Сухие строительные смеси

Введение

Сухие строительные смеси (иногда их называют просто - сухие  смеси, или строительные смеси) появились  на строительном рынке довольно давно  – еще с 60-х годов прошлого века и сегодня становятся отдельным  направлением в строительной индустрии. Современное строительство и ремонт трудно представить себе без использования сухих строительных смесей  – это прогрессивно и экологично.

Сухая смесь  отлично зарекомендовала себя на всех этапах строительных работ как  высококачественный отделочный и связующий  материал. Она упаковывается в трехслойные бумажные мешки, что надежно предотвращает ее контакт с влагой. Сухая строительная смесь после применения для монтажных или отделочных работ становится невосприимчива к воде и низким температурам, отлично переносит влияние других неблагоприятных факторов.    

Нынешние сухие  строительные смеси представляют собой  сложные комбинации различных материалов с обязательным связующим элементом. Кроме того, в состав смесей вводят наполнители и различные добавки. Основой для сухих строительных смесей часто становятся песок или пылевидный кварц, а также известняковая мука и порошкообразный мел. В качестве связующего элемента применяют гипс, известь и цементы, из органических материалов - клеи и водорастворимые полимеры. Компоненты, применяемые в производстве сухих строительных смесей, повышают устойчивость сухих строительных материалов к высоким и низким температурам и другим факторам природы.[1]

1. Общие сведения и классификация сухих строительных смесей

Сухие строительные смеси (ССС) – это мелкозернистые тщательно перемешанные композиции сухих компонентов рационального состава, в которые входят минеральные вяжущие, фракционнированые заполнители строго определенного качества, тонкоизмельченные минеральные наполнители, химические и полимерные добавки.

Перед использованием смеси, как правило, растворяются водой, реже - другими жидкими веществами. Рабочий раствор готовится исключительно  просто - нужно сухую строительную смесь развести водой, выдержать  примерно 10 - 20 минут, а потом энергично перемешать. Тщательно перемешивать просто обязательно - от качества перемешивания напрямую зависит качество готового продукта.

  Также важно  помнить о внешних факторах воздействия – в частности, о температуре воздуха в помещении. Температурные пределы применения сухих смесей составляют 15-20 градусов. Понижение же температуры воздуха в помещении может повлечь за собой увеличение сроков схватывания материалов. А высокая температура, наоборот, резко уменьшает этот срок и может привести к усадочным трещинам.

  Не следует  забывать и о влажности. В  очень влажных помещениях высыхание  сухих строительных смесей значительно  замедляется. А в слишком сухом  воздухе, соответственно, из-за большой  скорости высыхания могут возникнуть  микротрещины.

Следует отметить, что использование строительных сухих смесей не загрязняет воду и воздух, т.е. они не выделяют во внешнюю среду вредные химические вещества. В нынешние экологически неблагополучные времена этот фактор очень важен.

  У любой  сухой строительной смеси есть рекомендуемый срок хранения и использования, в течение которого полезные свойства смеси постепенно утрачиваются.  [1,2]

1. Состав и материалы для приготовления сухих строительных смесей

Практически любые смеси включают в себя связующие вещества, наполнители и особые функциональные вещества. Современные сухие строительные смеси состоят из целой серии различных компонентов, среди которых присутствуют как инертные наполнители и специальные минеральные добавки, так и группа различных полимеров. Все это позволило сделать сухие строительные смеси универсальным материалом, широко используемым для отделки. Основные материалы, используемые для их производства, представлены в табл. 1. Прил. А.[1]

