Герметики строительные: модуль упругости и адгезия к основаниям

Классификация герметиков по химической природе полимерной основы

Строительные герметики представляют собой вязкотекучие при нанесении полимерные композиции, предназначенные для заполнения деформационных швов и создания герметичных соединений между элементами строительных конструкций. Согласно ГОСТ 25621-2023, герметизирующие материалы классифицируются по химической природе базового полимера, механизму отверждения и эксплуатационным характеристикам.

Силиконовые герметики на основе полидиметилсилоксанов

Кремнийорганические герметики базируются на низкомолекулярных силиконовых каучуках с молекулярной массой 10000-80000 дальтон. ГОСТ Р 57400-2017 устанавливает требования к силиконовым клеям и герметикам, разделяя их на кислотные (ацетокси) и нейтральные (алкокси, оксимные) по типу вулканизующей системы. Кислотные составы выделяют уксусную кислоту при отверждении, что ограничивает их применение на металлах из-за коррозионной активности. Нейтральные герметики отверждаются с выделением спиртов или кетоксимов, проявляя универсальную адгезию к большинству строительных материалов.

Силоксановая связь Si-O-Si обуславливает исключительную термостойкость материала в диапазоне от минус 60 до плюс 150 градусов Цельсия для стандартных составов и до плюс 300 градусов для высокотемпературных модификаций. Низкая энергия межмолекулярного взаимодействия в силоксановых цепях обеспечивает сохранение эластичности при отрицательных температурах, что критично для герметизации швов в условиях северных регионов и территорий с континентальным климатом.

Полиуретановые герметики на основе полиолов и изоцианатов

Полиуретановые композиции формируются путем реакции полиуретанообразования между олигомерными полиолами и полиизоцианатами. Однокомпонентные герметики содержат изоцианат-терминированные преполимеры, отверждающиеся при взаимодействии с атмосферной влагой. Двухкомпонентные системы включают раздельно упакованные полиольный компонент и полиизоцианатный отвердитель, смешиваемые перед применением.

Уретановая связь обеспечивает высокую когезионную прочность материала и способность к химическому взаимодействию с функциональными группами подложек, что объясняет превосходную адгезию полиуретанов к бетону, металлам и древесине. Возможность варьирования соотношения жестких уретановых и гибких полиэфирных сегментов позволяет регулировать модуль упругости от 0,2 до 1,5 МПа при сохранении высокой деформативности.

Акриловые и полисульфидные герметики

Акриловые герметизирующие композиции производятся на основе водных дисперсий акриловых сополимеров. Механизм отверждения включает коалесценцию латексных частиц с последующей физической сшивкой макромолекул. Акриловые герметики характеризуются ограниченной эластичностью и применяются преимущественно для малоподвижных швов внутренних помещений с относительным удлинением не более 10-12 процентов.

Полисульфидные (тиоколовые) герметики базируются на олигомерах с дисульфидными связями в основной цепи. Двухкомпонентные тиоколовые мастики включают жидкий тиокол и пасту отверждения на основе диоксида марганца. Полисульфидные композиции проявляют высокую химическую стойкость к агрессивным средам и применяются в промышленном строительстве для герметизации технологических емкостей и трубопроводов.

Вернуться к оглавлению

Модуль упругости герметиков: физический смысл и практическое значение

Модуль упругости при стопроцентном удлинении представляет собой фундаментальную механическую характеристику герметизирующих материалов, определяющую величину напряжения в эластомерном шве при его растяжении на сто процентов относительно первоначальной длины. Параметр измеряется в мегапаскалях и количественно характеризует жесткость полимеризованного герметика, его способность создавать восстанавливающие усилия при деформации шва.

Классификация герметиков по модулю упругости согласно ISO 11600

Международный стандарт ISO 11600 устанавливает классификацию строительных герметиков по модулю упругости, разделяя материалы на низкомодульные с величиной модуля до 0,4 МПа и высокомодульные с показателем более 0,4 МПа. Низкий модуль упругости означает, что после полимеризации герметик представляет собой мягкую эластичную резину, создающую минимальные напряжения в адгезионном контакте при циклических деформациях шва. Это критично для обеспечения долговременной службы соединений в условиях знакопеременных температурных деформаций фасадных панелей.

