Тема 5. «Приготовление растворов и мастик» Свойства растворных смесей и растворов

Естественно, что свойства свежеприготовленной растворной сме­си и затвердевшего раствора совершенно различны. Основными свойствами растворной смеси являются удобоукладываемость, плас­тичность (подвижность) и водоудерживающая способность, а за­твердевших растворов — плотность, прочность и долговечность. Правильный выбор области применения растворов всецело зависит от их свойств.

Свойства растворных смесей. Удобоукладываемость — свойство растворной смеси легко укладываться плотным и тонким слоем на пористое основание и не расслаиваться при хранении, транспорти­ровании и перекачивании насосами. Она зависит от пластичности (подвижности) и водоудерживающей способности смеси.

Пластичность смеси характеризуют ее подвижностью, т.е. спо­собностью растекаться под действием собственного веса или прило­женных к ней внешних сил. Подвижность почти всех растворных смесей определяют глубиной погружения (в см) стандартного кону­са массой (300±2) г. Высота конуса 180 мм, диаметр основания 150 мм, угол при вершине 30°.

В лаборатории конус устанавливают на штативе 1 (рис. 19, а), в условиях строительной площадки его подвешивают на цепочке с кольцом (рис. 19, б). Конус 3, удерживаемый за кольцо подносят к смеси так, чтобы он вершиной касался ее поверхности. Затем конус отпускают и он погружается в смесь под действием собственного веса.

Рис. Приборы для опреде­ления подвижности растворной смеси в лаборатории (а) и на рабочем месте (б):

По делениям на шкале 6 или на поверхности конуса определяют глубину погружения его в смесь. Если конус погрузился на глубину 6 см, это значит, что подвижность растворной смеси равна 6 см.

Подвижность растворной смеси мож­но регулировать, увеличивая или умень­шая расход вяжущего или воды. Уве­личивая в растворной смеси содержа­ние воды и вяжущего, получают более пластичные (подвижные) и удобоукладываемые смеси. При неизмен­ном количестве вяжущего и при добавлении воды подвижность смеси увеличивается, но снижается прочность раствора, так как увеличи­вается его пористость. Поэтому с увеличением расхода воды следу­ет пропорционально увеличивать расход вяжущего. Но не всегда целесообразно увеличивать расход цемента (это дорого), его можно заменить частично добавкой извести или глины. Они будут неорга­ническими пластифицирующими добавками в растворе. Если добавка глины или извести к цементным растворам по ряду причин не допускается, их заменяют органическими пластификаторами.

Водоудерживающая способность — свойство растворной смеси удерживать воду при укладке ее на пористое основание (кирпич, шлакоблоки, бетон и т.п.), а также при ее транспортировании Водоудерживающую способность увеличивают путем введения растворную смесь неорганических дисперсных добавок и органиче­ских пластификаторов. Смесь с такими добавками отдает воду по­ристому основанию постепенно, при этом раствор становится плот­нее, хорошо сцепляется с основанием, повышается его прочность. Если растворную смесь с малой водоудерживающей способностью нанести на пористое основание, то она быстро обезводится. Раствор при этом получится менее плотным и значительно менее прочным. Степень обезвоживания раствора может оказаться столь значитель­ной, что воды будет недостаточно для твердения раствора. В подоб­ных случаях потерю воды компенсируют смачиванием нанесенного раствора в течение нескольких дней.

Удобоукладываемая растворная смесь получается при правиль­но назначенном зерновом составе ее твердых составляющих (песка, вяжущего, добавки). Тесто вяжущего не только заполняет пустоты между зернами песка, но и равномерно обволакивает песчинки тон­ким слоем, уменьшая внутреннее трение. Растворная смесь с нор­мальной водоудерживающей способностью — удобообрабатываемая и удобоукладываемая, мягкая, не тянется за лопатой штукатура, обеспечивает высокую производительность труда. От удобоукладываемости смеси зависит качество каменной кладки и штукатурки. Правильно подобранная и хорошо перемешанная растворная смесь плотно заполняет неровности, углубления, трещины в основании, поэтому получается большая площадь контакта между раствором и основанием, в результате возрастает монолитность кладки и шту­катурки, увеличивается их долговечность.

