Wpływ włókien na właściwości mas szpachlowych do płyt gipsowo-kartonowych

Masy szpachlowe mogą pełnić dwie funkcje: spoinowanie płyt gipsowo-kartonowych oraz szpachlowanie powierzchni, czyli wykonywanie tzw. gładzi.

Gładź to zwyczajowe określenie tynku cienkowarstwowego, przeznaczonego do nakładania w jednej lub większej liczbie warstw grubości do 3 mm. Gładź jest ostatnią, wierzchnią warstwą wyprawy tynkarskiej, przygotowanej pod malowanie lub tapetowanie, nadającą wysoką estetykę powierzchni sufitów oraz ścian wewnątrz pomieszczeń.

Z kolei masy szpachlowe przeznaczone do spoinowania nie tworzą struktury ciągłej, a służą jedynie do łączenia elementów suchej zabudowy, np. płyt gipsowo-kartonowych, i uzupełniania ubytków na powierzchniach. Wiele wyrobów dostępnych na rynku może spełniać obie funkcje jednocześnie. Na FOT. 1 przestawiono przykład zastosowania mas szpachlowych.

Charakterystyka mas szpachlowych

Wymagania dla mas szpachlowych do spoinowania i wykańczania płyt gipsowo-kartonowych w systemach suchej zabudowy określone są w normie PN-EN 13963:2014 [1]. Norma ta uwzględnia podział wyrobów z uwagi na przeznaczenie oraz mechanizm wiązania i twardnienia.

Masy szpachlowe polimerowe, jako wyroby wiążące i twardniejące przez wysychanie, to masy typu A. Masy szpachlowe gipsowe zdefiniowane są jako wyroby wiążące i twardniejące na drodze reakcji chemicznych - masy typu B. Szczegółowy podział mas przedstawiono w TABELI.

Badania normowe mas szpachlowych typów A i B obejmują takie same własności:

• reakcję na ogień,
• wytrzymałość złącza płyt gipsowo-kartonowych ze spoiną,
• powstawanie spękań,
• zawartość cząstek grubych,
• przyczepność do płyty gipsowo-kartonowej.

Wyjątkiem jest badanie czasu wiązania, które dotyczy wyłącznie mieszanek typu B.

Masę szpachlową zazwyczaj stanowi sucha mieszanka lub gotowa masa, przygotowana fabrycznie, w skład której wchodzą:

• spoiwo - gips w wypadku mas typu B lub dyspersje polimerowe dla mas typu A,
• wypełniacz mineralny, np. biały - mączka dolomitowa,
• dodatki modyfikujące - np. etery celulozy.

Ich skład uzupełnia się dodatkiem włókien.

Stosowanie włókien w zaprawach i wyrobach chemii budowlanej

Dzięki zastosowaniu włókien można uzyskać wiele korzyści technologicznych.

• Włókna rozproszone w masie tworzą trójwymiarową sieć i mają za zadanie przede wszystkich zapobiegać tworzeniu się rys skurczowych.
• Włókna jako mikrozbrojenie przyczyniają się również do zwiększenia wytrzymałości mechanicznej wyrobu.

W zaprawach gipsowych najczęściej stosuje się włókna celulozowe, w wyrobach o wymaganych wyższych wytrzymałościach, np. betonie czy podkładach podłogowych - włókna szklane, stalowe, polimerowe.

Powszechnie znane są włókna celulozowe o różnej zawartości celulozy, długości i grubości [2]. Pod względem zawartości celulozy włókna te można podzielić na trzy kategorie: ok. 80%, ok. 90% i > 90% celulozy.

Włókna celulozowe cięte są na kawałki długości zazwyczaj od 20 do 1000 mm, choć produkowane są również włókna długości 2000 mm.

Grubość włókien celulozowych waha się natomiast w stosunkowo wąskich granicach: od 20 do 100 mm. Wyróżniają się one ponadto wysokim stopniem białości wynoszącym 60-90%, który wzrasta wraz z zawartością celulozy we włóknie.

