Пути повышения долговечности системы скрепленной теплоизоляции

Увеличение требований к сопротивлению теплопередаче наружных ограждающих конструкций значительно повышают спрос на энергосберегающие технологии и материалы для отделки фасадов. Наиболее популярной конструкцией для утепления и отделки наружных стен является система скрепленной теплоизоляции, которая представляет собой многослойную систему. Каждый из таких слоев выполняет свою функцию. Эта система включает в себя: грунтовку поверхности основания, клеевой, теплоизоляционный, защитный и декоративный слои.
Основной декоративно-защитный слой принимает и перераспределяет все внутренние и внешние нагрузки и воздействия. Он также должен обеспечивать достаточную адгезию к утеплителю, высокую эластичность и ударную прочность, низкую усадку, высокую паропроницаемость и низкое водопоглощение. В случае использования для устройства базового штукатурного слоя материалов обладающих свойствами, которые не отвечают требованиям, а также в случае нарушения технологии нанесения составов вероятность повреждения системы уже в начальные периоды эксплуатации резко возрастает.

Изучения влияния двух видов добавок

Исследуемый материал с момента нанесения на основу находится в особых условиях. Растворная смесь имеет большую открытую поверхность и границы контакта с основанием. Эти условия влияют на водосодержание незатвердевшего раствора. Содержание необходимого объема воды в составе твердеющего раствора напрямую влияет на физико-механические свойства затвердевшего материала (прочность на сжатие, изгиб, прочность сцепления с основанием, усадку, трещиностойкость).
В данной работе представлены результаты изучения влияния двух видов добавок: полимерной – метилцеллюлозы, которая выполняет водоудерживающую функцию и эффективно действует на начальных этапах схватывания влияя на подвижность и удобоукладываемость раствора и пуццолановой активной добавки (перлит, цеолит), выполняющих водоудерживающую функцию (за счет развитой внутренней пористости), но ее действие наиболее заметно на этапе твердения и набора прочности (улучшение условий гидратации зерен цемента на более поздних этапах).
Сравнительный анализ результатов исследований влияния перлита и цеолита показал, что введение цеолитовой добавки имеет значительное преимущество, так как значительно улучшаются прочностные свойства полимерцементной композиции.

При разработке модифицированного состава сухой смеси часть песка была заменена цеолитовой добавкой.

При этом в контрольном составе фракционный состав песка представлен частицами размером: 0,5-1,2 мм – 30%, 0,25-0,5 мм – 45%, 0,125-0,25 мм – 20%, 0,05-0,125 мм – 5%.
Для получения репрезентативных результатов исследований влияния дисперсности цеолита на прочностные свойства проводили при 20 % добавки помолотой во фракции, которые имели больше всего процентное отношение. Было обнаружено, что дисперсность существенно не влияет на прочностные показатели, так как наблюдается тенденция незначительного увеличения показателей прочности при использовании более тонких фракций. Но тонкий помол цеолита значительно увеличивает энергозатраты, что приводит к увеличению стоимости добавки, было принято решение об использовании в исследованиях добавки с размерами частиц 0,25-0,5 мм.
Установлено рост прочностных свойств цементного раствора при введении цеолита в объеме от 5 до 20%, но дальнейшее увеличение количества цеолита более 25% приводит к снижению прочности затвердевшего раствора. Это можно объяснить увеличением пористости композиции, которая образуется при переходе нестабильных соединений с высоким молярным объемом в стабильные с меньшим молярным объемом. Преобразование гидратов связано с уменьшением молекулярного объема и приводит к изменению открытой пористости.

Анализ

Анализ полученных результатов показывает интенсивное увеличение прочности на изгиб исследуемых составов по сравнению с контрольным, что происходит в первые семь суток твердения. Это можно объяснить тем, что мелкозернистый минеральный компонент выступает в роли микронаполнителя в цементном вяжущем растворе, образуя микрокаркас и создавая микробетонную структуру материала.

В цементных композициях тонкомолотые минеральные компоненты могут являться центрами кристаллизации, создавая условия для зонирования новообразований при их кристаллизации. В результате достигается соответствующая модификация структуры, становится более плотной. В процессе эксплуатации кроме прочностных характеристик достаточно важным показателем является паропроницаемость.
В композиции без добавки цеолита паропроницаемость материала (μ) составляет 0,0591 мг / м2 ч Па, а с 15% цеолита составляет 0,0410 мг / м2 ч Па. По данным исследованиям можно сделать вывод, что паропроницаемость штукатурного состава с добавкой цеолита несколько меньше, чем у контрольного образца.