1. Минеральные вяжущие вещества

Связующие, иногда их называют «минеральные вяжущие» - компоненты, которые обеспечивают основные молекулярные связи между частицами, отвечают за сцепление частиц между собой, с поверхностью основания и (в случае плиточных или монтажных клеев) - с поверхностью приклеиваемого отделочного материала. В качестве наиболее известных связующих в рецептурах сухих строительных смесей чаще всего используются всем известные гипс и цемент. Именно эти минеральные строительные материалы начинают работать только при взаимодействии с водой. Их пропорции в составе смеси, свойства и качественные характеристики являются основой для наливного пола, штукатурки или плиточного клея. От марочной прочности, типа, цвета и качества связующих компонентов зависят основные свойства материала, но далеко не все. Остальные компоненты помогают связующим обеспечивать необходимый набор качественных характеристик материала для использования его по непосредственному назначению. [3]

1.1.2 Наполнители

В качестве наполнителей чаще всего выступают такие материалы  как кварцевый песок разной фракции для разных материалов, известняковая мука, специальные волокна, укрепляющие связи в составе смеси, мрамор и его производные: мраморная мука и мраморная крошка. Теплоизоляционные свойства, легкость придают такие наполнители как перлит, вермикулит и пеностекло. В редких случаях используются доломит и гранулированный пенополистирол. Чаще всего для сухих строительных смесей используются целые комбинации, набор из нескольких наполнителей, которые дополняют и улучшают характеристики друг друга.

  Качество сухой смеси зависит не только от гранулометрического состава наполнителя, но и от содержания посторонних добавок, наличие которых существенно влияет на конечный результат. В частности, даже небольшое содержание примесей глины способно значительно уменьшить адгезию раствора, а присутствие некоторых растворимых соединений инициирует разрушение дорогостоящих органических добавок.

  Кроме того, в составе минерального наполнителя  могут содержаться химические  соединения (например, активный оксид  алюминия), способные влиять на процесс гидратации цемента. Чтобы избежать подобных неприятностей производители стремятся использовать наполнитель из одного месторождения, что позволяет обеспечить стабильное качество конечного продукта.[3]

1.1.3 Модифицирующие добавки

Самая сложная  и дорогостоящая группа компонентов.  Регуляция физических свойств смесей производится при помощи ввода особых добавок. Например, для предотвращения расслаивания конечного состава в смесь добавляют загустители, в роли которых чаще всего выступают целлюлозные эфиры. В составе смесей, которые эксплуатируются при низких температурах, используются антифризные добавки. Чаще всего это добавки комплексных солей, например нитрит-нитрата хлорида кальция. 

Однако, на самом же деле спектр модификационных добавок весьма широк, причем в составе одной смеси количество добавок может доходить до пятнадцати. При помощи этих добавок ускоряется либо замедляется процесс затвердевания состава, уменьшается гигроскопичность [в табл. 2 Прил. А представлены данные по сорбционному увлажнению (гигроскопичности)], вырастают антифризные характеристики. Модифицирующие добавки отвечают за удержание воды на нужное количество времени, за равномерность высыхания готового раствора, за отсутствие трещин в составе, за укрепление или наоборот, ослабление определенных связей раствора, за регулирование усадки материала, за температурный режим использования состава, за толщину нанесения, за многие субъективные характеристики: пластичность, легкость и удобство в работе и другое.

В состав любых строительных смесей неизменно входит весьма важный компонент – добавки различных полимеров. Введение таких добавок в смесь позволяет увеличить прочность конечного состава, позволяет обеспечить более качественное цементирование, снизить гигроскопичность и подверженность механическим воздействиям. Тем не менее, главной задачей введения полимеров в строительные смеси была и остается необходимость придания смесям достаточно высокой клеящей способности, или иначе – повышение адгезионных свойств смеси. В табл. 3 Прил. А приведены виды противоморозных добавок выпускаемых в России.

В табл. 4 Прил. А приведены нормативные документы на основные виды материалов для приготовления ССС.[1,4]

2. Виды сухих строительных смесей

Сухие смеси по составу делятся на гипсовые, известковые, цементно-известковые и цементные. 

Как наполнитель в них могут добавляться песок, известняк, мраморная крошка, фибра из металлического волокна. 

