Гипсовые материалы нового поколения для отделки фасадов зданий

Гипсовые материалы и изделия преимущественно используют при отделочных работах внутри помещений. Для этой цели применяются гипсокартонные или гипсоволокнистые листы, изделия лепного декора, наливные полы, разнообразные сухие штукатурные, шпаклевочные и клеевые гипсовые смеси и т. д. Гипсовые материалы не только позволяют создавать прекрасный интерьер (гладкие или рельефные поверхности стен и потолков), но и придают улучшенные акустические и теплофизические качества конструкциям, что влияет на микроклимат всего помещения в целом, т. е. создаются комфортные условия для человека.

Применение материалов на основе гипса не ограничивается внутренней отделкой помещений. Гипс применяется и для фасадных работ. Однако в этом случае необходима специальная подготовка материала для повышения водостойкости и морозостойкости гипсовых изделий.

Например, многие фасады зданий, построенных 100–150 лет назад в историческом центре Москвы, имеют гипсовую лепнину, сохранившуюся в удовлетворительном состоянии до наших дней. Декоративные лепные архитектурные украшения, которые мы видим на фасадах зданий XVII–XIX вв. изготавливали преимущественно из гипсоизвесткового раствора с обработкой щелоком или купоросом и неоднократной пропиткой горячей олифой.

Многие исследователи предлагали способ повышения водостойкости гипса за счет введения добавок, имеющих общий ион с сульфатом кальция, что обеспечивает уменьшение его растворимости. По мнению П. П. Будникова, наиболее доступной добавкой такого типа является известь. Однако при повышении водостойкости механическая прочность получаемых образцов часто оказывается ниже прочности гипсовых. В начале 50-х гг. проф. Г. Г. Булычевым предложен к применению так называемый смешанный гипс как гидравлическое вяжущее. В состав смешанных гипсов входили молотые доменные шлаки от 50% до 70% по массе. Позднее в МИСИ им. Куйбышева под руководством профессора А.В. Волженского были созданы и всесторонне изучены гипсоцементнопуццолановые (ГЦП) и гипсошлакоцементнопуццолановые (ГШЦП) вяжущие. В настоящее время на этой основе группой ученых МГСУ, под руководством проф. А. В. Ферронской, разработаны новые технологии получения водостойких гипсовых вяжущих. КГВ — композиционные гипсовые вяжущие и ВГНВ — водостойкие гипсовые вяжущие низкой водопотребности могут быть эффективны при монолитном строительстве и позволяют вести зимнее бетонирование безобогревным способом.

Появившиеся сравнительно недавно гипсоволокнистые листы завоевывают популярность у строителей. Листы ГВЛ применяют для внутренней отделки, устройства потолков и сухого основания пола. Гипсоволокнистые листы с поверхностной обработкой гидрофобными составами имеют аббревиатуру ГВЛВ — влагостойкие. ГВЛВ могут быть использованы для наружной отделки при условии отсутствия попадания жидкой влаги на поверхность листов, например, сэндвич-панели с наружной обшивкой ГВЛВ и закрытые металлическим сайдингом. Проведенные в НИИСФ исследования показали возможность их эксплуатации в наружных условиях без доступа жидкой влаги в течение 5 лет. Полученные результаты позволили расширить область применения ГВЛВ и использовать их при устройстве опытных подвесных потолков над проездами одного из зданий в Москве. На данном опытном объекте намечено проведение многолетних натурных инструментально-визуальных наблюдений с целью определения возможности широкого использования листов ГВЛВ в качестве наружных подвесных потолков.

Нужно сказать, что поверхностная обработка гидрофобизаторами имеет свойство терять свою эффективность со временем и для более продолжительного использования листов ее необходимо периодически повторять. Периодичность зависит от условий эксплуатации изделий.

Способ модификации состава гипсовой смеси водорастворимыми полимерами имеет ряд преимуществ. Введение в состав смеси органических добавок ведет к тому, что гипс при гидратации создает каркас из кристаллических сростков двугидрата, а смола, отверждаясь, образует непрерывную полимерную матрицу. Поры в гипсовом теле заполняются стекловидной субстанцией. Проницаемость материала для жидкой влагисущественно понижается. Образующийся защитный экран из полимерной пленки вокруг кристаллов гипса препятствует доступу воды к обладающему высокой растворимостью сульфату кальция.


В результате научно-исследовательской и экспериментальной работы, проведенной автором совместно с к. т. н. И. М. Барановым и др. получен состав гипсового камня повышенной водостойкости.

В ходе работы было изучено влияние различных полимеров в виде водных растворов или эмульсий на свойства композита. Наилучшие результаты получены при использовании аминоальдегидных смол с мономерами нелинейного вида (меламин, резорцин, бензогуанамин). Смолы этого вида относятся к поликонденсационным, т. е. при отверждении происходит выделение низкомолекулярных продуктов, в частности, воды. Для химического связывания выделяющейся воды в состав композиции вводится структурирующая добавка на основе полиизоцианатов. Количество добавки подобрано так, чтобы время выделения воды при поликонденсации совпадало с действием добавки. Введение структурирующей добавки в количестве около 1% позволяет добиться повышения прочностных показателей на 10–15% и снижения водопоглощения почти в два раза.

