Производство, применение и состав сухих строительных смесей

В последнем десятилетии XX века использование сухих смесей при проведении строительно-отделочных и ремонтных работ наконец-то стало нормой и в нашей стране. Материалы для устройства полов, гидроизоляционные и ремонтные составы, клеи для керамической плитки и натурального камня, затирки для швов (фуговки), штукатурные смеси самого разного назначения — вот далеко не полный перечень продуктов, поставляемых в форме сухих смесей. К сожалению, основная масса потребителей не имеет ни малейшего понятия о том, что скрывается за красивой (или не очень красивой) упаковкой, а основным критерием выбора того или иного материала нередко остается его стоимость, что в принципе не верно. Почему? Попробуем разобраться.

 

 

Современные сухие смеси — это не просто цемент с песком, а продукт наукоемких технологий, применение которого позволяет не только значительно увеличить производительность труда, но и получить совершенно иные качественные результаты, недостижимые в случае использования традиционных цементно-песчаных смесей. Естественно, что производители хранят рецептуры своих смесей в глубочайшей тайне, но общие принципы формирования специфических характеристик материалов, а также компоненты, входящие в них, хорошо известны. В составе модифицированных сухих смесей можно выделить четыре основные группы компонентов: минеральные вяжущие, инертные наполнители, добавки для получения специальных свойств, в том числе водоудерживающие, а также полимерные связующие, которые работают в том же направлении, что и минеральные, но имеют совершенно иной механизм действия.

Минеральные вяжущие вещества.
В качестве гидравлического минерального вяжущего чаще всего используются портландцементы (белые и серые), быстротвердеющие высокоалюминатные цементы, a- и .-полугидратный гипс, а также их комбинации. При совместной гидратации цемента и гипса образуется большое количество минерала, называемого эттрингит, наличие которого способно привести к разрушению материала, полученного из сухой смеси, поэтому такая комбинация находит ограниченное применение, например для устройства безусадочных полов с жесткой поверхностью. Гидратированная известь (пушонка) отверждается в результате реакции c двуокисью углерода (CO2), а потому является воздушным вяжущим.
В настоящее время известь используется в качестве добавки (5—30%) к цементным материалам, позволяющей значительно улучшить перерабатываемость затворенного раствора, а в качестве основного вяжущего — только в специализированных составах, предназначенных для реставрации исторических зданий. Если наполнитель выбран правильно, то есть имеет невысокую пористость, плотную упаковку и достаточную собственную прочность, то прочность и плотность получаемой минеральной композиции зависят только от свойств вяжущего вещества.
К сожалению, технические характеристики цемента, даже одного производителя, могут существенно варьировать от партии к партии, что ведет к изменению свойств сухой смеси при неизменной рецептуре. Несмотря на наличие в нашей стране огромного количества месторождений CaCO3, существуют большие проблемы и с качеством извести. В связи с этим нельзя не упомянуть о международной системе менеджмента качества DIN ISO 9001. Бытует ошибочное мнение, что наличие сертификата ISO 9001 является безусловной гарантией качества продукции. Это не совсем так. Стандарт ISO 9001 не определяет качественные характеристики материалов, а гарантирует лишь стабильность свойств выпускаемой продукции. Специальная комиссия проводит обследование предприятия, оценивает состояние его оборудования, технической документации, организацию производственного процесса и качества исходного сырья.
Решение о выдаче (или отказе в выдаче) данного сертификата принимается на основании всестороннего анализа полученных результатов. В дальнейшем при внесении в технологию производства любых изменений, способных повлиять на соответствие продукции требованиям нормативных документов, производитель обязан известить об этом комиссию, выдавшую сертификат. В свою очередь, комиссия, рассмотрев заявку, вправе принять решение о проведении повторной сертификации.
Таким образом, знак ISO 9001, присутствующий на упаковке с сухой смесью или в технической документации, означает, что продукт изготовлен на предприятии, прошедшем сертификацию, а информация, содержащаяся в техническом описании, соответствует действительности.

