Гіпсові матеріали і вироби переважно використовують при оздоблювальних роботах всередині приміщень. Для цієї мети застосовуються гіпсокартонні або гіпсоволокнисті листи, вироби ліпного декору, наливні підлоги, різноманітні сухі штукатурні, шпаклювальні і клейові гіпсові суміші і т. Д. Гіпсові матеріали не тільки дозволяють створювати прекрасний інтер'єр (гладкі або рельєфні поверхні стін і стель), але і надають поліпшені акустичні і теплофізичні якості конструкцій, що впливає на мікроклімат всього приміщення в цілому, т. е. створюються комфортні умови для людини.
Застосування матеріалів на основі гіпсу не обмежується внутрішньою обробкою приміщень. Гіпс застосовується і для фасадних робіт. Однак в цьому випадку необхідна спеціальна підготовка матеріалу для підвищення водостійкості і морозостійкості гіпсових виробів.
Наприклад, багато фасади будівель, побудованих 100-150 років тому в історичному центрі Москви, мають гіпсову ліпнину, збережену в задовільному стані до наших днів. Декоративні ліпні архітектурні прикраси, які ми бачимо на фасадах будівель XVII-XIX ст. виготовляли переважно з гіпсоізвесткового розчину з обробкою лугом або купоросом і неодноразової просоченням гарячою оліфою.
Багато дослідників пропонували спосіб підвищення водостійкості гіпсу за рахунок введення добавок, що мають загальний іон з сульфатом кальцію, що забезпечує зменшення його розчинності. На думку П. П. Буднікова, найбільш доступною добавкою такого типу є вапно. Однак при підвищенні водостійкості механічна міцність одержуваних зразків часто виявляється нижче міцності гіпсових. На початку 50-х рр. проф. Г. Г. Буличовим запропонований до застосування так званий змішаний гіпс як гідравлічна в'язка. До складу змішаних гіпсів входили мелені доменні шлаки від 50% до 70% по масі. Пізніше в МІСД ім. Куйбишева під керівництвом професора А.В. Волженскій були створені і всебічно вивчені гипсоцементнопуццолановом (ДЦП) і гіпсошлакоцементнопуццолановие (ГШЦП) в'яжучі. В даний час на цій основі групою вчених МГСУ, під керівництвом проф. А. В. Ферронской, розроблені нові технології отримання водостійких гіпсових в'яжучих. КГВ - композиційні гіпсові в'яжучі та ВГНВ - водостійкі гіпсові в'яжучі низькою водопотребности можуть бути ефективні при монолітному будівництві і дозволяють вести зимове бетонування безобогревному способом.
З'явилися порівняно недавно гіпсоволокнисті листи завойовують популярність у будівельників. Листи ГВЛ застосовують для внутрішньої обробки, пристрої стель і сухого підстави статі. Гіпсоволокнисті листи з поверхневою обробкою гідрофобними складами мають абревіатуру ГВЛВ - вологостійкі. ГВЛВ можуть бути використані для зовнішньої обробки за умови відсутності потрапляння рідкої вологи на поверхню листів, наприклад, сендвіч-панелі з зовнішньої обшивкою ГВЛВ і закриті металевим сайдингом. Проведені в НИИСФ дослідження показали можливість їх експлуатації в зовнішніх умовах без доступу рідкої вологи протягом 5 років. Отримані результати дозволили розширити сферу застосування ГВЛВ і використовувати їх при влаштуванні досвідчених підвісних стель над проїздами одного з будинків в Москві. На даному дослідному об'єкті заплановано проведення багаторічних натурних інструментально-візуальних спостережень з метою визначення можливості широкого використання листів ГВЛВ як зовнішні підвісних стель.
Потрібно сказати, що поверхнева обробка гидрофобизаторами має властивість втрачати свою ефективність з часом і для більш тривалого використання листів її необхідно періодично повторювати. Періодичність залежить від умов експлуатації виробів.
Спосіб модифікації складу гіпсової суміші водорозчинними полімерами має ряд переваг. Введення до складу суміші органічних добавок веде до того, що гіпс при гідратації створює каркас з кристалічних зростків двугидрата, а смола, отверждаясь, утворює безперервну полімерну матрицю. Пори в гіпсовому тілі заповнюються склоподібної субстанцією. Проникність матеріалу для рідкої влагісущественно знижується. Утворений захисний екран з полімерної плівки навколо кристалів гіпсу перешкоджає доступу води до володіє високу розчинність сульфату кальцію.
В ході роботи було вивчено вплив різних полімерів у вигляді водних розчинів або емульсій на властивості композиту. Найкращі результати отримані при використанні аміноальдегідних смол з мономерами нелінійного виду (меламін, резорцин, бензогуанамін). Смоли цього виду відносяться до поліконденсаційного, т. Е. При затвердінні відбувається виділення низькомолекулярних продуктів, зокрема, води. Для хімічного зв'язування виділяється води до складу композиції вводиться структурирующая добавка на основі полиизоцианатов. Кількість добавки підібрано так, щоб час виділення води при поліконденсації збігалося з дією добавки. Введення структурують добавки в кількості близько 1% дозволяє домогтися підвищення міцних показників на 10-15% і зниження водопоглинання майже в два рази.
В ході досліджень визначено, що міцність зразків з 20% модифікованої меламиноформальдегидной смоли при стисненні і при вигині за 80 діб зберігання на повітрі зростає відповідно на 30% і 25%. Міцність при стисненні становить 60 МПа, при вигині - 12 МПа. Гіпсополімера має досить високу морозостійкість. Зразки з 20% меламиноформальдегидной смоли витримують 150 циклів заморожування і відтавання.
