Cementy niskoemisyjne w chemii budowlanej – kleje do płytek

***

Abstrakt

W artykule przedstawiono i omówiono wyniki badań klejów do płytek wykonanych z cementów niskoemisyjnych, zawierających w swoim składzie popiół lotny krzemionkowy, granulowany żużel wielkopiecowy oraz wapień. Badania wykazały, że cementy niskoemisyjne mogą być stosowane do produkcji klejów do płytek w miejsce dotychczas stosowanego cementu CEM I bez dodatków.

Low-carbon cements in dry mixtures of construction chemicals. Part 3. Tile adhesives

In the article the results of tests of tile adhesives made of low-carbon cements, containing silica fly ash, granulated blast furnace slag and limestone were presented and discussed. The research has shown that low-carbon cements can be used for the production of tile adhesives in place of the previously used CEM I cement without additives.

***

Szeroki asortyment produkcji suchych mieszanek chemii budowlanej opartych na spoiwie cementowym czy cementowo-wapiennym stwarza bardzo duże możliwości wykorzystania w ich recepturach cementów z nieklinkierowymi składnikami głównymi, takimi jak popiół lotny krzemionkowy i wapienny, granulowany żużel wielkopiecowy czy kamień wapienny. Cementy takie nie są jeszcze dobrze znane w branży suchych zapraw, a ich udział w recepturach jest niestety w Polsce znikomy.

Jednym z czynników znacząco ograniczających dotychczas zastosowanie cementów z wyżej wymienionymi składnikami mineralnymi jest brak wystarczającej wiedzy i badań laboratoryjnych dokumentujących korzyści wynikające z ich stosowania.

Mając powyższe na uwadze, w krótkim cyklu artykułów, rozpoczętym publikacją [2] podjęto dyskusję, opartą na wynikach badań laboratoryjnych, dotyczącą możliwości wykorzystania „zielonych” cementów w suchych zaprawach.

W niniejszym artykule przedstawiono możliwości wykorzystania cementów o obniżonej emisyjności do zapraw klejowych do płytek.

Rodzaje klejów do płytek i wymagania normow

Na rynku krajowym oferowany jest bardzo szeroki asortyment klejów do płytek. Trudno jest dokonać jednoznacznie ich podziału. Można je bowiem dzielić, biorąc pod uwagę następujące czynniki:

• warunki stosowania,
• rodzaj przyklejanej okładziny,
• miejsce przyklejanej okładziny,
• rodzaj spoiwa w kleju,
• właściwości specjalne kleju,
• grubość nanoszonej warstwy,
• rodzaj podłoża,
• warunki użytkowania

Producenci klejów cementowych do płytek, wychodząc naprzeciw oczekiwaniom odbiorcy końcowego, dzielą je najczęściej z uwagi na rodzaj przyklejanej okładziny. Oferowane są zazwyczaj:

• kleje do glazury i terakoty,
• kleje do gresu,
• kleje do okładzin kamiennych,
• kleje do klinkieru,
• kleje specjalne – np. do mozaiki, płyt wielkoformatowych itp.

Każdy klej może być stosowany do jednego lub kilku ww. rodzajów okładzin, w zależności od jego receptury, składników oraz właściwości normowych i użytkowych.

Kleje cementowe do płytek są objęte wymaganiami normy europejskiej PN-EN 12004-1 [3], która dzieli kleje na trzy zasadnicze grupy, w zależności od rodzaju spoiwa:

• kleje cementowe – oznaczone literą C,
• kleje dyspersyjne D,
• kleje na bazie żywic reaktywnych R.

W normie tej kleje podzielono na dwie zasadnicze grupy:

– o podstawowych właściwościach – oznaczone cyfrą 1,
– o podwyższonych parametrach – oznaczone cyfrą 2.

Dla wszystkich klejów podano właściwości podstawowe (wymagane normą) oraz właściwości fakultatywne (które producent może deklarować, ale nie musi), uwzględniające:

• kleje szybkowiążące (F),
• kleje o obniżonym spływie (T),
• kleje o wydłużonym czasie otwartym (E),
• kleje odkształcalne (S1) i wysokoodkształcalne (S2).

Warto odnotować, że parametr odkształcalności podano tylko dla klejów cementowych. Wymagania normy PN-EN 12004-1 dla klejów cementowych przedstawiono w TABELI 1.

