Wpływ wytrzymałości cementu na właściwości klejów do ociepleń

Produkowane są dwie odrębne grupy wyrobów, różniących się zasadniczo właściwościami i przeznaczeniem:

• cementy portlandzkie,
• cementy glinowe.

W recepturach suchych mieszanek chemii budowlanej wykorzystywane są przede wszystkim cementy wytwarzane z klinkieru portlandzkiego, spełniające wymagania normy PN-EN 197-1 [2].

Szczegółową charakterystykę cementów stosowanych w recepturach suchych zapraw przedstawiono we wcześniejszym artykule autorów [3].

Cement w zaprawach klejących do ociepleń

Wśród klejów do ociepleń wyróżnia się dwie grupy wyrobów:

• kleje przeznaczone wyłącznie do przyklejania do ściany elementu termoizolacyjnego, tj. styropianu (EPS), polistyrenu ekstrudowanego (XPS), wełny mineralnej (MW),
• kleje uniwersalne przeznaczone zarówno do przyklejania płyt termoizolacji, jak i do zatapiania siatki zbrojącej.

W przypadku klejów do siatki produkowane są zarówno kleje szare, jak i białe, a ich kolor zależy od rodzaju użytego cementu. Produkcja klejów białych, przeznaczonych wyłącznie do przyklejania styropianu, jest nieuzasadniona ekonomicznie, dlatego nie ma ich w ofercie krajowych producentów suchych zapraw.

Cement, jako spoiwo w zaprawie klejącej, kształtuje właściwości mechaniczne. Wraz z dodatkiem proszku redyspergowalnego odpowiada za właściwą przyczepność zaprawy klejącej do ściany i do płyt termoizolacji, zapewniając w dodatku odporność kleju na działanie wody i mrozu.

W przypadku klejów przeznaczonych do zatapiania siatki cement przyczynia się do zwiększenia wytrzymałości mechanicznej warstwy zbrojącej. Warto dodać, że niekorzystny wpływ cementu na elastyczność zaprawy klejącej jest eliminowany poprzez odpowiedni dodatek proszku redyspergowalnego oraz włókien zbrojących.

Kleje cementowe uzyskują odpowiednią przyczepność głównie poprzez związanie fizyczne dyspersji polimerowej, a także zaczynu cementowego z powierzchnią podłoża lub termoizolacji. Mamy zatem w przypadku tego rodzaju klejów dwa rodzaje wiązań: słabe cementowe i mocne polimerowe, decydujące o jakości i trwałości połączenia.

Zaprawy klejące do ociepleń wymagają stosowania spoiwa zapewniającego szybki przyrost wytrzymałości w czasie. Dlatego też w recepturach tych wyrobów stosuje się prawie wyłącznie szybkowiążące cementy portlandzkie o klasach wytrzymałości co najmniej 42,5R. Dodatkowo stosuje się przyspieszacz twardnienia zaprawy, którym zazwyczaj jest mrówczan wapnia.

Najczęściej stosowanym cementem portlandzkim jest CEM I 42,5R, a znacznie rzadziej CEM I 52,5R.

Cementy CEM II do CEM V z dodatkami (popiół lotny krzemionkowy V, mielony granulowany żużel wielkopiecowy S) są stosowane znacznie rzadziej, ponieważ dodatki wpływają niekorzystnie na kluczowy parametr klejów do ociepleń, tj. przyczepność.

Udział cementu w klejach do ociepleń, w zależności od receptury producenta oraz przeznaczenia kleju, jest zróżnicowany i z reguły waha się w zakresie 22-38% masy gotowej suchej mieszanki.

Receptury i zakres badań

W recepturach zapraw klejących do ociepleń stosuje się głównie cement portlandzki CEM I 42,5R.

Biorąc jednakże pod uwagę właściwości użytkowe klejów i praktyczne aspekty użytkowania systemów ociepleń (w warunkach letnich kołkowanie częstokroć już po 1–2 dniach od przyklejenia kleju, gruntowanie warstwy zbrojącej również po 1 dniu od zatopienia siatki), a także wymagania aprobat/ocen technicznych dotyczące przyczepności, stosowanie w recepturach zapraw klejących cementu szybkowiążącego i o najwyższych parametrach wytrzymałościowych (czyli klasy CEM I 52,5R) wydaje się technologicznie uzasadnione. W tym celu sporządzono mieszanki zaprawy klejącej do ociepleń, mającej z założenia spełniać wymagania ETAG 004 [4] (a tym samym - również ZUAT [5], których metody badań i wymagania wzorowane są na ETAG-u).

Badano zaprawy różniące się cementem oraz ilością proszku redyspergowalnego. Proszek redyspergowalny jest nieodzownym składnikiem klejów do ociepleń, wydatnie polepszającym przyczepność oraz elastyczność kleju, mającą znaczenie szczególnie w przypadku klejów do siatki.

Ilość wody dodawanej do suchej mieszanki ustalono doświadczalnie, na podstawie pomiarów rozpływu (175   ± 10 mm) na stoliku do rozpływu. Receptury przeznaczone do badań przedstawiono w TAB. 1.

