В статье представлен подход к подбору дозировки водоредуцирующей добавки для штукатурной смеси на основе минерального вяжущего. Выполнены расчёты водоцементного отношения, экономии воды, расхода сухой смеси при разных толщинах слоя. Проведено сравнение технических характеристик полученных растворов, включая подвижность, плотность, прочность при сжатии и изгибе, адгезию к основанию и внешний вид покрытия. Выполнен экономический расчёт себестоимости состава, подтверждающий экономическую целесообразность применения добавки.

Ключевые слова: штукатурная смесь, водоредуцирующая добавка, пластификатор, подвижность, водоцементное отношение, прочность, адгезия, расход смеси, себестоимость.

The paper presents an approach to selecting the dosage of water-reducing additive for plastering mixture based on mineral binder. Calculations of water-cement ratio, water saving, dry mix consumption at different layer thicknesses are made. The technical characteristics of the obtained mortars, including mobility, density, compressive and bending strength, adhesion to the substrate and appearance of the coating, have been compared. The economic calculation of the cost price of the composition, confirming the economic feasibility of the additive application, has been carried out.

Keywords: plastering mixture, water-reducing additive, plasticiser, mobility, water-cement ratio, strength, adhesion, mixture consumption, cost price.

В рамках исследования подобраны составы декоративной штукатурной смеси «Рунит Сграффито» на комбинированном цементно-известковом вяжущем. Базовая рецептура включает белый портландцемент, гидратную известь, тонкодисперсные карбонатные заполнители двух фракций (0–0,1 мм и 0,2–0,5 мм), редиспергируемый порошок (для улучшения адгезии и трещиностойкости), водоудерживающую добавку для удобного нанесения тонкого слоя, реологическую добавку для регулирования вязкости, гидрофобизатор (снижающий водопоглощение), армирующие органические волокна и белый пигмент. В качестве переменного фактора введена водоредуцирующая добавка (пластификатор) дозировками 0 %, 0,3 %, 0,7 % и 1,0 % (по массе сухой смеси). Ниже на рисунке приведена рецептура смесей с разной дозировкой пластификатора (в расчёте на 1000 кг сухой смеси) [10].

Все остальные компоненты во всех рецептах оставались неизменными. Таким образом, различие между составами заключается только в количестве водоредуцирующей добавки. Благодаря этому можно оценить влияние пластификатора на свойства штукатурной смеси при дозировках 0 %, 0,3 %, 0,7 % и 1,0 %.

Рис. 1. Рецептура смесей с разной дозировкой пластификатора (кг на 1000 кг сухой смеси)

Во всех испытаниях для замешивания смесей применялось одинаковое количество воды — 30 % от массы сухой смеси (т. е. 300 л воды на 1000 кг сухой смеси). При этой фиксированной водопотребности наблюдалось существенное различие в расплыве в зависимости от дозировки пластификатора. Контрольный состав без добавки имел относительно низкую подвижность: расплыв составил около 100 мм по расплыву кольца и 170 мм по расплыву конуса. Добавление небольшого количества пластификатора (0,3 %) практически не изменило подвижность (расплыв остался на уровне 100/170 мм). Однако при увеличении дозировки до 0,7 % смесь стала значительно более подвижной — расплыв увеличился до 115 мм (кольцо) и 190 мм (конус). Дальнейшее повышение дозировки до 1,0 % дало лишь незначительный прирост текучести (до 120/195 мм), то есть прибавка подвижности замедлилась. Таким образом, оптимальной с точки зрения удобоукладываемости можно считать дозировку пластификатора около 0,7 %: при ней смесь приобретает нужную подвижность (115 мм) без избыточного разжижения [7].

Следует отметить, что введение водоредуцирующей добавки позволяет достичь высокой текучести без увеличения водоцементного отношения. В данном эксперименте количество воды затворения было одинаковым (30 %), но при отсутствии пластификатора для получения сравнимого расплыва пришлось бы добавлять больше воды. Чтобы контрольный состав (0 % добавки) достиг расплыва 115 мм, потребовалось бы увеличить водопотребность примерно до 33 % (330 кг воды на 1000 кг сухой смеси). Это эквивалентно росту водоцементного отношения с 1,2 до 1,3 (если считать на суммарное вяжущее цемент+известь) или с 1,67 до 1,83 (только на цемент). Такое повышение воды без добавки привело бы к заметному снижению прочности и ухудшению других свойств. Применение же пластификатора позволило при той же дозе воды (30 %) получить требуемую подвижность, фактически снизив водопотребность смеси на 10 % по сравнению с необлагороженным составом [4].

Основные показатели удобоукладываемости и другие свойства испытанных составов обобщены на рис. 2.

