ROLA REDYSPERGOWALNYCH ŻYWIC PROSZKOWYCH W KSZTAŁTOWANIU WŁAŚCIWOŚCI UŻYTKOWYCH WYBRANYCH ZAPRAW KLEJOWYCH Zdzisław Pytel, Jan Małolepszy Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Zakład Materiałów Budowlanych, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków Abstract Preliminary results on utilisation properties of thin layer mortar, modified by synthetic polymers have been presented in this paper. This mortar is assigned for joining sand-lime wall elements. To improve rheology properties, provide proper retention of water and improve adhesion of fresh mortar, composition has been modified by addition of small amount of redispersible polymer powder. Results obtained confirmed that silica sand composed with mineral and polymer binders could be used as a dry mortar. This polymermodified mortar mixed with water in proper ratio, posses good rheology and high strength properties after setting. 1. Wprowadzenie Pierwsze próby stosowania syntetycznych żywic proszkowych, zmierzających do modyfikowania właściwości użytkowych różnego rodzaju zapraw otrzymywanych na bazie spoiw mineralnych miały miejsce pod koniec lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku [1,2]. Wprawdzie najwięcej tego typu aplikacji dotyczy cementu portlandzkiego, to jednak duże znaczenie mają również zastosowania z użyciem wapna, gipsu i anhydrytu lub ich mieszaniny o odpowiednio dobranym składzie. Generalnie wymienione powyżej spoiwa mineralne wiążą w obecności wody, w wyniku czego otrzymywane na ich bazie tworzywa ceramiczne odznaczają się korzystnymi właściwościami użytkowymi. Jednak do właściwego przebiegu procesu hydratacji spoiw mineralnych musi być spełniony podstawowy warunek, a mianowicie niezbędna jest woda w
odpowiedniej ilości oraz musi być ona dostępna przez wymagany okres czasu, uzależniony od rodzaju użytego spoiwa. Zatem zapewnienie odpowiednich warunków do właściwego przebiegu procesu hydratacji spoiw mineralnych, gwarantuje uzyskanie wysokowartościowych tworzyw, spełniających podstawowe wymagania użytkowe. Nie oznacza to wcale, że tak otrzymane tworzywa nie posiadają pewnych wad, których jednak bez udziału odpowiednich dodatków mineralnych lub domieszek chemicznych nie da się usunąć. Większość z nich można wyeliminować lub bardzo wyraźnie ograniczyć ich ujemny wpływ, poprzez wprowadzenie do spoiw mineralnych domieszek w postaci żywic syntetycznych. Dzięki bowiem kombinacji tradycyjnych, hydraulicznych środków wiążących oraz nowej generacji żywic proszkowych, staje się dzisiaj możliwe wytworzenie produktów odpowiadających wysokim wymaganiom odnośnie przyczepności do różnego typu podłoża, nawet do podłoża pochodzenia nieorganicznego, jakimi przykładowo są: drewno, płyty polistyrenowe, wełna mineralna oraz PCV, używanych powszechnie we współczesnym budownictwie. Ponadto ulegają wyraźnej poprawie właściwości tych materiałów w zakresie odkształcalności, przepuszczalności pary wodnej, jak również hydrofobowości [3,4]. Wprowadzenie bowiem syntetycznych dyspersji polimerowych do układu spoiwo mineralne - kruszywo, typowego dla różnego rodzaju tynków i zapraw otrzymywanych na bazie spoiw mineralnych, powoduje podwyższenie ich podstawowych cech użytkowych tj. wytrzymałości na ściskanie, zginanie i rozciąganie, przyczepności do podłoża oraz ograniczenie skurczu. Ponadto syntetyczne dyspersje obniżają zazwyczaj zapotrzebowanie wody, z pozostawieniem plastyczności zaprawy na tym samym poziomie. Żywice podwyższają odporność na ścieranie, agresję chemiczną oraz, ze względu na dużą zdolność do odkształceń zewnętrznych, podwyższają tym samym odporność na działanie niskich temperatur. Ponadto materiały tego typu obniżają przepuszczalność wody i gazów, co jest cechą bardzo korzystną ze względu na niską odporność tego typu tworzyw na agresywne działanie środowiska [5]. W początkowym okresie domieszki żywic do zapraw cementowych i betonów wprowadzano w postaci ciekłych emulsji. Jednak takie rozwiązanie jest