§ 36. Полимерцементные растворы

Развитие химической промышленности и поиски новых эффективных строительных материалов привели в последнее время к широкому внедрению в строительную практику бетонов и растворов с полимерными добавками.

В отличие от обычных растворов, в которые полимерные добавки (ССБ, ГКЖ94 и др.) вносятся микродозами. (0,05—0,20% массы цемента) и не меняют в значительной степени химические процессы твердения и структуру цементного камня и раствора, полимерная составляющая полимерцементных растворов относительно велика (до 20% массы цемента) и выполняет роль вяжущего материала в дополнение к неорганическим вяжущим материалам. Такая добавка изменяет структуру и свойства искусственного камня. В растворах для отделочных работ наиболее распространены поливинилацетатная дисперсия (ПВА), синтетический латекс, гидрофобизирующая жидкость ГКЖ94 (ГОСТ 10834— 76) и др.

Полимерцементные растворы по сравнению с обычным обладают мелкопористой структурой и меньшей водопроницаемостью (кроме растворов с поливинилацетатной дисперсией), повышенной прочностью на растяжение и на изгиб, при оптимальном размере полимерной добавки меньшей усадкой, повышенной адгезией, более низким модулем упругости, а также рядом специфических свойств, в зависимости от вида полимера. Большинство полимерных добавок (эмульсии, латексы) обладают воздухововлекающей способностью. Поэтому при перемешивании, особенно механическом, объем воздуха в полимерцементной смеси увеличивается и пористость их становится на 5—30% больше, чем у обычных цементных растворов.

Полимерные добавки способствуют более равномерному распределению пор в объеме раствора и резкому уменьшению размеров пор. Если в обычном цементном растворе встречаются поры размером более 1 мм и наибольшее количество пор имеет размеры от 0,2 до 0,5 мм, то в полимерцементном растворе размер пор. не превышает 0,5 мм и размер 90—95% пор меньше 0,2 мм. Изменение структуры полимерцементного раствора связывают с особенностями образования полимерцементного камня. Считают, что гидратация цемента в полимерцементных растворах не играет решающей роли в упрочении камня. На упрочение структуры сильно влияет сам полимер, который, благодаря высоким адгезионным свойствам, связывает минеральный заполнитель и цементные новообразования в единый конгломерат, а значительная часть цемента служит микронаполнителем.

Кроме того, испаряющаяся вода, продвигаясь по капиллярам, увлекает за собой частицы полимера которые, осаждаясь постепенно на стенках капилляров, перекрывают последние, образуя полимерные линзы. Мелкопористая структура полимерцементного камня с замкнутыми порами снижает водопроницаемость и повышает морозостойкость. Наименьшей водопроницаемостью и повышенной морозостойкостью обладают полимерцементные растворы с добавкой латекса и ГКЖ94,,

Усадка полимерцементных растворов зависит от соотношения количества полимера и цемента (П/Ц). При I увеличении количества полимера усадка уменьшается и при П/Ц=0,1 достигает наименьших размеров. При дальнейшем увеличении количества полимера она резко возрастает и при П/Ц>0,2 уже превышает усадка обычного цементного раствора.

Повышенная адгезия (клеящая способность) полимерцементных растворов объясняется тем, что сцепление раствора с облицовываемой поверхностью или облицовкой обеспечивается не только сцеплением цементного камня, а главным образом сцеплением полимера, адгезия которого значительно превышает адгезию цементного камня. Адгезионные свойства полимерцементных растворов с добавкой ПВА возрастают пропорционально увеличению количества полимера. Увеличение количества песка в поливинилацетатцементном растворе снижает клеящую способность раствора.

Для полимерцементных растворов с добавкой бутадиенстирольного латекса максимальная клеящая способность достигает при П/Ц=0,1...0,15. Дальнейшее увеличение количества латекса приводит к уменьшению клеящей способности. На числовое значение адгезии поливинилстиролцементных растворов влияет и вид цемента: для глиноземистого цемента оно выше, чем для портландцемента. Некоторое повышение адгезии к бетонным поверхностям поливинилстиролцементного раствора достигается при предварительном смачивании бетонной поверхности. Повышенные адгезионные свойства полимерцементных связующих проявляются только при твердении в воздушносухих условиях. При твердении в воде адгезия не увеличивается даже при высоком содержании полимера.