Наполнители
При производстве сухих смесей в качестве наполнителей чаще всего применяются известняковая мука и кварцевый песок. Использование доломита вместо известняковой муки не рекомендуется из-за содержания в нем большего количества растворимых солей магния, что может привести к образованию высолов.
В состав теплоизоляционных штукатурных смесей входят и пористые наполнители, такие, как керамзит, перлит и вермикулит, а в некоторых случаях — гранулированный пенополистирол. Если необходимость применения цемента высокого качества не вызывает и тени сомнения, то целесообразность использования наполнителей и, в частности, песка определенных кондиций, с точки зрения неспециалиста совершенно не очевидна.
А между тем 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.
Например, нивелирующие массы торговой марки «Ветонит», пользующиеся неизменной популярностью среди наших строителей, производятся на заводе компании Optiroc, который расположен в центре карьера, песок из которого используется в качестве наполнителя.
К сожалению, объем журнальной статьи не позволяет подробно рассмотреть такие важные параметры наполнителя, как твердость и пористость. Коротко остановимся на влиянии ситовых характеристик. Большинство растворов для тонкослойного нанесения, таких как плиточные клеи и тонкие штукатурки, содержат, как правило, зерна не крупнее 0,6 мм. Составы, предназначенные для толстослойного нанесения, в том числе и декоративные, содержат более крупные зерна. Размер до 0,1 мм характерен для таких гладких растворов, как шпаклевки и расшивочные массы. Максимальные механические показатели, например усилие на отрыв, при минимальном расходе химических добавок могут быть достигнуты в том случае, когда наполнитель имеет достаточно плотную упаковку, то есть содержит примерно одинаковые доли различных фракций.

Модифицирующие добавки.
Применение специальных добавок (модификаторов) при создании рецептур модифицированных сухих смесей обусловлено необходимостью получения определенных технических и технологических характеристик этих материалов и, в первую очередь, — потребностью удержания воды в затворенном растворе после его нанесения. Вода впитывается в основание и испаряется с поверхности раствора, что приводит к сокращению времени пребывания цемента в фазе геля, уменьшению степени гидратации и, как следствие, к снижению прочности. Чем меньше толщина слоя раствора, тем больше сказываются на качестве образующегося цементного камня указанные недостатки.