Силиконовые низкомодульные герметики демонстрируют значения модуля упругости в диапазоне 0,4-0,5 МПа, что обусловлено высокой гибкостью силоксановых цепей и слабыми межмолекулярными взаимодействиями. Полиуретановые низкомодульные составы достигают показателей 0,2-0,6 МПа за счет введения длинноцепочечных полиэфирных сегментов. Высокомодульные силиконовые герметики с модулем 2,0-2,5 МПа содержат повышенное количество функциональных групп для образования густосшитой трехмерной сетки.

Влияние модуля упругости на напряженное состояние герметизированного шва

При линейном расширении или сжатии деформационного шва в герметике возникают напряжения растяжения или сжатия, величина которых прямо пропорциональна модулю упругости материала. Рассмотрим шов шириной 20 миллиметров при коэффициенте деформации 25 процентов: абсолютная деформация составит 5 миллиметров. Для низкомодульного герметика с модулем 0,4 МПа напряжение в адгезионном контакте составит приблизительно 0,1 МПа при деформации 25 процентов. Для высокомодульного состава с модулем 2,0 МПа напряжение возрастет до 0,5 МПа, что может превысить прочность адгезии к подложке и привести к отслоению герметика.

Низкомодульные герметики рекомендуются для межпанельных швов с высокой подвижностью, соединений разнородных материалов с различными коэффициентами температурного расширения, герметизации деревянных конструкций, подверженных усадке и разбуханию. Высокомодульные составы применяются для структурного остекления, где требуется высокая несущая способность шва, фасадных работ без значительных деформаций, клеевых соединений элементов с ограниченной подвижностью.

Методика определения модуля упругости по ГОСТ 25621-2023

Испытание модуля упругости проводится на образцах в форме двойных лопаток, вырезанных из отвержденного слоя герметика после выдержки в нормальных условиях. Образец закрепляется в захватах разрывной машины и растягивается с постоянной скоростью деформации 100 миллиметров в минуту до момента достижения стопроцентного удлинения. Модуль упругости вычисляется как отношение силы растяжения к площади поперечного сечения образца при деформации 100 процентов. Испытания выполняются при температуре 23 плюс-минус 2 градуса Цельсия и относительной влажности 50 плюс-минус 5 процентов.

Вернуться к оглавлению

Адгезионные характеристики герметиков к минеральным и металлическим основаниям

Адгезия герметизирующих составов к строительным подложкам представляет собой силу межфазного взаимодействия, измеряемую как напряжение отрыва или сдвига при разрушении адгезионного контакта. Прочность сцепления определяется комплексом физико-химических процессов: смачиванием поверхности жидким герметиком, диффузией макромолекул в пограничный слой, образованием водородных связей и ковалентных химических связей между функциональными группами полимера и активными центрами подложки.

Адгезия к бетонным и железобетонным основаниям

Бетон представляет собой пористую капиллярную структуру с развитой удельной поверхностью, содержащую гидроксильные группы силанольных и алюминольных центров на поверхности цементного камня. Силиконовые герметики проявляют адгезию к бетону на уровне 0,3-0,6 МПа за счет формирования силоксановых связей между силанольными группами герметика и подложки. Полиуретановые составы достигают прочности сцепления 2,0-3,0 МПа благодаря образованию уретановых связей между изоцианатными группами преполимера и гидроксильными группами поверхности бетона.

Влажность бетонного основания критически влияет на адгезионные характеристики: избыточная влага блокирует активные центры и препятствует смачиванию поверхности. Для полиуретановых герметиков влажность подложки не должна превышать 10 процентов, для силиконовых составов допускается до 5 процентов. Карбонизация поверхностного слоя бетона снижает pH с 12-13 до 8-9 и уменьшает количество реакционноспособных гидроксильных групп, что требует применения праймеров-активаторов.

