автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка высокостойкого парогидроизоляционного покрытия стен в зданиях с повышенным температурно-влажностным режимом эксплуатации

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА И СТРОИТЕЛЬСТВА - л . На правах рукописи

ТИХОМИРОВА ТАТЬЯНА ЕВГЕНЬЕВНА

УДК 691.5

РАЗРАБОТКА шжостжого ПЛРОГИДРОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ СТЕН В ЗДШШХ С ПОВШКН11Ш ТЕМНЕРАТУРНО-ВДАШОСТНШ РКЛМОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

05.^3.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1У94

Работа выполнена на кафедре строительных материалов Московского института коммунального хозяйства и строительства и в Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники России, академик Килищно-Комму-нальной Академии РФ, доктор техни-•ческих наук, профессор

И.А. Рыбьев

Офицальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор К).А. Соколова

- кандидат технических наук, доцент Л.И. Голованова

ьедущее предприятие

- ¡ШМосстрои департамента строительств«'!

Защита состоится "23" Ф? 1994 г. в /3 ч

на заседании специализированного совета К 063.08.01 в Московском институте коммунального хозяйства и строительства по адресу: 109807, г. Москва, };:-29, Средняя Калитниковская ул., д. 30, МЖХиС, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИКХиС.

Автореферат разослан " /9" ¿ла/ £а/э 1994г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат химические наук

И.Ф. Бунькин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность темы.Важнейшая задача современного строительства состоит в повышении качества, эффективности и долговечности строительных конструкций и сооружений. Это в полной мере относится к строительству коммунальных зданий: прачечных, красильных цехов, фабрик химической чистки, бань и саун и других аналогичных заведений, отличающихся повышенными температурно-влажностными условиями их эксплуатации. В них защита ограждающих конструкций от переувлажнения и преждевременного разрушения является одной из актуальных задач.

Рулонные гидроизоляционные материалы, несмотря на свою высокую водонепроницаемость и химическую стойкость, в ограждающих конструкциях коммунальных зданий оказались мало эффективными и недолговечными. Безрулонная гидроизоляция более эффективна, но в большинстве случаев она требует многочисленных компонентов при изготовлении, многослойности, использования органических растворителей, а нередко и промышленного приготовления. Между тем довольно часто возникает необходимость выполнения парогидроизоляционных работ в небольших объемах и, по-видимому, тогда целесообразнее готовить композиции для покрытий в условиях строительной площадки.

В настоящей работе в качестве материала для парогидро-изоляционного покрытия был выбран полимерцемент. Покрытия на его основе технологичны в нанесении, обладают необходимы^.; ми достоинствами обоих^яжущих по основным качественным показателям парогидроизоляционных материалов.

Цель и задачи исследований. Целью настоящего исследования явилась разработка полимерцементов с добавкой эпоксидной смолы ЭД-20 оптимальных составов для устройства парогид-роизоляционного покрытия стен коммунальных зданий с повышенным температурно-влажностным режимом эксплуатации. При этом решались следующие задачи:

- анализ состояния существующих способов защиты стен,

внешних и внутренних негативных факторов, характера необходимых свойств ограждающих конструкций с эффективной па рогидроизоляционной защитой;

- разработка основных технических требований и качественных показателей парогидроизоляционных материалов;

- назначение эффективных и стойких компонентов для парогидроизоляционных материалов;

- выбор эпоксидного связующего и наиболее целесообразного по качеству и количеству отвердителя;

- выбор эмульгатора при совмещении минерального и органического компонентов комбинированного вяжущего;

- оптимизация состава полимерцементного вяжущего для принятой технологии его приготовления и применения;

- разработка композиционного материала на основе полученного вяжущего с обеспечением оптимальной структуры покрытия;

- составление технологических карт по применению разработанных парогидроизоляционных материалов;

- внедрение результатов исследования с определением технико-экономической эффективности.

Научная новизна. Обоснована возможность получения парогидроизоляционных покрытий стен для зданий с повышенным температурно-влажностным режимом эксплуатации на основе полимерцементных материалов оптимальной структуры с добавкой эпоксидной смолы. Выбраны отвер-дитель и эмульгатор, позволившие добиться синергизма свойств органического и минерального связующего. Изучено влияние различных по природе и степени дисперсности наполнителей, расчитан и исследован оптимальный состав полимерцемента. Показан характер действия основных закономерностей теории искусственных строительных конломератов / ИСК / на разработанные композиции.