Рис. 2. Физико-механические показатели смесей в зависимости от дозировки пластификатора (во всех вариантах применено одинаковое количество воды затворения — 30 % от массы смеси)

Подвижность растворной смеси заметно повышается при переходе от 0 % к 0,7 % пластификатора (со 100 до 115 мм по расплыву кольца). При дальнейшем увеличении дозировки прирост незначителен (до 120 мм), что указывает на эффект насыщения: оптимум достигнут около 0,7 % добавки (то есть 0,28 % от массы вяжущего). Плотность свежесмешанного раствора при введении добавки слегка уменьшилась (с 1665 до 1640 кг/м³), что может быть связано с повышением растворимости воздуха в более подвижной смеси, однако разница невелика и лежит в пределах погрешности. Важно, что смесь с пластификатором сохраняет достаточную плотность и однородность, без расслоения [3].

Прочностные характеристики затвердевшей штукатурки улучшились благодаря оптимальной дозировке пластификатора. Как видно из результатов испытаний (см. рис. 2), прочность при сжатии контрольного состава без добавки составила 9,0 МПа (что соответствует классу прочности на сжатие КП IV по ГОСТ 33083–2014, требуемому для декоративных штукатурок). При добавлении пластификатора прочность на сжатие несколько возросла: до 9,5 МПа при дозировке 0,7–1,0 %. Рост прочности связан с тем, что пластификатор позволяет уменьшить эффективное водоцементное отношение — смесь затворяется меньшим количеством воды для достижения той же удобоукладываемости, за счёт чего после твердения образуется более плотная структура с меньшей пористостью. Аналогичная тенденция наблюдается и для прочности при изгибе: при 0 % и 0,3 % добавки изгибная прочность была 6,5 МПа, тогда как при 0,7–1,0 % возросла до 7,0 МПа. Повышение прочности изгиба указывает на улучшение связности структуры раствора и лучшую работу армирующих волокон в присутствии оптимального количества пластифицирующей добавки.

Адгезия (прочность сцепления с основанием) также оказалась на высоком уровне для всех модификаций состава. Без добавки сцепление с бетонным основанием составило 0,9 МПа, что уже выше минимально требуемых 0,7 МПа. Введение даже небольшой дозы пластификатора (0,3 %) позволило достичь адгезии 1,0 МПа, и дальнейшее увеличение дозировки не изменяло этот показатель (адгезия стабильно 1,0 МПа для 0,3–1,0 % добавки). Повышенная подвижность раствора, по-видимому, способствует лучшему прилипаю смеси к основе и проникновению в микронеровности, обеспечивая надёжное сцепление [2].

Отдельно стоит подчеркнуть, что улучшение прочности и адгезии достигнуто без увеличения содержания цемента — исключительно за счёт оптимизации водного режима смеси. Это экономически и технологически выгодно, так как позволяет повышать качество покрытия без повышения дозировки вяжущего вещества.

Средняя плотность затвердевшей штукатурки находится в диапазоне 1350–1390 кг/м³, что соответствует заданным требованиям (1300–1400 кг/м³). Существенной зависимости плотности от дозировки пластификатора не выявлено — небольшие колебания (в пределах ±30 кг/м³) можно объяснить экспериментальной погрешностью либо незначительными различиями в пористости структуры. В целом все составы формируют достаточно лёгкий растворный камень, за счёт чего декоративный слой не создаёт избыточной нагрузки на основание [1].

Невысокая средняя плотность связана с пористой структурой штукатурки, однако водопоглощение материала при этом ограничено применением гидрофобизирующей добавки. Капиллярное впитывание воды у всех испытанных вариантов не превышало нормативных 0,4 кг/(м²·мин ^0,5 ). Введение водоредуцирующей добавки не оказало отрицательного влияния на водопоглощение — напротив, благодаря снижению лишней воды в смеси поры получаются более мелкими и закрытыми, что совместно с гидрофобной пропиткой снижает капиллярный подсос влаги. Ожидается, что материал обладает достаточной водостойкостью: образцы оптимального состава после длительного увлажнения сохраняли порядка 65–70 % прочности (показатель водостойкости 0,65–0,70). Таким образом, штукатурный слой выдерживает воздействие влаги без разрушения и соответствует требованиям по ограниченному водопоглощению.

Базовый белый состав (без колеровки пигментами) наносился на бетонное основание металлическим шпателем. Консистенция при водосодержании 29 % позволила сформировать ровный слой толщиной 0,5–1,0 мм без потёков и наплывов. Поверхность получилась однородной, бархатистой на вид, чисто-белого цвета. Благодаря оптимальной рецептуре раствор не расслаивался, не образовывал трещин при высыхании. Измеренная адгезия белого слоя к бетону составила 1,0 МПа, прочность на сжатие 8,5 МПа, на изгиб 6,3 МПа. Декоративный эффект — ровное матовое покрытие, готовое к эксплуатации или дальнейшей окраске. Внешний вид базового белого состава представлен на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид базового белого состава

Часть смеси была заколерована жидким пигментным концентратом до получения серо-синего цвета, близкого к эталону NCS S1015-B. Полученный раствор наносили валиком на бетонную поверхность, имитируя фактуру грубого накатанного слоя. Для работы валиком потребовалось немного увеличить растворимость (воды 31,5 %), чтобы смесь легче раскатывалась. Толщина такого декоративного слоя получилась минимальной — до 0,5 мм, благодаря чему проявилась тонкая зернистая текстура. Цвет высохшего покрытия — равномерный серо-синий, без высолов и пятен. Адгезия в случае валикового нанесения оказалась чуть ниже (около 0,7 МПа), что объясняется повышенным В/Т и меньшей толщиной слоя, однако этого достаточно, так как покрытие несёт чисто декоративную функцию. Прочность на сжатие при этом составила 7 МПа, изгиб 5 МПа. Внешне слой выглядел как окрашенная шёршавая краска, придающая стене легкий оттенок цвета и фактуры [5].

