1. Необходимость удержания воды
Все виды оснований, для строительства которых требуется раствор, обладают определенной степенью водопоглощения. После того, как базовый слой впитает воду из раствора, его конструктивные свойства ухудшаются, а в тяжелых случаях цементный материал в растворе не полностью гидратируется, что приводит к снижению прочности, особенно прочности границы раздела между затвердевшим раствором и базовым слоем, вызывая растрескивание и отслаивание раствора. Если штукатурный раствор обладает подходящими водоудерживающими свойствами, это не только эффективно улучшит конструктивные характеристики раствора, но и затруднит впитывание воды базовым слоем, обеспечив достаточное увлажнение цемента.
2. Проблемы, связанные с традиционными методами удержания воды.
Традиционное решение — полив основания, но обеспечить равномерное увлажнение невозможно. Идеальная цель гидратации цементного раствора на основании заключается в том, чтобы продукт гидратации цемента впитывал воду вместе с основанием, проникал в него и образовывал эффективное «ключевое соединение» с основанием, обеспечивая необходимую прочность сцепления. Полив непосредственно на поверхность основания приведет к серьезному рассеиванию водопоглощения из-за различий в температуре, времени полива и равномерности полива. Основание будет иметь меньшее водопоглощение и продолжит впитывать воду из раствора. До начала гидратации цемента вода впитывается, что влияет на гидратацию цемента и проникновение продуктов гидратации в матрицу; основание будет иметь большое водопоглощение, и вода из раствора будет стекать к основанию. Скорость миграции будет низкой, и даже между раствором и матрицей образуется слой, обогащенный водой, что также влияет на прочность сцепления. Таким образом, использование обычного метода полива основания не только не решит эффективно проблему высокого водопоглощения основания стены, но и повлияет на прочность сцепления раствора с основанием, что приведет к образованию пустот и трещин.
3. Требования к различным растворам для удержания влаги.
Ниже предложены целевые показатели влагоудержания для штукатурных растворов, используемых в определенных зонах и в условиях схожей температуры и влажности.
①Штукатурный раствор для основания с высокой водопоглощающей способностью
Основания с высокой водопоглощающей способностью, представленные воздухововлекающим бетоном, включая различные легкие перегородки, блоки и т. д., характеризуются большим водопоглощением и длительным сроком службы. Штукатурный раствор, используемый для такого рода базового слоя, должен иметь коэффициент водоудержания не менее 88%.
② Штукатурный раствор для основания с низким водопоглощением
Основания с низким водопоглощением, представленные монолитным бетоном, включая пенополистирольные плиты для наружной теплоизоляции стен и т. д., обладают относительно небольшим водопоглощением. Штукатурный раствор, используемый для таких оснований, должен иметь коэффициент влагоудержания не менее 88%.
③Тонкий слой штукатурного раствора
Тонкослойная штукатурка подразумевает штукатурные работы с толщиной штукатурного слоя от 3 до 8 мм. Такой вид штукатурных работ характеризуется высокой влагопоглощаемостью из-за тонкого слоя, что влияет на удобоукладываемость и прочность. Для используемого в этом виде штукатурного раствора показатель влагоудержания составляет не менее 99%.
④ Толстый слой штукатурного раствора
Толстослойная штукатурка — это штукатурные работы, при которых толщина одного слоя штукатурки составляет от 8 до 20 мм. Благодаря толстому слою штукатурки, такая конструкция не склонна к протечкам, поэтому влагоудерживающая способность штукатурного раствора не должна быть ниже 88%.
⑤Водостойкая шпатлевка
Водостойкая шпатлевка используется в качестве сверхтонкого штукатурного материала, обычно толщина штукатурки составляет от 1 до 2 мм. Для обеспечения удобоукладываемости и прочности сцепления такие материалы должны обладать чрезвычайно высокими влагоудерживающими свойствами. Для шпатлевок водоудерживающая способность не должна быть менее 99%, а водоудерживающая способность шпатлевки для наружных стен должна быть выше, чем у шпатлевки для внутренних стен.
4. Виды водоудерживающих материалов
целлюлозный эфир
1) Метилцеллюлозный эфир (МС)
2) Гидроксипропилметилцеллюлозный эфир (ГПМЦ)
3) Эфир гидроксиэтилцеллюлозы (ЭЭЦ)
4) Эфир карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ)
5) Гидроксиэтилметилцеллюлозный эфир (ГЭМК)
Крахмальный эфир
1) Модифицированный крахмальный эфир
2) Гуаровый эфир
Модифицированный минеральный водоудерживающий загуститель (монтмориллонит, бентонит и др.)