Сухие строительные смеси в зависимости от назначения делятся на смеси для монтажных, штукатурных, облицовочных работ, для отделки фасадов и интерьеров, сухие смеси для заливки полов, шпаклевочные смеси, сухие строительные смеси специального назначения и гидроизоляционные строительные смеси.

Монтажно-кладочные  сухие строительные смеси применяются в качестве связывающего вещества при кирпичной или блочной кладке. [2]

Штукатурные смеси (декоративные и фасадные) применяются  при проведении штукатурных работ. Фасадные смеси применяются для  внешней штукатурки и разработаны  с учетом негативного влияния окружающей среды, перепадов температур.

Сухие смеси  для заливных полов используются для выравнивания пола, перед укладкой напольного покрытия (ламината, плитки и т.д.). Разведенная смесь равномерно разливается по всей поверхности  пола, при необходимости армируется металлическими прутьями. Такой способ позволяет выровнять пол в максимально короткие сроки.

Сухие смеси  для шпатлевания используют для  выравнивания поверхности перед  окраской, ими затирают мелкие трещины, появившиеся на окрашиваемой поверхности.

Гидроизоляционные строительные смеси используются там, где необходима водонепроницаемость  покрытия. Такие смеси используются при отделке ванных комнат, туалетов, душевых. Широко применяются гидроизоляционные  смеси и во внешних покрытиях - они позволят уберечь здание от негативного внешнего воздействия.

Существуют и особые виды сухих строительных смесей. К ним относят смеси для заполнения и заделки стыков, смеси для нанесения на влажные либо покрытые солью стены, для укрепления фундаментов, смеси для гидроизоляции, декоративные смеси, пескобетонные смеси. Ну, и само собой, в зависимости от работ, для которых они предназначены смеси отличаются по техническим и технологическим свойствам.[2]

1.3 Классификация сухих строительных смесей

В настоящее  время в мире выпускается широкая номенклатура сухих смесей для различных видов строительных работ. Классификация наиболее распространенных смесей представлена на схеме 1. Прил А.[1]

1.4 Преимущества и эффективность сухих строительных смесей

Мировой и отечественный опыт использования сухих смесей показал их высокую эффективность и преимущества по сравнению с традиционными методами проведения работ:

• повышение  производительности труда в 1,5~5 раз  в зависимости от вида работ, механизации, улучшение транспортировки;

• снижение материалоемкости по сравнению с традиционными технологиями в 3~10 раз в зависимости от видов работ (плиточные работы — в 7 раз, выравнивание стен и по лов — в 10 раз);
• стабильность составов и, как следствие, повышение качества строительных работ;
• длительность срока хранения без изменения свойств и расходование по мере необходимости;
• возможность транспортирования и хранения при отрицательной температуре.

Так, например, сухие строительные смеси обладают неизменяемыми свойствами, поскольку находятся в сухом состоянии. Это качество особенно важно при транспортировке и хранении: сухие строительные смеси сохраняют все свои свойства в течение 6 месяцев с даты изготовления. Кроме того, сухие строительные смеси, в отличие от растворных, готовятся к применению на месте проведения работ (перемешиваются с водой для получения раствора), поэтому всегда можно точно рассчитать необходимое количество.

Превосходные  эксплуатационные характеристики позволяют  использовать сухие смеси для  проведения не только внутренних, но и внешних ремонтно-строительных работ. Сухие смеси не боятся перепадов температур, влагоустойчивы, а входящие в их состав специальные добавки делают данный материал весьма пластичным и удобным в применении.[1,6]

Кроме того, использование  сухих строительных смесей поможет существенно сэкономить при строительстве или ремонте, ведь для их доставки на строительный объект вам не потребуется арендовать спецтехнику: доставка материалов осуществляется обычным грузовым автомобилем. Особо следует отметить, что транспортировать сухие смеси можно как при положительных, так и при отрицательных температурах. Причем у сухих смесей отсутствуют технологические ограничения по дальности транспортирования.

