Тема 10. Строительные растворы

Строительными растворами называют искусственные камен­ные материа-лы, получаемые в результате укладки и твердения правильно подобранных смесей из неорганических вяжущих веществ, мелкого заполнителя — песка и воды. Такие смеси до затвердения, т.е. пока они еще находятся в пластично-вязком состоянии, называют растворными смесями. По составу растворы отли-чаются от бетонов только мень­шей крупностью заполнителя, т.е. в сущности, это мелкозер­нистые бетоны. Поэтому общие закономерности, характерные для бетонов, в принципе применимы и к растворам. В частно­сти, прочность растворов зависит от марки вяжущего и вели­чины водовяжущего отношения. При использовании растворов надо учитывать две особен­ности: 1) растворы укладывают тонкими слоями (обычно 1-2 см, (не применяя при этом специаль-ного механического уп­лотнения; 2) растворы часто наносят на пористое осно-вание (кир­пич, бетон, пористые камни), способные сильно отсасывать воду.

Вследствие этих особенностей раствор в тонком слое сра­зу после уклад-ки подвергается действию факторов, которые могут значительно изменить его состав (в результате отсоса воды) и повлиять на конечные свойства.

Строительные растворы в зависимости от назначения бы­вают кладоч-ные, отделочные и специальные.

По виду заполнителя растворы подразделяют на тяжелые (средняя пло-тность более 1500 кг/м³⁾ и легкие (средняя плот­ность менее 1500 кг/м³).

По виду вяжущего они подразделяются на цементные, из­вестковые и смешанные растворы. Вяжущее назначается в за­висимости от конкретных ус-ловий эксплуатации.

Строительные растворы изготовляют, как правило, цент­рализованно на автоматизированных растворных заводах или на строительных базах, достав-ляют на объекты в виде пластиче­ских смесей, готовых к употреблению. При значительном уда­лении строительного объекта от завода рекомендуется изго-тов­лять сухие растворные смеси, которые затворяют водой и пере­мешивают на месте производства работ. Влажность сухих сме­сей должна быть не более 1 % по массе. Их поставляют в упа­ковке, исключающей возможность увлажнения. В настоящее время сухие смеси получили широкое распространение, особенно для приготовления растворов, используемых для отделки фа­садов и интерье-ров зданий. Растворы специального назначения должны изготавливаться в виде готовых смесей на заводах.

Основные свойства растворов.

Свойства растворов, как и бетонов, зависят от состава, условий уклад-ки и срока твердения.

Свойства свежезатворенного раствора (растворной смеси) в первую очередь определяются его удобоукладываемостью, т.е. способностью раство-ра укладываться на основание (напри­мер, кирпич) тонким равномерным сло-ем. Укладываемый («мягкий») раствор хорошо заполняет все неровности ос-нова­ния и равномерно сцепляется со всей его поверхностью. Неудобоуклады-ваемый («жесткий») раствор соприкасается с ос­нованием лишь на отдельных участках, давая плохое сцепле­ние и слой неодинаковой плотности. При этом также резко ухудшается и сопротивляемость кладки к возможным меха­ниче-ским перегрузкам, например, неучтенным снеговым, сей­смическим нагруз-кам, и пр.

Удобоукладываемость раствора зависит:

• от степени подвижности свежеуложенного раствора;

• от водоудерживающей его способности, предохраняю­щей раствор от расслоения (в частности, от быстрого отделе­ния воды и оседания песка).

Подвижность растворной смеси определяют в лаборатории или непосре-дственно на строительной площадке по глубине погружения (h, см) металли-ческого стандартного конуса мас­сой 300 г (рис. 10.1). Подвижность выбирают с учетом назначе­ния раствора и способа производства работ. Например, раство­ры, перекачиваемые по трубопроводам, характеризуются глу­биной погруже-ния конуса 14 см, а растворы для вибрированной бутовой кладки - всего 1-3 см.

Рис. 10.1. Конус СтройЦ-НИЛа для оценки подви-жности раствора.

Водоудерживаю-щая способность отража-ет свойство ра­створной смеси удерживать в своем составе достаточное для твердения вяжущего коли-чество воды в условиях интенсивно­го ее отсоса пористым основанием.

Растворы с недоста-точной водоудерживаю-щей способнос­тью, как правило, склонны к рас-слоению. Это выражается в отделении воды и оседа-нии наиболее тяжелого ко-мпонента — песка. Рас-слоение нарушает одноро-дность смеси и, следова­тельно, понижает прочность раствора. Смеси, рассло-ившиеся при перевозке, необходимо перемешивать на месте производ­ства ра-бот.