В пятом разделе основное внимание уделяется характеристикам различных материалов.
1. Эфир целлюлозы
1.1 Обзор целлюлозного эфира
Эфир целлюлозы — это общее название ряда продуктов, образующихся в результате реакции щелочной целлюлозы с этерификационным агентом при определенных условиях. Различные эфиры целлюлозы получаются потому, что щелочное волокно заменяется различными этерификационными агентами. В зависимости от ионизационных свойств его заместителей эфиры целлюлозы можно разделить на две категории: ионные, такие как карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), и неионные, такие как метилцеллюлоза (МЦ).
В зависимости от типа заместителей, эфиры целлюлозы можно разделить на моноэфиры, такие как метилцеллюлозный эфир (МК), и смешанные эфиры, такие как гидроксиэтилкарбоксиметилцеллюлозный эфир (ГЭКМЦ). В зависимости от растворимости в различных растворителях, их можно разделить на два типа: водорастворимые и растворимые в органических растворителях.
1.2 Основные разновидности целлюлозы
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), практическая степень замещения: 0,4-1,4; этерифицирующий агент: монооксиуксусная кислота; растворитель: вода;
Карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза (КГЭЦ), практическая степень замещения: 0,7-1,0; этерифицирующий агент: монооксиуксусная кислота, этиленоксид; растворитель: вода;
Метилцеллюлоза (МЦ), практическая степень замещения: 1,5-2,4; этерифицирующий агент: метилхлорид; растворитель: вода;
Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭК), практическая степень замещения: 1,3-3,0; этерифицирующий агент: этиленоксид; растворитель: вода;
Гидроксиэтилметилцеллюлоза (ГЭМЦ), практическая степень замещения: 1,5-2,0; этерифицирующий агент: этиленоксид, метилхлорид; растворитель: вода;
Гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ), практическая степень замещения: 2,5-3,5; этерифицирующий агент: оксид пропилена; растворитель: вода;
Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ), практическая степень замещения: 1,5-2,0; этерифицирующий агент: оксид пропилена, метилхлорид; растворитель: вода;
Этилцеллюлоза (ЭК), практическая степень замещения: 2,3-2,6; этерифицирующий агент: монохлорэтан; растворитель: органический растворитель;
Этилгидроксиэтилцеллюлоза (ЭГЭЦ), практическая степень замещения: 2,4-2,8; этерифицирующий агент: монохлорэтан, этиленоксид; растворитель: органический растворитель;
1.3 Свойства целлюлозы
1.3.1 Метилцеллюлозный эфир (МС)
①Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, но плохо растворяется в горячей. Ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH от 3 до 12. Она обладает хорошей совместимостью с крахмалом, гуаровой камедью и многими поверхностно-активными веществами. При достижении температуры гелеобразования происходит гелеобразование.
②Водоудержание метилцеллюлозы зависит от количества добавленной целлюлозы, вязкости, тонкости частиц и скорости растворения. Как правило, чем больше количество добавки, тем меньше тонкость частиц и выше вязкость, тем выше водоудержание. При этом количество добавки оказывает наибольшее влияние на водоудержание, а самая низкая вязкость не прямо пропорциональна уровню водоудержания. Скорость растворения в основном зависит от степени модификации поверхности частиц целлюлозы и тонкости частиц. Среди эфиров целлюлозы метилцеллюлоза обладает более высокой водоудерживающей способностью.
③Изменение температуры серьезно повлияет на влагоудерживающую способность метилцеллюлозы. Как правило, чем выше температура, тем хуже влагоудержание. Если температура раствора превышает 40 °C, влагоудерживающая способность метилцеллюлозы значительно снизится, что серьезно повлияет на качество строительного раствора.
④ Метилцеллюлоза оказывает существенное влияние на прочность и адгезию строительного раствора. Под «адгезией» здесь понимается сила сцепления между инструментом, используемым рабочим, и основанием стены, то есть сопротивление раствору сдвигу. Высокая адгезия приводит к большому сопротивлению раствору сдвигу, что требует больших усилий при работе и ухудшает строительные характеристики раствора. В продуктах на основе эфиров целлюлозы адгезия метилцеллюлозы находится на умеренном уровне.
1.3.2 Гидроксипропилметилцеллюлозный эфир (ГПМЦ)
Гидроксипропилметилцеллюлоза — это волокнистый продукт, производство и потребление которого в последние годы быстро растут.