Высокая адгезия полимера сказывается не только на величине сил сцепления с другими материалами, но она изменяет упругие свойства полимерцементного раствора. Прослойки полимера, связывая составляющие раствора, повышают сопротивляемость раствора растягивающим усилиям, а так как при изгибе разрушение образцов и цементного раствора происходит в растянутой зоне, то повышается и прочность на изгиб.

Кроме того, полимерные вяжущие материалы, обладая большей упругостью, чем неорганические, увеличивают упругие свойства полимерцементного раствора, уменьшая его модуль упругости. Так, при П/Ц = 0,1 для получения одинаковых Деформаций к полимерцементному раствору надо приложить силу, в дватри раза меньшую, чем к цементному.

Отсюда следует, что при равном значении деформации усадки скалывающие напряжения в зоне контакта полимерцементного раствора с другим материалом (отделываемая поверхность, облицовка) будут в дватри

раза меньше, чем у обычного цементного раствора. Второе важное следствие уменьшения модуля упругости и повышенной деформативной способности полимерцементных растворов — повышение их прочности при ударных нагрузках.

Перечисленные выше свойства полимерцементных растворов (уменьшенная усадка, повышенные адгезия и упругость и меньший модуль упругости) обеспечивают резкое повышение прочности крепления облицовочных материалов. Если для цементнопесчаных растворов прочность сцепления с керамическими плитками достигает максимума в 7—9суточном возрасте, после чего уменьшается к 28суточному возрасту в 5—6 раз, то для полимерцементных растворов характерно достижение максимума на 9—10е сутки и отсутствие ее снижения в дальнейшем. Прочность крепления плитки полимерцементным раствором в 28суточном возрасте почти в 20 раз больше прочности крепления цементнопесчаным раствором.

Это свойство полимерцементных растворов обусловило их широкое применение в качестве прослойки при облицовке поверхностей. Наиболее часто используют для этой цели растворы с добавкой поливинилацетатной дисперсии и латекса СКС65. Для крепления внутренней облицовки рекомендуется следующий состав поливинилцементного раствора (в частях по массе):

Портландцемент марки 400—500................................. 1

Поливинилацетатная дисперсия.................................... 0,2—0,4

Песок речной ,................................................................ 3

Хлористый кальций....................................................... 0,01

Воду добавляют в количестве, необходимом для получения растворной смеси требуемой консистенции, т. е. подвижности, соответствующей погружению стандартного конуса на 5—6 см. При подборе количества воды затворения следует помнить, что добавка ПВА повышает подвижность смеси и поэтому В/Ц берется несколько меньше, чем для обычных цементных растворов.

Добавка хлористого кальция вводится в качестве стабилизатора для того, чтобы предупредить коагуляцию (слипание) полимерной дисперсии. Одноупаковочная поливинилацетатная дисперсия достаточно устойчива и ее можно применять без стабилизатора.

Для крепления плиток в помещениях со значительной влажностью при эксплуатации и креплении наружной облицовки рекомендуется состав бутадиенстиролцементного раствора (в частях по массе):

Портландцемент марки 400—500............................ 1

Латекс СКС65........................................................... 0,2—0,4

Песок речной.............................................................. 8

Стабилизатор.............................................................. 0,01—9,02

Состав стабилизатора может быть следующий (в частях по массе): казеин кислотный — 1; 25%кый водный раствор аммиака — 1; вода — 4. Состав готовят, растворяя казеин в смеси водного аммиака и воды при температуре 70—80° С.

В отличие от растворов с ПВА применение стабилизатора в растворах с латексом обязательно. Количество добавки стабилизатора уточняют в лаборатории, так как его излишек снижает прочность раствора. Количество воды затворения подбирают опытным путем, чтобы растворная смесь имела подвижность, соответствующую погружению стандартного конуса на 5—6 см. Ввиду того, что бутадиенстирольные латексы, стабилизированные казеинатом аммония, вызывают загустение смеси, В/Ц должно быть несколько больше, чем для обычных цементных растворов.

