Есть мнение Герметики полиуретановые Тест полиуретановых герметиков (весна 2001 года)

Тест полиуретановых герметиков (весна 2001 года)

В свое время мы уже испытывали силиконовые, а позже - акриловые герметики. Достойным завершением цикла тестов уплотнителей должно было стать исследование материалов на полиуретановой основе. Однако, приняв такое решение, мы столкнулись с серьезной трудностью. Собрать обычное число участников (10) не удалось. Зимой 2000/2001 года еще ощущались последствия кризиса: полиуретановые уплотнители довольно дороги - после августа 98 года спрос на них упал. Тем не менее, с девятью найденными материалами тест все-таки провели и, как выяснилось, не зря. Поставщики отмечают, что в этот строительный сезон (2001 год) популярность полиуретановых герметиков постепенно стала расти.

Прежде чем дать этим материалам общее описание, напомним, для чего нужны герметики, и какие их свойства мы испытывали.

Лето, жарко, фасад раскален, панели расширены, а стыки между ними сжаты... но не до конца. Между бетонными плитами на случай дальнейшего повышения температуры обязательно оставляют пустое пространство - компенсационный шов. Пройдет полгода и картина изменится: панели сократят размер - компенсационный шов раскроется, станет шире процентов на 10, а может, на 20, а то и на все 40. Если он не заделан чем-то эластичным, будут потери тепла и немалые.

Из этого краткого экскурса в основы строительной физики может показаться, что требование эластичности на любом морозе для уплотнителя межпанельных швов - ключевое. Это не совсем верно. Для герметика наряду с эластичностью важно в любых условиях обладать надежным контактом с основой. Какой прок от прекрасно растягивающегося, но отслоившегося и провисшего в шве "резинового" шнура? Не плохо бы заранее убедиться, что, выбранному герметику не уготована столь жалкая участь. Как это сделать?

Методики тестирования

ISO 9047: "Метод определения адгезионных/ когезионных свойств при различных температурах". Выход один - изготовить с применением интересующего уплотнителя фрагмент шва (сечением около 1 см), сжать его, нагреть и подержать хотя бы сутки, потом остудить, растянуть и снова оставить в таком состоянии на 24 ч. Если не выдержал - понятно, что материал не подходит. Хуже, когда устоял, - есть повод для беспокойства: вдруг в следующий раз "оплошает"? Поэтому процедуру скрупулезно повторяем, и увидев, что все в лучшем виде, вновь засомневаемся. Если сжимать-разжимать строго на 25% или 20% или 12,5% или 7,5%, нагревать до +70, а охлаждать до -20 градусов Цельсия, и к десятому разу понять, что сохранение целостности шва есть, то получится испытание по стандарту ISO 9047. Мы почти так и поступали.

Имевшиеся в нашем распоряжении герметики тестировались при 25% смещении в установленном стандартом диапазоне температур. Нас интересовала надежность контакта с бетоном, деревом, алюминием и ПВХ. Материалы, что испытаний не выдерживали, проверялись с деформациями на 20% при тех же -20 и +70 градусах Цельсия. Для герметиков, образцы из которых успешно прошли стандартный тест с амплитудой 25%, условия ужесточались - их тестировали при том же 25%-ном смещении, но температурах от -30 до +70 градусов Цельсия.

Кто-то из читателей, глядя на цифру -30, лишь грустно улыбнется: для северных регионов нашей страны зима с такими морозами считается мягкой. Конечно, хотелось бы представить более внушительные результаты, но это требовало больших, чем мы располагали, средств. Число -30 стало компромиссом между желаниями и возможностями.

Что можно делать с герметиками, выдержавшими этот тест в том или ином его исполнении? По большому счету - пока ничего, так как где-то между летом и зимой обязательно будет промозглая осень. Бетонные плиты сократят размер, компенсационный шов приоткроется - станет шире процентов на 10-20, и его зальет дождевая вода...

ISO 10590: "Метод определения адгезионных/ когезионных свойств в условиях длительного расширения после погружения в воду". Он не настолько демонстративен, как предыдущий этап. С его помощью не определяют, а только оценивают амплитуду смещений, которые должен выдержать герметик в заливаемом водой шве. Суть метода в следующем.