Адгезия к металлическим конструкциям

Стальные, алюминиевые и оцинкованные поверхности покрыты оксидными пленками, содержащими гидроксильные и карбоксильные функциональные группы. Полиуретановые герметики демонстрируют высокую адгезию к металлам в диапазоне 4,0-8,0 МПа вследствие образования прочных координационных связей между карбонильными группами уретановых фрагментов и атомами металлов оксидного слоя. Силиконовые нейтральные герметики обеспечивают адгезию 0,5-0,8 МПа к металлическим подложкам.

Кислотные силиконовые герметики не рекомендуются для применения на стали, меди и цинке из-за коррозионного действия уксусной кислоты, выделяющейся при отверждении. Алкокси-силиконовые и оксимные составы проявляют коррозионную нейтральность и пригодны для герметизации металлоконструкций. Обезжиривание металлических поверхностей растворителями перед нанесением герметика удаляет масляные загрязнения и улучшает смачиваемость подложки.

Адгезия к стеклянным и керамическим поверхностям

Силикатное стекло содержит силанольные группы на поверхности, обеспечивающие химическое взаимодействие с силиконовыми герметиками посредством реакции конденсации с образованием силоксановых связей. Адгезия силиконов к стеклу достигает 0,6-1,0 МПа, что превышает прочность сцепления с бетоном. Полиуретановые герметики проявляют адгезию к стеклу на уровне 2,0-4,0 МПа за счет формирования водородных связей между уретановыми группами и силанольными центрами.

Структурное остекление фасадов требует применения силиконовых клей-герметиков специального назначения с повышенной адгезией и модулем упругости. Расчетное сопротивление герметизированного шва принимается с коэффициентом безопасности не менее 6 от разрушающего напряжения.

Методика испытаний адгезии по ГОСТ 32299-2013

Определение прочности сцепления герметика с основанием проводится методом отрыва с использованием адгезиометра. Металлический диск диаметром 50 миллиметров приклеивается к отвержденному слою герметика эпоксидным клеем. После затвердевания клея покрытие прорезается по периметру диска до подложки. Адгезиометр захватывает диск и создает растягивающее усилие перпендикулярно поверхности с равномерной скоростью нагружения не более 1 МПа в секунду. Прочность адгезии вычисляется как отношение разрушающей силы к площади контакта.

Характер разрушения классифицируется на адгезионный, когезионный и когезионный по основанию. Когезионное разрушение свидетельствует о высокой адгезии, превышающей прочность материала. ГОСТ Р 59522-2021 устанавливает требование: адгезия герметика для деформационных швов должна быть не менее 0,3 МПа без разрушения бетонного основания.

Вернуться к оглавлению

Деформационная способность и упругое восстановление герметизирующих составов

Деформационная способность герметика количественно характеризует максимальную амплитуду циклических растяжений и сжатий шва, которую материал выдерживает без потери герметичности и адгезии к подложкам. Параметр выражается в процентах относительного удлинения или сжатия от первоначальной ширины шва и определяет класс герметика по ГОСТ Р 59522-2021 для организации деформационных швов ограждающих конструкций панельных зданий.

Классификация герметиков по допустимой деформации

ГОСТ Р 59522-2021 устанавливает три класса деформативности герметиков: класс 1 с допустимой деформацией плюс-минус 25 процентов, класс 2 с деформацией плюс-минус 20 процентов, класс 3 с деформацией плюс-минус 15 процентов. Силиконовые герметики благодаря высокой гибкости силоксановых цепей обеспечивают деформативность плюс-минус 25 процентов с упругим восстановлением более 90 процентов. Полиуретановые составы в зависимости от рецептуры достигают деформационной способности от плюс-минус 15 до плюс-минус 25 процентов.

Акриловые герметики характеризуются ограниченной эластичностью плюс-минус 10-12 процентов и относятся к пластичным материалам с частичным упругим восстановлением 50-70 процентов. Полисульфидные тиоколовые мастики проявляют деформативность плюс-минус 20-25 процентов с упругим восстановлением 75-85 процентов. Выбор класса деформативности определяется расчетной амплитудой температурных деформаций шва с учетом коэффициентов линейного расширения сопрягаемых материалов и климатических параметров региона строительства.