Важнейшими свойствами затвердевшего раствора являются:

- способность приобретать требуемую прочность при сжа­тии (марка раствора) к заданному сроку твердения;

- хорошее сцепление раствора с основанием;

- малая величина и равномерность деформаций затвер­девшего раствора под действием нагрузки, изменений объема в процессе твердения, изменений те- мпературы и влажности среды, окружающей затвердевший раствор.

Опытами установлено, что удобоукладываемая смесь получается в том случае, если пустоты в песке заполне­ны тестом, состоящим из вяжущего и во-ды. При этом поверхность песчинок должна быть покрыта равномерным слоем это­го теста.

Поверхность песка в 1 м³ раствора весьма велика (при круп­ном песке — около 5000 см², а при мелком — до 15 000 см²). Поэтому вяжущего теста (цеме-нтного, известкового и т.п.) на 1 м³раствора требуется значительно больше, чем на 1 м³ бетона.

Примерное количество вяжущего для изготовления впол­не удобоукладыва-емой смеси определяют следующим об­разом. Пустотность крупного песка равна 35-40%, следова­тельно 1 м³ песка содержит в среднем 375 дм³ пустот. Для по-лучения удобоукладываемой смеси необходимо заполнить эти пустоты вяжущим тестом с некоторым избытком (око­ло 1,2-1,3). Таким образом, объем цементно-го теста дол­жен составить 450-500 дм³на 1 м³ бетона. При таком расхо­де цемен-та получается очень прочный раствор. На практике же обычно растворы требу-ются с прочностью 1-5 МПа. Для получения растворов с такой прочностью необ-ходимо зна­чительно меньше цемента. Однако в этом случае раствор получится неудобоукладываемым. Для получения раствора с требуемой прочностью и удо-боукладываемостью существу­ют два направления.

Применение низкомарочных цементов. Такие цементы мо­гут быть изготовле-ны на цементных заводах путем совмест­ного помола небольшого количества клинкера (25-30%) с боль­шим количеством минеральных веществ, например, из-вест­няка, шлака, доломита, золы-уноса и пр. Активность смешан­ного вяжущего, как известно, обратно пропорциональна коли­честву тонкомолотой добавки, играю-щей роль наполнителя. Получаемый низкомарочный «кладочный» цемент, называ-е­мый также цементом для строительных растворов, имеет марку 200. Однако такой цемент пока выпускается в небольших ко­личествах и потому более реальным яв-ляется введение доба­вок пластификаторов.

Получения экономичных (с малым расходом цемента) удобоукладываемых ра-створов основывается на следующих пред­посылках.

Объем цементного теста (V_{ц т)} в смешанных растворах мо­жет быть рассчитан из выражения

где — абсолютный объем цемента;

В — абсолютный объем воды на смачивание цемента и добавки ( = 1);

— абсолютный объем добавки (глины, извести, молотого шлака, золы;

— объем вовлеченного воздуха.

Из приведенного выражения следует, что объем теста в растворе слагается из суммы компонентов, принятых для его изготовления вяжущего, минераль-ной добавки, воды и вовлеченный воздух. При этом необходимо учитывать, что каждой подвижности раствора соответствует определенный объем теста. Чем больше подвижность, тем больше его объем. В смешанных растворах, где ис-пользуются неорга­нические пластификаторы (известь, глина, зола и пр.), со­от-ношение между цементом, добавкой и песком с повыше­нием прочности раство-ра меняется следующим образом. На­пример, на цементе марки 300 для раствора с прочностью 25 соотношение 1 : 1,4 : 10,5; прочностью 50—1 : 0,6 : 6; проч­но-стью 75—1 : 0,3: 4 (составы для надземных конструкций). Как показали работы проф. Н.А. Попова, проф. П.С. Философова и др., оптимальное количество доба-вки тем боль­ше, чем меньше цемента в растворе. Это количество зависит от круп-ности и пустотности песка. Более крупные пески с зер­нами различных размеров и с малой пустотностью требуют, как правило, меньше добавок, а пески с зернами сра-внительно одинаковых размеров и особенно мелкие, имеющие значитель­ную пусто-тность, — больше. Пески, содержащие глинистые частицы, требуют добавок ме-ньше, чем чистые пески. Эти по­ложения прошли большую лабораторную и практи-ческую про­верку, и на основании этих данных составлены специальные таблицы, из которых можно получить необходимые данные по составам.