Внешний вид серо-синего состава состава представлен на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид серо-синего состава

Для имитации фактуры каменной кладки, представленной на рис. 5, смесь была окрашена сухими пигментами в два разных цвета. Часть смеси (для имитации швов кладки) колеровали в серый оттенок (близкий к NCS S2002-B / S2005-R90B), другую часть — в бежевый (близкий к NCS S1010-Y / S1010-Y10R) для имитации камня. Шаблон-трафарет с рисунком кирпичной кладки наложили на основу из гипсокартона, после чего серым раствором заполнили участки швов, а бежевым — «камни». Водосодержание составляло 29,5 %. Раствор наносили шпателем поверх трафарета, формируя слой переменной толщины (0,5–2,0 мм: тоньше в области швов, толще на “камнях”). После снятия трафарета получился рельефный двухцветный рисунок: углублённые швы серые, выступающие “камни” бежевые. Благодаря оптимальной консистенции, смесь не подтекала под трафарет, края элементов получились чёткими.

Рис. 5. Внешний вид имитации фактуры каменной кладки

Ещё один образец, представленный на рис. 6, был выполнен на гипсокартоне с использованием трафарета: смесь заколерована сухими пигментами в два близких оттенка розового (собственно розовый фон — около NCS S3020-R, и более тёмный розово-коричневый оттенок для узора — около NCS S3020-R10B). Последовательно наносили два слоя через трафарет, добиваясь рисунка “тон в тон”. Консистенция смеси (В/Т 29,5 %) позволила наносить тонкие элементы узора толщиной 0,5–1,5 мм без смазывания контуров. После твердения фон остался светло-розовым, узор проявился более тёмным розовым — оба цвета чистые, без мутности, что свидетельствует об устойчивости пигментов в щелочной среде цементного вяжущего. Поверхность получилась плотной, без отслаивания многослойного покрытия. Этот эксперимент подтвердил, что материал можно колеровать в пастельные тона и комбинировать цвета в одном слое, а пластифицирующая добавка обеспечивает удобство формирования сложных декоративных элементов.

Рис. 6. Внешний вид розового состава

В целом, по результатам оценки внешнего вида можно заключить, что оптимальный состав обладает высокой технологичностью: он пригоден для различных способов нанесения — от классического шпательного до декоративного валикового и трафаретного. Смесь хорошо удерживает форму в слое до 2 мм, не образует трещин при высыхании, а введение пигментов не ухудшает её структуры. Белый цвет исходной смеси обеспечивает чистую основу для пастельной колеровки, а благодаря водоредуцирующей добавке пигменты равномерно распределяются и не сегрегируют (нет «расцветов» или неоднородности цвета на поверхности). Это особенно важно для декоративных материалов, где эстетические качества напрямую зависят от равномерности покрытия.

Литература:

1. Аларханова З. З. Эффективность химической добавки «L. O. C». для бетонов // Вестник КНИИ РАН. Серия «Естественные и технические науки». 2022. № 2(10). С. 32–38.
2. Анисимова С. В. Общестроительные цементы: учеб.-метод. пособ. студентам всех форм обучения по направлению 08.03.01 «Строительство».
3. Баженов Ю. М., Муртазаев С-А.Ю., Сайдумов М. С., Аласханов А. Х. Технология бетона, строительных изделий и конструкций: учебник. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. 480 с.
4. Берней И. И., Белов В. В., Сафонов А. А. Пенетрационный реометр для исследования и контроля реологических свойств мелкозернистых дисперсных систем // Ускорение науч.-техн. прогресса в пром-сти строит. материалов и строит. индустрии: тез. докл. всесоюз. конф. Белгород: БТИСМ, 1987. С. 23.
5. Кочерина Н. Г., Михеева В. Г. Влияние суперпластификатора на твердение цемента // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2001. № 12. С. 28–29.
6. Корчагина О. А., Мамонтов А. А., Мамонтов С. А. Определение гидрофизических свойств бетона: метод. указ. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2013.
7. Мекеня А. И., Удодов С. А. К вопросу об управлении подвижностью бетонной смеси стадийным введением пластификатора // Научные труды КубГТУ. Электронный сетевой политемат. журн. 2020. № 8. С. 231–236.
8. Стельмах С. А. Типы структурной неоднородности бетонов и ее учет в технологии и расчете строительных конструкций // Вестник ГГНТУ. Технические науки. 2022. Т. 18. № 3(29). С. 32–41.