Cementy wykorzystane w projekcie badawczym

Na potrzeby projektu badawczego opracowano w laboratorium specjalne kompozycje dwóch zapraw klejowych:

• kleju o standardowej przyczepności klasy C1TE,
• kleju o podwyższonej przyczepności klasy C2TE.

Obie zaprawy klejące przygotowano z zastosowaniem zamiennie różnego rodzaju cementów. Klejami referencyjnymi były kleje wykonane na cementach portlandzkich dwóch klas wytrzymałości:

• CEM I 52,5R,
• CEM I 42,5R-NA.

Natomiast klejami, których właściwości sprawdzono dodatkowo, były zaprawy wykonane przy użyciu niskoemisyjnych cementów niskoklinkierowych:

• portlandzkiego popiołowego: CEM II/A-V 52,5R-NA,
• portlandzkiego wapiennego: CEM II/A-LL 42,5R-NA,
• portlandzkiego popiołowo-żużlowego CEM II/B-M (S-V) 42,5R.

Taki wybór cementów miał na celu zarówno sprawdzenie wpływu nieklinkierowych składników głównych (popiół, żużel, wapień) na uzyskiwane właściwości klejów do ociepleń, jak i porównanie parametrów uzyskiwanych przy dwóch najczęściej stosowanych w recepturach tych wyrobów klasach wytrzymałości cementów.

Należy zaznaczyć, że porównywano zaprawy klejowe skomponowane z różnych cementów, ale przy zachowaniu tej samej ilości cementu w zaprawie. Podstawowe parametry ww. cementów, istotne z punktu widzenia zastosowania w zaprawach klejowych do płytek przedstawiono w TABELI 2.

Kluczem doboru badanych cementów oprócz właściwości fizycznych i chemicznych był także ich potencjalny wpływ na możliwość redukcji śladu węglowego w gotowych zaprawach klejowych. Według opracowania [4] składowe śladu węglowego w cemencie pochodzą od składników przedstawionych w TABELI 3 na podstawie danych pochodzących ze wszystkich zakładów cementowych w Polsce.

W rzeczywistości na podstawie danych od producenta cementów wykorzystanych do badań ślad węglowy został zredukowany dla cementów odniesienia CEM I 52,5 R i CEM I 42,5 R-NA odpowiednio:

• CEM II/A-V 52,5 R-NA o 14%,
• CEM II/A-LL 42,5 R-NA o 12%,
• CEM II/B-M (S-V) 42,5 R o 27%.

Jak wcześniej wspomniano, cementy takie nie są jeszcze dobrze znane w branży suchych zapraw, a ich udział w recepturach suchych zapraw, w szczególności klejów do płytek jest znikomy. Szczegóły dotyczące właściwości i wpływu poszczególnych nieklinkierowych składników głównych na właściwości cementów opisano we wcześniejszej publikacji autorów [5].

Wyniki badań

W TABELACH 4 i 5 pokazano wyniki oznaczeń parametrów normowych dwóch ww. klejów do płytek, wykonanych zgodnie z metodologią badawczą powołaną w normie przedmiotowej PN-EN 12004-1 (FOT. 1–3).

Wodożądność klejów ustalono z zachowaniem konsystencji zapraw. Kleje z cementów popiołowych wykazywały nieznacznie wyższą wodożądność, wynikającą z wodożądności cementów. Wszystkie kleje, niezależnie od zastosowanego cementu, wykazywały bardzo dobre właściwości robocze oraz łatwą aplikację i obróbkę.

Wyniki badań przyczepności, wykonane na płytkach o niskiej nasiąkliwości (przyczepność początkowa, po wodzie, po starzeniu termicznym i po cyklach zamrażania/rozmrażania) wskazują, że w przypadku klejów z cementów CEM II uzyskuje się porównywalne lub nieco niższe wyniki niż w odniesieniu dla klejów z cementów CEM I, bez „dodatków”. Warto jednak podkreślić, że w przypadku obu rodzajów klejów uzyskano wyniki spełniające wymagania normy. W przypadku kleju C1TE wymagania te są przekroczone ze znacznym naddatkiem, spełniając nawet dla cementów CEM II/A-V i CEM II/A-LL wymagania podwyższonej przyczepności, typowe dla klejów klasy C2.