Практическое значение . Разработан полимерцементный материал с добавкой эпоксидной смолы, обладающий при

оптимальном составе необходимыми технологическими и эксплуатационными свойствами; - использованы материалы и технология, позволяющие изготовить полимерцементные композиции в условиях строительной площадки на несложном стандартном оборудовании.

Апробация работы. Основное содержание работы доложено и одобрено на: секции жилых и коммунальных зда« ' ний Ученого Совета Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова в 1992 ,1993гг.; ХУЛ Научно-технической конференции ВЗИСИ ; XIX Научно-технической конференции МЖХиСа.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ и подано заявление о выдаче патента.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных выводов, списка литературы, включаю-щего2-?0 наименований, приложений. Работа изложена на

стр. машинописного текста, включая таблиц;28 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Полимерцементные материалы, представляющие собой цементный раствор, в который при перемешивании добавляется полимер / эпоксидная дисперсия /, отличаются высокими фмзико-механическими свойствами, сочетающие в себе преимущества цементных и полимерных материалов.

Исследования, выполненные в нашей стране Черкинс-ким Ю.С., Лейрихом В.Э., Саталкиным A.B., Крашенинниковым Л.И., Соколовой Ю.А., Чуйко A.B. и за рубежом Гейстом, Амагна, Мелор, Брукардом, Мори, Охама , а также примеры практического применения в строительстве показали, что наиболее универсальными свойствами характеризуются эпоксидные полимеры. И, в частности, свойствами, необходимыми для парогидроизоляционных материал .

лов : высокой адгезией к бетону и другим материалам, достаточными прочностными показателями, отсутствием летучих продуктов при отвервдении, минимальной усадкой, возможностью регулирования процесса отверждения во времени, высокой стойкостью против различных химических воздействий.

В первой главе приведен анализ состояния вопроса. Б обзоре литературных источников, посвященном исследовав, ниям защитных покрытий ограждающих конструкций, раса-сматривазотся существующие виды покрытий, их достоинства и недостатки.

Показано, что применяемые безрулонные покрытия на основе синтетических смол и битумо-полимеров обладает необходимыми свойствами, но являются многокомпонентными, многослойными, требу.от при изготовлении органических растворителей и многие из них заводского производства. Поэтому в условиях дефицита строительных материалов, целесообразно, приготовление паро-гидроизоляционных композиций из небольшого количества компонентов в условиях строительной площадки, особенно при небольших объемах строительных и ремонтных работ.

Во второй главе рассмотрены условия работы парогидроизоляционных покрытий, установлены основные факторы, влияющие на их долговечность: температурно-влакностные воздействия, негативные производственные среды, напряжения от температурных и усадочных деформаций и др. Чтобы предотвратить негативный процесс разрушения, проанализирован характер свойств, которыми должны обладать компоненты и материалы покрытий, ^ажно, чтобы покрытие не только противостояло воздействующим факторам, но и имело тенденцию к стабилизации и упрочнению своей структуры с перспективой в дальнейшем к всемерному торможению деструкционных явлений. В этой главе определены технические требо-

вания и показатели физикомеханических свойств парогид" - ■ раизоляционных материалов.

В основе формирования свойств полимерцементных материалов лежат физико-химические процессы, характерные для гетерогенных систем. Полимерцементным материалам оптимальных структур присущи общие закономерности теории ИСК, в частности, изменение свойств при воздействии негативных факторов, подробно изученных И.А. Ры-бьевым и его научной школой.

В работе принята следующая рабочая гипотеза: поли-мерцементный материал оптимальной структуры с добавкой эпоксидно-полиамидной дисперсии, где полиамидная смола выполняет роль эмульгатора и отвердителя, а также наполнителя, выбранных с учетом их качественных показателей, функционального назначения и в научно обоснованных количествах, образуют при их объединении по определенной технологии устойчивую дисперсную систему, способную, после своего формирования в покрытии обеспечивать защиту ограждающих конструкций стен от негативного влияния температурно-влажностных факторов, а при необходимости и служить основой для приклеивания без дополнительного адгезива керамических плиток.