Наибольшее влияние на подвижность оказывает вода, ко­торая при смешива-нии с компонентами теста располагается в виде тонких пленок вокруг зерен цемента, добавки и песка. На­личие пленок воды уменьшает трение между зернами, что и обусловливает повышение подвижности раствора. Однако расход воды ограничи-вается водоудерживающей способностью компонентов раствора. При дозировке воды сверх этой способ­ности происходит расслоение раствора. Наиболее эффективной до-бавкой в растворы является известь. Она удерживает около 200%. В то время как у цемента всего 120— 150%, у «жирной» (мелкодисперсной) глины — около 180%. По­этому растворы с добавкой извести «мягкие». В связи с этим их охотно ис-пользуют при проведении строительных работ (клад­ка кирпича, оштукатуривание поверхностей и пр.).

Весьма эффективной является добавка поверхностно-актив­ных веществ, осо-бенно воздухововлекающих (кубовые остат­ки синтетических жирных кислот, СНВ, СДО и пр.), которые не только увеличивают объем теста за счет вовлечения воз­ду-шных пузырьков, но и уменьшают трение между частица­ми цемента и песка, а сле-довательно, и повышают подвиж­ность растворной смеси. Введение воздухововле-кающей до­бавки способствует также уменьшению расхода воды и, сле­довательно, при сохранении заданной прочности можно со­кратить расход цемента.

Таким образом, при выборе состава раствора расход це­мента определяется исходя из марки раствора, расход добав­ки — из заданной подвижности смеси. При этом желательно применять добавку с большей водоудерживающей способно-с­тью, так как при заданной подвижности расход ее меньше. В этом случае боль-шая часть воды является адсорбционно-связанной частицами цемента и добавки и потому вероятность расслоения смеси уменьшается.

Требования к песку для растворов в общем аналогичны, как и для бетонов. Однако следует учесть, что для кладочных и штукатурных растворов они не долж-ны иметь зерна круп­нее 2 мм. Для растворов прочностью 10 МПа и выше таких ограничений не существует.

Требования к затвердевшему раствору определяются его назначением. Раст-воры для каменной кладки и монтажа сбор­ных железобетонных конструкций долж-ны иметь определен­ную прочность при сжатии и морозостойкость. В отделочных растворах определяющим условием их безотказной работы в эксплуатационных ус-ловиях являются совместная работа от­делочного слоя и основания. Важнейшие требования к таким растворам: прочность сцепления с основанием и малая усад­ка, предотвращающие возникновение трещин в отделочном штукатурном слое.

Прочность растворов, уложенных на плотное основание зависит от тех же фа-кторов, что и бетонов, т.е. от водоцементного отношения, качества заполнителя и пр. Растворы, уложенные на пористое основание, всасыва­ющие воду (например, на сухой кирпич), сравнительно быст­ро теряют воду затворения. Вследствие этого пористость ра­створа уменьшается, а прочность его возрастает до тех пор, пока не произойдет чрезмерное обезвоживание раствора. Если основание отсасывает умеренное количество воды, то частицы раствора сближаются, объем раствора уменьшает­ся, а плотность и, следовательно, его прочность и морозо­стойкость по-вышаются. Чрезмерное обезвоживание приво­дит к значительной потере прочнос-ти (из-за недостатка воды для твердения цемента). Это может произойти при на-руше­нии оптимального соотношения между цементом, добавкой и песком, а так-же высокой пористости и повышенной тем­пературы основания и окружающей среды в момент уклад­ки раствора.

Предел прочности растворов при сжатии, предназначен­ных для укладки на пористое основание, определяют на образ­цах с длиной ребра 7,07 см или балочках размерами 4 х 4 х х 16 см, изготовленных в формах, не имеющих дна. Их уста­навливают на водоотсасывающее основание — кирпич. Водопоглощение кир-пича должно быть 10-15% по массе, а влаж­ность не более 2%. Условия хране-ния до момента испытания (обычно 28 суток) должны соответствовать буду-щим услови­ям эксплуатации раствора.

По пределу прочности при сжатии строительные растворы имеют следующие марки (МПа): М0,4, Ml,0, М2,5, М5,0, М7,5, М10,0, М15,0 и М20,0. Растворы марок М0,4 и М1,0 изготов­ляют преимущественно из извести или местных вяжу-щих (известково-шлакового или известково-пуццоланового цементов). Морозостой-кость растворов зависит от тех же факторов, что и морозостойкость бетонов, т.е. от свойств исходных ма­териалов, рационального соотношения между ними, расхода воды и условий твердения. Важным условием, обеспечивающим необходимую мо-розостойкость, является количество воды затворения. Вода как компонент раствор-ной смеси обеспечи­вает протекание химической реакции с цементом (полезная во-да), вода как пластификатор полезна только в период при­готовления и укладки рас-твора. В связи с этим расход воды в таких случаях должен быть оптимальным, а его миниминизация может быть обеспечена введением пластифицирующих добавок (например, ЛСТ) и особенно микровоздухововлекающих (например, мылонаф-та).