В начале прошлого века в Германии был разработан способ получения водорастворимых эфиров целлюлозы. Исследования показали, что вследствие слабого межмолекулярного взаимодействия с молекулами воды эти полимеры обладают великолепной водоудерживающей способностью. Каждая молекула полимера может удерживать до 20 тыс. молекул воды.
Энергия этого взаимодействия сопоставима с энергией испарения и капиллярной диффузии в основу, что является препятствием для ухода воды. В свою очередь, эта энергия несколько меньше, чем энергия диффузии воды при гидратации цемента, что позволяет ему отбирать эту воду.
Фактически вода в растворе заменяется гомогенным желеобразным раствором метилцеллюлозы, в котором взвешены частички цемента и заполнителя. Высокая водоудерживающая способность такой системы способствует полной гидратации цемента и позволяет раствору набирать необходимую прочность даже при тонкослойном нанесении. После ухода воды полимер в виде тончайшей пленки остается на поверхностях между цементным камнем и наполнителем, никак не влияя на механические характеристики затвердевшего раствора. Таким образом, добавление незначительного количества (0,02—7%) водорастворимых эфиров целлюлозы к цементно-песчаным смесям приводит к существенному увеличению открытого времени и дает возможность раствору гидратироваться равномерно по всему объему, а также обеспечивает существенное повышение адгезии к основанию и улучшение качества поверхности.
Чем больше толщина слоя цементного раствора, тем меньше метилцеллюлозы требуется для обеспечения необходимой степени начальной гидратации, поэтому на этикетке сухой смеси должна быть четко указана минимально допустимая толщина нанесения состава. В свою очередь, недопустимо и толстослойное (10 мм и более) применение раствора с высоким содержанием эфира целлюлозы, предназначенного для тонкослойных технологий. В этом случае может проявиться «эффект карамели», когда поверхность отверждается нормально, а внутри сохраняется не отвердевший цементный раствор. По этой причине для подготовки неровных оснований (с перепадами более 10—15 мм) рекомендуется применение системы материалов, состоящей из сухой смеси для грубого выравнивания и тонкослойной нивелирующей массы, обеспечивающей получение гладкого финишного слоя, на поверхность которого и укладывается напольное покрытие. Системный подход не только позволяет избежать перечисленных неприятностей, но и снизить уровень затрат на материалы.
К следующей группе добавок относятся дисперсионные порошки, которые, в отличие от водорастворимых производных целлюлозы, при затворении водой образуют не растворы, двухфазные системы, состоящие из полимерных частиц (на основе сополимеров винилацетата и этилена, винилхлорида, стирол-акрилата и т.п.), диспергированных в воде. Добавление этих составов в продукты строительной химии позволяет активно влиять на характеристики конечного материала и обеспечивает получение результатов, недостижимых при использовании только традиционных минеральных вяжущих.
Первые попытки модификации цементных смесей полимерами заключались в добавлении к воде затворения дисперсии винилацетата, извест- ной как клей ПВА. В процессе образования винилацетатной пленки происходит значительная (до 10%) усадка, что влечет за собой растрески- вание полимерно-цементного материала, поэтому от применения ПВА быстро отказались.
Следующим этапом стало использование двухкомпонентных составов, состоящих из цементно-песчаной смеси, приготовленной в заводских условиях, и полимерной дисперсии, поставляемой в жидком виде, которые смешиваются на строительной площадке. Двухкомпонентные растворы применяются до сих пор, но водная дисперсия теряет свои свойства при замерзании, поэтому в холодное время года ее транспортировка и приготовление рабочего раствора вызывают определенные затруднения.
Начало производства однокомпонентных сухих строительных смесей относится к 1953 году, когда специалистам фирмы Wacker (Германия) удалось получить сухой редиспергируемый порошок, образующий после затворения водой двухфазную систему, обладающую свойствами исходной полимерной дисперсии.
Дисперсии отличаются от метилцеллюлозы и механизмом действия. По мере расходования вода концентрируется в порах цементного камня и там же концентрируется дисперсия, образуя «эластичные мостики», работающие на растяжение и изгиб несравненно лучше, чем цемент. Комбинация минеральных и полимерных вяжущих предоставляет возможность производства продуктов строительной химии, обладающих не только повышенными прочностными свойствами и улучшенной адгезией (в том числе и к таким «проблемным» основаниям, как металл, дерево, пластик, глазурованная плитка и т.п.), но и управляемыми реологическими (тиксотропность, пластичность) и специальными (гидрофобность, текучесть) характеристиками.
Например, выравнивающие растворы для полов содержат комбинацию специальных дисперсионных добавок с органическими и синтетическими пластификаторами, наличием которых и определяются такие специфические свойства этих материалов, как способность к растеканию и гладкость получаемой поверхности. Дисперсионные модификаторы, входящие в состав клеевых составов для плиточных работ, улучшают условия работы, продлевают срок жизни затворенного раствора и повышают тиксотропность (способность загустевать в состоянии покоя и разжижаться при перемешивании) материала.
Кроме повышения адгезии к сложным основам, дисперсионные порошки выполняют функции полимерного вяжущего в тех случаях, когда величи на сдвиговых нагрузок превышает возможности цементно-песчаных растворов, модифицированных только эфиром целлюлозы. Пластичность таких клеевых составов позволяет, в частности, компенсировать термические напряжения, возникающие между облицовочным материалом и основанием.В первую очередь это относится к фасадным системам, где суточные колебания температуры могут достигать 70—80°С и «теплым» полам, где перепады температур также очень велики.
Очень высокое (20—30%) содержание полимера приводит к тому, что цемент уже не образует непрерывной кристаллической решетки, а отдельные фрагменты цементного камня связаны между собой только эластичными полимерными цепочками. Такие материалы применяются для устройства гидроизоляции. Ассортимент многих производителей компонентов строительной химии (CLARIANT, BAYER, WACKER и др.) включает в себя дисперсионные порошки с температурой пленкообразования порядка 0°С, что позволяет использовать сухие смеси с добавкой этих материалов при низких (но не отрицательных) температурах, а некоторые марки дисперсионных порошков имеют температуру пленкообразования на уровне –15°С. Растворы, в рецептуре которых используются такие порошки, предназначены для проведения строительноотделочных работ в зимний период (при температурах не ниже –10°С).
Составление рецептуры сухих смесей — это сложный и длительный процесс, невозможный без участия квалифицированного персонала и предполагающий обязательное наличие современной лаборатории для анализа и испытания образцов, оснащенной высококлассным оборудованием. В связи с этим хочется предостеречь потребителей от попыток кустарной «модификации» простых цементных растворов.
В частности, распространенная в нашей стране практика «улучшения» простых цементно-песчаных смесей дисперсией винилацетата (клей ПВА) приводит к весьма плачевным результатам. Низкая стойкость к щелочным растворам, присущая винилацетату, вызывает его омыление в местах с повышенной влажностью (ванные комнаты и т.п.). Именно это обстоятельство является причиной того, что отваливается плитка, уложенная на раствор с добавлением клея ПВА.

