Гипсовые сухие смеси

Автор: В.Ф. Коровяков, доктор техн. наук, первый зам. директора по науке ГУП «НИИМосстрой»

Одной из важнейших проблем промышленности строительных материалов является развитие отечественного производства эффективных строительных материалов на основе гармоничной и сбалансированной деятельности по отношению к окружающей среде, экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов, максимальному использованию местного и техногенного сырья.

В этом аспекте перспективны строительные материалы и изделия на основе гипсовых вяжущих (ГВ). Гипсовые вяжущие вещества и материалы на их основе обладают рядом ценных качеств. Производство гипсовых вяжущих нетоксично, характеризуется низким удельным расходом топлива и энергии (примерно в 4-5 раз меньше по сравнению с производством цемента). Гипсовые материалы обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, огне- и пожаробезопасностью, сравнительно низкой плотностью, декоративностью.

Кроме того, использование гипсовых материалов для внутренней отделки обеспечивает благоприятный климат внутри помещений за счет способности материала «дышать», легко поглощать и отдавать влагу. Исследования по разработке водостойких гипсовых вяжущих расширили области их возможного применения. Разработаны вяжущие нового поколения на основе гипсовых вяжущих, характеризующиеся пониженной водопотребностью и высокими эксплуатационными свойствами.

Несмотря на несомненные преимущества гипсовых материалов и изделий перед материалами на основе других вяжущих веществ, масштабы их применения в России в настоящее время в значительной мере уступают изделиям на цементной основе.

Номенклатура выпускаемых в стране гипсовых вяжущих для строительных работ ограничена строительным гипсом, выпускаемым по ГОСТ 1 25-79 с диапазоном по прочности от 3 до 7 МПа.

Ангидритовое вяжущее, являющееся весьма перспективным благодаря низкой себестоимости сырья и невысоким инвестициям на переработку, пока не нашло достаточного распространения. Такое вяжущее обладает теми же положительными свойствами, что и другие гипсовые вяжущие, а по конечной прочности даже превосходит. Его можно использовать в тех же целях, что и гипсовое вяжущее, в том числе для производства сухих строительных смесей.

Строительные смеси, изготовленные на основе гипсовых или ангидритовых вяжущих, называют сухими гипсовыми смесями (СГС).

Отличительной особенностью растворов на основе гипсовых сухих смесей, в сравнении с цементными растворами аналогичного назначения, является повышенный выход из единицы массы сухой смеси. Применение гипсовых сухих смесей для отделки обеспечивает снижение трудозатрат более чем в 2 раза, а расход смеси почти в 2 раза ниже, чем цементной смеси для одной и той же площади обработки.

СГС представляют собой однородные сыпучие материалы оптимального состава, состоящие из тщательно отдозированных и перемешенных сухих компонентов - гипсовых вяжущих, фракционированных заполнителей (наполнителей), пигментов и модифицирующих добавок различного назначения.

В соответствии с существующей классификацией СГС могут быть подразделены на следующие основные виды:

штукатурные (в т.ч. декоративные и защитные);
шпатлевочные;
монтажные;
клеи;
затирочные;
напольные (выравнивающие для устройства пола).

Смеси на основе неводостойких гипсовых вяжущих применяют для внутренней отделки зданий и сооружений с сухим и нормальным режимами помещений, а СГС на основе водостойких гипсовых вяжущих для отделочных работ в помещениях с нормальным, влажным и мокрым режимами, а также при отделке фасадов зданий согласно действующим нормативным документам СНиП 3.04.01-87, СНиП 2.03.13 - 88, СНиП П -3 - 79*.

Штукатурные гипсовые смеси

Штукатурные смеси представляют собой растворные смеси из неводостойких гипсовых вяжущих В- или а-модификаций, ангидрита или их смесей, крупнозернистого заполнителя фракции не более 2,5 мм и специальных химических добавок различного назначения. Такие смеси предназначены для грубого выравнивания поверхностей путем однослойного оштукатуривания стен и потолков с различным видом поверхности (бетон, кирпичная кладка, ячеистые бетоны, прочие шероховатые и рифленые поверхности).