Применение растворов различных видов.

Растворы для каменной кладки и монтажа стен пане­лей и крупных блоков. Вид и состав растворов зависит от расчетных напряжений и условий эксплуата-ции. Состав ра­створов обычно назначают, используя готовые таблицы, и коррек-тируют их по результатам испытаний в строитель­ной лаборатории.

Кладку надземных конструкций, работающих при неболь­ших напряжениях, следует выполнять из растворов, содержа­щих дешевые местные вяжущие вещест-ва: известь, известково-шлаковое, известково-пуццолановое вяжущее. При кладке фундаментов в агрессивных условиях применяют сульфатостойкий портландце-мент. Для монтажа блочных и крупнопа­нельных стен — портландцемент, шлако-портландцемент, а так­же портландцементы с органическими добавками. Кладку под­земных конструкций обычно выполняют на цементно-песчаных растворах без добавок глины или извести. Выбор по­движности растворных смесей зависит от вида элементов клад­ки, их пористости. Например, при кладке стен из крупных панелей и блоков, пустотелого кирпича, блоков из пористых горных пород подвижность должна быть в пределах 5-8 см, заливке пустот в бутовой кладке 13-14 см, и т.д. Рекомендуе­мая подвижность для каждого случая приводится в специаль­ных таб-лицах.

При кладке растворов зимой скорость твердения сильно замедляется, поэто-му используют раствор, имеющий марку на одну-две ступени выше, чем летом. В необходимых случа­ях при возведении каменных, крупноблочных и крупнопанель­ных конструкций применяют растворы прочностью 5 МПа и выше с противомо-розными добавками (поташом, нитратом натрия, нитратом кальция с мочевиной и др.). Температура кладочного раствора в момент укладки должна быть не менее 15°С при температуре наружного воздуха от -11 до -20°С и не менее 20°С при те-мпературе наружного воздуха ниже -20°С. Раствор для монтажных швов крупнопане-льных и крупноблоч­ных стен в момент его разравнивания должен быть на 10°С те-плее, чем для обычной кладки.

Отделочные растворы делят на штукатурные и декоратив­ные. Применение этих растворов в построечных условиях (при оштукатуривании мокрым способом) допускается в виде ис­ключения. Известковые растворы хорошо сцепляются с осно­ванием и относительно мало изменяются в объеме при коле­баниях температуры и влажности окружающей среды. Эти растворы рекомендуется применять для ош-тукатуривания внутренних стен, перегородок, перекрытий в помещениях с отно-сительной влажностью воздуха не выше 60%, а также наружных стен, не подвер-гающихся систематическому увлаж­нению. Известковые растворы медленно твер-деют и долго просыхают.

Цементно-известковые и цементные растворы использу­ют для получения прочных, быстротвердеющих и водостой­ких штукатурок. Их применяют для ошту-катуривания цоко­лей, карнизов, парапетов, наружных стен и других конструк­ций, систематически увлажняющихся при эксплуатации.

Известково-гипсовые растворы применяют для оштукату­ривания внутренних деревянных и каменных стен, а также на­ружных стен в районах с устойчивым су-хим климатом. Такие растворы очень быстро твердеют и имеют большую прочность с основанием, особенно с деревянным.

Декоративные растворы и составы предназначены для при­дания опреде-ленных архитектурно-художественных качеств фа­садам и интерьерам зданий. В зависимости от вида отделки при­меняют известково-песчаные, цементно-песча-ные и др., а также декоративные полимер-цементные составы. Кроме прочности на сжатие и сцепления с основанием эти растворы должны в тече­ние всего пе-риода эксплуатации сохранять первоначальный цвет, текстуру и другие качества независимо от воздействия внешней среды. Поэтому к таким растворам предъя-вляются повышенные требования по морозо-, свето- и водостойкости.

В качестве вяжущего для декоративных растворов приме­няется белый и цветные портландцементы, цементы с поли­мерными добавками. Для отделки интерьеров чаще использу­ют известь. Гипсовые вяжущие, гипсополимерце-мент, цемент-перхлорвиниловое вяжущее. Красящими добавками служат све­то-, щелоче-, и кислотостойкие пигменты природного или ис­кусственного проис-хождения. В качестве заполнителей используют промытые кварцевые пески или каменную крошку, получаемую при дроблении гор­ных пород, а также ке-рамическую, стеклянную, угольную, слан­цевую и пластмассовую с размером частиц 2—5 мм. Для полу­чения искрящихся поверхностей вводят слюду или дробленое стекло.