При дослідженні водостійкості і атмосферостойкости гіпсополімерний зразків моделювалися умови впливу на зразки середовища у відкритому водоймищі при практично необмеженої реакційної ємності середовища. Встановлено, що глибина руйнування гіпсополімерний зразків в дистильованої воді в значній мірі знижується при підвищенні щільності затверділого каменю за рахунок збільшення вмісту полімерної складової і зниження водогіпсового відносини. Кращі результати отримані при використанні модифікованої меламиноформальдегидной смоли. При постійному зануренні зразків в дистильовану воду міцність гіпсополімера з 20% модифікованої меламиноформальдегидной смоли за 8 місяців випробувань зменшилася всього на 20%, а у контрольних гіпсових зразків за цей же час - на 70%. В умовах поперемінного зволоження і висушування протягом того ж часу випробувань міцність гіпсополімерний зразків практично не змінилася, а у гіпсових зразків знизилася на 70%.
Мал. 1. (а) Структура гіпсового каменю без добавок; (Б) Структура гіпсового каменю, модифікованого водорозчинних полімером
На фотографіях, зроблених при збільшенні на растровому електронному мікроскопі в 2400 разів (рис. 1), видно, що структура матеріалу представляє собою сітку полімеру, яка є безперервною фазою, розташованої в тривимірному скелеті закристалізованого гіпсу. Сростки гідратних новоутворень, пластинчастих за структурою, пронизують блоки полімеру. У порах йде кристалізація дрібних кристалів гіпсу призматической і голчастою форми.
При збільшенні віку зразків істотних змін в характеристиках композиту не відбувається. Приріст міцності в часі можна пояснити триваючою полімеризацією смоли. Ступінь полімеризації смоли в присутності затверджувача в природних умовах практично та ж, що і при термообробці.
Паропроникність гіпсополімера дорівнює 0,092 мг / (Па), що обумовлює сприятливий вологісний режим стін з цегляної кладки з облицюванням з цього матеріалу. Довговічність зовнішньої обробки виробами з модифікованого гіпсу підтверджується практикою. В даний час архітектурно-декоративні вироби з гіпсополімера прикрашають фасади будівель в Москві, Нижньому Новгороді, Пермі. Властивості гіпсополімера дозволяють використовувати його від виробів дрібної пластики з тонким рельєфом до об'ємної садово-паркової скульптури.
У нормативно-технічної документації в даний час відсутні вимоги по морозостійкості для виробів з гіпсу, що застосовуються в якості зовнішнього облицювання, хоча позитивний досвід використання гіпсових оздоблювальних елементів в досить жорстких кліматичних умовах нашої країни є.
Існують вимоги щодо морозостійкості по ГОСТ 27180-86 для керамічних плиток - 35 циклів заморожування-відтавання без видимих пошкоджень зразків; по ГОСТ 6927-74 для бетонних фасадних плит - 50 циклів без пошкоджень поверхні плит, при втраті міцності не більше 25% і втрати маси - 5%; по ГОСТ 9479-84 для мармуру, вапняку, брекчії і інших гірських порід, що застосовуються в якості облицювальних виробів, - 25 циклів при втраті міцності не більше, ніж на 20%.
За результатами обробки багаторічних метеорологічних даних обсерваторії МГУ, проведених д. Т. Н. К. Ф. Фокіним в НІІМосстрой в 70-х роках, а пізніше в НИИСФ, кількість узагальнених циклів заморозок-відлига для кліматичних умов Москви в середньому дорівнює 14. При цьому відлига оцінювалася як підвищення температури до +1 0С тривалістю не менше 12 годин, а заморозок - зниження температури нижче -3 0С тривалістю не менше 12 годин, що обумовлює промерзання або відтавання зовнішньої поверхні оздоблювального шару огорожі близько 20-25 мм.
Доцільно ввести вимоги по морозостійкості для виробів на основі гіпсових в'яжучих на кубах 70х70х70 (мм) не менше 50 циклів заморожування до -25 0Сі відтавання у воді при зниженні міцності не більше 25%.
Поряд з проведенням випробувань морозостійкості на зразках-кубиках, доцільно досліджувати наслідки циклічних кліматичних впливів на самі вироби. У НИИСФ такі дослідження проводяться на холодильно-дощувальної установці «Термоізоляція ХДУ-0,2», забезпеченою поворотною обоймою, в яку встановлюється досліджуваний елемент облицювання фасаду. Цикл випробувань полягає в тому, що одна зі сторін фрагмента була направлена в холодну зону камери з температурою -18 0С, а друга - в теплу зону з температурою +18 0С. Протягом 2-х годин сторона, спрямована в теплу зону, може піддаватися ультрафіолетовому опроміненню, наступні 2 години зрошується водою таким чином, щоб при повороті заморожування піддавалася зволожена поверхню зразка. Поворот обойми, а отже, випробовуваних фрагментів, здійснюється через кожні 4 години. Контроль здійснюється як візуально, так і з використанням приладу «Онікс-2.3», призначеного для контролю поверхневої міцності неразрушающим ударно-імпульсним методом відповідно до ГОСТ 22690-88 і ГОСТ 18105-86. Дія приладу заснована на вимірі інтенсивності відскоку металевої кульки від досліджуваної поверхні. Показники поверхневої міцності (МПа), отримані до випробувань і під час їх проведення, дають наочну картину зміни міцнісних якостей випробовуваних виробів.
У зв'язку з наявною тенденцією розширення області застосування виробів на основі гіпсових в'яжучих не тільки при обробці всередині приміщень, а й для фасадів споруджуваних і реконструйованих будівель доцільно ввести вимоги по морозостійкості застосовуваних виробів, розробити відповідну методику випробувань і закріпити її в нормативно-технічної документації.