К наиболее известным видам гипсовых штукатурных смесей относятся: РОТБАНД, ГОЛЬДБАНД, ГИПСПУТЦ HP 100, МАШИ-НЕНПУТЦ МП 75, АКУСТИКПУТЦ, ТЕПЛОН, СИЛИН, ФАРВЕСТ-Гипс, ГИПСОВАЯ белая, ГИПСОВАЯ серая, CONSOLIT 500 и др.

Гипсовые штукатурные смеси и растворы из них должны характеризоваться следующими показателями:

  • насыпная плотность смеси, кг/м3 -700...1100;
  • водотвердое отношение (количество водызатворения, необходимое для получения заданной подвижности раствора) -0,5...0,б;
  • время обработки раствора, мин. -50...100;
  • плотность затвердевшего раствора, кг/м3 -800...1100;
  • прочность при сжатии, МПа - 2,5...7,0;
  • прочность на растяжение при изгибе, МПа- 1,5 - 3,0;
  • прочность сцепления с основанием (обрабатываемой поверхностью), МПа - 0,4...0,7;
  • срок хранения, мес. - 3...6

Показатели этих свойств зависят от области применения раствора и его состава.

Шпатлевочные гипсовые смеси

Шпатлевочные смеси представляют собой дисперсные смеси из неводостойких гипсовых вяжущих В-или а-модификаций, ангидрита или водостойких гипсовых вяжущих (гипсоцементно-пуццолановые или композиционные гипсовые вяжущие), мелко- и тонкодисперсных наполнителей и химических добавок целевого назначения.

Такие смеси предназначены для тонкого и финишного выравнивания поверхностей стен и потолков; для окончательной подготовки бетонных и оштукатуренных поверхностей под окраску или оклейку обоями; для облицовочных и реставрационных работ. Используются для заделки продольных и поперечных стыков между ГКЛ и ГВЛ при отделочных работах внутри помещений, а также швов при монтаже гипсовых пазогребневых плит. Они имеют хорошую адгезию к различным материалам и практически не дают усадки. Преимуществом гипсовых шпатлевок является их быстрое затвердевание, что позволяет производить дальнейшие отделочные работы после нескольких часов их твердения.

К наиболее известным видам гипсовых шпатлевочных смесей относятся: УНИФЛОТ; ФУГЕНФЮЛЛЕР; ФУГЕНФЮЛЛЕР Гидро; ФУГЕНФЮЛЛЕР ГВ; ФУГЕНФИТ; ФИНИШНАЯ; ЮНИС ГШ; ГШ Слайд; ЮНИС Блик; Р-16 МОНОЛИТ; Р-1 7 МОНОЛИТ; ГЛИМС-Гипс; ПЕТРО-МИКС ШГ; ШГЛ; ШГС; ШГУ; КРЕПС ГКЛ и др.

Гипсовые шпатлевочные смеси характеризуются следующими свойствами:

  • насыпная плотность, кг/м3 - 600...700;
  • водотвердое отношение - 0,48...0,6;
  • время обработки раствора, мин. - 60...120;
  • плотность затвердевшего раствора, кг/м3 - 1100...1800;
  • прочность при сжатии, МПа - 4...1 0;
  • прочность на растяжение при изгибе, МПа - 2,5...5;
  • прочность сцепления, МПа - 0,3...0,5;
  • срок хранения, мес. - 3...6

Сухие гипсовые смеси (монтажные)

Монтажные смеси представляют собой растворные смеси из неводостойких гипсовых вяжущих р- и а-модификаций или водостойких гипсовых вяжущих (гипсоцемент-но-пуццолановых или композиционных гипсовых вяжущих) со специально подобранным комплексом химических добавок.

Такие смеси используют при монтаже внутренних перегородок из гипсовых пазог-ребневых плит; при облицовке внутренних поверхностей гипсокартонными и гипсово-локнистыми листами, а также при устройстве оснований для пола из гипсоволокнистых плит.