dość kłopotliwe, ze względu na trudności z właściwym i precyzyjnym dozowaniem emulsji podczas przygotowywania danej zaprawy najczęściej w warunkach terenowych, a co najważniejsze, ciekły stan tych domieszek uniemożliwiał otrzymywanie suchych mieszanek, gotowych do użycia bezpośrednio po dodaniu odpowiedniej ilości wody. Dopiero opracowanie technologii otrzymywania żywic w postaci redyspergowalnych proszków, spowodowało gwałtowny rozwój prefabrykacji suchych zapraw. Od tego momentu obserwuje się nie tylko szybki rozwój produkcji specjalistycznych zapraw klejowych do mocowania płytek ceramicznych,
klejów do systemów dociepleń budynków, posadzek samopoziomujących, ale również zapraw murarskich i tynków mineralnych [6]. Celem naszych badań było określenie wpływu żywicy proszkowej na właściwości suchej zaprawy budowlanej, przeznaczonej zasadniczo do łączenia ściennych elementów wapiennopiaskowych, która po zarobieniu wymaganą ilością wody, będzie spełniać podstawowe wymagania zarówno w zakresie właściwości reologicznych jak i cech wytrzymałościowych. 2. Część doświadczalna 2.1 Stosowane surowce Do otrzymania omawianej zaprawy murarskiej, modyfikowanej dodatkiem redyspergowalnych żywic proszkowych, używano surowców mineralnych. W charakterze wypełniacza stosowano piasek kwarcowy wykorzystywany do produkcji wspomnianych wyrobów autoklawizowanych w jednym z zakładów przemysłowych, natomiast mikrowypełniaczem była mączka wapienna o wielkości ziaren poniżej 0,08 mm. Spoiwem była mieszanina cementu portlandzkiego CEM I 32,5 i wapna hydratyzowanego. Dla uzyskania efektu poprawy właściwości związanych z odkształcalnością stwardniałych zapraw oraz przyczepnością do podłoża, stosowano żywice proszkowe w postaci kopolimerów otrzymanych na bazie octanu winylu i etylenu, pochodzące z trzech różnych firm, wprowadzane zawsze w takiej samej ilości, wynoszącej 0,5 % (wagowo) w stosunku do masy suchych składników. Właściwą reologię zapraw zapewniał natomiast dodatek metylocelulozy, wprowadzanej w ilości 0,2% (wagowo) w stosunku do masy pozostałych składników zaprawy. 2.2. Charakterystyka otrzymanych zapraw W trakcie przeprowadzonych badań otrzymano trzy zaprawy, odznaczające się takim samym udziałem poszczególnych składników, a różniące się natomiast rodzajem wprowadzonej redyspergowalnej żywicy proszkowej. W stosunku do otrzymanych zapraw wykonano podstawowe badania cech użytkowych świeżych zapraw jak i zapraw stwardniałych zgodnie z metodyką podaną w normie PN-B-04500:1985. Otrzymane rezultaty badań przedstawiają tablice 1-3.
Tablica 1. Właściwości robocze świeżych zapraw klejowych Rodzaj zaprawy Rodzaj badanego parametru KL-1 KL-2 KL-3 Ilość wody, % 20,0 19,8 19,5 Plastyczność wg stożka Novikowa, cm 7,0 7,5 7,3 Zawartość powietrza, % 24,5 25,8 26,3 Gęstość mieszanki, kg/m 3 1615 1587 1581 Tablica 2. Właściwości mechaniczne stwardniałych zapraw klejowych Rodzaj badanego parametru Rodzaj zaprawy KL-1 KL-2 KL-3 Nasiąkliwość, % 14,6 16,7 16,5 Wytrzymałość na zginanie R f, MPa Wytrzymałość na ściskanie R c, MPa 2 dni 1,86 1,84 1,58 7 dni 3,68 3,56 3,94 28 dni 5,47 5,28 4,94 2 dni 5,11 4,03 5,03 7 dni 10,49 10,39 9,68 28 dni 12,63 10,59 9,97 Tablica 3. Przyczepność zapraw klejowych do podłoża Rodzaj zaprawy w stanie wysuszonym w stanie wilgotnym cegła silikatowa beton komórkowy cegła silikatowa beton komórkowy KL- 1 0,844 0,294 0,408 0,358 KL-2 0,973 0,423 0,313 0,335 KL-3 0,955 0,604 0,232 0,296 Analizując powyższe wyniki badań należy stwierdzić brak wyraźnego wpływu użytych dyspersji proszkowych na właściwości użytkowe otrzymanych zapraw klejowych. Obserwowany natomiast efekt obniżenia wartości parametrów cech wytrzymałościowych zapraw klejowych w stanie nasycenia wodą, jest zgodny z oczekiwaniem, bowiem jest on typowy dla tego typu materiałów otrzymywanych z udziałem syntetycznych polimerów. Uzyskane wartości poszczególnych parametrów są zgodne z wymaganiami podanymi w normach: PN-B-14501: 1990 i PN-B-10109: 1998.