Цена и качество.
Сравнительный анализ стоимости сухих смесей, представленных на российском рынке, показывает, что большая часть продукции, произведенной на просторах постсоветского пространства, значительно дешевле западноевропейских аналогов. Отечественный потребитель воспринимает этот факт как нечто, само собой разумеющееся. Действительно, дешевая рабочая сила, местное сырье, минимальные транспортные расходы и отсутствие таможенных пошлин, являются, на первый взгляд, реальными предпосылками для снижения ценовых характеристик строительных материалов. Однако при ближайшем рассмотрении ситуация выглядит совершенно иначе.
Производство редиспергируемых порошков — процесс чрезвычайно сложный, требующий применения уникального специализированного оборудования и предварительной обработки исходных дисперсий, поэтому во всем мире существует не более десятка компаний, выпускающих безусловно качественные модификаторы для продуктов строительной химии. Признанными производителями химических добавок являются такие зарубежные фирмы, как Bayer, Wacker, Clariant, Henkel-Nopco, Finndisp и др., продукцию которых нельзя назвать дешевой.
Стоимость сухих смесей в значительной степени обусловлена стоимостью компонентов, причем при высоком уровне модификации затраты на минеральные составляющие могут иметь весьма малую долю, а химические добавки становятся ценоопределяющими.
Например, один из самых простых и дешевых составов — плиточный клей российского производства стоимостью до 100—110 руб. — представляет собой цементно-песчаную смесь с добавкой метилцеллюлозы в количестве 0,4% (по весу). С учетом того, что тонна цемента стоит около 1000 руб., а 1 кг метилцеллюлозы — 220—230 руб. примерно половина стоимости исходных материалов приходится именно на добавки. Технические (прочностные характеристики, водостойкость, морозостойкость, адгезия к материалам с низким водопоглощением) и технологические (открытое время) свойства этих клеев не отвечают требованиям европейских нормалей, тем не менее, такие материалы пользуются спросом не только в России, но и в странах Западной Европы. Приближаются к классу С1 (по классификации EN 12004) более дорогие (110—200 руб.) клеевые составы, содержащие (наряду с метилцеллюлозой) до 2% редиспергируемого порошка. Материалы класса С2 (высококачественный эластичный клей) отличаются повышенным (около 4%) содержанием полимера (более эластичного, чем в составах класса С1) и использованием метилцеллюлозы другого типа (более вязкой), а их стоимость превышает 200 руб.
К числу наиболее сложных (с точки зрения рецептуры) материалов относятся самовыравнивающиеся массы для тонкослойного нанесения. Для контроля растекаемости используется следующая технология: два одинаковых металлических кольца диаметром 40—70 мм наполняют рабочим раствором. Одно кольцо приподнимают сразу, позволяя раствору разлиться по контрольной поверхности, а второе — через пятнадцать минут. Площади пятен должны отличаться не более чем на 10—15%. Другое важное свойство этих материалов можно охарактеризовать как «способность к стеканию»: две «лужицы» раствора, налитые с интервалом 15 мин., должны слиться в единое пятно без образования видимой границы.
Кроме способности к растеканию самонивелирующиеся растворы должны обладать хорошей адгезией к основанию и устойчивостью к истиранию, не расслаиваться при заливке, обеспечивать необходимую прочность даже в очень тонком слое и т.д. Именно поэтому саморастекающиеся смеси нередко включают в себя до 20 и более компонентов, стоимость «химии» переваливает за 90%, а доля портландцемента и наполнителей в ценообразовании уже не существенна. В связи с этим попытки экономии на минеральных компонентах лишены практического смысла, и добиться некоторого снижения стоимости продукта можно лишь за счет грамотного составления рецептуры.
Вывод прост: стоимость двух специализированных сухих смесей с высоким уровнем модификации, обладающих идентичными техническими и технологическими характеристиками, не может отличаться в несколько раз, даже если одна из них выпущена на соседней улице, а другая — в далекой Германии.
Чем же объясняется значительная разница в стоимости материалов (даже одного производителя), обладающих одинаковыми конечными показателями качества (адгезией, прочностью на сжатие, растяжение и т.д.) и рекомендованных для одних и тех же условий эксплуатации? Дело в том, что ассортиментная политика большинства зарубежных фирм четко отслеживает запросы потребителей, обусловленные экономическими, а нередко, и национальными особенностями данного региона.
В высокоразвитых странах ни одна строительная компания не может себе позволить такую роскошь, как многочасовые простои исполнителей. Такая организация строительно-отделочных и ремонтных работ предполагает безусловное использование быстросхватывающихся сухих смесей, позволяющих сократить до минимума неизбежные технологические перерывы между операциями. Эти составы отличаются повышенным содержанием модифицирующих добавок и, как следствие, — высокой стоимостью.
Например, согласно нормативным документам, действующим в Германии, по поверхности, выровненной при помощи нивелирущей массы, можно ходить через три часа. Этим требованиям отвечают все материалы, выпускаемые немецкими фирмами (Henkel, Knauf, Uzin UTZ AG, Dyckerhoff и т. д.) и предназначенные для реализации на внутреннем рынке и в ряде западноевропейских стран. В то же время в России, где подобные нормы вообще отсутствуют, можно приобрести импортный материал аналогичного назначения с теми же техническими характеристиками, но пригодный для хождения только через восемь часов. При этом его стоимость в 3 раза ниже.
Отечественные производители предлагают еще более дешевые материалы этой группы. В частности, нивелирующая масса «Юнис Горизонт-2» предполагает возможность пешеходного хождения только через 36 часов. Снижение содержания модифицирующих добавок, ускоряющих схватывание и твердение раствора, позволило специалистам компании ЮНИС создать недорогой, а следовательно, доступный материал, обладающий прекрасными техническими характеристиками. Заказчик, располагающий достаточными финансовыми средствами и заинтересованный в сокращении сроков строительства, скорее всего остановится на первом варианте выравнивающей массы. Тот, кого больше волнует проблема сокращения сметных расходов, предпочтет второй вариант. В обоих случаях о конечном результате можно не беспокоиться, так как эксплуатационные свойства выровненных оснований будут достаточно близкими.
Приведенный пример наглядно иллюстрирует необходимость точного формулирования требований, предъявляемых к материалу в каждом конкретном случае, и внимательного изучения технических, технологических и ценовых характеристик сухих смесей.
Прекрасно понимая важность сокращения временных затрат, некоторые российские компании также освоили производство выравнивающих смесей со временем отверждения 3—4 часа («Глимс-S3X» и «Глимс-SL»), но чудес не бывает, и по своим ценовым характеристикам эти материалы вплотную приближаются к зарубежным смесям данного класса.
Хочется предостеречь и от бездумного использования универсальных составов. Универсальная смесь в большинстве случаев хуже, а при равных технологических характеристиках — дороже узкоспециализированной, поскольку содержит повышенное количество модификаторов. Зачем для устройства плиточного фартука у кухонной мойки применять универсальный морозостойкий клей с большим количеством эластомерных добавок, повышенной адгезией и устойчивостью к воздействию агрессивных химических соединений? Этот состав намного дороже специализированных клеев, рекомендованных для облицовки стен кухонь и ванных комнат, а большинство его свойств в данном случае остаются невостребованными.
Проще говоря, бездумное приобретение материалов как высшей, так и низшей ценовой категории лишено практического смысла.

