В настоящее время в строительстве используются штукатурные растворы, обладающие значительно более высокой средней плотностью, чем материал стены, большими теплопроводностью и паропроницаемостью, существенной водопотребностью, что нарушает теплотехническую однородность ограждающей конструкции и приводит к утолщению наружных стен. Одним из решений проблемы является использование в цементных штукатурных растворах полых стеклянных микросфер (ПСМС). О возможностях, открывающихся при использовании растворов с ПСМС, экспериментах с ними, проведенных в МГСУ, и результатах внедрения рассказывает специалист ГОУ ВПО МГСУ АНАСТАСИЯ ПАШКЕВИЧ.

Обобщение современных достижений в области создания штукатурных растворов и нормативных требований к ним позволяет высказать мнение, что сегодня на строительном рынке нет цементных растворов, имеющих среднюю плотность меньше 800 кг/м³. Известно, что использование традиционных облегчающих заполнителей (вспученного перлитового песка и вспученного вермикулитового песка) для кладочных растворов не позволяет уменьшить их среднюю плотность ниже значения 1000 кг/м³. Учитывая то, что штукатурные растворы могут иметь более высокую подвижность, получение таких материалов затруднительно.

Сегодня известны сверхлегкие высококачественные кладочные и тампонажные растворы с полыми стеклянными микросферами (ПСМС). Применение ПСМС в качестве облегчающего компонента штукатурных растворов позволяет обеспечить теплотехническую однородность однослойных ограждающих стен из мелкоштучных изделий. Оштукатуривание стены из мелкоштучных блоков со средней плотностью 500–600 кг/м³ обычными растворами приводит к неоднородности по плотности и коэффициенту линейного расширения, существенно снижает теплозащиту стены и трещиностойкость.

Традиционные облегченные цементные штукатурные растворы на вспученном вермикулитовом и вспученном перлитовом песках имеют большую водопотребность и паропроницаемость, расслаиваются, обладают низкой проч- ностью и трещиностойкостью. Установлено, что использование сверхлегкого цементного штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами позволяет повысить теплотехническую однородность стены, значительно увеличить прочность, термическое сопротивление, снижает теплопроводность и паропроницаемость. Такое возможно за счет использования суперпластификатора, а также благодаря большой удельной поверхности, шаровидной форме и низкой средней плотности полых стеклянных микросфер. Это дает возможность уменьшить трудовые и энергетические затраты, повысить качество и эксплуатационную надежность ограждающих конструкций стен. Кроме того, низкая паропроницаемость позволяет равномерно снижать влажность штукатурки, что приводит к снижению влажностных и усадочных деформаций при сохранении достаточной морозостойкости для нашего климата.

Цементные штукатурные растворы с ПСМС были разработаны в соответствии с проектом «Разработка и оптимизация энерго-, ресурсосберегающих технологий производства и применения эффективных строительных материалов, изделий и конструкций» Министерства образования и науки РФ, НИР МГСУ.

В процессе работы над проектом, при определении свойств строительных растворов испытывались образцы-призмы с размерами 4 × 4 × 16 см, для создания которых были использованы портландцемент ПЦ 500-ДО Старооскольского завода, вспученный перлитовый песок (ВПП) завода «Стройперлит» (г. Мытищи, Московская область) марки М-75 насыпной плотностью 75 кг/м³, вспученный вермикулитовый песок (ВВП) производства АООТ «ДЗТИ» (г. Дмитров, Московская область) насыпной плотностью 130 кг/м³, а также полые стеклянные микросферы со средним размером 25 мкм из натрийборосиликатного стекла и суперпластификатор С-3. Взятые для экспериментов ПСМС имели среднюю плотность 0,26 г/см³, насыпную — 0,13 г/см³, коэффициент заполнения объема 0,65, прочность при объемном сжатии 10,5 МПа. Толщина стенки данных микросфер составляла 1–2 мкм. Растворы имели погружение конуса — ПК = 4…8, 8…10, 10…14 см (в разных составах соответственно).

Исследования растворов с ПСМС позволили обосновать получение облегченных малотеплопроводных цементных штукатурных растворов для наружных фасадов зданий путем применения суперпластификатора, а также в качестве заполнителя — полых стеклянных микросфер. В результате была снижена общая пористость и средний диаметр пор, улучшены пластическо-вязкие свойства раствора, а также сформирована более качественная контактная зона между цементной матрицей и микросферами за счет образования низкоосновных гидросиликатов кальция и уплотнения структуры. Установлены графоаналитические зависимости реологических свойств. Произведено сравнение однородности строительных растворов с различной подвижностью, которая оценивалась по погружению конуса: 4…8, 8…10, 10…14 см. Выяснилось, что с увеличением расхода микросфер с 10 до 50% плотность раствора по высоте образца изменяется с 0,5 до 4,4% соответственно. При этом растворы с суперпластификатором увеличивают среднюю плотность по высоте образца в среднем на 2,9%. Причем, при снижении ПК раствора с 10…14 см до 4…8 см, последний становился более стабильным за счет снижения концентрации воды. Менее подвижные растворы обладают повышенной стабильностью.