В третьей главе приводится характеристика исходных материалов и методика исследований. В качестве минерального вяжущего использован портландцемент; вторым-органическим вяжущим была принята эпоксидная смола ЭД-20 с отвердителями и эмульгаторами. В качестве наполнителя и заполнителя использованы кварцевый песок, андезит, маршаллит, диабаз и другие вещества.

Исследования свойств полимерцементных материалов проводили с применением современных методов. Определение физико-механических характеристик выполняли по общепринятым методикам, в частности, предусмотренных стандартами. Результаты испытаний оценивали методами математической статистики. Проектирование оптимальных соста-

bob проводили по общему методу проектирования, разработанному в теории ИСК. Фазовый состав и микроструктуру поли-мерцементного камня изучали комплексом методов физико-химического исследования с использованием рентгенофазового анализа, комплексного термического анализа на дериватогра-фе фирмы MOM, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии.

Четвертая глава посвящена исследованию эпоксидно-цементных вяжущих как микрогетерогенных систем. Обоснован выбор отвердителя эпоксидной смолы. Выявлена экстремальная зависимость свойств эпоксидного полимера от количества отвердителя. Это подтверждают данные ИК-спектроскопии.

Для приготовления полимерцементного вяжущего необходимо обеспечить возможность совмещения цементного теста с водонерастворимой падко-вязкой смолой. В связи с этим потребовался эмульгатор , который в минимальной степени влияет на процессы твердения обоих вяжущих. Было выявлено, что устойчивые концентрированные прямые эмульсии эпоксидной смолы получаются при использовании в качестве эмульгаторов смеси блок-сополимеров этилен- или пропилен оксида с алкилфенолышм эфиром полиэтилен оксида, оксиэтилцел-люлозы. Но для создания таких эмульсий требуется специальное оборудование - мешалка с числом оборотов более 1400 и затраты эмульгатора. В качестве эмульгатора наиболее удобно использовать отвердитель - полиамидную смолу. Образующаяся самоэмульгирующаяся эпоксидно-полиамидная система удобна с технологической точки зрения. Эмульгирование осуществляется,предположительно,за счет образования водорастворимых ацетатных солей аминов.

Следующим этапом была оптимизация полимерцементного вяжущего. В результате реализации активного планирования эксперимента получены зависимости прочности при растяжении /у^/ и адгезионной прочности /у^/ в пределах интервалов варьирования следующих структурообразующих факторов: отношение "полимер: цемент" /х.,/

0,01 - 0,05; отношение "вода: цемент" 0,4- 0,8;

отношение "отвердитель : полимер" Ад/ 0,2 - 0,6.

Полученные модели исследуемых параметров имеют следующий вид:

У1 = 3,8 + 0,7х1 - 0,2х2+ ОДбх^

У2 = 1,6 + 0,49х1+ 0,19х2

После статистической обработки коэффициентов регрессии и анализа полученных моделей получены рациональные пределы значений изучаемых факторов, обеспечивающих необходимые показатели свойств, при П/Ц =0,02 ; Б/Ц =0,61

(по массе].

В пяток главе производилась разработка полимерцемен-тных композиционных материалов оптимального состава. Б таких материалах важную роль играют заполнители , а для увеличения плотности использовали и наполнители, оказывающие существенное влияние на формирование структуры и механических свойств. Влияние вида, количества и степени дисперсности наполнителей оценивали по физико-механическим характеристикам получаемых конгломератов. Изменение прочности полимерцементов, изготовленных при различных заполнителях, имеет закономерный характер параболических кривых с вершинами при оптимальной концентрации наполнителя, что идентично оптимальному фазовому отношению С/Ф: х при максимальной прочности. Лучшими являются кварцевые наполнители', . они могут быть и у цементного , и у полимерного вяжущих. Кварц является активной подложкой при кристаллизационном твердении портландцемента как следствие кристаллохимического соответствия подложки и новообразований, так и высокой гидрофильности и большой поверхностной энергии его как твердой дисперсной фазы. Кроме того,кварц не подвержен разрушению в щелочных производственных средах банно-прачечных комбинатов и является наиболее доступным.

