СОСТАВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ШТУКАТУРНОЙ СМЕСИ
METHOD OF HEAT-INSULATING PLASTER MIXTURE

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве сухой штукатурной смеси, предназначенной для теплоизоляционных покрытий внешних и внутренних сторон стен строительных конструкций.
Современные сухие штукатурные смеси - это не просто смесь цемента с песком, но продукт наукоемких технологий, применение которого позволяет не только значительно увеличить производительность труда, но и получить совершенно иные качественные результаты, недостижимые в случае использования традиционных цементно-песчаных растворных смесей. В составе модифицированных сухих смесей можно выделить четыре основные группы компонентов: минеральные вяжущие, инертные наполнители, добавки для получения специальных свойств, в том числе водоудерживающие, а также полимерные связующие, которые работают совместно с минеральными связующими, но имеют совершенно иной механизм действия. В качестве гидравлического минерального вяжущего чаще всего используются портландцементы (белые и серые), быстротвердеющие высокоалюминатные цементы, различные виды гипсов, а также комбинации этих веществ. В качестве наполнителей в известных сухих штукатурных смесях чаще всего применяется мраморная или известняковая мука и кварцевый песок. В состав известных теплоизоляционных штукатурных смесей входят также пористые наполнители, такие как керамзит, перлит и вермикулит, а в некоторых случаях - гранулированный предвспененный пенополистирол. В настоящее время наибольшую актуальность имеют сухие строительные смеси, в состав которых входят такие пористые наполнители, как, например, перлит вспученный или пеностекло. Свойства таких пористых наполнителей при их включении в сухие штукатурные смеси обеспечивают значительное снижение теплопроводности штукатурного слоя, а также его объемного веса. Качество теплоизоляционных штукатурных смесей зависит не только от гранулометрического состава наполнителя/наполнителей, но и от содержания иных добавок, наличие которых существенно влияет на конечный результат. В состав известных сухих штукатурных смесей входят и модифицирующие добавки, способствующие получению определенных технических и технологических характеристик смесей, например, удержанию воды в затворенном растворе после его нанесения. Например, добавление незначительно количества (0,02-7%) водорастворимых эфиров целлюлозы к цементно-песчаным смесям приводит к существенному увеличению открытого времени и обеспечивает более полную и равномерную гидратацию цемента по всему объему раствора, а также обеспечивает существенное повышение адгезии к основанию и улучшение качества поверхности. Как уже установлено в этой области техники, чем больше толщина необходимого слоя цементного раствора, тем меньше метилцеллюлозы требуется для обеспечения необходимой степени начальной гидратации. Известно и использование таких добавок как редисперсионные порошки, которые, в отличие от водорастворимых производных целлюлозы, при затворении смесей водой образуют не растворы, а двухфазные системы, состоящие из полимерных частиц (на основе сополимеров винилацетата и этилена, винилхлорида, стирол акрилата и т.п.), диспергированных в воде. Добавление этих составов также позволяет активно влиять на характеристики сухих смесей и обеспечивает получение результатов, недостижимых при использовании только традиционных минеральных вяжущих.
Составление рецептуры сухих штукатурных смесей - это сложный и длительный процесс, невозможный без участия квалифицированного персонала и использования высококлассного оборудования, включающего наличие современной лаборатории для анализа и испытания образцов, возможно поэтому, некоторые из известных из опубликованных материалов составы современных штукатурных смесей, не только не могут обеспечить озвученные в них преимущества, но и вызывают сомнение в пригодности их к использованию.
Так, в патенте RU 2394006 С2, опубл. 10.07.2010, описан состав теплоизоляционной штукатурной смеси для внешних и внутренних работ, который содержит, мас.%:
перлит вспученный
15-45,
метилцеллюлоза
1-10,
песок
5-30,
порошок извести гашеной
5-25,
каолин
5-15,
микроволластонит
1-10,
вспененное стекло
15-50,
олеат натрия
1-5,
стеарат цинка
1-5,
оптибент
1-5,
виновил флюкс
1-5,
пластификатор
1-5,
элотекс 511
10-40,
вспениватель
1-5,
техноцель 150
1-5,
опагель СМТ
1-5,
уфапор
2-10,
диатомит
2-10,
цемент
остальное.
Следует заметить, что обеспечение преимуществ, технических результатов, заявленных в патенте RU 2394006 С2, не представляется возможным, поскольку указанные в патенте количественные значения некоторых добавок превышены в несколько раз по отношению к допустимым для использования в штукатурных смесях, что исследовано и широко известно в данной области. Так, например, допустимое количество элотекса 511 превышено в 5-6 раз, а допустимое количество метилцеллюлозы и вспенивателя - в 50-10 раз. Завышенные значения отмеченных добавок в штукатурной смеси приводят к негативным последствиям, например, указанное в патенте RU 2394006 С2 количество вспенивателя вызовет неконтролируемый рост пор при затворении штукатурного состава водой, что приведет в последствии к быстрому разрушению штукатурного слоя. А приготовленный на основе описанной в патенте RU 2394006 С2 штукатурный раствор не может быть нормально нанесен на обрабатываемую поверхность из-за отсутствия эффекта ее смачивания, т.к. вся вода будет удерживаться внутри штукатурного раствора и штукатурный раствор, следовательно, не будет иметь никакой адгезии к обрабатываемой поверхности. Т.е. можно сделать вывод, что описанная в патенте RU 2394006 С2 штукатурная смесь не только не может обеспечить технические результаты, описанные в этом патенте, но и вызывает большие сомнения использование ее в качестве штукатурной смеси.