Декоративно-защитные покрытия должны быть атмосфероустойчивыми, чтобы противостоять воздействию комплекса таких факторов, как солнечная радиация, температура, влажность и т.д. Оценка атмосферостойкости выполняется, как правило, в комплексе с оценкой функциональных свойств покрытий в целом. Атмосферостойкость штукатурных отделочных слоев оценивались по таким показателям, как адгезия штукатурного слоя к основанию, стойкость к удару, водопоглощение.

Атмосферостойкость определяли в лабораторных условиях методом ускоренных циклических исследований, моделирующих климатические условия эксплуатации покрытия. При исследованиях контролировали следующие эксплуатационные характеристики: прочность сцепления, ударную прочность, водопоглощение покрытия.
Образцы покрытия готовили в соответствии с требованиями нормативной технической документации. В качестве основы были выбраны следующие материалы: тяжелый бетон, газобетон D 300, силикатный и керамический кирпич. Размер образцов составлял 70х160х30мм, толщина нанесения штукатурной смеси составляла 2-5 мм. Выдержка покрытия происходила в помещении при средней температуре воздуха (20 ± 2) °С и относительной влажности воздуха 60-70%.
На рисунках 2, 3 представлены результаты испытаний на адгезионную прочность полимерцементной штукатурки без добавки цеолита и с 15% цеолита к различным основам. Адгезионное сцепление с поверхностью керамического кирпича выше и ниже с поверхностью газобетона D 300. Материал, который имеет невысокую пористость дает возможность свободной воде с гидратами минералов клинкера входить в поры материала основы, в результате раствор имеет низкую пористость и становится более плотным и прочным. Но в случае с газобетоном ситуация обратная и большая пористость материала основы обусловливает большой водоотбор, что приводит к уменьшению содержания воды необходимой для гидратации цемента.

Следует отметить, что при 10 циклах происходит незначительное увеличение прочностных характеристик. Это касается образцов композиции, нанесенной на поверхность бетона, керамического и силикатного кирпича. В образце штукатурной смеси нанесенной на газобетон D 300 наблюдается постоянная динамика уменьшения адгезионной прочности.

Образцы нанесенные на керамическую, бетонную и силикатный поверхность уменьшают прочность с одинаковой скоростью и после 120 циклов, что соответствует 12 годам показатель адгезионной прочности уменьшился для образца на основе из керамического кирпича на 76,53%, из бетона на 76,32%, с силикатного кирпича на 82,54%, из газобетона D 300 в 84,21% (рис 2). Учитывая, что для полимерцементной штукатурки прочность сцепления с основанием (бетон) должна быть не менее 0,5 МПа, данное требование удовлетворяется полимерцементной цеолитсодержащей штукатуркой при испытании в течение 50 циклов (5 лет), а в образце без добавки цеолита этот срок составляет только 40 циклов.

Итак, добавка цеолитсодержащей породы позволяет увеличить долговечность композиции как минимум на один год.
Увеличение долговечности зданий, сохранение эксплуатационных свойств и снижения затрат на их ремонт являются важными и актуальными задачами. Вода, проникает в строительные материалы при замерзании является причиной разрушения. Следовательно, целесообразно в качестве показателя для определения атмосферостойкости выбрать водопоглощеные покрытия. Водопоглощение для декоративно-защитного покрытия определяется по методу Карстена. Был проведен ряд экспериментов целью которых было определение водопоглощения полимерцементной композиции контрольного состава и с добавлением 15% цеолита на различных основах до и после испытания в аппарате искусственной погоды после 50 циклов (5 лет). В результате эксперимента было выявлено, что к испытаниям полимерцемента композиция без добавки цеолита мала меньшее водопоглощение чем с добавкой, а после испытаний отмечено, что в контрольных образцах водопоглощение увеличивается, а в образцах с цеолитом существенно уменьшается.

Исследование ударной прочности

После испытания в аппарате искусственной погоды показали положительные результаты во всех композициях.
Следовательно, увеличение срока эксплуатации рассматривается как одно из перспективных направлений в энерго- и ресурсосбережение в строительстве, так как позволяет снизить затраты на ремонтные работы в процессе эксплуатации, поэтому введение в состав полимерцементной смеси добавки цеолита является перспективным и актуальным. Определено оптимальное содержание добавки цеолита 15%, что подтверждено полученными данными, а именно увеличена адгезионная прочность, обеспечено соответствие предельному показателю коэффициента паропроницаемости 0,04 мг / м2 ч Па, и значительно повышена долговечность покрытия.

Рис. 1. Влияние дисперсности цеолита на мощностные свойства полимерцементной композиции

Рис. 2. Изменение адгезионной прочности декоративной полимерцементной штукатурки контрольного состава к различным основам в процессе испытаний в приборе искусственной погоды

Рис. 3. Изменение адгезионной прочности декоративной полимерцементной цеолитсодержащей штукатурки к различным основам в процессе испытаний в приборе искусственной погоды