Изготавливают образцы-фрагменты швов, аналогичные тем, что были в опытах по ISO 9047 и разделяют их на две партии - экспериментальную и контрольную. Экспериментальные швы помещают в ванночку и заливают ("с головкой") дистиллированной водой на четверо суток. Тем временем контрольные образцы ожидают своего часа на суше. По истечении указанного срока обе партии подвергают растяжению в два раза (на 100%) и фиксируют в этом положении на 24 часа. Считается, все, что прошло через "купель" и на шестые сутки осталось невредимым, годится в дело, предполагающее герметизацию заливаемых водой швов с 25%-деформацией.

Материалы, образцы из которых отслоились или порвались, положено тестировать аналогичным образом, но при растяжении в 1,6 раза. Если все нормально, то они получают "путевку" в увлажняемые швы, деформирующиеся только на 20%. Испытания с меньшим растяжением мы не проводили, ограничившись на этот счет лишь некоторыми соображениями. С ними можно ознакомиться, прочитав "Потребительские анализы", а также обратив внимание на те цифры в таблице 1, что помечены звездочкой. Конкретные данные приведены в разделах "Результаты тестирования" и в таблице 1 (цифры без звездочек). Более подробная таблица, содержащая итоги длительных деформаций как контрольных, так и экспериментальных образцов, размещена в таблице 2.

У читателя могут возникнуть вопросы, например: "Зачем нужны контрольные образцы?". Ответ: для того чтобы в случае отслоения вымачивавшихся швов быть уверенным, что беда случилась именно из-за воздействия воды. Предварим и другой вопрос: "Достаточно ли хороших результатов по ISO 9047 и ISO 10590, чтобы применять герметик на фасаде? - Разумеется, нет. Прежде надо хотя бы узнать, как изменяется материал под воздействием УФ-лучей. Не мешает также выяснить, насколько хорошо герметик восстанавливает свою форму после единичной деформации и, наконец, не слишком ли сильно он теряет объем при вулканизации. В рамках нашего теста соответствующие измерения не проводились. Даваемые заключения сделаны исходя из предположения, что с этими тремя параметрами все нормально.

Планируя испытания, мы собирались убедиться в пригодности полиуретановых герметиков для герметизации щелей между ПВХ-конструкциями и бетоном, причем особых сомнений на этот счет изначально не было. Результаты оказались обескураживающими: получается, что для подобной работы подходит только 1 из 9 взятых материалов. Такой вывод сильно противоречит и нашим ожиданиям, и данным, приводимым в паспортах на многие герметики - ПВХ довольно часто фигурирует среди рекомендуемых к уплотнению основ. Правда, многие производители советуют проверять совместимость герметика с этим материалом. Поэтому логично предположить, что причина никудышных итогов с пластиком в большей степени относятся не к герметикам, а к имевшемуся в нашем распоряжении ПВХ. Дело в том, что ПВХ-профили, выпущенные в разных местах, далеко не идентичны по своему составу. Кроме поливинилхлорида они могут содержать так называемые пластификаторы, способные ухудшить сцепляемость ПВХ с другими материалами. В этом случае перед нанесением полиуретанового герметика необходимо использовать праймеры. Вот только какие - большой вопрос…

ISO 8339. "Метод определения характеристик при растяжении". Эксперименты по ISO 8339 сводятся к тому, чтобы разорвать герметик в клочья. Цель этого акта - получить данные о максимальном удлинении, а также о значениях напряжения при 100% деформации и в момент разрыва. Опыты ставились при температуре +20, -20 и -30 градусов Цельсия. Их результаты приведены в таблице 1. На этом этапе допущены некоторые отклонения от стандарта: вместо +20 положено мерить при +23 градусах Цельсия, а испытания при -30 градусах ISO 8339 вовсе не предусматривает. Но мы живем в России, а не в теплой Европе - им наши морозы и не снились…

Разрушение шва в экспериментах по ISO 8339 представляет собой протяженный во времени процесс. Он начинается с того, что в какой-то момент герметик "сдается" - прекращает увеличивать сопротивление растягивающему усилию в ответ на рост деформации. После этого шов еще тянется, зачастую без видимых повреждений, затем появляются первые локальные дефекты, например, такие как на фото и, наконец, образец разрушается полностью. В связи с этим мы приводим не одну, а две величины, характеризующие предельное удлинение герметика: деформацию в момент фактического разрыва и деформацию, когда отмечен максимум приложенного ко шву усилия. Первое число очень наглядно, но, с практической точки зрения, увы, бесполезно. Второе - требует для своего осмысления некоторых умственных усилий, зато и толку от него больше. Зная его, оценивают величину смещений, выдерживаемых герметиком на практике. Не мудрствуя лукаво, значение деформации, после которого напряжение шва прекращает свой рост, просто делят на 10. Полученную величину интересно сравнить с результатами по ISO 9047.

