Cостав 1 содержит неорганическое вяжущее, состоящее из смеси цемента, метакаолина (пуццолановая добавка) и воздушной извести.
Состав 2 содержит неорганическое вяжущее, состоящее из смеси цемента, шлака (пуццолановая добавка) и гидравлической извести.
Таблица 1
Состав А1
Состав А2
Компоненты
% (масса)
Объем (един.)
% (объем)
% (масса)
Объем (един.)
% (объем)
Белый портланд-цемент 42,5 (CEMEX)
52,72
58,58
7,73
54,5
60,55
10,35
Воздушная известь (Llierca)
10,0
27,78
3,66
-
-
-
Гидравли-ческая известь (Saint Astier)
-
-
-
14,94
16,6
2,84
Метакаолин (Newchem)
13,92
34,80
4,59
-
-
-
Шлак (Ecocem)
-
-
-
10,0
11,11
1,90
Шарики из пенополи-стирола (Manofac-turas Pals)
12,3
615,0
81,12
9,5
475
81,16
Желтый пигмент
0,94
1,18
0,15
0,94
1,18
0,20
Cмола типа винил- и этилен-ацетатного сополимера (Wacker)
9,0
18,0
2,38
9,0
18,0
3,07
Магний-стеарат (Union Derivan) (гидрофобная добавка)
0,56
1,60
0,21
0,56
1,60
0,27
Slipon<sup>TM</sup>RN7002 (воздухо-вовлекаю-щая добавка) (Ashland)
0,036
0,19
0,02,
0,036
0,19
0,03
Walocel MK10000 PF30 (эфир целлюлозы) (Dow Chemical)
0,524
1,05
0,14
0,524
1,05
0,18
Строительные растворы готовят, смешивая различные компоненты с водой. Свежую массу заливают в соответствующие формы, затем выдерживают в течение 28 суток (при температуре 22°С и относительной влажности 55%) перед завершающей сушкой в камере пропаривания при 70°С в течение нескольких суток до стойкости массы образца (соответствующей удалению химически не связанной воды).
Затем определяют теплопроводность на образцах размером 25×25×4 см с помощью кондуктометра TCA 300DT компании Taurus Instruments GmbH в соответствии с нормой EN NF 12664.
Предел прочности при сжатии определяют перед завершающей сушкой при 70°С на образцах размером 4×4×16 см в соответствии с нормой EN 196,1 c помощью измерительного стенда Zwick Z020.
Таблица 2
Результаты полученных измерений приведены в таблице 2
Теплопроводность (мВт/м-К)
Механическая прочность (МПа)
Плотность в отвердевшем состоянии (кг/м<sup>3</sup>)
Состав А1
44
0,43
157
Состав А2
42
0,4
153
Эти два состава смеси позволяют получить хорошие результаты в плане теплоизоляции, а также по уровню их механической прочности.
Пример 2 (сравнительный)
Были приготовлены составы строительного раствора не по изобретению, таким же образом, как в примере 1, и описаны в нижеприведенной таблице 3.
Измерения теплопроводности и значений механической прочности были проведены по такому же протоколу, как и в примере 1, а результаты объединены в таблице 4.
Таблица 4
Теплопроводность (мВт/м-К)
Механическая прочность (МПа)
Плотность в отвердевшем состоянии (кг/м<sup>3</sup>)
Состав С1 (эталон)
62
0,6
350
Состав С2
55
0,5
250
Состав С3
54
0,36
236
Состав С4
48,6
0,26
210
Состав С5
48,2
0,26
200
Состав С6
43,7
0,3
160
Состав С7
47,2
0,31
195
Состав С1 служит эталоном. Если количество шариков из пенопропилена увеличивается в составе строительного раствора, отмечается, что теплопроводность улучшается, поскольку она снижается, в ущерб механической прочности, которая падает ниже 0,3 МПа.
Состав С6 представляет собой состав, содержащий значительное количество шариков из пенополипропилена, а также полимерных добавок: теплопроводность улучшается, а механическая прочность не превышает 0,3 МПа.
В составе С7 количество метакаолина составляет 7 масс.% от общего состава: даже если теплопроводность улучшается по сравнению с составом С5, механическая прочность остается в пределах 0,3 МПа.