W tym celu do badań zastosowano dwa przemysłowe cementy:

• CEM I 42,5R Chełm,
• CEM I 52,5R Chełm,

których właściwości zestawiono w TAB. 2.

Cementy różniły się stopniem zmielenia, kształtującym czas wiązania i wytrzymałość normową (wczesną i końcową). Cement CEM I 52,5R uzyskiwał wytrzymałość o ok. 10 MPa wyższą w porównaniu do cementu CEM I 42,5R.

Zbadano przyczepność klejów do ociepleń, przygotowanych wg receptur podanych w TAB. 1. Oprócz badań typowych dla ETAG 004 (tj. po 28 dniach kondycjonowania zapraw klejących) wykonano dodatkowo "testy szybkie" (tj. po 7 dniach), jakie częstokroć przeprowadzane są w laboratoriach producentów, mające za zadanie wstępną ocenę jakości produktu.

Testowano ponadto właściwości użytkowe przygotowanych mieszanek klejów.

W tym celu:

1. poddano obserwacji płyty styropianowe z nałożonym klejem, kondycjonowane w warunkach letnich (przy temp. 17-27°C noc/dzień i przy intensywnym nasłonecznieniu) oraz w łagodnych warunkach zimowych (przy temp. ok. 0-7°C noc/dzień, bez opadów atmosferycznych),
2. zmierzono rozpływ klejów w warunkach laboratoryjnych na stoliku w okresie od zarobienia wodą do 5 godzin.

Program badań miał na celu ocenę, jak wytrzymałość cementu i udział proszku redyspergowalnego wpływają na właściwości normowe i użytkowe klejów do ociepleń.

Wprowadzenie tych zmiennych miało na celu sprawdzenie możliwości korekt receptury klejów poprzez ograniczenie drogiego proszku redyspergowalnego dzięki wprowadzeniu cementu o wyższych parametrach wytrzymałościowych.

Wyniki badań i ich omówienie

Przyczepność wg ETAG

Wyniki badań przyczepności zestawiono w TAB. 3.

W tabeli tej, oprócz wyników badań, przedstawiono różnicę kosztu poszczególnych receptur, przyjmując koszt receptury nr 4 jako "bazowy" (najniższy koszt receptury, dla której uzyskano wyniki spełniające wymagania ETAG). Koszty policzono przy przyjęciu szacunkowych cen rynkowych poszczególnych składników.

Ocena przyczepności kleju do styropianu jest szczególnie ważnym wskaźnikiem z punktu widzenia producentów wyrobów z niego. Parametr ten jest bowiem najczęściej oceniany podczas badań laboratoryjnych będących skutkiem wyrywkowych kontroli tych wyrobów zlecanych przez wojewódzkie urzędy nadzoru budowlanego.

Najniższe wyniki uzyskuje się w przypadku próbek po 28 dniach kondycjonowania w warunkach laboratoryjnych, a następnie zanurzonych przez 2 dni w wodzie oraz suszonych przed badaniem przez 2 godziny. Wymaganie ETAG/ZUAT jest jednak tak niskie, że badane kleje zazwyczaj nie mają problemu ze spełnieniem wymagania progowego, wynoszącego ≥  0,03 MPa.

Oznaczeniem krytycznym, najczęściej decydującym o spełnieniu (bądź niespełnieniu) przez klej wymagań ETAG/ZUAT, jest przyczepność do styropianu po 28 dniach kondycjonowania próbek w warunkach laboratoryjnych, a następnie zanurzonych przez 2 dni w wodzie oraz suszonych przez kolejne 7 dni. W przypadku tego oznaczenia wymaganie przyczepności do styropianu wynosi ≥  0,08 MPa (TAB. 3).

Badania wykazały, że na wyniki oznaczeń wpływa zarówno wytrzymałość cementu, jak i udział proszku redyspergowalnego w recepturze. Próbki zapraw klejących, wykonane z cementu CEM I 42,5R, spełniły wymagania ETAG/ZUAT dopiero przy odpowiednio dużym dodatku proszku, wynoszącym 1,4% masy (TAB. 3, RYS. 1). Próbki klejów wykonanych z cementu o najwyższej przewidzianej normą klasie wytrzymałości, tj. CEM I 52,5R, spełniły wymagania ETAG/ZUAT, nawet przy stosunkowo małej zawartości proszku redyspergowalnego.

Wszystkie próbki klejów znacząco przekraczają wymagania ETAG/ZUAT w przypadku oznaczeń przyczepności do betonu, niezależnie od warunków, w jakich kondycjonowano próbki do badań (TAB. 3, RYS. 2). Również w tym przypadku stwierdzono, że przy stałym udziale proszku redyspergowalnego w recepturze wyższe wyniki oznaczeń uzyskuje się w przypadku klejów wykonanych z cementu o wyższej klasie wytrzymałości.

Porównano ponadto wyniki badań przyczepności do styropianu i betonu próbek kondycjonowanych w warunkach laboratoryjnych, odpowiednio przez 7 dni (test "szybki") i 28 dni (test "normowy").