К наиболее известным видам гипсовых монтажных смесей относятся: ПЕРЛФИКС, («КНАУФ»), ГИПСОКОНТАКТ («Боларс»), ВОЛМА монтаж (ОАО «ГИПС», г. Волгоград) и др.

Основные физико-технические характеристики некоторых видов гипсовых монтажных смесей следующие:

  • насыпная плотность, кг/м3 - 800...950;
  • водотвердое отношение - 0,4...0,6;
  • время обработки раствора, мин. - 60...120;
  • плотность затвердевшего раствора, кг/м3 - 1300...1350;
  • прочность при сжатии, МПа - 4...7,5;
  • прочность на растяжение при изгибе, МПа- 1.5...5;
  • прочность сцепления, МПа - 0,3...0,7;
  • срок хранения, мес. – 6

Сухие гипсовые смеси напольные (выравнивающие)

Сухие смеси для устройства пола представляют собой растворные смеси из неводостойких гипсовых вяжущих а-модификации, ангидрита, эстрих-гипса или водостойких гипсовых вяжущих (гипсоцементно-пуццолановых или композиционных гипсовых вяжущих) и специального набора химических добавок для увеличения пластичности раствора при одновременном снижении содержания воды.

К наиболее известным видам гипсовых смесей, предназначенных для устройства оснований пола относятся смеси ATLAS SAM 200, самовыравнивающийся состав Альфа-Пол С, Быстротвердеющий пол («Старатели»), смесь для пола СВ-210 (Боларс) и др.

В качестве самонивелирующихся составов известны сухие смеси для наливных полов: Флиссэстрих FE 80, Флиссэстрих FE 50, Флиссэстрих FE 25, которые производятся предприятиями «КНАУФ». Затвердевшие растворы из этих смесей обладают высокой прочностью и практически не дают усадки.

Основные физико-технические характеристики некоторых видов гипсовых выравнивающих смесей для устройства пола следующие:

  • насыпная плотность, кг/м3 - 600...700;
  • водотвердое отношение - 0,48...0,6;
  • время обработки раствора,мин. – 60...120;
  • плотность затвердевшего раствора, кг/м3 - 1100...1800;
  • прочность при сжатии, МПа - 4...10;
  • прочность на растяжение при изгибе, МПа-2,5,.,5;
  • прочность сцепления, МПа - 0,3...0,5;
  • срок хранения, мес. - 3...6

Сырьевые материалы

Для изготовления СГС применяют следующие основные материалы и добавки: гипсовые вяжущие марок Г4-Г7 по ГОСТ 125-79 (для штукатурных и шпатлевоч-ных смесей при производстве отделочных работ):

высокопрочный гипс марки не ниже И 3 по ГОСТ 125-79 (для шпатлевок повышенной прочности и составов для монтажных работ, а также в составах для самовыравнивающихся стяжек пола); водостойкие гипсовые вяжущие по ТУ 21 -0284757-1-90 (для сухих гипсовых смесей, применяемых в помещениях с влажным и мокрым режимами эксплуатации, а также для напольных смесей); ангидритовые вяжущие (из природного сырья и отходов промышленности) по ТУ21-0284747-1-90 (для штукатурных смесей и выравнивающихся смесей для устройства пола);
известь гидратная по ГОСТ 9179-77 (остаток на сите 02 до 0,2% по массе). Влажность до 0,5 % по массе (в штукатурных составах и в составах самовыравнивающихся смесей для устройства пола).

Большое влияние на свойства СГС оказывают заполнители и наполнители. Выбор крупности зерен заполнителей определяется видом гипсовой смеси: кварцевый и известняковый песок применяются с дисперсностью до 0,8 - 1,0 мм. При подборе заполнителей особое внимание уделяется гранулометрическому составу: должно быть примерно одинаковое соотношение фракций заполнителя.