В ходе исследований определено, что прочность образцов с 20% модифицированной меламиноформальдегидной смолы при сжатии и при изгибе за 80 суток хранения на воздухе возрастает соответственно на 30% и 25%. Прочность при сжатии составляет 60 МПа, при изгибе — 12 МПа. Гипсополимер обладает достаточно высокой морозостойкостью. Образцы с 20% меламиноформальдегидной смолы выдерживают 150 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

При исследовании водостойкости и атмосферостойкости гипсополимерных образцов моделировались условия воздействия на образцы среды в открытом водоеме при практически неограниченной реакционной емкости среды. Установлено, что глубина разрушения гипсополимерных образцов в дистиллированной воде в значительной степени снижается при повышении плотности затвердевшего камня за счет увеличения содержания полимерной составляющей и снижения водогипсового отношения. Лучшие результаты получены при использовании модифицированной меламиноформальдегидной смолы. При постоянном погружении образцов в дистиллированную воду прочность гипсополимера с 20% модифицированной меламиноформальдегидной смолы за 8 месяцев испытаний уменьшилась всего на 20%, а у контрольных гипсовых образцов за это же время — на 70%. В условиях попеременного увлажнения и высушивания в течение того же времени испытаний прочность гипсополимерных образцов практически не изменилась, а у гипсовых образцов понизилась на 70%.

Рис. 1. (а) Структура гипсового камня без добавок; (б) Структура гипсового камня, модифицированного водорастворимым полимером

На фотографиях, сделанных при увеличении на растровом электронном микроскопе в 2400 раз (рис. 1), видно, что структура материала представляет собой сетку полимера, которая является непрерывной фазой, расположенной в трехмерном скелете закристаллизованного гипса. Сростки гидратных новообразований, пластинчатых по структуре, пронизывают блоки полимера. В порах идет кристаллизация мелких кристаллов гипса призматической и игольчатой формы.

При увеличении возраста образцов существенных изменений в характеристиках композита не происходит. Прирост прочности во времени можно объяснить продолжающейся полимеризацией смолы. Степень полимеризации смолы в присутствии отвердителя в естественных условиях практически та же, что и при термообработке.

Паропроницаемость гипсополимера равна 0,092 мг/(м.ч.Па), что обуславливает благоприятный влажностный режим стен из кирпичной кладки с облицовкой из этого материала. Долговечность наружной отделки изделиями из модифицированного гипса подтверждается практикой. В настоящее время архитектурно-декоративные изделия из гипсополимера украшают фасады зданий в Москве, Нижнем Новгороде, Перми. Свойства гипсополимера позволяют использовать его от изделий мелкой пластики с тонким рельефом до объемной садово-парковой скульптуры.

В нормативно-технической документации в настоящее время отсутствуют требования по морозостойкости для изделий из гипса, применяемых в качестве наружной облицовки, хотя положительный опыт использования гипсовых отделочных элементов в довольно жестких климатических условиях нашей страны имеется.

Существуют требования по морозостойкости по ГОСТ 27180-86 для керамических плиток — 35 циклов попеременного замораживания-оттаивания без видимых повреждений образцов; по ГОСТ 6927-74 для бетонных фасадных плит — 50 циклов без повреждений поверхности плит, при потере прочности не более 25% и потере массы — 5%; по ГОСТ 9479-84 для мрамора, известняка, брекчии и других горных пород, применяемых в качестве облицовочных изделий, — 25 циклов при потере прочности не более, чем на 20%.

По результатам обработки многолетних метеорологических данных обсерватории МГУ, проведенных д. т. н. К. Ф. Фокиным в НИИМосстрой в 70-х годах, а позднее в НИИСФ, количество обобщенных циклов заморозок-оттепель для климатических условий Москвы в среднем равно 14. При этом оттепель оценивалась как повышение температуры до +1 0С продолжительностью не менее 12 часов, а заморозок — понижение температуры ниже -3 0С продолжительностью не менее 12 часов, что обуславливает промерзание или оттаивание наружной поверхности отделочного слоя ограждения около 20–25 мм.

Целесообразно ввести требования по морозостойкости для изделий на основе гипсовых вяжущих на кубах 70х70х70 (мм) не менее 50 циклов замораживания до -25 0Си оттаивания в воде при снижении прочности не более 25%.

Наряду с проведением испытаний морозостойкости на образцах-кубиках, целесообразно исследовать последствия циклических климатических воздействий на сами изделия. В НИИСФ такие исследования проводятся на холодильно-дождевальной установке «Термоизоляция ХДУ-0,2», снабженной поворотной обоймой, в которую устанавливается исследуемый элемент облицовки фасада. Цикл испытаний заключается в том, что одна из сторон фрагмента была направлена в холодную зону камеры с температурой -18 0С, а вторая — в теплую зону с температурой +18 0С. В течение 2-х часов сторона, направленная в теплую зону, может подвергаться ультрафиолетовому облучению, следующие 2 часа орошается водой таким образом, чтобы при повороте замораживанию подвергалась увлажненная поверхность образца. Поворот обоймы, а следовательно, испытуемых фрагментов, осуществляется через каждые 4 часа. Контроль осуществляется как визуально, так и с использованием прибора «Оникс-2.3», предназначенного для контроля поверхностной прочности неразрушающим ударно-импульсным методом в соответствии с ГОСТ 22690-88 и ГОСТ 18105-86. Действие прибора основано на измерении интенсивности отскока металлического шарика от исследуемой поверхности. Показатели поверхностной прочности (МПа), полученные до испытаний и во время их проведения, дают наглядную картину изменения прочностных качеств испытуемых изделий.

В связи с имеющейся тенденцией расширения области применения изделий на основе гипсовых вяжущих не только при отделке внутри помещений, но и для фасадов строящихся и реконструируемых зданий целесообразно ввести требования по морозостойкости применяемых изделий, разработать соответствующую методику испытаний и закрепить ее в нормативно-технической документации.

Автор: И. В. Бессонов

Дата: 08.10.2004

«СтройПРОФИль» № 6-04

Рубрика: отделочные материалы. интерьеры

По материалам сайта: http://stroyprofile.com