  Трудоёмкость  отделочных работ составляет 35 –  40 % трудовых затрат, используемых для возведения зданий и сооружений. Поэтому совершенствованию этого вида строительных работ, освоению новых отделочных материалов должно уделяться пристальное внимание.

Преимущества сухих строительных смесей перед традиционными растворами неоспоримы. Традиционные растворные смеси изготавливают путем перемешивания минеральных вяжущих (цемент, известь, строительный песок) и воды в заводских условиях или непосредственно на строительных объектах.

  В процессе транспортировки  под воздействием различных факторов может произойти снижение подвижности товарных смесей, а также их расслаивание. На строительных объектах в растворные смеси с целью повышения их подвижности, а значит и удобоукладываемости, вводят дополнительное количество воды. Необоснованное повышение водоцементного отношения приводит к резкому снижению прочностных характеристик раствора, увеличивается его усадка, снижается трещиностойкость, повышается пористость и, следовательно, снижается морозостойкость и, как следствие, долговечность конечного продукта.

  Кроме того, для транспортирования  товарных смесей заводского изготовления  при отрицательных температурах  необходим специальный автотранспорт  или в смеси надо вводить  противоморозные добавки, вследствие  чего ухудшается внешний вид отделочного покрытия и его эксплуатационная надежность.

  Приготовление растворных  смесей непосредственно на строительном  объекте не обеспечивает точность  дозировки, что приводит к нестабильности  составов. Как правило, такой способ  приготовления растворных смесей не предусматривает введение различных химических добавок и не позволяет изготовлять высококачественные смеси широкой номенклатуры. В результате наблюдаются случаи несоблюдения проектных решений и серьёзных нарушений технологии производства работ на строительных объектах.

  Недостатков традиционных  растворных смесей можно избежать, заменив их на сухие модифицированные  смеси заводского изготовления. Модифицированные сухие смеси  представляют собой смесь минеральных  вяжущих, минеральных наполнителей строго фиксированной дисперсности, полимерных связующих и модифицирующих химических добавок.

  В отличие  от технологий изготовления традиционных  растворных смесей, технологии изготовления  сухих смесей позволяют получать  смеси со строго оптимизированным фракционным составом наполнителей и точным дозирование исходных компонентов. Именно четкое соблюдение требований по подготовке исходного сырья, его дозированию и перемешиванию обеспечивают получение сухих смесей и конечной продукции на их основе (растворы и бетоны) стабильно высокого качества. [1,6]

2. Технология производства сухих строительных смесей

Технология  производства сухих смесей складывается из следующих операций:

• тепловая обработка (сушка) в сушильных агрегатах заполнителя, песка в частности, до влажности, равной 0,5 %;
• рассев заполнителя на ситах на требуемое количество фракций;
• просеянный песок после дозирования загружается в смеситель принудительного действия;
• в тот же смеситель загружают предварительно отдозированные на весовых дозаторах другие компоненты ССС;
• отдозированные материалы перемешивают до требуемой степени однородности;
• полученную смесь затаривают в емкости, необходимые для реализации и подают в склад готовой продукции.

Смеси хранят в  сухом месте, а  с полимерными добавками при температуре не выше 40°С.

Схема технологии производства приведена на рис.1.

1 – силос цемента; 2,4,6 – шнековые питатели; 3 – элеватор; 5 – расходный бункер; 7,20,23 – дозатор; 8 – смеситель непрерывного действия; 9 – склад песка; 10 – ленточный конвейер; 11 – сушильный барабан; 12 – бункер накопитель; 13 – грохот; 14 – емкость с отходами песка; 15 – элеватор; 16 – сито-бурат для песка разных фракций; 19 – ленточный питатель; 21 – дополнительный питатель; 22 – емкость добавок.

Рис. 1 – Схема  приготовления сухой смеси

Основными процессами технологической цепочки производства сухих строительных смесей, оказывающих существенное влияние на их эксплуатационные характеристики, является: подготовка сырьевых компонентов, их дозирование и смешивание, распределение малых химических добавок и премиксов в основной массе продукта.

