Kleje cementowe eksploatowane w ekstremalnych warunkach

O parametrach wytrzymałościowych kleju, jego właściwościach roboczych oraz łatwości aplikacji decydują dodatki (łącznie może ich być nawet 10) [1]. Kleje te swoje właściwości zawdzięczają cementowi, który jest głównym ich składnikiem.

Jednakże w przypadku podłoży trudnych lub krytycznych, czyli takich, które odkształcają się pod wpływem różnego rodzaju obciążeń i poddane są działaniu naprężeń, o trwałości sklejenia decyduje stopień modyfikacji zaprawy dodatkami chemicznymi.

Także okładziny z płytek niskonasiąkliwych (gresy, spieki, marmury itp.) stawiają zaprawie klejącej dodatkowe wymagania. O wytrzymałości takiego połączenia decyduje ilość i jakość polimerów w masie kleju.

W klejach jednoskładnikowych środkiem poprawiającym przyczepność są redyspergowalne żywice tworzyw sztucznych dodawane w postaci suchego proszku i mieszane wraz z innymi składnikami. W przypadku klejów dwuskładnikowych dostarczane są one w postaci płynu zarobowego.

Po połączeniu się wszystkich składników i nałożeniu kleju na podłoże tworzą się dodatkowe mostki sczepne pozwalające na przeniesienie znacznych nieraz naprężeń na styku warstw. Powstają wówczas dwa rodzaje wiązań: jedno słabe cementowe i drugie decydujące o jakości połączenia – polimerowe.

Wiązania te uzupełniają się nawzajem, tworząc wspólnie trwałe połączenia nawet z tak trudnym podłożem, jakim jest szkło. Zwiększona zawartość polimerów wpływa dodatkowo na zwiększenie elastyczności kleju, co umożliwia przeniesienie najbardziej niebezpiecznych naprężeń rozwarstwiających i ścinających na styku klej–podłoże.

Szczególnie ekstremalne warunki panują w basenach kąpielowych. Podstawowym czynnikiem, który w nich oddziałuje, jest woda. Jest ona zawsze bardzo rozcieńczonym roztworem soli, kwasów, zasad i gazów. Poza substancjami rozpuszczonymi mogą być w niej obecne również związki koloidalne i zawieszone. Dodatkowo w zamkniętym zbiorniku wodnym, jakim jest basen, woda ulega ciągłemu zanieczyszczaniu przez kąpiących się. Na baseny otwarte oddziałują również takie elementy, jak opady deszczowe oraz znaczne różnice temperatur.

W większości wypadków o szczelności basenu nie decyduje stan jego konstrukcji, lecz wykonane prace i zastosowane technologie wykończeniowe oraz izolacyjne. Ważna jest też jakość materiałów użytych do wykonania wszystkich warstw, z wykładziną zewnętrzną włącznie.

Znane są przykłady awarii spowodowanej zastosowaniem w basenach kąpielowych klejów jednoskładnikowych. Przykład takiej awarii w postaci wypiętrzenia się i odspojenia wykładziny na płycie dennej po rocznym okresie użytkowania basenu przedstawiają fot. 1 i 2 [2].

W celu oceny stref niewypiętrzonych wykonano także odkrywki w znacznej odległości od stref wypiętrzenia. Po miejscowym usunięciu płytek ceramicznych można było stwierdzić występowanie pod nimi warstwy nawodnionej zaprawy klejowej w postaci białej mazi (fot. 3). To samo zjawisko, co w przypadku płyty dennej, obserwowano na ścianach.

Na podstawie badań chemicznych i mikroskopowych stwierdzono wypłukiwanie związków wapnia z części cementowej kleju, co spowodowało częściową utratę spoistości kleju poprzez częściowy rozpad jego struktury. Świadczy to o osłabianiu sieci na bazie produktów cementu. W trakcie oceny zawartości części organicznych okazało się, że próbki pobrane z basenu zawierają ponad 2 razy więcej polimerów niż dostarczony klej. Świadczyć to może jedynie o tym, że niesystemowe dodanie w trakcie zarabiania nawet znacznych ilości polimerów do klejowej zaprawy jednoskładnikowej nie poprawia wcale jej właściwości.

Nie mniej ważną cechą zaprawy klejowej jest jej wewnętrzna sieć polimerowa. Właściwości mechaniczne polimerów zależą głównie od stopnia ich polimeryzacji oraz rodzaju i ilości składników dodatkowych.

Do czynników powodujących degradację polimerów można zaliczyć promieniowanie UV, tlen, wodę i temperaturę. Zdarza się, że niektóre polimery pod wpływem wody pęcznieją. Sproszkowana żywica podczas tworzenia polimerów wydziela wodę. Woda ta przechodzi do zaprawy klejowej i dlatego należy jej umożliwić odparowanie. Jeśli woda nie odparuje, żywica nie będzie odpowiednio zdyspergowana, a procesy wiązania nie nastąpią w sposób prawidłowy.

W efekcie powinny powstać tylko aglomeraty; w badaniach mikroskopowych próbek kleju pobranego z basenu widać kulki rozproszone i skupione, a czasami jedynie paciorki z kulek. Z tego powodu zaprawa klejowa nie osiągnęła swoich zamierzonych cech.

W przypadku stosowania klejów modyfikowanych organicznie przez dodanie sproszkowanych żywic należy pozostawić otwarte fugi na 5–7 dni, gdyż w tym okresie następują procesy sieciowania, w trakcie których wydzielająca się woda powinna odparować. Po 7 dniach polimery już nie sieciują.

