2.5.1. Общие сведения
Минеральные вяжущие вещества, которые применяются для изготовления изделий и производства отделочных работ, известны человечеству с древнейших времен. Первым вяжущим была глина. В древнем Египте, 2600 лет до н. э., при сооружении пирамид, отделке стен и создании лепных украшений использовались известковые и гипсовые вяжущие. В древней Руси широко известно было такое вяжущее, как известь. При оштукатуривании стен Софийского собора в Киеве были использованы известковые растворы.
После изобретения портландцемента его стали широко применять для производства отделочных работ в виде декоративных растворов и бетонов. Примером долговечной лепной отделки составами на основе портландцемента служит дом архитектора Н. Н. Городецкого в Киеве, построенный на рубеже XIX и XX в.
В настоящее время для получения отделочных материалов широко используют гипс (ГОСТ 125—79), строительную известь (ГОСТ 9179—77), портландцемент и шлакопортландцемент (ГОСТ 10178—76), белый портландцемент (ГОСТ 965—78), цветной портландцемент (ГОСТ 15825—80).
Заполнители (ГОСТ 22856—77) для отделочных материалов получают дроблением различных пород декоративного камня — мрамора, гранита, известняка. В качестве дробленых декоративных материалов, используемых как присыпка, могут применяться природные заполнители для декоративных бетонов, а также специально окрашенные. Окрашенные дробленые материалы получают обработкой заполнителя специальной краской с последующим ее отверждением. В качестве окрасочных составов могут использоваться поливинилацетатные, эпоксидные, жидкостекольные и другие краски.
Пигменты, придающие окраску отделочным материалам, должны быть щелочестойкими, атмосферостойкими и стойкими к действию солнечного света. Они бывают минеральными и органическими. К минеральным пигментам относятся охра, придающая желтый цвет, сурик — красный, диоксид марганца — черный, коричневый, оксид хрома — зеленый, оксид кобальта — голубой, ультрамарин — голубой, углеродистый пигмент — черный. К органическим пигментам относятся фталоциановые (голубой и зеленый), но из-за высокой стоимости их применяют редко.
Известь в основном используется для получения декоративных растворов, красок, а также известково-кремнеземистых декоративных камней автоклавного твердения.
На основе строительного и высокопрочного гипса получают гипсовые декоративные плиты (ТУ 21-31-10-75), гипсокартонные листы (ГОСТ 6266—81), лепные архитектурные украшения, а также отделочные акустические плиты.
Портландцемент обычный, белый или цветной ,служит основой для производства декоративных растворов, бетонов, искусственного мрамора, асбестоцемента и других отделочных материалов. С его помощью выполняют отделку дроблеными материалами.
В настоящее время применяются новые виды отделки железобетонных панелей на основе минеральных вяжущих — глазурование, оплавление, металлизация, отделка декоративными шлакощелочными бетонами и растворами, гидрофобизация, флюатирование.
НИИ «Стройкерамика» предложил метод глазурования непосредственно по затвердевшему бетону. Чтобы предохранить конструкционный материал от дегидратации при обжиге, его покрывают специальным жароупорным подглазурным слоем.
Отделываются панели на специальной технологической линии. Процесс заключается в следующем: на бетон после тепловлажностной обработки напыляют слой глазурной суспензии, подсушивают его, после чего панель отправляют под экранную электропечь, где происходит поверхностный обжиг глазури при температуре 900—950°С.
Отделка оплавлением производится с помощью ацетиленокислородных или плазменных горелок. Слой расплава, полученного из основного материала, обладает хорошим сцеплением с основанием и высокой морозостойкостью.
Для увеличения цветовой гаммы отделочных слоев, полученных методом оплавления, целесообразно использовать цветные заполнители на основе туфа, которые, оплавляясь, придают изделию требуемую окраску. Другой путь увеличения цветовой гаммы — нанесение красок на поверхность изделия после оплавления с последующим вторичным оплавлением.
Способ металлизации находится в стадии апробации и заключается в следующем: при высоких температурах на поверхность бетона наносится с помощью низкотемпературной плазмы пленка металла, полученного диспергированием меди, алюминия, тугоплавких коррозионно-стойких металлов.