Проектирование состава полимерцемента с заранее

заданными свойствами производилось на основе общего метода структурообразования строительных конгломератов. При соотношении фаз Сх/Ф. являющимся оптимальным и соответствующим полному переводу жидкой фазы в пленочное состояние за счет адсорбции и сольватации на ее поверхности высокодисперсной твердой фазы, прочность полученной системы становится наибольшей ^вяж. Далее расчетно-экспериментальным путем, используя законы теории ИСК, был получен следующий расход материалов на

о

1 м рациональной полимерцементной смеси: цемента-489 кг, смолы ЭД-20 - 9,8кг, полиамидной смолы П0-300 - 3,9кг, фосфорно-вольфрамовой кислоты- 0,05кг, воды - 333 л , маршаллита 115кг, песка 1138кг. Расчет оптимального состава производили с учетом критерия долговечности ^ (чр . где 6*« -внутренние напряжения, возникающие при формировании и эксплуатации, МПа;

Яр - предел прочности при растяжении, МПа.

Б шестой главе приведены результаты комплексных исследований по определению некоторых физико-механических свойств, эксплуатационных характеристик, химической стойкости, теплостойкости и паропроницаемости, а также способности сохранять на допустимом .уровне структурные характеристики в эксплуатационный период времени.

Проведенные исследования свидетельствуют, что при введении эпоксидно-полиамидных добавок от 0,05 до 2% не изменяется нормальный процесс гидратации клинкерных минералов цемента. Физико-химические исследования гид-ратированных СдА , СдЗ показали, что в присутствии смол степень кристаллизации продуктов гидратации выше, прочность цементных образцов с добавками выше на 1'5 -20 % Такое увеличение прочностных показателей может быть вызвано образованием мелкокристаллической структуры цементного камня, низкоосновных гидросиликатов кальция и тоберморитоподобных фаз. Наличие в эпоксидно-полиамидной дисперсии реакционных групп придает ей повы-

шенную активность к кремнеземистым компонентам. Возможно образование водородной связи между атомами водорода смолы и атомами кислорода кремнеземистого заполнителя. Данные ИК-спектроскопии полимерцементов показали осо^ бенности полос поглощения пп ОН- и КН - в

области спектра 3600-3200 см и смещение максимума в высокочастотную область, что обычно свидетельствует об усилении межмолекулярного воздействия компонентов смеси. С добавлением полимера адгезионная прочность поли-мер^цемента также возрастает. , что обусловливается, по-видимому, наличием полярных групп в молекулах смолы. Коэффициент температурного расширения составляет 1,3*10"^ т.е. примерно такой же, как у цементно-песчаного раствора, что способствует их совместной работе при изменениях температуры. Коэффициент диффузии воды в полимерце-

о

мент составляет 1,48 см /с , следовательно добавка полимеров снижает водопроницаемость, а также уменьшает капиллярный подсос на 40%. Таким образом введение эпоксидно-полиамидной дисперсии благоприятно влияет на структуру цементного камня, делая ее более плотной, мелкокристаллической и увеличивает степень гидратации цемента.

Сравнение сопротивлений паропроницаемости разработанных составов с традиционными парогидроизоляционными материалами /цементно-перхлорвиниловой пастой, латексно-цементным составом, составом ЛСП-145 / показывает, что их величины примерно одного порядка.

Разработаны жесткие режимы испытания, позволившие за более короткий срок / 80 циклов / имитировать реальные сроки эксплуатации. Проведенные исследования показали, что снижение прочности под воздействием агрессивных сред и повышенной температуры, характерное для периода разупрочнения структуры с последующей ее стабилизацией, носит затухающий характер в производственных средах бан-но-прачечных комбинатов.

Таким образом, полимерцементные материалы с добавкой

эпоксидно-полиамидных смол полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалам для защитных парогидроизоляционных покрытий ограждающих конструкций помещений с повышенным температурно-влажностным режимом, подтверждает правильность выдвинутой ранее рабочей гипотезы.