Właściwości czystej celulozy po obróbce chemicznej mogą pozostawać bez zmian przez przeszło dwa lata [2] lub znacznie więcej. Ilość dodatku włókien do zapraw nie powinna przekraczać 1%, choć z reguły stosuje się ilości znacznie mniejsze, ok. 0,2-0,5% masy suchej mieszanki.

Włókna celulozowe nie rozpuszczają się w wodzie, w przeciwieństwie do metylocelulozy stosowanej jako zagęstnik do zapraw budowlanych, jednakże wykazują właściwości poprawiające retencję wody w zaprawie.

Odmiennie od włókien celulozowych, włókna polimerowe czy szklane nie wpływają na retencję wody, jednak poprawiają reologię wyrobów, a przede wszystkim przyczyniają się istotnie do zwiększenia wytrzymałości szczególnie na zginanie i rozciąganie.

Na FOT. 2, FOT. 3, FOT. 4 i FOT. 5 zobrazowano przykłady wybranych włókien, stosowanych jako domieszki w wyrobach chemii budowlanej (włókna zastosowane w badaniach zostały zobrazowane przy zastosowaniu mikroskopu optycznego, przy powiększeniu 50×).

Badania

W celu określenia wpływu włókien na powstawanie spękań, w laboratorium ICiMB wykonano badania ich podstawowych właściwości, mających wpływ na zapewnienie trwałości i estetyki wykonywanych wykończeń, tj. wytrzymałości połączeń metodą zginania oraz przyczepności, a także przeprowadzono obserwacje wizualne powstawania powierzchni wypraw.

Do badań przygotowano dwa rodzaje mas szpachlowych wg PN EN13963:2014 [1]:

• masę szpachlową polimerową typu 3A,
• masę szpachlową gipsową typu 3B,

z zastosowaniem następujących rodzajów włókien, oznaczonych odpowiednio symbolami:

• WC0 - mikrowłókna zastępujące metylocelulozę,
• WC1 - włókna celulozowe, średnia długość 0,045 mm,
• WC2 - włókna celulozowe, średnia długość 0,120 mm,
• WC3 - włókna celulozowe, średnia długość 0,200 mm,
• WC4 - włókna celulozowe, średnia długość 0,300 mm,
• WC5 - włókna celulozowe, średnia długość 0,600 mm,
• WCX - mieszanina włókien celulozowych WC1/WC3 w stosunku 2:1,
• WP - włókna polietylenowe, długość od 0,200 mm do 0,500 mm,
• WB - włókna bazaltowe, średnia długość ok. 2 mm.

Wytypowane włókna dodawano do masy przygotowanej wg receptury ramowej w ilości 0,50% masy, zmniejszając jednocześnie udział metylocelulozy. Dla porównania przygotowano również próbkę bez dodatku włókien, oznaczoną w badaniach jako "0".

Na FOT. 6, FOT. 7, FOT. 8 i FOT. 9 przedstawiono sposób wykonywania wytypowanych badań.

Wyniki badań

Na FOT. 10 przedstawiono wyniki oceny w zakresie powstawania spękań na grubości wypraw do 10 mm.

Ocena właściwości roboczych mas wykazała łatwiejsze mieszanie i szybszą homogenizację próbek z dodatkiem włókien celulozowych. Stwierdzono również wyraźnie łatwiejsze nakładanie i rozprowadzanie w porównaniu do zaprawy bazowej. Dodatek włókien krótkich pozwolił na redukcję kleistości do narzędzi, co widać wyraźnie na FOT. 10.