Еще одно очень информативное число - напряжение, фиксируемое при двукратной (100%) деформации образца. В рамках стандарта ISO 11600 его называют модулем поперечного растяжения. Чем это значение больше, тем герметик жестче на ощупь и, как правило (но не всегда), прочнее.

Жесткость и прочность - зачастую совсем не те качества, что требуются от уплотнителя. Например, в вертикальных компенсационных швах его задача исчерпывается тем, чтобы, сохраняя свою целостность, следовать за сезонными смещениями основ. Никаких других нагрузок механического происхождения обычно здесь не бывает. В таких ситуациях предпочтительны легко растягивающиеся мягкие материалы - прочностью можно спокойно пожертвовать. При равном растяжении жесткие герметики напряжены сильней, чем мягкие, следовательно, последние имеют меньше шансов отслоиться или разорваться.

Расклад предпочтений меняется, когда помимо плавных схождений-расхождений стенок стыка, появляется вероятность иных механических воздействий. Если это компенсационный шов в бетонной стяжке или между плитами моста, то ни о каком другом герметике, кроме жесткого, речь идти не может. Вероятна и такая ситуация - щель между коробкой металлической двери и стеной. Амплитуда возникающих здесь смещений сравнительно невелика, зато скорость их нарастания значительна. Опять нужен прочный и жесткий герметик. Бывает и так, что хлопанье железной дверью приводит к появлению извилистой трещины в стене по периметру проема. Если трещина только-только наметилась, стоит дать ей развиться до конца. Дождавшись, когда она закончит свой рост, ее расшивают и заделывают все тем же жестким (хотя и эластичным) материалом.

"Жесткий", "мягкий" - слова обиходные и, надо признать, не совсем корректные, недаром строгий язык стандартов подобные понятия не приемлет. Вместо них используются термины "высокомодульный" и "низкомодульный". В рамках ISO 11600 герметик считается низкомодульным, если его модуль (напряжение при двукратном растяжении) не превышает 0,4 МПа при +23 градусах Цельсия и 0,6 МПа при -20 градусах Цельсия.

Примечание: тот, кто внимательно изучит оригинал стандарта ISO 11600, обнаружит, что определение низко- и высокомодульных материалов на самом деле несколько сложнее. Чтобы не перегружать статью, мы привели сокращенную формулировку.

Некоторые подробности

Объектом всех изысканий были 50-миллиметровые фрагменты швов сечением 12х12 мм, выполненные между квадратными пластинками (подложками 50х50 мм) из бетона, дерева, алюминия и ПВХ.

Несмотря на то, что по науке уплотняемые полиуретановым герметиком поверхности положено грунтовать, фрагменты швов изготовляли без такой обработки. Их просто зачищали наждачной бумагой и обезжиривали. Основная причина такого подхода - фактическое отсутствие в продаже праймеров, рекомендуемых для большинства тестированных герметиков.

Данные по ISO 8339 - усредненный результат по трем образцам. Для каждого этапа экспериментов по ISO 9047 и ISO 10590 со всеми основаниями изготовляли три образца: два основных и один запасной. Если результаты испытаний первых двух швов совпадали, то опыты прекращали. В случае, когда они оказывались различными, проводили еще один эксперимент. Два отслоения при одном целом образце принимали за отслоение, два сохранивших целостность шва при одном разрушенном считали благополучным исходом. За редким исключением итоги первых двух испытаний совпадали.

По нашему заказу эксперименты выполняла лаборатория стройматериалов и коррозии Московского Научно Исследовательского Института Типологии и Экспериментального Проектирования, имевшей соответствующую аккредитацию.

Полиуретановые герметики

Продавцы характеризуют полиуретановые уплотнители как очень надежные, отменно ко всему прилипающие и долговечные материалы. Кроме того, они устойчивы к УФ-лучам и их можно окрашивать. Удобно, что полиуретаны обладают самоадгезией: ремонтируя шов, старый полиуретановый герметик удалять не обязательно. В принципе все верно. Однако такое описание пропускает один очень важный аспект, который можно сформулировать следующим образом: мягкий, но твердый.