2
Можно также обратить внимание, что указанные в этом патенте размерности теплопроводности (Бт/мчС 1), коэффициента водопоглощения (кг/м-Тгод), паропроницаемости (мг/мгод - Па), не являются ни стандартизованными, ни общепринятыми, не пояснены они и в описании патента, что также вызывает сомнение в возможности как реализации смеси как штукатурной, так и в возможности обеспечения ею указанных в патенте RU 2394006 С2 технических результатов.
Предлагаемая теплоизоляционная штукатурная смесь направлена на устранение отмеченных выше недостатков указанных выше известных штукатурных смесей и обеспечивает технический результат, который заключается в повышении эффективности тепловой защиты, в обеспечении стабильности теплофизических и физико-механических показателей штукатурного слоя, нанесенного на обрабатываемую поверхность, на весь гарантированный срок его службы.
Этот технический результат обеспечивается за счет того, что предлагаемая теплоизоляционная штукатурная смесь содержит, известь гашеную, перлит вспученный, известняковую муку, пеностекло, метиллцеллюлозу, вспениватель, портландцемент, песок кварцевый, полипропиленовое фиброволокно, полимерное вяжущее, эфир крахмала при следующем соотношении компонентов, масс.%:
известь гашеная
3-7
перлит вспученный
2-4,
известняковая мука
20-28,
пеностекло
15-25,
метилцеллюлоза
0,1-0,2,
вспениватель на основе лаурилсульфата натрия
0,015-0,045,
водорастворимая добавка на основе модифицированного эфира крахмала
0,03-0,08
полипропиленовое фиброволокно
0,02-0,1
редиспергируемый порошок сополимера винилацетата и этилена
2-5
портладцемент
30-36
песок кварцевый
10-20
Наличие в предлагаемом составе извести гашеной способствует улучшению нанесения штукатурки по поверхность, поскольку известь гашеная обладает в цементных растворах пластифицирующими свойствами, является при этом воздушным вяжущим. Кроме того, известь гашеная снижает объемный вес цементных растворов за счет образования при их твердении пор замкнутой структуры.
Известняковая мука в предлагаемом составе смеси обеспечивает более плотную упаковку получаемого раствора штукатурки на микроуровне. Кроме того, за счет того, что частицы известняковой муки обладают достаточно высокой пористостью относительно кварцевого песка, обеспечивается снижение объемного веса затвердевшего штукатурного раствора. В штукатурном составе согласно изобретению предпочтительно использовать известняковую муку фракцией 0,01-0,15 мм.
3
Пеностекло (или «пеностек») - это пористый материал с замкнутыми ячейками, скатанными в сферы, получаемый из смеси тонкоизмельченного стекла и пенообразователя, напоминающий по своей структуре твердую мыльную пену. Использование в предлагаемом составе смеси пеностекла необходимо для придания штукатурке высоких теплоизоляционных свойств. Предпочтительно использовать пеностекло фракцией 0,5-4 мм, объемным весом 140-150 кг/м в количестве 15-25% от общего веса сухой штукатурной смеси.
Метилцеллюлоза в предлагаем составе смеси используется в качестве водоудерживающей добавки, т.к. она является водорастворимым загустителем, вызывающим в растворных смесях на цементной основе следующие эффекты: сильное водоудержание, за счет чего обеспечивается более полная гидратация цемента, загущение раствора, придание раствору тиксотропных свойств, за счет чего повышается устойчивость растворов к сползанию с вертикальных поверхностей, равномерность высыхания раствора, что способствует снижению вероятности возникновения усадочных трещин. Как известно, эфиры целлюлозы различаются по степени модификации, в предлагаемой смеси, предназначенной для изготовления облегченных штукатурок, предпочтительно использовать средне модифицированные эфиры целлюлозы в количестве 0,1-0,2% от общего веса сухой штукатурной смеси. В предлагаемой смеси может быть использована метилцеллюлоза, например, марок МЦ-100, МЦ-16, МЦ-СБР и других, описанных в ТУ-2231-107-05742755-96, или метиллцеллюлозы марок МНЕС компании SE TULOSE, например, MHS 150003P4, или целлюлозы марок Culminal S.
Вспениватель на основе лаурил-сульфата натрия в предлагаем составе смеси используется в качестве водорастворимой воздухововлекающей добавки, т.к. вызывает в растворных смесях на цементной основе сильный вспенивающий эффект, вовлекая в раствор пузырьки воздуха, что способствует при твердении раствора образованию замкнутых сферических пор, что в свою очередь повышает теплотехнические свойства штукатурного слоя, уменьшает его усадку и снижает риск образования в нем трещин. В уровне техники такие вспениватели известны и выпускаются, например, под марками фирмы «Berolan Vertriesgesellschaft» (Австрия), например Berolan LP-W1, или под марками фирмы «Хостапур OSB», см. приложение 3. Однако, как показывают эксперименты, передозировка вспенивателей в сухих штукатурных смесях приводит к резкому снижению прочности штукатурного слоя, что и происходит в известной смеси по патенту RU 2394006 С2.