Расслаиваемость — способность растворной смеси разделяться на твердую и жидкую фракции при транспортировании и перека­чивании ее по трубам и шлангам. Растворную смесь часто перево­зят автосамосвалами и перемещают по трубопроводам с помощью растворонасосов. При этом не редки случаи, когда смесь разделяет­ся на воду (жидкая фаза) и песок и вяжущее (твердая фаза), в ре­зультате чего в трубах и шлангах могут образоваться пробки, уст­ранение которых связано с большими потерями труда и времени.

Расслаиваемость растворной смеси определяют в лаборатории. Проверить смесь на расслаиваемость упрощенно можно так. В вед­ро помещают растворную смесь слоем высотой около 30 см и опре­деляют ее подвижность эталонным конусом. Через 30 мин снимают верхнюю часть раствора (около 20 см) и вторично определяют глу­бину погружения конуса. Если разность значений погружения-кону­са близка нулю, то растворную смесь считают нерасслаивающейся, если она находится в пределах 2 см — смесь считают средней рас­слаиваемости. Разность значений погружения конуса более 2 см свидетельствует о том, что растворная смесь расслаивается.

Если состав растворной смеси подобран правильно и водовяжущее отношение назначено верно, то растворная смесь будет под­вижной, удобоукладываемой, она будет обладать хорошей водо­удерживающей способностью и не будет расслаиваться. Пластифи­цирующие добавки как неорганические, так и органические повы­шают водоудерживающую способность растворных смесей и умень­шают их расслаиваемость.

Свойства растворов. Затвердевшие растворы должны обладать определенной плотностью, заданной прочностью, водонепроницае­мостью, морозостойкостью, постоянством объема и в отдельных случаях химической стойкостью.

Плотность раствора зависит от вида и химического состава за­полнителя. Истинная плотность обычных цементно-песчаных раст­воров составляет 2600...2700 кг/м³. По средней плотности, как из­вестно, строительные растворы подразделяют на тяжелые и легкие.

Растворы плотностью 1500 кг/м³ и более относят к тяжелым; для их приготовления используют плотные заполнители с насыпной плотно­стью более 1200 кг/м³. К легким относят растворы с плотностью менее 1500 кг/м³; их приготовляют на легких пористых заполните­лях с насыпной плотностью менее 1200 кг/м³.

Тяжелые растворы плотны, прочны, морозостойки и теплопро­водны. В отличие от тяжелых легкие растворы благодаря наличию пор, заполненных воздухом, малотеплопроводны. Они достаточно прочны, но не всегда морозостойки. Поэтому легкие растворы при­меняют не для наружных, а для внутренних штукатурок и устройст­ва подготовок под полы.

Плотность раствора зависит также и от зернового состава за­полнителя. Наибольшая плотность заполнителя и раствора будет при определенном соотношении между количеством зерен различной крупности. Так, 1 м³ песка с зернами размером 1 мм весит около 1400 кг, а смесь зерен размером 0,14...5 мм весит 1600...1800 кг. Прочность строительного раствора характеризуют маркой, кото­рую определяют по пределу прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из рабочей растворной смеси и ис­пытанных после 28-суточного твердения. По пре­делу прочности при сжатии (кгс/см²) для растворов установлены марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300.

М

037 Н 28 60 90

Время тберВения, сут

Рис. График зависимости роста прочности при сжатии цементно-песчаного раствора от времени при нор­мальных условиях твердения

алопрочные растворы марок 4 и 10 получают из местных вяжущих и извести. Прочность растворов при изгибе примерно в 5, а при растяжении в 10 раз меньше прочности при сжатии. Прочность раствора прежде всего зависит от активности и количества вяжущего, от количества воды, качества заполнителей, тщательности приготовления раствора, условий и продолжительности твердения.

Вяжущее вещество в виде теста в растворной смеси твердеет, образуя плотный камень, соединяющий зерна заполнителя в моно­лит. Следовательно, прочность раствора будет находиться в зави­симости от прочности образовавшегося камня и прочности его сцеп­ления с заполнителем. Прочность раствора весьма зависит от ак­тивности вяжущего. При прочих равных условиях, чем прочнее вяжущее, тем прочнее и раствор.