Чтобы прояснить скрывающийся за противоречием смысл, придется прибегнуть к более корректному языку стандарта ISO. Получится: низкомодульный или легко растягивающийся, но твердый. Обладая великолепной эластичностью, полиуретановые герметики еще и лучше других уплотнительных материалов противостоят истиранию, протыканию, выщипыванию. Это качество особенно важно при уплотнении компенсационных швов напольных покрытий, когда, чтобы получить приемлемые характеристики, мы вынуждены использовать жесткие материалы. Если сравнивать с другими однокомпонентными герметиками, то в случае полиуретанов при равных прочностных характеристиках мы получаем самый мягкий шов, а при одинаковой эластичности самые высокие прочностные характеристики.

Чего больше всего "боится" уплотнитель напольных стыков? Во-первых, тонких шпилек женских туфелек, во-вторых, маленьких камешков или песчинок. Оказавшись в месте стыка под подошвой обуви или колесом машины, мелкие предметы создают колоссальную нагрузку на шов. Особенность полиуретана в том, что любое точечное воздействие он перераспределяет по всему своему объему. Именно поэтому герметизация напольных швов полиуретанами позволяет получить надежность и долговечность с другими однокомпонентными уплотнителями не достижимую.

Есть у полиуретановых герметиков еще одно интересное свойство - повышенная прочность на "раздир". Представьте: желая разорвать шов, вы слегка его надрезаете. Затем начинаете раздирать и с удивлением обнаруживаете, что сделать это ничуть не легче, чем с ненадрезанным образцом. В то же время трещина, пусть даже не сквозная, на герметике иной природы (особенно силиконовом) означает, что уплотнению в этом месте конец.

Когда имеем ввиду фасадные швы, нам не важно, на сколько уплотняющий их герметик прочен и "тверд". Главное, чтобы он был достаточно мягким и липучим. В этом смысле у полиуретановых герметиков есть конкуренты. Применительно к крупным строительным объектам - это двухкомпонентные тиоколовые герметики, а при небольших объемах работ - нейтральные силиконы. Выбирая из этих трех материалов полиуретан, руководствуются следующими соображениями: силиконы нельзя окрашивать, они требуют более тщательной, чем полиуретаны подготовки поверхности. Если же использовать герметики на основе тиокола, придется их готовить (они двухкомпонентные). К тому же ограниченность времени жизни таких составов неизбежно приводит к потерям материала.

Стоят полиуретановые герметики существенно дороже и силиконовых и, тем более, тиоколовых составов. Однако благодаря удобству применения, универсальности и надежности и разница в цене должна окупаться.

Мягкий, но твердый

Твердость ни что иное, как способность материала противостоять проникновению какого-либо тела извне. Если речь о горной породе, то этот показатель определяют царапаньем одного материала другим и измеряют по 10-балльной шкале Мооса. С герметиком (резиной) эксперимент по оценке твердости ставят иначе: шов не царапают, а пытаются проткнуть острой иглой. Твердый материал поддается с трудом, нетвердый - ощутимо легче. Твердость герметиков измеряют по шкале Shore A (в условных единицах по Шору А). Чем трудней проткнуть материал, тем выше оценка. Например, твердость Makrofix PU-15 составляет 25 условных единиц, а Makrofix PU-40 - 40 условных единиц. Данные приведены по каталогу фирмы Makroflex.

Мягкость (низкомодульность) - это способность, не сопротивляться внешнему воздействию сильнее, чем положено. Например, не напрягаться больше чем на 0,4 МПа при двукратном поперечном растяжении. Теперь два понятия сопоставим.

Очевидно, что между мягкостью (низкомодульностью) и твердостью ("непротыкаемостью") должна быть обратная связь: чем материал мягче (в смысле растяжения), тем легче его проткнуть и наоборот. Действительно, у высокомодульного (жесткого) Makrofix PU-40 твердость по Шору А выше, чем у низкомодульного Makrofix PU-15. Вопрос: что будет, если сравнить твердость двух герметиков разной природы, но обладающих одинаковым модулем упругости? Оказывается, их твердость будет различной, причем всегда в пользу полиуретанов. Сравним данные полиуретанового герметика Makrofix PU-15 с аналогичными показателями силиконового Makrosil AA. Их модули составляют 0,3 и 0,35 МПа, а твердости 25 и 15-20 условных единиц соответственно. По данным каталога более твердый полиуретан даже мягче силикона! Для "глобального" воздействия полиуретановый герметик оказывается мягок, для локального - тверд.

Идея, подготовка и описание испытаний Сергея КУЗНЕЦОВА (осень 2000 г. - лето 2001 г.).