Это неионогенный смешанный эфир целлюлозы, получаемый из очищенного хлопка после щелочной обработки с использованием оксида пропилена и метилхлорида в качестве этерифицирующих агентов и посредством ряда реакций. Степень замещения обычно составляет 1,5-2,0. Его свойства различаются из-за разного соотношения содержания метоксильных и гидроксипропильных групп. При высоком содержании метоксильных групп и низком содержании гидроксипропильных групп характеристики близки к метилцеллюлозе; при низком содержании метоксильных групп и высоком содержании гидроксипропильных групп характеристики близки к гидроксипропилцеллюлозе.
①Гидроксипропилметилцеллюлоза легко растворяется в холодной воде, но плохо растворяется в горячей. Однако температура гелеобразования в горячей воде у нее значительно выше, чем у метилцеллюлозы. Растворимость в холодной воде также значительно улучшена по сравнению с метилцеллюлозой.
② Вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы зависит от ее молекулярной массы, причем чем выше молекулярная масса, тем выше вязкость. Температура также влияет на ее вязкость: с повышением температуры вязкость уменьшается. Однако вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы менее подвержена влиянию температуры, чем вязкость метилцеллюлозы. Ее раствор стабилен при хранении при комнатной температуре.
③ Водоудерживающая способность гидроксипропилметилцеллюлозы зависит от количества добавленного вещества, вязкости и т. д., при этом степень водоудержания при одинаковом количестве добавки выше, чем у метилцеллюлозы.
④Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к кислотам и щелочам, а ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH = 2–12. Каустическая сода и известковая вода мало влияют на ее свойства, но щелочи могут ускорить ее растворение и незначительно увеличить вязкость. Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к обычным солям, но при высокой концентрации солевого раствора вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы имеет тенденцию к увеличению.
⑤Гидроксипропилметилцеллюлоза может быть смешана с водорастворимыми полимерами для образования однородного и прозрачного раствора с более высокой вязкостью. Например, с поливиниловым спиртом, эфиром крахмала, растительной камедью и т. д.
⑥ Гидроксипропилметилцеллюлоза обладает лучшей устойчивостью к ферментам, чем метилцеллюлоза, и ее раствор менее подвержен разложению ферментами, чем метилцеллюлоза.
⑦Адгезия гидроксипропилметилцеллюлозы к строительному раствору выше, чем у метилцеллюлозы.
1.3.3 Эфир гидроксиэтилцеллюлозы (ЭЭЦ)
Он изготавливается из очищенного хлопка, обработанного щелочью и прореагировавшего с этиленоксидом в качестве этерифицирующего агента в присутствии ацетона. Степень замещения обычно составляет 1,5-2,0. Обладает сильной гидрофильностью и легко впитывает влагу.
①Гидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, но плохо растворяется в горячей. Ее раствор стабилен при высоких температурах и не образует геля. Она может длительное время использоваться в строительных растворах при высоких температурах, но ее влагоудержание ниже, чем у метилцеллюлозы.
②Гидроксиэтилцеллюлоза устойчива к общим кислотам и щелочам. Щелочи могут ускорить ее растворение и незначительно увеличить вязкость. Ее диспергируемость в воде несколько хуже, чем у метилцеллюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозы.
③Гидроксиэтилцеллюлоза обладает хорошими противоскользящими свойствами для строительного раствора, но замедляет процесс схватывания цемента в течение более длительного времени.
④Производительность гидроксиэтилцеллюлозы, выпускаемой некоторыми отечественными предприятиями, заметно ниже, чем у метилцеллюлозы, из-за высокого содержания воды и золы.
1.3.4 Карбоксиметилцеллюлозный эфир (КМЦ) получают из натуральных волокон (хлопка, конопли и др.) после обработки щелочью с использованием монохлорацетата натрия в качестве этерифицирующего агента и последующей серии реакционных обработок для получения ионного целлюлозного эфира. Степень замещения обычно составляет 0,4-1,4, и его характеристики в значительной степени зависят от степени замещения.
①Карбоксиметилцеллюлоза обладает высокой гигроскопичностью и при хранении в обычных условиях будет содержать большое количество воды.
②Водный раствор гидроксиметилцеллюлозы не образует геля, и его вязкость уменьшается с повышением температуры. При температуре выше 50 ℃ вязкость становится необратимой.
③ На его стабильность сильно влияет pH. Как правило, его можно использовать в гипсовых растворах, но не в цементных. В сильно щелочной среде он теряет вязкость.