2.3. Badanie mikrostruktury zapraw Mikrostrukturę stwardniałych zapraw klejowych badano przy pomocy mikroskopu skaningowym Firmy JEOL model JSM 5400. Typowe obrazy mikrostruktury badanych zapraw klejowych przedstawia rysunek 1. Rys. 1. Obraz mikrostruktury zaprawy klejowej KL-1 Analizując przykładowo przedstawione obrazy mikrostruktur stwardniałej zaprawy klejowej, można stwierdzić istnienie cienkiego filmu utworzonego przez spolimeryzowaną żywicę, przenikającego się wzajemnie z typowymi produktami hydratacji spoiw mineralnych. Właśnie obecnością tego filmu, charakteryzującego się dużą elastycznością, tłumaczy się między innymi korzystny wpływ żywicy na cechy wytrzymałościowe omawianych materiałów ceramicznych, w szczególności odznaczających się podwyższoną przyczepnością do różnych typów podłoża. Z pewnością nie bez znaczenia na cechy użytkowe stwardniałych zapraw klejowych, ma również fakt wypełniania porów kapilarnych i żelowych przez substancje polimerowe. 3. Podsumowanie i wnioski Prezentowane wyniki badań należy traktować jako wyniki wstępne. Jednak otrzymane rezultaty, które w naszej ocenie są bardzo obiecujące, zdecydują z pewnością o prowadzeniu bardziej szczegółowych badań laboratoryjnych w tym zakresie. Dokonując analizy całokształtu dotychczas otrzymanych wyników badań należy stwierdzić, że bez konieczności
stosowania uszlachetnionych piasków kwarcowych, z udziałem redyspergowalnych żywic proszkowych, można otrzymać suche zaprawy murarskie, o bardzo dobrych właściwościach reologicznych oraz mechanicznych. Zaprawy te bowiem spełniają wszystkie podstawowe wymagania normowe określone dla tego typu produktów. Bardzo dobre właściwości reologiczne omawianych zapraw klejowych, decydujące niewątpliwie o ich zaletach, wpływają jednak na pewne ograniczenie ich stosowania. Długi czas zachowywania właściwości roboczych, o czym decyduje tzw. czas otwarty praktycznie uniemożliwia stosowanie zapraw klejowych do łączenia elementów ściennych spoiną o tradycyjnej grubości 10 15 mm, gdyż wpływa to na niestabilność wznoszonego muru. Zjawiska tego nie obserwujemy natomiast w przypadku łączenia poszczególnych elementów ściennych cienką spoiną o grubości 3 5 mm. Jednak w przypadku spoin cienkowarstwowych, podatnych na szybkie wysychanie, istnieje obawa, że przedwczesne odprowadzanie wody spowoduje niewłaściwy przebieg procesu hydratacji spoiw mineralnych, co ma bezpośredni związek z uzyskiwaną wytrzymałością końcową stwardniałych zapraw. W przypadku rozpatrywanych zapraw klejowych, obawa taka jest bezpodstawna, bowiem obecność w ich składzie metylocelulozy, zapewnia odpowiednią retencję wody. Zatem zaprawy murarskie, modyfikowane dodatkiem syntetycznych żywic, są szczególnie zalecane do stosowania jako zaprawy cienkowarstwowe. Jednak w takim przypadku elementy ścienne muszą odznaczać się dużą dokładnością wymiarów zewnętrznych. W przypadku najnowszej generacji wyrobów wapienno-piaskowych z połączeniem pionowym na wpust-wypust warunek ten jest spełniony. 4. Literatura 1. Hop T.: Betony modyfikowane polimerami, Arkady, Warszawa 1976. 2. Kucharska L.: Cement-Wapno-Beton, Nr 2, 2000, s. 46 61. 3. Bright R.P., Mraz J.T., Vassallo J.C.: Handbook of polymer-modified concrete and mortars, Edited by Ohama Y., Noyes Publications, Park Ride, 1995, pp. 44 62. 4. Schnaider S.I., DeWacker D.R., Palmer J.G.: Handbook of polymer-modified concrete and mortars, Edited by Ohama Y., Noyes Publications, Park Ride, 1995, pp. 76 90. 5. Brożyna I.M., Leśniak S., Szołtysek A.: Materiały Budowlane Nr 12, 1999, s. 18 21(88). 6. Kulesza M., Michalak J.: Chemia Budowlana Nr 1, 1999, s. 28 30.