Оптимальный результат при решении всех вопросов, связанных с отделкой и ремонтом, может быть достигнут лишь в случае применения «принципа разумной достаточности».
Наряду с импортными сухими смесями на российском строительном рынке достаточно широко представлена и отечественная продукция. Успели завоевать популярность такие торговые марки, как «Глимс», «Консолит», «Боларс», «Юнис», «Старатели». Не может не радовать тот факт, что современный уровень качества материалов российских компаний несравним с тем уровнем, который они предлагали всего два года назад. Другое дело — маркетинговая политика. Некоторые фирмы сознательно производят только дешевые смеси, обладающие вполне адекватным соотношением цена/качество, другие, например «Глимс» и «Юнис», — выпускают более дорогие материалы, сравнимые по качеству с продукцией западноевропейских фирм.
В свою очередь, жесткая конкуренция вынуждает западноевропейские фирмы вкладывать значительные средства в организацию производства сухих смесей на территории РФ: компания HENKEL (Германия) производит сухие смеси «Ceresit» на ОАО «ЭРА» (г. Тосно, Ленинградская область), фирма КНАУФ приступает к выпуску сухих смесей на цементной основе, OPTIROC OY 17 декабря 2003 года официально объявил о начале строительства в Нижнем Новгороде завода (стоимостью 12 млн евро) по выпуску сухих смесей легендарной марки «Ветонит», ATLAS и LUGATO также занимаются организацией производства в нашей стране.