④ Его влагоудерживающая способность значительно ниже, чем у метилцеллюлозы. Он оказывает замедляющее действие на гипсовый раствор и снижает его прочность. Однако цена карбоксиметилцеллюлозы значительно ниже, чем цена метилцеллюлозы.
2. Модифицированный крахмальный эфир
Эфиры крахмала, обычно используемые в строительных растворах, получают путем модификации природных полимеров некоторых полисахаридов. Например, картофель, кукуруза, маниока, гуаровая фасоль и др. модифицируются в различные модифицированные эфиры крахмала. К наиболее распространенным эфирам крахмала, используемым в строительных растворах, относятся гидроксипропилкрахмаловый эфир, гидроксиметилкрахмаловый эфир и др.
Как правило, модифицированные из картофеля, кукурузы и маниоки эфиры крахмала обладают значительно меньшей влагоудерживающей способностью, чем эфиры целлюлозы. Из-за различной степени модификации они проявляют разную устойчивость к кислотам и щелочам. Некоторые продукты подходят для использования в гипсовых растворах, в то время как другие не могут быть использованы в цементных растворах. Применение эфиров крахмала в растворах в основном осуществляется в качестве загустителя для улучшения противоскользящих свойств раствора, снижения адгезии влажного раствора и увеличения времени схватывания.
Эфиры крахмала часто используются вместе с целлюлозой, что приводит к взаимодополняющим свойствам и преимуществам обоих продуктов. Поскольку продукты на основе эфиров крахмала значительно дешевле эфиров целлюлозы, применение эфиров крахмала в строительном растворе приведет к существенному снижению стоимости составов растворов.
3. Эфир гуаровой камеди
Эфир гуаровой камеди — это вид этерифицированного полисахарида со специальными свойствами, полученный путем модификации натуральных бобов гуара. В основном, в результате реакции этерификации между гуаровой камедью и акриловыми функциональными группами образуется структура, содержащая 2-гидроксипропильные функциональные группы, представляющая собой полигалактоманнозную структуру.
①По сравнению с эфиром целлюлозы, эфир гуаровой камеди легче растворяется в воде. Уровень pH практически не влияет на свойства эфира гуаровой камеди.
②В условиях низкой вязкости и низкой дозировки гуаровая камедь может заменить эфир целлюлозы в равном количестве и обладает аналогичными влагоудерживающими свойствами. Однако при этом заметно улучшаются консистенция, устойчивость к стеканию, тиксотропность и другие характеристики.
③В условиях высокой вязкости и больших дозировок гуаровая камедь не может заменить эфир целлюлозы, а комбинированное использование обоих материалов обеспечит лучшие результаты.
④Применение гуаровой камеди в гипсовом растворе может значительно снизить адгезию во время строительства и сделать строительные работы более гладкими. Это не оказывает негативного влияния на время схватывания и прочность гипсового раствора.
⑤ При добавлении гуаровой камеди в цементный раствор для кладки и штукатурки она может заменить эфир целлюлозы в равном количестве, обеспечивая раствору лучшую устойчивость к провисанию, тиксотропию и гладкость поверхности.
⑥В растворе с высокой вязкостью и высоким содержанием водоудерживающего агента гуаровая камедь и эфир целлюлозы будут работать вместе, обеспечивая превосходные результаты.
⑦ Гуаровая камедь также может использоваться в таких продуктах, как плиточные клеи, самовыравнивающиеся составы для грунта, водостойкая шпаклевка и полимерный раствор для теплоизоляции стен.
4. Модифицированный минеральный водоудерживающий загуститель.
В Китае применяется водоудерживающий загуститель, изготовленный из природных минералов путем модификации и компаундирования. Основные минералы, используемые для приготовления водоудерживающих загустителей, включают: сепиолит, бентонит, монтмориллонит, каолин и др. Эти минералы приобретают определенные водоудерживающие и загущающие свойства благодаря модификации, например, с помощью связующих агентов. Такой водоудерживающий загуститель, применяемый в строительном растворе, обладает следующими характеристиками.
① Это позволяет значительно улучшить характеристики обычного строительного раствора и решить проблемы плохой удобоукладываемости цементного раствора, низкой прочности смешанного раствора и плохой водостойкости.
② Для общего промышленного и гражданского строительства могут быть разработаны растворные материалы с различным уровнем прочности.
③Стоимость материалов низкая.
④ Водоудерживающая способность ниже, чем у органических водоудерживающих добавок, а значение усадки при высыхании приготовленного раствора относительно велико, и его когезивность снижена.
Дата публикации: 03.03.2023