Упругое восстановление после снятия нагрузки

Упругое восстановление характеризует способность герметика возвращаться к первоначальной форме после прекращения действия деформирующей нагрузки и выражается в процентах от величины деформации. Силиконовые эластомеры демонстрируют упругое восстановление более 90 процентов благодаря отсутствию пластической деформации в сшитой полимерной сетке. Полиуретановые герметики достигают показателей 75-85 процентов, что обусловлено релаксационными процессами в полиэфирных сегментах макромолекул.

Недостаточное упругое восстановление приводит к накоплению остаточных деформаций в шве при циклических температурных нагрузках, что вызывает образование зазоров между герметиком и подложкой при сжатии и потерю герметичности соединения. ГОСТ Р 59522-2021 устанавливает требование минимального упругого восстановления не менее 70 процентов для герметиков класса 3 и не менее 80 процентов для класса 1. Измерение упругого восстановления проводится через 30 минут после снятия растягивающей нагрузки.

Влияние температуры на деформационные характеристики

При понижении температуры увеличивается модуль упругости полимерных материалов и снижается деформационная способность вследствие замораживания сегментальной подвижности макромолекул. Силиконовые герметики сохраняют эластичность до минус 60 градусов Цельсия за счет низкой температуры стеклования полидиметилсилоксанов. Полиуретаны на основе простых полиэфиров проявляют морозостойкость до минус 40-60 градусов, в то время как составы на сложных полиэфирах кристаллизуются при температурах ниже минус 20 градусов.

Испытания деформативности при отрицательных температурах согласно ГОСТ Р 59522-2021 проводятся после выдержки образцов в климатической камере при минус 40 градусов Цельсия в течение 4 часов с последующим растяжением на 25 процентов. Герметик считается морозостойким, если при испытании не наблюдается трещин, отслоений и разрывов адгезионного контакта. Для регионов с расчетной зимней температурой ниже минус 40 градусов рекомендуется применение силиконовых или специальных морозостойких полиуретановых герметиков.

Вернуться к оглавлению

Термостойкость и морозостойкость герметиков в условиях циклических нагрузок

Температурная стойкость герметизирующих материалов определяет диапазон климатических условий эксплуатации герметизированных соединений без деградации физико-механических свойств полимерной матрицы и адгезионного контакта. Верхняя граница температурного интервала лимитируется началом термоокислительной деструкции макромолекул, нижняя граница соответствует температуре стеклования или кристаллизации полимера с потерей эластичности.

Термостойкость силиконовых герметиков

Силоксановая связь характеризуется высокой энергией диссоциации, что обеспечивает термическую стабильность полидиметилсилоксанов до температур 200-250 градусов Цельсия в отсутствие кислорода. Стандартные нейтральные силиконовые герметики эксплуатируются в диапазоне от минус 60 до плюс 150 градусов без изменения деформационных характеристик. Высокотемпературные модификации с термостабилизаторами сохраняют работоспособность до плюс 300 градусов и применяются для герметизации дымоходов, печных агрегатов и высокотемпературного технологического оборудования.

При длительном воздействии повышенных температур наблюдается термоокислительная деструкция силоксановых цепей с образованием низкомолекулярных циклических силоксанов и снижением молекулярной массы полимера. Введение антиоксидантов фенольного типа замедляет процессы окислительной деградации. Скорость термоокисления силиконов на два порядка ниже, чем органических полимеров, что обуславливает долговечность герметизированных швов в условиях повышенных температур.

Морозостойкость полиуретановых герметиков

Полиуретановые эластомеры на основе простых полиэфиров проявляют морозостойкость до минус 40-60 градусов Цельсия благодаря аморфной структуре гибких сегментов. Стандартные полиуретановые герметики эксплуатируются в температурном диапазоне от минус 40 до плюс 80 градусов. Морозостойкие модификации с повышенным содержанием полиэфирных сегментов и пониженной степенью сшивки обеспечивают работоспособность до минус 60 градусов.

Полиуретаны на основе сложных полиэфиров склонны к кристаллизации при температурах ниже минус 20 градусов вследствие упорядочивания полиэфирных цепей в кристаллические домены, что приводит к охрупчиванию материала и потере эластичности. Для герметизации швов в северных регионах рекомендуется применение полиуретановых составов на полипропиленгликолях или силиконовых герметиков.