Nieodparowana woda wstrzymuje procesy wiązania kleju, co objawia się mikroskopowym brakiem aglomeratów i występowaniem kuleczek polimerów. W prawidłowo związanej zaprawie klejowej kuleczki polimerów powinny występować już tylko lokalnie. Zalecane często przez systemodawców fugowanie po 24 godz. jest wyraźnym błędem technologicznym prowadzącym m.in. do opisanych zjawisk.

Zawartość wody powodującej rozwój procesów związanych z budową sieci na bazie cementu ma wpływ pozytywny, jednakże po wysyceniu struktury wodą następuje nadmierne zawilgocenie wewnętrznej struktury, a wolne cząsteczki wody (które są silnie polarne) powodują w mikroprzestrzeniach proces rozklinowujący i osłabienie struktury.

Spadek wytrzymałości nawodnionych materiałów na bazie cementu w porównaniu z suchymi tłumaczony jest zjawiskami zachodzącymi na pograniczu faz ciało stałe–ciecz, a także zmianą swobodnej energii powierzchniowej.

Obecność wody w większym stopniu redukuje wytrzymałość na rozciąganie osiowe niż na ściskanie. Wytrzymałość zawilgoconych porowatych materiałów jest wynikiem łącznego oddziaływania międzyfazowego ciśnienia powierzchniowego oraz efektu rozklinowującego działania wody.

Należy zauważyć, że problemu tego nie ma w przypadku klejów dwuskładnikowych. Wiązania sieci w klejach jednoskładnikowych są w początkowym okresie głównie wynikiem powiązań fizykochemicznych. Dopiero w późniejszym czasie tworzą się silniejsze wiązania chemiczne. W przypadku klejów dwuskładnikowych od samego początku dominują wiązania chemiczne, tym silniejsze i intensywniejsze, im więcej dodaje się do kleju elastomeru, a mniej wody. W celu potwierdzenia tej tezy wykonano badanie na odkształcalność poprzeczną według DIN 18156 cz. 3. Próby przeprowadzono dla materiałów:

• 25 kg UNIFIX + 8,33 kg UNIFLEX-B – jest to klej UNIFIX-2K,
• 25 kg UNIFIX + 4,2 UNIFLEX-B + woda – jest to klej UNIFIX-2K/6,
• 25 kg UNIFIX + 2,1 kg UNIFLEX-B + woda,
• klej jednoskładnikowy klasy C2.

Wyniki badań pokazały wyraźnie znaczny spadek odkształcalności poprzecznej przy zmniejszaniu ilości elastomeru UNIFLEX-B (rys.). Zmniejszenie ilości UNIFLEX-B o połowę spowodowało zmniejszenie zdolności do przenoszenia odkształceń poprzecznych według DIN 18156 cz. 3 o ponad 440%. Odkształcalność próbki nr 3 odpowiada właściwościom typowego kleju jednoskładnikowego klasyfikowanego jako C2.

Wymóg stosowania w ekstremalnych warunkach (baseny, balkony, tarasy) kleju klasy C2 jest niezbyt precyzyjny. Przyczepność kleju do podłoża nie jest jedynym parametrem, który decyduje o trwałości wykonanej okładziny.

Badanie odkształcalności poprzecznej według PN-EN 12002 także nie do końca odzwierciedla rzeczywiste warunki pracy zaprawy klejącej, dlatego przy wyborze konkretnego kleju nie można bezkrytycznie przyjmować wymagań normowych jako bezwzględnego punktu odniesienia – należy kierować się także wynikami dodatkowych badań.

Z doświadczeń badawczych i praktycznych wynika, że niezbędne minimum bezpieczeństwa daje odkształcalność poprzeczna badana według DIN 18156 cz. 3, która wynosi 0,3 mm. Elastyczność taką uzyskuje już dwuskładnikowy klej UNIFIX-2K/6 klasyfikowany jako wysokoodkształcalny – S2 według PN-EN 12002 przy strzałce ugięcia 5 mm.

Na fot. 4 przedstawiono wynik badania dwuskładnikowego kleju UNIFIX-2K, który swoimi właściwościami znacznie przewyższa wymagania normy PN-EN 12002 i praktycznie nie da się go według niej sklasyfikować. Przy strzałce ugięcia 30,8 mm brak było oznak pęknięcia próbki. Odkształcalność według DIN 18156 cz. 3 wynosi 1,33 mm.

Przyczepność tego kleju do podłoża znacznie przewyższa normowe wymagania. Taki klej doskonale sprawdza się w eksploatacji w warunkach ekstremalnych. Duża ilość polimerów wpływa na bardzo dobrą przyczepność do podłoża oraz elastyczność nieporównywalnie wyższą od wymagań normowych, co ma bezpośredni wpływ na trwałość okładzin ceramicznych w basenach, na tarasach czy balkonach.

Autor składa serdeczne podziękowania dla firmy Schomburg za udostępnienie materiałów do badań.

Literatura

1. M. Rokiel, „Kleje stosowane przy eksperymentalnych obciążeniach oraz na krytycznych podłożach”, „Podłoga”, nr 2/2007, s. 24–31.
2. T. Błaszczyński, A. Łowińska-Kluge, „Experimental investigations and assessment of damages in case of swimming-pool repairs”, „Archives of Civil and Mechanical Engineering”, nr 1/2007, s. 5–20.
3. „Trwałość i skuteczność napraw obiektów budowlanych”, praca zbiorowa pod red. M. Kamińskiego, J. Jasiczaka, W. Buczkowskiego, T. Błaszczyńskiego, DWE, Wrocław 2007.

LISTOPAD/GRUDZIEŃ 2007

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!