В СГС применяют следующие заполнители и наполнители:

  • песок перлитовый вспученный по ГОСТ 10832-91; остаток на сите с размером ячейки 1,25 мм - менее 10% по массе. Насыпная плотность - от 70 до 1 25 кг/м3; используется в составах теплоизоляционных или облегченных штукатурных смесей;
  • вспученный вермикулитовый песок по действующей НТД;
  • пески кварцевые по ГОСТ 21 38-91, остаток на сите №05 менее 10% по массе. Влажность менее 0,5% по массе; используется в составах штукатурных смесей и в составах выравнивающихся смесей для устройства пола;
  • порошок минеральный для асфальтобетонных смесей по ГОСТ 16557-78, остаток на сите №0315 менее 10% по массе. Влажность не более 0,5% по массе; используется в составах штукатурных и шпатлевочных смесей.>

Химические добавки для гипсовых смесей должны отвечать требованиям ГОСТ 24211 -91. К ним относятся следующие добавки:

  • Водоудерживающие на основе простых эфиров целлюлозы (метилцеллюлоза марки МЦ-100 (Россия); этилоксиэтил-целлюлоза, ЭОЭЦ (Швеция); натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, (КМЦ), (Россия).
  • На основе сложных эфиров целлюлозы (метилгидроксиэтилцеллюлоза, (МГЭЦ), (ФРГ, США); метилгидроксипропилцеллюло-за (МГПЦ), (Южная Корея);
  • Воздухововлекающие анионоактивные ПАВ (Россия, ФРГ); сульфонат олефина (ФРГ);
  • Загущающие на основе эфира крахмала (Россия, ФРГ); на основе гекторитовых глин (Италия);
  • Пластифицирующие нафталинформальдегидные, например С-3 (Россия); меламинформальдегидные (ФРГ); поликарбоксилатные (ФРГ);
  • редисперсионные полимерные порошки: на основе сополимеров винилацетата (ФРГ, Швейцария, США, Франция); на основе бутадиенстирольного латекса (ФРГ); на основе акрилата (ФРГ);
  • пеногасители - добавки, представляющие собой углеводороды и полигликоли на инертном носителе (аморфном кремнеземе).

При изготовлении СГС большое значение имеет правильный выбор добавок, регулирующих начало и конец схватывания, особенно предназначенных для производства штукатурных работ. В этом случае необходимо учитывать не только вид гипсового вяжущего, но и РН-среды приготовленного гипсового раствора.

Для нейтральной среды гипсового раствора эффективными замедлителями схватывания могут быть лимонная кислота, цитрат натрия, полифосфаты, белковые гидролизаты, желатины - КМЦ (натриевая соль карбокси-метилцеллюлозы), клеи животного происхождения, смесь лигносульфонатов. Однако следует учитывать, например, что ретардан, являясь активным замедлителем схватывания гипса, очень хорошо подходит для шпатлевочных составов. В тоже время для штукатурных составов он недостаточно эффективен, т.к. дает короткий период между началом и концом схватывания, что нежелательно при производстве штукатурных работ.

Для гипсовых растворов со щелочной средой эффективными замедлителями схватывания является винная кислота, а также замедлитель на основе винной кислоты и пластретарда.

Для слабокислой среды, например в штукатурных растворах на основе гипсового вяжущего из фосфогипса в качестве замедлителя схватывания используют гидратную известь и триполифосфат натрия.

Чтобы достичь требуемого замедления схватывания гипсового раствора, целесообразно использовать комплексную добавку. Характерным примером может служить пла-стретард - смесь лимонной кислоты с полифосфатами и желатином.

Для снижения трещинообразования и усадочных деформаций вводят целлюлозные волокна.

Шпатлевочные, затирочные смеси и гипсовые клеи отличаются от штукатурных составов, как компонентным составом, так и его дисперсностью. Особенностью этих составов является то, что в качестве вяжущего используется строительный гипс с размером частиц менее 0,1 мм, наполнителем является известняковая, доломитовая мука, мел с размером зерен также менее 0,1 мм. В связи с этим увеличивается число водоудерживающей добавки до 0,5-0,8 %, в то время, как в штукатурных составах - 0,16-0,3 % .