Испытания на циклические температурные воздействия

ГОСТ Р 59522-2021 регламентирует методику испытаний герметиков на морозостойкость путем циклического замораживания-оттаивания образцов с деформацией. Образцы в виде двух бетонных призм, соединенных слоем герметика толщиной 12 миллиметров, подвергаются 100 циклам температурных воздействий. Каждый цикл включает выдержку при минус 40 градусов в течение 4 часов с одновременной деформацией шва на 25 процентов растяжения, последующее оттаивание при плюс 50 градусов с деформацией на 25 процентов сжатия. После испытаний оценивается состояние шва: наличие трещин, отслоений, изменение адгезии.

Для климатических зон с расчетной зимней температурой ниже минус 40 градусов согласно СП 131.13330.2025 применяются герметики с подтвержденной морозостойкостью при минус 55 градусов. Испытания теплостойкости проводятся выдержкой образцов при повышенной температуре плюс 70 градусов в течение 1000 часов с периодическим контролем деформационных свойств и прочности адгезии. Критерием теплостойкости является сохранение не менее 80 процентов первоначальных характеристик после термостарения.

Вернуться к оглавлению

Технология нанесения герметиков монтажным пистолетом

Герметизация строительных швов выполняется с применением специализированного инструмента — монтажного пистолета для выдавливания герметика из картриджей или фольгированных туб. Качество герметизации определяется тщательностью подготовки поверхностей, правильностью геометрии шва и соблюдением технологических параметров нанесения материала.

Подготовка поверхностей шва перед герметизацией

Кромки деформационного шва должны быть прочными, чистыми, сухими и свободными от загрязнений, снижающих адгезионную прочность контакта. С поверхности бетона удаляется цементное молоко, непрочные слои, остатки опалубочной смазки механическим способом с использованием металлических щеток, пескоструйной обработкой или фрезерованием. Металлические поверхности обезжириваются растворителями для удаления масляных загрязнений и остатков антикоррозионных покрытий.

Влажность бетонного основания контролируется влагомером и не должна превышать 10 процентов для полиуретановых герметиков. Загрязненные пылью поверхности продуваются сжатым воздухом давлением 0,4-0,6 МПа. В зимнее время с кромок шва удаляется наледь, снег и иней тепловыми пушками с последующим просушиванием. Старый герметик полностью удаляется механическим способом до прочного основания.

Установка уплотняющих прокладок в шов

Для ограничения глубины проникновения герметика и предотвращения трехсторонней адгезии в полость шва устанавливается уплотняющий шнур из вспененного полиэтилена. Диаметр шнура выбирается на 25-50 процентов больше ширины шва для обеспечения обжатия и упругого заполнения полости. Шнур закладывается на глубину, обеспечивающую оптимальное соотношение ширины к толщине герметика 2 к 1, что создает благоприятное напряженное состояние в шве при деформациях.

Применение монтажных пен в качестве уплотнителя не допускается, поскольку пенополиуретан обладает адгезией к герметикам, не имеет эластичности и активно впитывает влагу. Для теплоизоляции широких деформационных швов применяются комплексные решения с установкой утепляющих вкладышей из минераловатных плит и уплотняющих прокладок из вспененного полиэтилена в устье шва.

Техника нанесения герметика пистолетом

Перед началом работ с картриджа срезается верхняя часть конуса и наконечник под углом 45 градусов, диаметр среза должен быть на 1-2 миллиметра больше ширины шва. Картридж вставляется в пистолет, поршень прижимается к донной части тубы. Пистолет располагается под углом 45 градусов к поверхности шва, носик перемещается равномерно вдоль оси соединения с постоянной скоростью, обеспечивающей непрерывное заполнение полости без воздушных пузырей.

Для формирования ровного шва по обе стороны от соединения наклеивается малярная лента, ограничивающая ширину герметизации. После заполнения шва герметик разравнивается шпателем, смоченным в мыльном растворе, движением вдоль оси шва с равномерным давлением. Избыточный материал удаляется шпателем до образования поверхностной пленки. Малярная лента снимается сразу после выравнивания шва до начала полимеризации герметика.