Для устройства покрытий полов применяют полимерцементные растворы на портландцементе. Исследования показали, что добавка полимера значительно повышает сопротивление истиранию. Обычно для этой цели применяют дисперсию ПВА и бутадиенстирольный латекс СКС65. Особенно эффективна добавка латекса, которая при П/Ц=0,20 снижает истираемость в 4,5 раза. Несколько меньше влияние дисперсии ПВА, которая при таком же П/Ц снижает истираемость примерно в 3 раза. Дальнейшее увеличение добавки полимера практически мало меняет истираемость и приводит к удорожанию покрытия. Оба полимера незначительно изменяют цвет раствора, что позволяет применять их не только в цветных песчаноцементных растворах, но и в террацевых, строго соблюдая дозировку всех составляющих. Оптимальный размер добавки находится в пределах П/Ц=0,15...0,20.

Не следует применять эту добавку в растворах для иолов, подвергающихся действию масла, так как оно резко снижает достигаемый эффект, а также при влажных условиях эксплуатации. Бензин и вода не влияют существенно на истираемость покрытий с добавкой обоих полимеров.

Благодаря высоким эксплуатационным качествам полимерцементные растворы применяют и в штукатурных работах. Штукатурки из латексноцементных составов имеют непылящую поверхность покрытия, обладают высокой стойкостью в коррозионных средах.

Для лучшего сцепления поливинилцементных растворов с бетонными поверхностями рекомендуется предварительная огрунтовка последних 10—7%ным раствором дисперсии ПВА.

В последнее время в отделочных работах широко используется гипсополимерцементное вяжущее вещество (ГПЦВ). Оно представляет собой композицию водной дисперсии полимера (стабилизованного бутадиенстирольного латекса СКС65 или дисперсии ПВА) и гипсоцементнопуццоланового вяжущего вещества. Применяют его для наружной и внутренней штукатурки, но наибольший эффект достигается при использовании в декоративных растворах для отделки фасадов; используют также при устройстве выравнивающего слоя под рулонные покрытия и для крепления керамической и стеклянной плитки.

Наибольшая прочность составов на ГПЦВ достигается при соотношении гипса и портландцемента 1,5: 1. Большое значение имеют вид и количество добавляемого полимера. Добавка каждого из указанных полимеров повышает механическую прочность растворов более чем в 2 раза. Наилучшие результаты достигаются при П/Ц = 0,20...0,25 для дисперсии ПВА и П/Ц=0,10...0,15 для латекса СКС65.

Добавка дисперсии ПВА увеличивает морозостойкость растворов в 6—7 раз, а СКС65 — в 8—9 раз. Полимерная добавка увеличивает подвижность растворной смеси и позволяет применять растворы состава от 1 :3 до 1 : 5 без снижения прочности.

Водовяжущее отношение находится в пределах от 0,6 и несколько выше для строительных растворов до 0,9 для составов, наносимых кистью или удочкой.

Для отделки фасадов рекомендован следующий состав раствора на вяжущем веществе ГПЦВ (в частях по массе):

Гипс............................................................................................ 54—57

Портландцемент белый марки 300 и выше......................... 35—38

Высокоактивная минеральная добавка (белая сажа)......... 2—4

Стеарат кальция........................................................................ 0—2

Пигменты................................................................................... 0—5

Наполнитель (кварцевый песок)…………………………….. 0—300

Водная дисперсия полимера

(в пересчете на сухое вещество)..... ………………………… 15

Вода...................................................................................... до требуемой консистенции

Входящая в состав добавка стеарата кальция служит стабилизатором полимера и повышает цветоустойчивость покрытия.

Готовить составы целесообразнее всего в заводских условиях. В этом случае на заводе приготовляют смесь сухих компонентов (составляющих ГПЦВ, пигментов, гидрофобной добавки) и отдельно раствор водного дисперсного полимера с включением необходимых добавок. На объекте составы приготовляют, тщательно перемешивая сухую смесь с водной дисперсией полимера. Для того чтобы задержать начало схватывания смеси, в нее при перемешивании дополнительно вводят 2%ный клеевой замедлитель или фосфат натрия. Такой состав при нормальной температуре годен к употреблению в течение 4—6 ч.