Раствор должен твердеть в оп­ределенных (оптимальных) усло­виях. Так, цементные растворы хорошо твердеют во влажных ус­ловиях, рост их прочности проте­кает постепенно, в первое вре­мя — интенсивно, затем нараста­ние прочности со временем сни­жается, но долго продолжается (рис. 20). Отделочные растворы имеют относительно невысокую прочность (марки 25...50), в то время как минимальная марка цемента — 300. В таких раствоpax большой расход цемента недопустим. Для снижения стоимости раствора и сохранения свойств растворной смеси применяют не один цемент, а два вида вяжущих: цемент и известь или цемент и гли­ну. Известковые растворы твердеют в сухих условиях, рост их проч­ности протекает очень медленно, прочность их невысокая. Гипсовые растворы твердеют только в сухих условиях и быстро.

На прочность раствора влияет прочность заполнителя. Так, прочность раствора на заполнителе из прочных горных пород на 25...50 % выше, чем раствора на слабых (пористых) заполнителях. Случайная (неправильная) форма и шероховатая поверхность заполнителя обеспечивают прочное сцепление с вяжущим. Поэтому растворы на таких заполнителях имеют более высокую прочность, чем растворы на заполнителях округлой формы с гладкой поверх­ностью зерен.

Посторонние примеси в заполнителе (глина, ил, пыль) снижают сцепление вяжущего с заполнителем, а значит, снижают прочность раствора. Частицы глины при смачивании их водой набухают, вы­зывают изменение объема затвердевшего раствора с образованием трещин. Сульфаты натрия или кальция, содержащиеся в заполните­ле, разрушают цементный камень в растворе.

На свойства раствора, и в частности на его прочность, влияет количество воды затворения, которое характеризуют водовяжущим (водоцементным) отношением — числом, которое получают при де­лении массы воды затворения на массу вяжущих материалов. На­пример, для приготовления раствора потребовалось 100 кг воды и 200 кг вяжущего; разделив 100 на 200, получим 0,5. Полученное число и есть водовяжущее отношение. В зависимости от вида вя­жущего различают водоцементное, водогипсовое, водоизвестковое отношение и т. д. Установлено, что с увеличением водовяжущего отношения выше определенного предела прочность раствора снижа­ется. Несмотря на это, при приготовлении растворов воды берут больше, чем это требуется для химической реакции твердения вяжу­щего. В растворах водовяжущее отношение обычно близко к 0,5, хотя для полной гидратации цемента достаточно, чтобы водоцемент­ное отношение было примерно 0,2.

Увеличенный расход воды в растворной смеси вызывается сле­дующим: растворная смесь с малым количеством воды малопод­вижна (жестка), работать с ней очень трудно; при твердении раствора с его наружной поверхности испаряется вода, эту потерю компенсирует избыток воды в растворе; материал основания, на ко­торое наносят растворную смесь, поглощает воду, что также ком­пенсирует избыток воды в растворе.

Растворная смесь должна быть однородной, хорошо перемешан­ной. После твердения она станет прочным раствором. Поэтому уста­новлены минимальные сроки перемешивания растворной смеси в растворосмесителе; чрезмерно длительное перемешивание компо­нентов растворной смеси не дает заметного увеличения прочности раствора. Прочность раствора в значительной степени зависит от условий твердения. Понижение температуры замедляет реакцию гидратации вяжущего, а замораживание раствора на ранней стадии твердения приводит к резкому падению его прочности из-за разры­вов контактов между кристаллами вяжущего при замерзании воды. В условиях жаркого климата или при сушке раствора нагреватель­ными приборами растворная смесь пересыхает, быстро испаряет воду, обезвоживается, при этом прекращается гидратация вяжуще­го, раствор теряет прочность, осыпается. Во избежание этого по­верхность раствора необходимо смачивать водой.

Твердение вяжущих, а значит, и растворов протекает во времени иногда быстро (гипсовое вяжущее), чаще медленно (цемент), иног­да очень медленно (известь). С течением времени прочность раство­ра повышается. В цементных растворах это связано с гидратацией и кристаллизацией цементных минералов; в известковых раство­рах прочность растет в результате карбонизации и кристаллиза­ции извести, в глиняных — за счет испарения воды при их высы­хании.