Гидроизоляционные растворы используют для гидроизо­ляционных сло-ев, стяжек, штукатурок. Их изготовляют из раз­личного вида портландцемен-та, а также сульфатостойкого и расширяющегося. Значительный эффект дос-тигается при вве­дении гидрофобизующих добавок, например: 113-63, АМСР-3, ГКЖ-10, ГКЖ-11 и пр.

Звукоизоляционные (акустические) растворы предназначе­ны для штука-турки, обеспечивающей снижение шума в поме­щениях. Их изготовляют на обычных цементах, извести, гип­совых вяжущих. Заполнителем служит порис-тый песок из пер­лита, керамзита, пемзы и пр., что обеспечивает таким раство­рам открытую незамкнутую пористость и низкую среднюю плотность (600 -1200 кг/м³).

Рентгенозащитный раствор приготовляют на портландцементах или шлакопортландцементе и баритовом песке (BaSO₄) не крупнее 1,25 мм с добав-кой в раствор легких элементов (литий, бор и т.п.).

Сухие строительные смеси.

В отличие от товарных смесей, которые поставляются на строительную площадку в готовом виде, сухие смеси для при­дания им товарного состояния требуют затворения их водой в соответствии с условиями применения и наз-начения. Обычно рекомендации по их использованию прилагаются произво-ди­телем вместе с сертификатом на отпускаемую продукцию.

Широкое применение сухих строительных смесей в прак­тике строите-льства обусловлено:

- стабильностью состава, которая обеспечивается в завод­ских условиях четким выполнением технологического регламента с использованием средств авто-матического контроля;

- возможностью длительного хранения и транспортиро­вания, в том числе и при отрицательных температурах;

- широкой гаммой свойств используемых растворных сме­сей (нерасслаивае-мость, водоудерживающая способ­ность) и затвердевшего раствора (лучшее сцепление с основанием, регулируемая прочность покрытия) за счет оптими-зации составных компонентов, использования различных добавок и пр., что не всегда можно осуще­ствить в построечных условиях;

- исключаются потери растворной смеси, которые зачас­тую наблюдаются при использовании товарных смесей, доставляемых на строительные объекты в избыточном количестве;

- повышение производительности труда за счет мень­шей трудоемкости и повышения качества выполняе­мых работ.

Сухие строительные смеси имеют более широкий диапа­зон примене-ния, чем обычные строительные растворы. Они используются как кладочные (для монтажа сборных элемен­тов и кладки кирпича и блоков и пр.), так и штукатурные ра­створы (для выравнивания поверхностей, придания им специ­альных свойств, например, гидро- и теплоизоляционных, декоративной от-делки и пр.), а также для выполнения различ­ных ремонтных и подготовитель-ных работ (грунтовка, затир­ка, шпатлевка поверхностей и пр.).

Основными компонентами сухих смесей являются сле­дующие:

Вяжущие: портландцемент обычный, белый и цветной, из­весть-пушонка, строительный гипс.

Наполнители ~ кварцевый песок или полиминеральный песок (без органи-ческих или других примесей), определен­ного зернового состава тонкоизмельчен-ный известняк, мра­мор, мел, трепел, диатомит, техногенные отходы: зола уно­са, основные шлаки и пр. Для крупнозернистых максималь­ная крупность должна быть не более 2,5 мм, а для тонкозер­нистых — 0,315 мм.

В качестве добавок, выполняющих стабилизирующую роль (повышение водо-удерживающей способности, связности, уменьшение седиментационных явле-ний), применяют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), метилгидроксиэтилцеллюло-зу, метилцеллюлозу и пр., которые дозируются обычно в виде дисперсных порош-ков или гранул в количестве 0,1-1 % от мас­сы сухой смеси.

Диспергируемые полимерные порошки (ДПП) получают распылением и су-шкой латексных эмульсий. По своей хими­ческой природе они могут быть стирол-бутадиеновые, винилацетатэтиленовые, винилацетатакриловые и др. Такие добав­ки улучшают подвижность и водоудерживающую способность, прилипаемость к об-рабатываемым поверхностям. Их дозировка обычно составляет до 3% от массы всех составляющих.

В зависимости от назначения сухих смесей в их состав мо­гут вводить разнооб-разные добавки (пластифицирующие, уско­рители, порообразователи и пр.), которые в настоящее время широко применяются в производстве бетонов и растворов.