Z drugiej strony kleje z tych cementów CEM II wykazują lepsze wyniki w przypadku oznaczeń „wydłużonego” czasu otwartego po 30 min (oznakowanie kleju: „E” – dotyczy kleju C1TE) oraz spływu (oznakowanie kleju: „T” – dotyczy obu klejów). Tu pojawiły się wyzwania z dotrzymaniem wymagań normy w przypadku cementów CEM I.

Klej C1TE z cementu CEM I 52,5R nie spełnia wymagań czasu otwartego po 30 min, a klej C2TES1 z obu cementów CEM I wykazuje za wysoki spływ.

Reasumując otrzymane wyniki warto podkreślić, że wymagania normowe w pełnym zakresie zostały spełnione jedynie dla obu klejów na bazie cementów CEM II, zawierających nieklinkierowe składniki główne: popioły lotne, żużel wielkopiecowy czy kamień wapienny.

Szczególnie dobre wyniki uzyskano w przypadku cementów CEM II/A-V 52,5R-NA i CEM II/A-LL 42,5R-NA. Zaskakujące pozytywnie (także autorów) są ponadto wyniki na cemencie CEM II/B-M (S-V) 42,5 R o najniższym wskaźniku klinkierowym, co może stanowić przyczynek do dalszego rozwoju tego typu produktów na rynku suchych zapraw.

Wnioski

• Niskoemisyjne cementy CEM II: popiołowe, popiołowo-żużlowe i wapienne mogą być stosowane w szerokim zakresie do produkcji klejów do płytek, zarówno klasy C1, jak i C2.
• Kleje do płytek wykonane z niskoemisyjnych cementów CEM II wykazują porównywalne właściwości robocze i aplikacyjne w porównaniu do zapraw klejowych wykonanych z cementu CEM I bez dodatków.
• Wyniki badań klejów do płytek przygotowanych z zastosowaniem cementów niskoemisyjnych CEM II nie odbiegają istotnie od wyników uzyskanych dla klejów z cementów CEM I. Niższe w niektórych przypadkach wyniki oznaczeń przyczepności w badaniach na płytkach o niskiej nasiąkliwości rekompensowane są poprzez lepsze zazwyczaj wyniki oznaczeń spływu i czasu otwartego, szczególnie po 30 min. Szczególnie korzystne wyniki uzyskano w przypadku zastosowania w recepturach klejów cementów CEM II/A-V 52,5R-NA i CEM II/A-LL 42,5R-NA.
• Zastosowanie niskoemisyjnych cementów CEM II w klejach do płytek może (choć nie musi) wiązać się z pewnymi zmianami receptur tych produktów.
• Producenci zapraw klejowych, którzy chętnie poszukują nowych niskoemisyjnych rozwiązań cementowych do swoich produktów, w przeszłości stanowili awangardę, jednak obecnie dostrzegają, oprócz aspektów ekologicznych, pozytywne zmiany związane z właściwościami technologicznymi swoich produktów. W dobie „zielonych” zmian w całym sektorze budownictwa już dziś mogą się pochwalić sukcesami oraz reklamować swoje produkty jako niskoemisyjne.

Rozwój i wdrażanie technologii materiałów budowlanych CEMEX jest częścią globalnego ne­tworku ds. badań i rozwoju, na czele z Centrum Badań CEMEX z siedzibą w Szwajcarii.

Literatura

1. Global Status Report for Buildings and Construction, 2020,
   https://architecture2030.org/newbuildings-embodied
2. P. Górak, S. Chłądzyński, K. Walusiak, „Cementy niskoemisyjne w suchych mieszankach chemii budowlanej – zielony kierunek rozwoju (cz. 1)”, „IZOLACJE” 5/2022, s. 104–109.
3. PN-EN 12004-1:2017-03, „Kleje do płytek ceramicznych. Część 1: Wymagania, ocena i weryfikacja stałości właściwości użytkowych, klasyfikacja i znakowanie”.
4. B. Środa (red.), „Beton – niskoemisyjny materiał budowlany”, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2021.
5. P. Górak, S. Chłądzyński, K. Walusiak, „Cementy niskoemisyjne w suchych mieszankach chemii budowlanej (cz. 2). Zaprawy klejowe do ociepleń”, „IZOLACJE” 7/8/2022, s. 74–79.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!