Шлакощелочные декоративные бетоны и растворы — материалы на основе шлакощелочного декоративного вяжущего, которое представляет собой продукт тонкого измельчения смеси доменного гранулированного шлака, отбеливающей добавки (до 50 % известняка или доломита, обладающих белизной не менее 90 % по отношению к сернокислому барию), а также включающий До 15 % минеральных пигментов (железный сурик, охра и пр.) или не более 0,3 % органических (фталоцианиновые и пр.). Эта смесь затворяется растворами щелочных соединений, дающих в воде щелочную реакцию. Шлакощелочные декоративные цементы и материалы на их основе подразделяются на марки 200, 300, 400 и могут иметь голубой, белый, коричневый и другие цвета. Декоративные шлакощелочные цементы, дающие декоративную окраску, можно получить за счет образования при твердении материала красящих цветных минералов. Технология приготовления декоративных шлакощелочных бетонов, растворов и отделки такая же, как и для материалов на портландцементе.
Отделка поверхностей изделий, производимая на заводах железобетонных конструкций, должна допускать возможность применения различных видов отделочных покрытий, которые требуют несложного технологического оборудования и легко вписываются в технологический процесс. Классификация основных приемов отделки наружных стен на домостроительных комбинатах (по Г. В. Севериновой) представлена на рис. 2.13.
В основу классификации положены приемы, выполняемые при формовании панелей и после их тепловлажностной обработки.
Для защиты конструкций от внешних атмосферных агентов применяется способ гидрофобизации или флюатирования поверхностей фасадов.
Гидрофобизация производится водными растворами, эмульсиями ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94 и другими гидрофобными поверхностно-активными веществами.
Флюатирование заключается в пропитывании известковых пород водными растворами кремнефтористых солей. Последние взаимодействуют с карбонатом кальция и образуют малорастворимые фтористые соли и кремнегель. Они кальматируют поровое пространство отделочного материала и тем самым предохраняют камень от коррозии. Перед флюатированием малокарбонатных пород их предварительно насыщают хлористым кальцием.
2.5.2. Основы технологии материалов и изделий на основе минеральных вяжущих
При отделке зданий и сооружений часто используют сухие товарные смеси на основе минеральных вяжущих для изготовления декоративных бетонов и растворов.
Технология получения сухих товарных бетонных смесей заключается в следующем. Сухие компоненты (белый или цветной цемент, декоративный песок, щебень) загружают в барабан бетоносмесителя гравитационного перемешивания, установленного на автомобиле. Вода, отдозированная на заводе в количестве, необходимом на замес, заливается в бак на этом же автомобиле. Во время транспортирования смеси вода самотеком или с помощью насоса подается в барабан бетоносмесителя, компоненты смешиваются, а полученная бетонная смесь выгружается на месте потребления. При таком производстве декоративных бетонов из сухих товарных смесей расслоение при транспортировании исключается.
Сухие декоративные товарные растворные смеси приготавливают перемешиванием 3—5 частей песка и одной части цемента с добавкой пигмента. Для приготовления используют белый или обычный портландцемент и просушенный песок. Пигментами служат нетоксичные минеральные краски, стойкие к действию света и щелочей (охра, сурик, мумия, оксид хрома и пр.). Количество пигмента в смеси составляет 3—10 %. Полученная пигментированная сухая смесь наносится на свежеотформованную поверхность слоем 2—3 см. Затвердевает такая смесь вследствие адсорбции воды с поверхностного слоя свежеотформованного изделия. К сухим пигментированным растворным смесям относятся терразитовые штукатурки.
По способу нанесения штукатурка бывает «сухой» и «мокрой». Сухая штукатурка представляет собой заранее заготовленные на заводе тонкие плиты, прикрепляемые к основной конструкции. Мокрую штукатурку наносят несколькими слоями на специально подготовленную поверхность. Первый слой называется обрызгом, второй — грунтом, третий — накрывкой. Обрызг наносится на поверхность с целью заполнения неровностей, а также для лучшего сцепления последующих слоев с основанием. Грунт служит для создания ровной поверхности. Обычная его толщина — 5—7 мм. Накрывка — слой, толщиной не более 3 мм, предназначенный для покрытия всех углублений и создания чистой и гладкой поверхности.