Wyniki po 7 dniach stanowiły w przybliżeniu 2/3 wyników oznaczeń po 28 dniach kondycjonowania próbek. Można zatem założyć, że testy szybkie, które częstokroć są wykonywane w laboratoriach producentów klejów do ociepleń, dają wiarygodny pogląd na wyniki, jakich należy spodziewać się po badaniu "normowym" (TAB. 3, RYS. 3). Dotyczy to zarówno oznaczeń przyczepności do betonu, jak i do styropianu (TAB. 3).

Szybkość wysychania klejów

Na FOT. 1 przedstawiono szybkość wysychania poszczególnych próbek klejów eksponowanych w warunkach typowych dla okresu letniego (tj. wysokiej temperatury w dzień i silnego nasłonecznienia). Natomiast na FOT. 2 - próbki eksponowane w warunkach łagodnej zimy (dodatnia temperatura w dzień, około 0°C w nocy). Badania te miały na celu ocenę zachowania się klejów o różnych recepturach w skrajnie odmiennych warunkach pogodowych.

Wyniki wykazały znaczący wpływ udziału proszku redyspergowalnego, zarówno na szybkość wysychania próbek, jak i przebieg tego procesu. Próbki przechowywane w lecie, zawierające wyższy dodatek proszku, wysychały wolniej i jednolicie w całej masie, zapewniając prawidłowe, niezbyt szybkie przesychanie warstwy zbrojącej, co ma znaczący wpływ na kształtowanie trwałości długoterminowej i brak rys skurczowych warstwy zbrojącej (FOT. 1).

Różnice w szybkości wysychania, w zależności od udziału dodatku proszku redyspergowalnego, są szczególnie widoczne w przypadku próbek przechowywanych w łagodnych warunkach zimowych (FOT. 2). Nie stwierdzono zauważalnego wpływu wytrzymałości cementu na szybkość wysychania płyt poddanych ekspozycji.

Zbadano ponadto rozpływ poszczególnych próbek klejów na stoliku do rozpływu, wykonując oznaczenia co godzinę do czasu pojawienia się oznak utraty urabialności klejów w postaci zmniejszenia się rozpływu danej próbki o co najmniej 20 mm. Wyniki tych oznaczeń zebrano w TAB. 4.

Stwierdzono, podobnie jak w przypadku testów na wysychanie płyt eksponowanych na zewnątrz, że udział proszku redyspergowalnego w recepturze klejów ma decydujące znaczenie w procesie utraty właściwości roboczych próbek klejów. Próbki klejów z najmniejszą zawartością proszku (0,6% masy), niezależnie od rodzaju użytego cementu, traciły właściwości robocze zdecydowanie najszybciej (RYS. 4 i RYS. 5).

Wnioski

• Badania wykazały, że cement o wyższej przewidzianej normą klasie wytrzymałości (CEM I 52,5R) może być stosowany w recepturach klejów do ociepleń jako alternatywa dla najczęściej stosowanego cementu klasy 42,5R.
• Kleje do ociepleń wykonane z cementu o niższej klasie wytrzymałości (CEM I 42,5R) potrzebują więcej dodatku proszku redyspergowalnego do uzyskania analogicznych parametrów przyczepności w porównaniu do klejów wykonanych z cementu klasy CEM I 52,5R.
• Badania laboratoryjne przyczepności klejów do styropianu i do betonu, wykonane po 7 dniach, dają wiarygodny pogląd na ocenę wyników uzyskiwanych po 28 dniach. Wyniki przyczepności po 7 dniach stanowią ok. 2/3 wyniku uzyskiwanego po 28 dniach.
• Udział proszku redyspergowalnego w recepturach klejów do ociepleń jest ważny. Dodatek ten wpływa nie tylko na przyczepność klejów, ale również na szybkość przesychania warstwy kleju do siatki. Im większy jest dodatek proszku, tym mniejsza tendencja do szybkiej utraty właściwości roboczych kleju po zarobieniu wodą oraz do gwałtownego przesychania warstwy zbrojącej na styropianie.
• Uzyskane wyniki wskazują na możliwości optymalizacji receptur wybranych suchych mieszanek chemii budowlanej dla producentów. Kierunek ten może być szczególnie istotny dla producentów mających do dyspozycji więcej niż jeden silos na cement portlandzki szary.

Literatura

1. P. Kijowski, "Przemysł cementowy w Polsce. Stan obecny i perspektywy rozwoju. Jakość cementu - program "Pewny Cement". Prezentacja Stowarzyszenia Producentów Cementu na Konferencji "ZAKOBUILDING", Zakopane, 9–12.03.2011.
2. PN-EN 197-1:2012, "Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku”.
3. S. Chłądzyński, K. Walusiak, "Wpływ wytrzymałości cementu na właściwości klejów do płytek", "Izolacje" 5/2017, s. 58-62.
4. ETAG 004:2013 "Guideline for European Technical Approval of thermal insulation composite systems (ETICS) with rendering". EOTA, (2013).
5. ZUAT-15/V.03/2010, "Zestawy wyrobów do wykonywania ociepleń ścian zewnętrznych z zastosowaniem styropianu jako materiału termoizolacyjnego i pocienionej wyprawy elewacyjnej (ETICS)", ITB, Warszawa 2010.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!