Используемая в смеси водорастворимая добавка на основе модифицированного эфира крахмала вызывает слабый загущающий эффект в растворной штукатурной смеси, при этом существенно улучшается технологичность ее нанесения на обрабатываемую поверхность, особенно при машинном нанесении. Указанная водорастворимая добавка улучшает распределение заполнителей (прежде всего легких), т.к. обладает также и воздухововлекающими свойствами за счет образования замкнутых сферических пор при твердении раствора. Однако, проведенные эксперименты показали, что отмеченные положительные свойства от наличия в штукатурной смеси водорастворимой добавки на основе модифицированного эфира крахмала обеспечиваются при малом ее количестве в общем весе сухой смеси, в предлагаемой смеси - 0,03-0,08%. Передозировка же, как показали эксперименты, приводит к резкому снижению адгезии штукатурного слоя к поверхности, на которую он наносится. Модифицированные эфиры крахмала известны и выпускаются, например, под марками фирмы «BEROLAN» (например, «BEROLAN ST-500»), под марками фирмы «SE Tyiovis GMBH & Со. KG), например, Tyiovis SE 72.
Полипропиленовое фиброволокно применяется в предлагаемой штукатурной смеси для объемного микроармирования, т.к. обладая высокой прочностью на разрыв и высокой коррозионной стойкостью, полипропиленовое фиброволокно существенно улучшает прочностные показатели затвердевшей штукатурки, нанесенной на поверхность, т.е. ее прочность на растяжение и изгиб, что приводит к снижению риска образования микротрещин в толще штукатурного слоя, оказывает также положительное влияние на показатели морозостойкости и ударной вязкости. В предлагаемой штукатурной смеси предпочтительно использовать полипропиленое фиброволокно диаметром 40 мкм с длиной волокон не более 10 мм, в количестве 0,02-0,1% от общего веса сухой смеси. В предлагаемой смеси может быть использовано любое полипропиленое фиброволокно, известное, например, под маркой РВ EUROFIBER, выпускаемое фирмой P.Baumhuter, GmbH, или под маркой PANACEA R dry, выпускаемое фирмой LAMBDA FURTHERANCE B.V.
Редиспергируемый порошок на основе сополимера этилена и винилацетата используется в качестве полимерного вяжущего, т.к. в результате редиспергирования в воде образуется реакционноспособная полимерная дисперсия, которая при твердении растворной штукатурной смеси образует в порах раствора собственную полимерную 3-D структуру, армирующую раствор и придающую ему свойства, не характерные для известных широко используемых штукатурных смесей. Полимерная 3-D структура существенно увеличивает прочность на разрыв и изгиб штукатурного слоя, снижает риск образования в нем трещин, улучшает технологичность нанесения штукатурного слоя на обрабатываемую поверхность, повышает ударную прочность нанесенного штукатурного слоя. Полимерные вяжущие выпускаются фирмой «Ваккер Полимер Системз Гмбх & Ко. КГ» под маркой Vinnapas, например, Vinnapas RE 5010 N, или Vinnapas RE 5028 N и т.д.
Таким образом, предлагаемая сухая штукатурная смесь обеспечивает получение штукатурного слоя, нанесенного на обрабатываемую поверхность, с низким объемным весом и высокими теплотехническими показателями (λ=0,1), которые сочетаются с высокими физико-механическими показателями (прочность на сжатие и изгиб), а также обеспечивает хорошую адгезию в различным типам обрабатываемых поверхностей, что позволяет применять предлагаемый состав для ремонта и защиты фасадов различного вида с обеспечением высокой эффективности тепловой защиты зданий. При этом штукатурный слой (штукатурка), получаемый из предлагаемой смеси, обладает низкой усадкой, имеет внутреннее армирование микроволокном, что позволяет применять ее без дополнительного армирования, причем она может наноситься как ручным, так и механическим способом на толщину 50 мм за один проход. Кроме того, штукатурка из предлагаемой смеси имеет высокие показатели по термическому сопротивлению и паропроницанию, а применение полимерных редисперсных добавок придает ей сильные гидрофобные свойства, что резко снижает поглощение штукатурным слоем воды в период эксплуатации, обеспечивая тем самым стабильность теплофизических и физико-механических показателей на весь срок службы.
Следует также отметить, что физико-механические характеристики предлагаемой сухой смеси позволяют использовать ее не только в качестве штукатурной смеси, но и для изготовления различных строительных изделий, например, таких как теплоизоляционные панели и блоки различной конфигурации и размеров, декоративные изделия для энергоэффективных фасадных систем. Проведенные эксперименты показали, что штукатурная смесь на основе предлагаемой сухой смеси эффективна и при ее использовании для санации поверхностей, имеющих следы старой штукатурки, поскольку обладает высокой адгезией с любыми неоднородными поверхностями.