Особенности национального маркетинга.
Устойчивый спрос на сухие смеси имеет и свою негативную сторону. В последнее время на российском рынке все чаще встречаются подделки, причем объектом подражания, как правило, становятся качественные, завоевавшие популярность продукты. Совершенно естественно, что потребительские характеристики таких материалов не соответствуют заявленным требованиям. К сожалению, это несоответствие в большинстве случаев обнаруживается слишком поздно, когда исправить что-либо практически невозможно. Характерно, что в данном случае страдает не только потребитель, но и имидж известных фирм. Напрашивается вывод: приобретать строительные смеси следует у официальных дилеров компаний-производителей.
Кроме того, сотрудничество с дилерскими фирмами позволяет использовать всю линейку продуктов, предлагаемых производителями (только OPTIROC выпускает почти полтора десятка наименований выравнивающих смесей). Беглый анализ ассортимента выравнивающих смесей (на цементной основе) одного из московских строительных рынков, проведенный в январе 2004 года, произвел удручающее впечатление: два наименования смесей OPTIROC («Ветонит 5000» и «Ветонит 3000»), упомянутые выше «Глимс-S3X» и «Глимс-SL», а также по одному составу фирм «Старатели» и «Победит». Номенклатура плиточных клеев чуть обширней, но и в этой группе товаров отсутствовали такие известные производители, как Henkel, Forbo-Erfurt и Uzin UTZ AG.
Даже такой минимальный набор смесей способен поставить в тупик неискушенного покупателя, поэтому трудно переоценить помощь опытного консультанта (а такие специалисты обязательно имеются в любой дилерской компании). В данном случае (ценовой диапазон от 200 до 530 руб.) рыночный торговец был немногословен: «Они все хороший. Бери любой». Комментарии, как говорится, излишни.
В заключение отметим, что конечный результат определяется не только правильностью выбора того или иного выравнивающего состава. Подготовка оснований под напольные покрытия — особая область строительных работ, требующая неукоснительного соблюдения целого ряда нормативных и технологических требований, обусловленных не только спецификой выбранного материала, но и техническими характеристиками подстилающих слоев.

Статья о строительстве получена: VashDom.ru