  Однородность материала, является основой требуемого качества современных строительных смесей. От того, насколько равномерно отдельные компоненты будут распределены в основном объеме смеси, напрямую зависят эксплуатационные характеристики получаемого продукта. Даже небольшое отклонение содержания малых добавок, вызванное плохим их распределением, может негативно сказаться как на физико-механических, так и на технико-эксплуатационных свойствах смеси. Соответственно, выбор оборудования, является важнейшим шагом на пути получения высококачественного продукта. [1]

2.1.Технологическое  оборудование 

Участок подготовки исходных материалов обеспечивает заполнение и поддержание в необходимых  объемах сырья в бункерах. Бункеры  вяжущих в основном заполняются  с помощью пневмотранспорта. Материал подается из автомобильных, железнодорожных емкостей или с дополнительных складов. Заполнение бункеров добавок, поступающих в мешках, ведрах или бочках, осуществляется вручную с помощью подъемных устройств. В качестве сушильных агрегатов могут быть использованы электрически е сушилки типа СВТ - 0,5 или ПЭВ – 270. Для подачи материала на участке используются винтовые питатели. Для подъема сухого песка используется элеватор. Для рассева сухого песка используется вибрационные сита типа СВ. Загрузка материала производится через центральный патрубок в крышке сита.[1]

На рис. 2 приведена общая структурная схема минизавода для производства ССС.

1 – склад  песка; 2 – грохот для первичной  просевки песка; 3 – электрическая  сушилка непрерывного действия; 4 – вибросито с очистителем сеток; 5 – склад добавок; 6 – пост фасовки добавок; 7 – бункера фракционированного песка: 8 –дозаторы для песка; 9 – силосы для вяжущих; 12 – смеситель; 13 – фасовочная установка; 14 – склад готовой продукции.

Рис. 2 – Структурная  схема мини – завода для производства сухих смесей[1]

2.2. Смесительное оборудование и режимы смешивания

  В производстве  сухих строительных смесей в  настоящее время применяется  разнообразное смесительное оборудование, в частности, принудительные смесители  циклического действия и принудительные  смесители непрерывного действия.

  Процесс  цикличного смешивания состоит  из следующих фаз: загрузка  материалов в емкость смесителя,  непосредственно смешивания компонентов  для достижения заданного уровня  однородности получаемого продукта  и, наконец, разгрузка смесителя. После разгрузки материала цикл повторяется.

  Метод непрерывного  смешивания компонентов сухих  смесей основан на получении  готового продукта в постоянном  режиме, когда загрузка смесителя,  смешивание компонентов и разгрузка  получаемого продукта происходят в непрерывном режиме.

  Сегодня,  в производстве сухих строительных  смесей наиболее широкое распространение  получили циклические смесители  с горизонтальным валом. Именно  этот тип смесительного оборудования  наиболее часто используется  на отечественных предприятиях.

  Для смесителей  циклического действия с горизонтальным  валом, характерна большая гибкость  при работе с часто меняющимися  составами смеси. Цикличность  процесса смешивания компонентов  позволяет приготавливать сложные  составы в объеме, равному одному замесу.

  Смесители  циклического действия с горизонтальным  валом, в зависимости от диаметра  активатора (вылета стоек с лопастями)  и угловой скорости вращения  смешивающего органа, осуществляют  перемешивание компонентов сухих  смесей в четырех основных  режимах. Условно их можно обозначить как: «тихоходный», «среднескоростной», «скоростной» и «высокоскоростной» режимы смешивания.