В седьмой главе отработана технология приготовления и нанесения полимерцементных материалов в условиях строительной площадки. В начале в растворомешалку по,-дают отдозированные смолы и воду; приготовление эпоксидно-полиамидной дисперсии следует производить в течении 3-4 мин., затем загружают сухие материалы /цемент, наполнитель, песок / и перемешивают в течение 3-5 мин. до получения однородной смеси. Производство работ по нанесению полиыерцементной композиции состоит из следующих операций: нанесения обрызга на подготовленную поверхность стен, нанесения парогидроизоляционного материала с разравниванием и затиркой покрывающего слоя. При необходимости сформированное покрытие парогидроизо-ляции облицовывают керамическими плитками. По результатам исследования технологического процесса устройства парогидроизоляции ограадающих конструкций стен разработаны технологические карты.

Выполнен технико-экономический расчет покрытий ограждающих конструкций стен с применением разработанных материалов. Экономический эффект от внедрения разработанных покрытий по сравнению с традиционными составил 64800 руб на 10000 м2 в ценах 1984года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Исходя из условий работы и теоретического анализа свойств, определены основные требования к парогидро-изоляционным материалам для покрытия стен, установлены основные показатели их свойств.

2. Показана целесообразность применения полимерце-

ментной парогидроизоляции с добавкой эпоксидных смол.

3. Изучено влияние отвердителей на свойства эпоксидных полимеров . Показано действие закона створа для отверзденной системы "эпоксидная смола-полиамидный отвердитель". Оптимизирован состав полимерцементного связующего вещества.

4. Рассмотрены способы получения эпоксидной дисперсии. Выявлен наиболее технологичный эмульгатор для получения ^самоэмульгирующихся эпоксидно-полиамидных дисперсий.

5. Оптимизированы составы полимерцементных связующих методом математического планирования эксперимента. Получены аналитические зависимости прочностных свойств от'факторов варьирования (отношений: "полимер/цемент", "вода/цемент", "отвердитель/полимер").

6. Получены полимерцементы оптимальных составов с помощью общего метода проектирования составов ИСК. При найденых соотношениях компонентов обеспечиваются показатели физико-механических и химических свойств на уровне заданных технических требований.

7. Исследованы основные и эксплуатационные свойства разработанных композиций*. Показано, что они полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам для устройства долговечной парогидроизоляции стен коммунальных зданий.

8. Показан синергизм свойств цементных и органических вяжущих. Введение эпоксидно-полиамидной дисперсии благоприятно влияет на структуру цементного камня, делая ее более плотной, ускоряет гидратацию. По всей видимости, также происходит взаимодействие реакционных групп полимера с цементными новообразования!,га на межмолекулярном уровне.

9. Установлены рациональные области применения поли-мерцемента с добавками эпоксидной смолы в условиях температурных и влажностных воздействий различной интенсивности.

10. Отработана технология приготовления и нанесения полимерцементных материалов в условиях строительной площадки. Особенно благоприятно применение разработанных композиций при небольшом объеме парогидроизоляционных работ и ремонтах. Полимерцементная парогидроизоляция не требует многочисленных компонентов, многослойности и органических растворителей, имеет простую технологию приготовления и нанесения.

11. Выполнен технико-экономический расчет покрытий ограждающих конструкций стен с применением разработанных материалов.. Экономический эффект от внедрения разработанных покрытий по сравнению с традиционными составил 64800руб. на 10000 м^ / в ценах 1984г./.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Владычин A.C., Мишенков В.В., Дудченко Ю.М., Тихомирова Т.Е. Прогрессивная технология защиты строительны: конструкций. Инф. сборник ЦБНТИ, вып. 9. М: 1989.

2. Тихомирова Т.Е. Эффективные материалы для парогид-роизоляции помещений с повышенным температурно-влажностнш. режимом. ВНИИЭСМ, деп рук. № 1868, М: 1991.

3. Тихомирова Т.Е. К вопросу технико-экономической оценки штукатурных гидроизоляционных материалов. ВНИЖГПИ, деп. рук. № 11243, М: 1992.

4. Тихомирова Т.Е. К вопросу оптимизации материала на основе полимерцементного вяжущего для парогидроизоля-ционных покрытий. / В печати /.

5. Заявка на выдачу патента Российской Федерации на изобретение № 93041299 от 25.08.93 / Тихомирова Т.Е. - Зая лено 17.08.93г./.

6. Статьи: " Гидрофилизация", "Гидрофобизадия" в энци клопедию. / Б печати /.