Установлено, что коэффициент паропроницания у растворов с ПСМС и суперпластификатором снижается на 38–38,2% при уменьшении подвижности раствора с 10…14 см до 4…8 см, а сопротивление паропроницанию увеличивается с 20,1 до 28,2%. Нашло экспериментальное подтверждение прогнозируемое, при увеличении расходов ПСМС, повышение водоцементного отношения, влажности и водопоглощения затвердевшего раствора, снижение средней плотности раствора и затвердевшего камня в естественном и высушенном состоянии, а также прочностных показателей. Был сделан вывод, что оптимальным расходом суперпластификатора С-3 является 1% от массы портландцемента.

Проведенные работы дали результаты, согласно которым водоудерживающая способность, прочность при сжатии, изгибе и сцеплении с основанием штукатурных растворов повышаются при увеличении вязкости и связности при уплотнении структуры и увеличении поверхностной активности микросфер. Было установлено, что цементные растворы с ПСМС имеют водоудерживающую способность более 90%, достигающую значения 98%. При одинаковой подвижности раствора прочность сцепления с основаниями уменьшается по мере роста расхода микросфер. При снижении подвижности раствора, прочность сцепления растворов с ПСМС с различными основаниями увеличивается.

В ходе исследования изменения гелевой пористости растворов, последняя оказалась максимальной при расходе ПСМС 10% от массы портландцемента и равна 94% от пористости цементной матрицы. При расходе микросфер 50% и ПК = 10…14 см гелевая пористость снижалась до 80,6% за счет более высокого водозатворения. При этом все механические свойства у затвердевшего раствора с ПК = 4…8 см оказались выше, чем у более подвижных растворов с ПСМС.

Установлено, что общая пористость затвердевшего раствора повышается по мере роста ПК и расхода ПСМС: при 10%-ном содержании микросфер и ПК = 4…8 см общая пористость составляет 28,5% при пористости матрицы, равной 9,6%; у состава с 50% ПСМС и ПК = 10…14 см общая пористость составляет 88,1% при пористости матрицы 46%. Было определено, что самую низкую общую пористость имеет состав с содержанием ПСМС 10%, а пористость матрицы составляет от 1/2 до 1/3 общей пористости у растворов с содержанием 10 и 50% полых стеклянных микросфер соответственно. Итогом работ стало получение и оптимизация составов эффективных цементных штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами, отличающихся от традиционных штукатурных растворов пониженной плотностью (до 0,8 г/см³), водопотребностью и повышенным сопротивлением паропроницанию. Также была разработана технология получения и применения штукатурных растворов с ПСМС и суперпластификатором, включающая дозирование компонентов по массе, перемешивание, набрызг, грунтование и накрывку при оштукатуривании поверхности.

Введенные в действие нормативные документы, а именно: «Технологический регламент на приготовление и применение штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами», Москва, 2005 г., «Штукатурный раствор с полыми стеклянными микросферами», ТУ 4140-073-02066525-2005, Технические условия», Москва, 2005 г., позволили произвести опытное внедрение разработанного штукатурного раствора в столице Республики Удмуртия. Одним из вариантов применения раствора с ПСМС стало создание низкопаропроницаемого слоя между стеной из керамического кирпича и утеплителем в конструкции вентилируемого фасада. Лицевой слой был выполнен плитками из керамогранита. Также оценен технико-экономический эффект его применения в наружной ограждающей конструкции стены с вентилируемым фасадом в монолитном сооружении.

Разработанные растворы с ПСМС уже с успехом применяются на ряде объектов для оштукатуривания стен с целью повышения их термического сопротивления, снижения паропроницания и, как следствие, уменьшения усадки усадочных деформаций. В состав раствора входят экологически чистые составляющие, серийно выпускаемые промышленностью и имеющие стабильные свойства. К таким составляющим относятся полые стеклянные микросферы и портландцемент. Как и все цементные материалы, штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами обладают высокой долговечностью и с течением времени улучшают свои теплофизические и механические свойства.