Штукатурки подразделяются на высококачественные, улучшенные и простые. Для временных и малоответственных сооружений применяют простую штукатурку в два слоя, без накрывки. Тип штукатурного раствора выбирается в зависимости от материала основания и назначения. Прочность каждого последующего слоя штукатурного раствора должна быть ниже прочности предыдущего, иначе нижележащий слой раствора при твердении верхних слоев может отстать и разрушиться.
Штукатурные работы — один из сложных и трудоемких строительных процессов. Поэтому, согласно СНИП Ш-21-73, штукатурные покрытия могут применяться только в порядке исключения при отделке помещений в местах, где применение индустриальных видов отделки затруднено или недопустимо, а также если необходимо обеспечить в помещениях санитарно-гигиенические требования, противопожарные меры защиты конструкций, температурно-влажностный режим, необходимую воздухонепроницаемость стен и защиту конструкций от влияния агрессивных сред. Толщина штукатурного слоя обычно 5—6 мм, но может достигать 10 мм.
Современными видами рассматриваемой отделки являются штукатурки с каменной крошкой, терразитовая, из коллоидно-цементного раствора.
Декоративная штукатурка с каменной крошкой может быть выполнена двумя способами: введением в состав раствора мелкой каменной крошки либо посыпкой каменной крошки на свежий штукатурный грунт. Первый способ проще и не требует от рабочих специальных навыков, второй — обеспечивает более высокое качество фактуры. Цвет отделки зависит от сочетания цветов дробленого камня и декоративного раствора, в связи с чем для приготовления раствора используют цветные цементы и пигменты.
Терразитовая штукатурка отличается от других тем, что, обладая невысокой прочностью, способна самообновляться под действием атмосферных условий (сбрасывает поверхностные мелкодисперсные частицы вместе с загрязняющей фасад пылью). В результате такого процесса фасад, оштукатуренный терразитом, всегда имеет свежий вид.
Использование мелких песков в составе растворов позволяет наносить их слоем до 2 мм и применять не штукатурные, а малярные методы. Терразитовые составы (табл. 2.15) наносят на подготовленные поверхности при помощи кистей или распылением через форсунки. Они представляют собой разновидность цементно-песчаных и известково-штукатурных растворов, содержащих пигменты, слюду (для блеска) и песок. Все заполнители перед дозированием и смешением должны быть тщательно промыты и высушены.
При отделке панелей, находящихся в вертикальном положении, дробленый материал обычно наносится с помощью пневмокрошкомета (рис. 2.14) и частично утапливается в свеженанесенную полимерцементную пасту на панели. Избыток материала осыпается на специальный лоток и используется повторно.
Отделка способом обнажения декоративных заполнителей бетона заключается в удалении раствора с декоративного заполнителя отделочного слоя панели. Заполнитель обнажается до тепловлажностной обработки, когда раствор еще не затвердел и может смыться водой, или после тепловлажностной обработки при использовании веществ, замедляющих твердение и позволяющих смывать раствор водой. Обычно, во избежание отпадания, заполнитель обнажается на глубину 1/3—1/2 его максимального диаметра.
Обнажать заполнитель можно при расположении форм под углом около 30° (со свежеизготовленными панелями), а также при их горизонтальном расположении. Обнажение заполнителей при наклонном расположении формы имеет ряд недостатков: нельзя применять смеси, содержащие мелкие фракции заполнителей; теряется много цемента; возможно образование трещин в свежеот-формованном бетоне из-за наклонного расположения панели. При горизонтальном обнажении этих недостатков нет, однако необходимо ограничивать расход воды либо предусматривать специальные меры защиты бетона от попадания избыточного количества воды, вызывающего снижение прочности.
После тепловлажностной обработки поверхность бетона чистится металлическими или капроновыми щетками и на нее можно наносить гидрофобизирующую пленку.
Отделка обнажением заполнителей после тепловлажностной обработки с использованием замедлителей твердения применяется преимущественно при формовании изделий «лицом вниз».
При отделке панелей декоративным бетоном замедлители твердения используются не во всей массе бетона, а только в поверхностном слое. В качестве замедлителей обычно используют буру, сахар, лимонную кислоту, декстрин, казеин, уротропин, молочную сыворотку, сульфитно-дрожжевую барду.