• Wyniki badań wykazały, że dodatek włókien wpływa zasadniczo na ograniczenie powstawania spękań mas szpachlowych.
• W przypadku masy bez włókien występowanie spękań zaobserwowano przy grubości nakładania masy ok. 5 mm.
• Włókna bardzo krótkie i mikrowłókna zastępujące metylocelulozę zapewniły ograniczenie występowania spękań w masie o grubości do ok. 7 mm.
• Przy zastosowaniu włókien celulozowych długości większej niż 100 mm nie stwierdzono występowania spękań na całej długości klina, tj. w warstwie o grubości do 10 mm.
• Brak spękań masy zapewniło również zastosowanie zalecanej przez producenta włókien mieszaniny włókien o różnej długości WCX oraz włókien bazaltowych i polimerowych.
• W wypadku włókien dłuższych oraz bazaltowych zauważono jednakże większą trudność w uzyskaniu gładkiej powierzchni wyprawy, czego z kolei nie stwierdzono dla mieszaniny włókien celulozowych.

Na RYS. 1 przedstawiono wyniki badań przyczepności poszczególnych kompozycji.

• Najlepsze wyniki przyczepności - prawie dwukrotnie wyższe niż w wypadku mas bez dodatku włókien - stwierdzono przy zastosowaniu mikrowłókien stosowanych również jako domieszka zastępująca metylocelulozę.
• Dla włókien krótkich uzyskano wartości porównywalne do masy szpachlowej bez domieszki.
• Nie stwierdzono również wyraźnych różnic wyników w wypadku włókien długości średniej 100-600 mm.
• Istotny wzrost przyczepności uzyskano jednakże dla mieszaniny włókien różnej długości. Zastosowanie natomiast włókien bazaltowych i polimerowych nie wpływa na siłę wiązania masy z podłożem z płyty g-k.

Nieco inaczej przedstawia się wpływ włókien na wytrzymałość badanych mas na zginanie. Zależność tę dla poszczególnych rodzajów włókien odzwierciedla RYS. 2.

Obecność włókien celulozowych krótkich nie wykazała większego wpływu na wytrzymałość mas szpachlowych na zginanie, szczególnie w wypadku pomiaru siły niszczącej próbkę.

Największy wpływ na poprawę wytrzymałości na zginanie uzyskano dla włókien średniej długości ok. 200 mm, gdzie poza wzrostem siły niszczącej uzyskano znaczne zwiększenie siły, przy której następuje pierwsze pęknięcie.

Wzrost odporności na pękanie uzyskano również przy zastosowaniu włókien polimerowych i bazaltowych, jednakże siły niszczące osiągają w ich wypadku porównywalne wartości.

Największy wzrost wytrzymałości na zginanie uzyskano dla mieszaniny włókien celulozowych różnej długości, tj. bardzo krótkich - 45 mm i średnich - 200 mm w stosunku 2:1.

Podsumowanie

• Przeprowadzone badania wykazały, że dodatek włókien w większości wypadków poprawia przyczepność mas szpachlowych, jednocześnie zwiększając ich zdolność do przenoszenia obciążeń zginających, z jakimi mamy do czynienia w ścianach działowych i wykończeniach poddaszy, gdzie najczęściej stosowane są płyty g-k.
• Dodatek włókien wyraźnie poprawia właściwości robocze zapraw.
• Oprócz zalet technologicznych, stosowanie włókien niesie ze sobą również wymierne korzyści finansowe. Wiąże się to z możliwością zastępowania (w określonym stopniu) drogiej metylocelulozy przez włókna celulozowe. O ile, w przeciwieństwie do eterów celulozy, włókna nie rozpuszczają się w wodzie, to dodane do mas szpachlowych wykazują działanie podobne jak one, czyli zwiększają retencję wody w zaprawie, jednocześnie poprawiając jej właściwości mechaniczne.

Literatura

1. PN-EN 13963:2014, "Materiały do spoinowania płyt gipsowo­‑kartonowych - Definicje, wymagania i metody badań".
2. S. Chłądzyński, "Składniki zapraw klejowych do płytek. Część IV - Włókna celulozowe", "IZOLACJE" nr 6/2008, s. 42-46.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!