Водонепроницаемость строительного раствора важна для на­ружных штукатурок зданий, стяжек на балконах, подстилающего слоя под керамическую плитку пола в ванной комнате, для специальных гидроизоляционных штукатурок и т. д. Поскольку затвердевший раствор содержит поры, следовательно, абсолютно водонепроницаемых растворов нет. Принято считать водонепрони­цаемым раствор, пропускающий малое количество воды, которое полностью испаряется с его поверхности, не оставляя мокрых пятен. Чем раствор менее порист, чем он плотнее, тем он меньше пропу­скает воду. Для повышения водонепроницаемости при приготовле­нии в раствор вводят добавки — уплотняющие (жидкое стекло) и гидрофобизирующие (полимерные смолы, битум, церезит).

Морозостойкость характеризует долговечность строительного раствора. В зависимости от числа циклов попеременного заморажи­вания и оттаивания, которые выдержат образцы-кубы размером 7,07X7,07X7,07 см в насыщенном водой состоянии, различают сле­дующие марки раствора по морозостойкости: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. В значительной степени морозостойкость раствора зависит от его плотности и водонепроницаемости, от вида вяжущего, водоцементного отношения, введенных добавок и условий твердения. Морозостойкими должны быть растворы для наружных штукатурок, для кладок наружных стен, для подстилающих слоев наружных облицовок. Строительные растворы для наружных штукатурок и каменных кладок наружных стен имеют марки по морозостойкости: 10, 15, 25, 35 и 50. Во влажных условиях эксплуатации растворы по морозостойкости должны иметь более высоки марки: 100, 150, 200 и 300.

Изменением объема, за редким исключением, сопровождает твердение вяжущих веществ. При твердении гипсовые вяжущие увеличиваются в объеме, известковые вяжущие и большинство цементов — уменьшаются. Исключение составляют расширяющие и безусадочные цементы. Изменение объема твердеющего вяжуще вызывает изменение объема твердеющего раствора.

Усадка — уменьшение объема раствора при твердении. Усадка раствора зависит от вида вяжущего, водовяжущего отношения, соотношения количества вяжущего и заполнителя, от времени и условий твердения раствора. С увеличением количества вяжущего, приходящегося на единицу объема раствора, а также с увеличени­ем водовяжущего отношения усадка раствора увеличивается. Быс­трая усадка нарастает в начальной стадии твердения раствора, затем рост ее уменьшается и постепенно затухает. У цементных растворов усадка практически прекращается через 3 месяца от начала твердения. Абсолютная усадка (по размеру) значительна: для обычных растворов она составляет 0,1...0,4 мм/м, в некоторых слу­чаях может достигать нескольких миллиметров на 1 м длины.

Как правило, усадка — нежелательное явление, особенно в шту­катурных, мозаичных растворах, в подстилающих слоях облицовки. Деформации усадки вызывают напряжения между штукатуркой и основанием, между раствором и облицовкой, что приводит не толь­ко к появлению трещин, но и к разрушению штукатурки и облицов­ки. Для уменьшения усадки раствора берут минимально необхо­димое количество вяжущего и воды, вводят в растворную смесь различные молотые добавки (известняк, песок, шлак). Отделочники знают: чем жирнее раствор, тем усадка его больше, тощие растворы практически не дают усадки.

Затвердевший раствор должен прочно сцепляться с основанием, обладать малой величиной и равномерностью деформации под дей­ствием нагрузок, изменений объема в процессе твердения, после­дующих изменений влажности и температуры среды, окружающей затвердевший раствор.

Известковые растворы. Они известны строителям и отделочни­кам с давних времен. Работать с известковыми растворами легко благодаря их высокой пластичности и удобоукладываемости. Они медленно схватываются и твердеют, при твердении выделяют воду, медленно сохнут. Известковые растворы хорошо сцепляются с кир­пичом, шлакобетоном, древесиной, хуже — с бетоном. Поэтому при оштукатуривании бетонных поверхностей обрызг выполняют це­ментным или известково-цементным раствором. В сухих условиях эксплуатации известковые растворы достаточно прочны. Растворы на гидравлической извести пригодны для применения в атмосфер­ных условиях — для оштукатуривания фасадов и других поверх­ностей, подвергающихся увлажнению.