Водные растворы замедлителей твердения в чистом виде используются редко, так как получить устойчивый и качественный эффект в таких условиях трудно. Поэтому применяют следующие способы введения замедлителей:
- пропитывают бумажные, тканевые и другие ковры, которые укладывают на поддон при формовании «лицом вниз» или на отделываемую поверхность при формовании «лицом вверх»;
- вводят в состав смазок с последующей обмазкой ими форм;
- перемешивают с песком, глиной и укладывают на дно формы.
Керамические и стеклянные плитки поступают на завод приклеенными к бумаге в виде ковров, размеры которых определяются спецификацией заказчика. Основной размер должен быть кратным размеру облицовываемой поверхности. Отклонения от требуемых размеров, независимо от площади ковра, допускаются не более ±3 мм.
Для крепления плиток к панелям используют цементно-песчаные или полимерцементные растворы марки не ниже 200.
Отделка панелей плиточными материалами производится в процессе их формования в горизонтальных формах «лицом вниз». Формы перед укладкой ковров тщательно очищают от грязи. Ковры укладывают в формы вручную, затем фиксируют на поддоне путем соединения цементным раствором в один элемент размером на изделие.
При отделке панелей плитами из природного камня их укладывают на дно формы «лицом вниз». Плиты толщиной 25 мм крепят к конструкционному бетону с помощью анкеров. Для более тонких плит надежных способов крепления нет, за исключением плит из травертина, который из-за своей высокой пористости может крепиться непосредственно на растворе.
Строительный и высокопрочный гипс используют в технологии отделочных материалов в качестве вяжущего для получения декоративных плит и гипсокартонных листов.
Гипсовые декоративные плиты с гладкой или рифленой лицевой поверхностью выпускают размерами 600x600x15 (20, 25) мм. Влажность готовых плит не должна превышать 5 %, разрушающая нагрузка при испытании плит на изгиб должна быть не менее чем в 4 раза выше массы самой плиты.
При изготовлении плит гипсовое вяжущее из бункера через дозаторы подается в гипсосмеситель, куда поступают обрезки стекловолокна и вода. После перемешивания однородную массу равномерно загружают в резиновые формы, установленные на конвейере непрерывного действия. За время нахождения гипсового изделия на конвейере гипс схватывается. Затем на изгибе ведомого барабана раскрываются боковые борта формы, которые тут же уходят вниз, а готовая продукция подается на приемный стол. После этого плиты устанавливаются в кассеты и на вагонетках подаются в туннельные сушилки. Максимальная температура сушки 80°С, продолжительность сушки до 24 ч.
Гипсокартонные листы изготавливают из смеси гипсового вяжущего со стекложгутом и пенообразующего агента, стабилизатора пены и крепителя с использованием облицовочного картона (ГОСТ 8740—74).
Листы длиной 2500—4800 мм при ширине 600 или 1200 мм имеют толщину от 8 до 25 мм.
При изготовлении гипсокартонных листов гипс из расходного бункера подается в шнековый, ускоряющий твердение смеситель, где смешивается с пылью электрофильтров. Затем смесь поступает в гипсосмеситель, куда подается сечка стекложгута длиной 12—14 мм. Для затвердения гипса применяют смеси на основе раствора полиакриламида, сульфидно-дрожжевой бражки (СДБ) и воды.
В двухкамерную центробежную машину непрерывного действия поступают растворы жидких компонентов, сухая смесь гипса с ускорителем твердения и сечкой стекложгута. Нижняя лента картона проходит через устройство для нанесения СДБ на тыльную сторону картона, а также через устройство обрезки кромок картона и поступает на формующий стол, где принимает на себя приготовленную формовочную массу. После этого края картона по выдавленным бороздам загибаются кромкозагибочным приспособлением. Сверху масса покрывается другой лентой картона, на края которой нанесен клеевой состав ПВА. Скорость движения конвейера 8—12 м/мин.
После формования гипсокартонные листы поступают на конвейер схватывания и затем с помощью отрезного станка разрезаются на листы требуемых размеров. Полученные листы сушатся в шестиярусной трехзонной сушилке непрерывного действия. Максимальная температура теплоносителя 200°С.