  Для классификации  смесителей по реализуемому ими  режиму смешивания обычно используется  безразмерный критерий Фруда: 

Fr = R ω²/g                                                                                                                (1)   

где R - максимальный радиус рабочего органа;

ω - угловая скорость вращения;

g - ускорение свободного падения. [3,5]

3. Технические требования, предъявляемые к сухим строительным смесям

Ввиду многообразия ССС технические требования к  мим зависят от их назначения (кладочные  и штукатурные растворы, плиточные  клеи, шпатлевки и т.д.) и формулируются в соответствующих нормативных документах. 
На строительные растворы распространяется ГОСТ 28013-89. 
Основными показателями качества растворной смеси являются: подвижность, водоудерживающая способность, расслаиваемость, средняя плотность. 
В зависимости от подвижности растворные смеси подразделяют на марки: Пк4, ПК8, Пк12, и ПК14.

Водоудерживающая  способность свежеприготовленной  растворной смеси, определяемая в лабораторных условиях, должна быть не менее: 
90% - для растворных смесей, приготовляемых в зимних условиях; 
95% - для растворных смесей, приготовляемых в летних 
условиях.

Водоудерживающая  способность растворной смеси, определяемая на месте производства работ, должна быть не менее 75% водоудерживающей способности, установленной в лабораторных условиях.

Расслаиваемость свежеприготовленной растворной смеси должна быть не более 10 %.

Отклонение  средней плотности растворной смеси  в сторону увеличения допускается  не более 10% от установленной проектом. При применении воздухововлекающих добавок снижение плотности не должно превышать 6%. 
Составы растворных смесей должны подбираться таким образом, чтобы обеспечить получение растворных смесей с заданными свойствами при наименьшем расходе вяжущего.

Сухие растворные смеси, изготовленные в заводских  условиях, должны иметь влажность, не более 0,1% по массе При приготовлении растворных смесей дозирование вяжущих и заполнителей должно производиться по массе, а воды и добавок в жидком виде - по массе или по объему и корректироваться при изменении свойств, входящих в состав растворной смеси материалов. Погрешность дозирования не должна превышать:

±2% - для вяжущих, воды, сухих добавок, рабочего раствора жидких добавок;

±2,5% - для заполнителей.

Дозирующие  устройства должны отвечать требованиям  ГОСТ 10223. Температура растворов, применяемых в зимний период, должна быть не менее 9°С. Вода для затворения растворов должна иметь температуру не более 80°С, а с добавками полимеров и метилцеллюлозы - не более 70°С.

Растворные  смеси должны приготовляться в смесителях цикличного или непрерывного типа, гравитационного или принудительного действия.

Основными показателями качества раствора являются: прочность  при сжатии, морозостойкость, средняя плотность.

Прочность раствора характеризуют марками по прочности  на осевое сжатие в возрасте 28 суток. Марку прочности раствора на осевое сжатие назначают и контролируют во всех случаях. Для раствора установлены следующие марки по прочности при сжатии: М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200.

Для растворов, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, в увлажненном состоянии в конструкциях зданий и сооружений назначают и контролируют марки по морозостойкости: F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100. Растворы должны удовлетворять требованиям по морозостойкости, установленным проектом.

По средней  плотности растворы подразделяют, на: тяжелые (со средней плотностью менее 1500 кг/м3 и более), легкие (со средней  плотностью менее 1500 кг/м3). Отклонение средней плотности раствора допускается не более 10 % от проектного.

Основные технические требования к плиточным клеям и достаточной степени сформулированы в стандарте ДИН 18-156 (ФРГ). К ним относится:

наибольшее  зерно (остаток на сите по ДИН 4188-2 не должен превышать 0,5%);

прочность на отрыв  склееной системе (не менее 5 МПа);

образование засыхающей пленки (не ранее 10 мин);

налипание клея (не менее 65%);

сползание плитки (не более 0,5 мм);

время для корректировки - открытое время (не менее 10 мин).

Особое место  в номенклатуре ССС занимают шпатлевки. Это вязкие массы, предназначенные  для заполнения неровностей и исправления дефектов отделываемых поверхностей, эксплуатируемых в атмосферных условиях и внутри помещений.