Составы известковых растворов зависят от качества (сорта) извести и назначения штукатурного слоя. При использовании из­весткового теста плотностью 1400 кг/м³, содержащего 50 % воды, полученного из извести 2-го сорта, рекомендуются следующие сос­тавы известковых растворов (в частях по объему): для обрызга — 1:(2,5...4); для грунта—1:(2...3); для накрывки—1:(1...2). При использовании извести 1-го сорта количество теста в составах уменьшают на 10 %. Если тесто содержит воды больше или меньше 50 %, дозировку теста изменяют так, чтобы количество извести в растворе было таким, как указано в составе.

Для оштукатуривания сухих помещений рекомендуются сухие известково-песчаные смеси следующего состава (по объему): для обрызга и грунта— 1:(2...3), для накрывки — 1:(1...1,5). Для известковых штукатурных растворов следует применять выдержанную, полностью гашеную известь.

Свежегашеную известь процеживают через сито 0,315 мм, чтоб в раствор не попали плохо погасившиеся частицы, которые могут вызвать в штукатурке раковины («дутики»). Для снижения рас­хода извести в известковые растворы вводят добавки — мылонафт, омыленный древесный пек и др. Лучше всего в раствор вводить не известковое тесто, а известковое молоко. Для этого тесто разме­шивают в том количестве воды, которое требуется для приготовле­ния раствора, и полученное известковое молоко перемешивают с заполнителем.

Так как известковые растворы твердеют медленно, их приго­товляют в количестве, достаточном для работы на 2...3 суток Перед работой загустевший раствор доводят до рабочей густоты, добавляя в него воду и тщательно перемешивая.

Известково-гипсовые растворы. Чтобы ускорить твердение изве­стковых растворов, добавляют гипсовое вяжущее. В результате получают известково-гипсовые растворы. Для слоев штукатурки рекомендуются следующие составы известково-гипсовых растворов (в частях по объему): обрызг — 1: (0,3... 1): (2...3); грунт — 1: (0,5.1 1,5) :(1,5.-2); накрывка — 1: (1... 1,5) :0.

Известково-гипсовые растворы начинают схватываться прибли­зительно через 5 мин после затворения водой. При значительном объеме штукатурных работ в такие растворы вводят замедлители схватывания в следующем количестве (% от массы гипсового вяжу­щего): клей (мездровый или костный) или клееизвестковый состав 1:0,5:8,5 (клей:известь:вода) —0,2...0,5; известь, квасцы, бура — 5...20. Добавки-замедлители применяют в виде водного раствора, а гашеную известь в виде теста плотностью 1400 кг/м³.

Поскольку известково-гипсовые растворы твердеют быстро, по­верхность штукатурки (особенно накрывки) должна быть обработа­на до начала схватывания гипсового вяжущего.

Растворы для бесшпатлевочной накрывки. Растворы приготов­ляют на хорошо выдержанном жирном известковом тесте и песке с зернами крупностью не более 0,5 мм. Состав раствора (в частях по объему) 1:1; если тесто очень жирное— 1:2, если тощее— 1:0,5. Для удобства работы в раствор добавляют гипсовое вяжущее (до 5 % от массы извести). Подвижность растворной смеси должна соответствовать 6...7 см погружения эталонного конуса.

Раствор следует использовать до начала схватывания гипса. Толщина слоя накрывки не должна превышать 2 мм, так как жир­ные растворы дают большую усадку. Под клеевую окраску накрывку затирают войлочной теркой, в результате получается поверх­ность мелкозернистой фактуры. Под масляную окраску поверхность затирают до гладкости стальной или пластмассовой гладилкой.

После заглаживания и затвердевания накрывку не требуется шпатлевать и шлифовать. Известковую штукатурку с бесшпатле­вочной накрывкой применяют для отделки помещений жилых, куль­турно-бытовых и общественных зданий.

Растворы для беспесчаной накрывки. Растворы приготовляют из смеси извести с гипсовым вяжущим. Известковое тесто размеши­вают в воде до получения известкового молока. При непрерывном перемешивании в известковое молоко вводят струей гипсовое вяжу­щее. Если накрывку наносят на влажную штукатурку, то состав раствора (в мас. ч.) берут в соотношении 1:3; на слегка влажную — 1:2, на сухую 1:1 (известь: гипсовое вяжущее).

П осле приготовления раствор сразу же используют, так как начало схватывания его наступает через 5...15 мин. Для повыше­ния подвижности добавлять воду в растворную смесь после начала схватывания нельзя, так как это понижает прочность раствора. Толщина слоя накрывки не должна превышать 2 мм