Для повышения декоративности гипсокартонных листов на их лицевую поверхность после сушки могут быть наклеены отделочные пленки.
Изделия из искусственного мрамора получают, используя связующее, заполнитель и пигмент.
Помимо минерального вяжущего в виде белого или цветного портландцементов могут применяться органические связки (ноли-метилметакрилат, эпоксидная смола, меламинформальдегидная смола и пр.).
Кроме заполнителей с естественной окраской можно использовать специально окрашенные искусственные цветные заполнители.
Изделия из искусственного мрамора регламентируются прежде всего эстетическими показателями. Но вместе с тем их прочность при сжатии должна быть не менее 20 МПа, а при использовании их для полов нормируются истираемость и морозостойкость материала.
В процессе изготовления изделий особое внимание обращается на качество смазки форм. Смазки не должны образовывать пятен на поверхности изделий, снижать адгезию бетона к поверхности формы, не должны проникать в поверхностные слои изделия, тем самым способствуя образованию пор, раковин и других дефектов бетона.
Металлические формы должны иметь чистую и гладкую поверхность, сохранять высокую точность размеров.
Основными технологическими переделами при изготовлении плит из искусственного мрамора являются: нанесение пистолетом-краскораспылителем на поддон формы, покрытой смазкой, пигментирующего состава (табл. 2.17), образующего прожилки у будущего изделия; заполнение формы цветными бетонами на основе минерального или органического связующего; уплотнение смеси и последующая ее термообработка.
Технологический процесс производства этих изделий (рис. 2.15) складывается из двух основных операций: получение пресс-порошка и формование изделий.
Для синтеза пресс-порошка сырьевые компоненты, взятые в соотношениях, обеспечивающих получение гидросиликатов с СаО:SiO2=0,8...1, подвергают мокрому помолу, пропариванию или автоклавированию шлама до связывания СаО с последующим удалением избыточной влаги на вакуум-фильтрах или в сушилке распылительного типа. Пресс-порошок имеет белый цвет при отсутствии в сырье красящих оксидов.
При необходимости в пресс-порошки вводят пигменты и волокнистые вещества, служащие арматурой.
Формуются изделия прессованием, прокатом или другими способами, оказывающими на порошок давление и обеспечивающими получение сразу после уплотнения водостойкого материала за счет возникновения пленочных и точечных водостойких контактов.
Облицовочные плиты размером 250x250x30 мм, полученные при давлении 40 МПа, имеют прочность при изгибе сразу после прессования 3—3,5 МПа и среднюю плотность 1400—1500 кг/м3, после 4 ч сушки соответственно 5,5—6 МПа и 1200—1250 кг/м3.
Лицевой кирпич из пресс-порошка контактного твердения имеет характеристики, приведенные в табл. 2.18. Производство такого кирпича связано с меньшей энергоемкостью вследствие снижения удельных затрат теплоты по сравнению с производством силикатного и керамического кирпича: 124 кДж/кг против 164 и 1593 (полусухой способ), 1722 кДж/кг (пластический способ) соответственно.
В качестве сырьевых компонентов используется асбест 5—8 сортов и портландцемент марки 400. Для экономии асбеста можно частично его заменять минеральной ватой. В этом случае смесь, в пересчете на сухое вещество, включает: асбеста — 43%, цемента — 43 и минеральной ваты — 14 %.
Асбест в течение 15—30 мин обминается на бегунах с частичным добавлением воды, после чего он смешивается с водой в лопастном смесителе при В/Т = 10 и поступает в голлендер, где окончательно распушивается. Туда же подается минеральная вата. Из голлендера пульпа поступает для смешивания с цементом в гидросмеситель. На старых заводах пульпа с цементом смешивается только в голлендере.