Большое значение в ССС, в том числе СГС, имеют водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы. Исследования показали, что вследствие слабого межмолекулярного взаимодействия с молекулами воды эти полимеры обладают великолепной водоудерживающей способностью. Каждая молекула полимера может удерживать до 20 тыс. молекул воды. Энергия этого взаимодействия сопоставима с энергией испарения и капиллярной диффузии в основу, что является препятствием для ухода воды. В свою очередь, эта энергия несколько меньше, чем энергия диффузии воды при гидратации цемента, что позволяет ему отбирать эту воду.

Фактически вода в растворе заменяется гомогенным желеобразным раствором ме-тилцеллюлозы, в котором взвешены частички цемента и заполнителя. Высокая водоудер-живающая способность такой системы способствует полной гидратации цемента и позволяет раствору набирать необходимую прочность даже при тонкослойном нанесении. После ухода воды полимер в виде тончайшей пленки остается на поверхностях между цементным камнем и наполнителем, никак не влияя на механические характеристики затвердевшего раствора. Таким образом, добавление незначительного количества (0,02-0,07%) водорастворимых эфиров целлюлозы к цементно-песчаным смесям приводит к существенному увеличению открытого времени и дает возможность раствору гидратироваться равномерно по всему объему, а также обеспечивает существенное повышение адгезии к основанию и улучшение качества поверхности. Аналогично действие метилцеллюлозы и в гипсовых смесях.

Дисперсионные порошки, которые, в отличие от водорастворимых производных целлюлозы, при затворении водой образуют не растворы, а двухфазные системы, состоящие из полимерных частиц (на основе сополимеров винилацетата и этилена, винилх-лорида, стиролакрилата и т.п.), диспергированных в воде. Добавление этих составов в продукты строительной химии позволяет активно влиять на характеристики конечного материала и обеспечивает получение результатов, недостижимых при использовании только традиционных минеральных вяжущих. Первые попытки модификации цементных смесей полимерами заключались в добавлении к воде затворения дисперсии винилацетата, известной как клей ПВА. В гипсовых растворах это применение оказалось очень эффективным, тогда как в цементных (из-за повышенной усадки от применения ПВА) быстро отказались. Следующим этапом стало использование двухкомпонентных составов, состоящих из цементно-песчаной смеси, приготовленной в заводских условиях, и полимерной дисперсии, поставляемой в жидком виде, которые смешиваются на строительной площадке. Двухкомпонентные растворы применяются до сих пор, но водная дисперсия теряет свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время года ее транспортировка и приготовление рабочего раствора вызывают определенные затруднения. Начало производства однокомпонентных сухих строительных смесей относится к 1953 году, когда специалистам фирмы «Wacker» (Германия) удалось получить сухой редиспергируемый порошок, образующий после затворения водой двухфазную систему, обладающую свойствами исходной полимерной дисперсии.

Дисперсии отличаются от метилцеллюлозы и механизмом действия. По мере расходования вода концентрируется в порах цементного камня и там же концентрируется дисперсия, образуя «эластичные мостики», работающие на растяжение и изгиб несравненно лучше, чем цемент. Комбинация минеральных и полимерных вяжущих предоставляет возможность производства продуктов строительной химии, обладающих не только повышенными прочностными свойствами и улучшенной адгезией (в том числе и к таким «проблемным» основаниям, как металл, дерево, пластик, глазурованная плитка и т.п.), но и управляемыми реологическими (тиксотропность, пластичность) и специальными (гидрофобность, текучесть) характеристиками. Например, выравнивающие растворы для полов содержат комбинацию специальных дисперсионных добавок с органическими и синтетическими пластификаторами, наличием которых и определяются такие специфические свойства этих материалов, как способность к растеканию и гладкость получаемой поверхности. Дисперсионные модификаторы, входящие в состав клеевых составов для плиточных работ, улучшают условия работы, продлевают «срок жизни» затворенного раствора и повышают тиксотропность (способность загустевать в состоянии покоя и разжижаться при перемешивании) материала. Они способствуют повышению адгезии к сложным основам.

Разработка рецептуры сухих смесей - это сложный и длительный процесс, требующий участия квалифицированного персонала и обязательного наличия современной лаборатории для исследований и испытаний образцов растворов из сухих смесей, оснащенной современным оборудованием.