Условия проведения работ и время полимеризации

Герметизация швов выполняется при температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 35 градусов Цельсия для полиуретановых составов и от минус 10 до плюс 40 градусов для силиконовых герметиков. Относительная влажность воздуха должна составлять 40-80 процентов для нормального протекания реакций отверждения однокомпонентных герметиков с атмосферной влагой. Не допускается проведение работ во время дождя, снегопада, при наличии росы на поверхностях.

Поверхностная пленка на силиконовом герметике образуется через 5-15 минут при температуре плюс 23 градуса и относительной влажности 50 процентов. Скорость объемной полимеризации составляет 2,5-4,0 миллиметров в сутки, полное отверждение слоя толщиной 12 миллиметров достигается за 3-5 суток. Полиуретановые герметики полимеризуются со скоростью 1,0-2,0 миллиметров в сутки, время полного отверждения составляет 7-14 суток. До завершения полимеризации герметизированный шов защищается от механических воздействий и попадания воды.

Вернуться к оглавлению

Методы испытаний и контроля качества герметизации швов

Контроль качества герметизации деформационных швов включает приемочные испытания герметизирующих материалов в лабораторных условиях и технический надзор за выполнением работ на строительной площадке с проверкой соответствия геометрических параметров швов проектной документации и оценкой прочности адгезии к основаниям.

Лабораторные испытания герметиков по ГОСТ Р 59522-2021

Приемочные испытания герметизирующих составов выполняются в аккредитованных испытательных лабораториях по методикам ГОСТ Р 59522-2021 для герметиков деформационных швов и ГОСТ Р 59523-2021 для монтажных швов окон. Определяются следующие показатели: модуль упругости при стопроцентном удлинении, относительное удлинение при разрыве, упругое восстановление после деформации, прочность адгезии к бетону и металлу методом отрыва, деформационная способность при циклических нагрузках, морозостойкость при минус 40 градусах, теплостойкость при плюс 70 градусах.

Образцы для испытаний готовятся нанесением герметика на бетонные призмы размером 40 на 40 на 160 миллиметров класса В30 или на металлические пластины из стали толщиной 3 миллиметра. Ширина шва принимается 12 миллиметров, толщина слоя герметика 6 миллиметров. После отверждения в нормальных условиях в течение срока, указанного изготовителем, образцы подвергаются испытаниям на разрывной машине с автоматической регистрацией диаграммы напряжение-деформация.

Производственный контроль на строительной площадке

На объекте строительства контролируются следующие параметры: соответствие марки и типа герметика проектным решениям, наличие сертификатов соответствия и технических паспортов на материалы, соблюдение сроков годности герметиков, температурно-влажностные условия производства работ, влажность оснований влагомером, качество подготовки поверхностей визуальным осмотром.

Геометрия швов проверяется измерением ширины и глубины заполнения герметиком. Ширина шва должна соответствовать проектным значениям с допуском плюс-минус 2 миллиметра. Глубина герметика контролируется щупом и должна обеспечивать соотношение ширины к толщине от 2 к 1 до 3 к 1. Отклонения от проектной геометрии приводят к изменению напряженного состояния шва и преждевременному разрушению соединения.

Инструментальный контроль адгезии герметика к основанию

Прочность сцепления герметика с подложками на объекте контролируется адгезиометром портативным методом отрыва согласно ГОСТ 32299-2013. На поверхность отвержденного герметика наклеивается металлический диск диаметром 50 миллиметров эпоксидным клеем. После затвердевания клея герметик прорезается по периметру диска до основания. Адгезиометр соединяется с диском, создается растягивающее усилие со скоростью не более 1 МПа в секунду до момента отрыва.

Величина адгезии определяется по шкале прибора и должна быть не менее 0,3 МПа для герметиков деформационных швов без разрушения бетонного основания. При когезионном разрушении по телу герметика или отрыве поверхностного слоя бетона адгезия считается удовлетворительной. Контроль выполняется выборочно на 5 участках на каждые 100 метров погонных швов. При неудовлетворительных результатах дефектные участки вырезаются и герметизация повторяется после подготовки поверхностей и грунтования праймером.

Вернуться к оглавлению