После смешения асбестовой суспензии с цементом масса поступает в ванны листоформовочной машины (см. рис. 2.16). За счет разности уровней суспензии в ванной и сетчатых цилиндрах, находящихся в ваннах, вода фильтруется сквозь сетки цилиндров, а ас бестоцементная масса осаждается на их поверхностях; влажность осадившихся слоев составляет 70 %. Затем слои с трех цилиндров снимаются сукном и поступают в вакуум-коробку, где влажность асбестоцементной массы уменьшается до 50 %. После вакуумирования асбестоцементный слой попадает на форматный барабан с прессовыми валами. На нем вода отжимается, а влажность смеси уменьшается до 24 %. Слой асбестоцементной массы снимается с сукна на поверхность форматного барабана. При достижении заданной толщины навиваемых слоев автоматически включается срезчик, который отрезает слой асбестоцементного листа на конвейер резательного устройства, а на барабан начинают навиваться новые слои.
Между нарезанными асбестоцементными листами устанавливают стальные прокладки. Листы складывают в стопу и прессуют на гидравлических прессах при давлении 30—40 МПа по заданному режиму. После прессования изделия подвергают тепловлажностной обработке в течение 4 ч в специальных камерах при температуре 60—80°С и затем выдерживают для окончательного твердения в теплом складе.
Полученные асбестоцементные листы обрезаются на форматных станках и для повышения декоративности могут окрашиваться цементно-водными суспензиями путем их распыления. Возможно также объемное окрашивание асбестоцементной массы введением в ее состав пигментов. Однако при этом ухудшается качество изделий, усложняется формование и значительно возрастает стоимость изделий.
При производстве асбестоцементных материалов образуются отходы в виде суспензии и сухих материалов, получаемые при обрезке листов.
В своем составе они содержат гидратированный портландцемент (вещество в состояниях 3,4, рис. 1.1), который представляет собой разновидность вяжущих контактного твердения. В связи с этим эффективно использовать такие отходы для производства теплоизоляционно-отделочных плит контактного твердения. Их технология включает подготовку отходов (регулирование остаточным водосодержанием), прессование изделий при двустороннем воздействии давления в пределах 10—20 МПа, сушку. В результате в материале формируются контактно-конденсационные водостойкие структурные связи. Изделиям при формовании придается декоративный вид с помощью матрицы, они характеризуются средней плотностью 1300—1500 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,5—0,6 Вт/(м·°С).
Таким образом, создание безотходных технологий производства отделочных материалов дает возможность полнее обеспечить возрастающую в них потребность.
Характеризуя группу материалов на основе минеральных вяжущих с точки зрения приведенных в табл. 1.2 классификационных признаков, следует отметить, что при использовании вяжущих гидратационного твердения, например портландцемента, минералы клинкера, находящиеся в состояниях 7 и 8 (рис. 1.1), в растворных и бетонных смесях, взаимодействуя с водой, образуют гидраты, в результате чего изменяется химический состав вещества, его физическое состояние и объем.
В общем случае физическое состояние гидратов может изменяться в широком диапазоне, вплоть до перехода из состояний 1—2 в состояния 3—5. В процессе укладки бетонных или растворных смесей связующее вещество находится в основном в состояниях 1—2, в нем формируется коагуляционная структура с пленочными обратимыми неводостойкими контактами. В процессе отвердевания гидратное вещество переходит в состояния 3—4, формируется конденсационная структура с водостойкими обратимыми фазовыми контактами, которая затем в процессе длительного перехода гидратного вещества в состояние 5 при эксплуатации образовавшегося камня формирует кристаллизационную водостойкую структуру с необратимыми фазовыми контактами.
При использовании вяжущих контактного твердения вещество, находящееся в состояниях 3—4, в момент формования изделий образует контактно-конденсационную структуру с пленочными или точечными обратимыми водостойкими контактами.
В начальный период эксплуатации материала при кристаллизации вещество переходит в состояние 4, образуя конденсационную структуру с обратимыми фазовыми водостойкими контактами, а затем в состояние 5, формируя конденсационно-кристаллизационную структуру с необратимыми водостойкими фазовыми контактами.
Важной проблемой является повышение эффективности отделочных материалов, которая решается снижением себестоимости и повышением качества изделий за счет:
- расширения сырьевой базы путем применения местных материалов и массовых отходов производств;
- кооперирования предприятий, которые наряду с выпуском основной продукции производят отделочные материалы из отходов производств;
- рационального использования тепловой энергии путем создания малоэнергоемких и энергосберегающих технологий;
- рациональной организации технологического процесса;
- повышения индустриальности производства отделочных материалов.