Строительные растворы
Практически ни одно строительство гаража не обходится без применения растворов, конечно если это не каркасный гараж.
Строительными растворами называют искусственный камень, полученный в результате твердения растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, песка и воды.
В зависимости от назначения строительные растворы бывают: кладочные, применяемые для кладки камней, штукатурные, применяемые для выравнивания или отделки поверхностей, и специальные (гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, заливочные растворы высокой прочности для фиксации оборудования на фундаменте и пр.). Штукатурные растворы отличаются от кладочных растворов составом и качеством заполнителя. Специальные растворы получают введением в растворы специфических добавок.
По средней плотности в сухом состоянии различают: тяжелые (обычные, холодные) со средней плотностью 1500 кг/м 3 и более, приготовленные на плотных песках, и легкие (теплые) со средней плотностью менее 1500 кг/м 3 . Легкие растворы готовят с использованием пористого легкого песка: керамзита, песка, полученного дроблением туфов, шлаков.
По виду вяжущего различают следующие типы строительных растворов: цементные, приготовленные с использованием цемента или его разновидностей или смесей вяжущих с его использованием, известковые, приготовленные на воздушной или гидравлической извести, и гипсовые, в которых в качестве вяжущих использованы гипсовые или ангидритовые вяжущие вещества.
По условиям эксплуатации различают: строительные растворы для наружных работ (наружные стены гаражей и домов, фундаменты) изготавливают с применением в качестве вяжущего цемента или извести или их смеси с добавлением пуццолановых добавок, придающих растворам большую водостойкость. Для внутренних работ (пол, потолок, внутренние стены домов и гаражей) в качестве вяжущих можно применять: гипс, известь и их смеси.
На строительные объекты растворные смеси поставляют двух типов: растворные смеси, готовые к применению, и сухие смеси, нуждающиеся во введении воды (или водных растворов солей, добавок) и тщательном перемешивании.
В зависимости от соотношения между тестом и заполнителем растворы подразделяются на жирные и тощие. Жирным раствор называется в том случае, если объем теста более чем на 10% больше объема пустот в заполнителе. В противном случае раствор называют тощим.
Материалы для строительных растворов
Вяжущие. В случае проведения ремонтных работ используется принцип: ремонт конструкции проводить строительными растворами, приготовленными с применением того же типа вяжущего, которое было использовано при первичном возведении сооружения, т.е. старинную кладку на извести ремонтируют известковым раствором. Кроме того бетонные конструкции не ремонтируют гипсовыми растворами, так же, как гипсовые (например, перегородки) не ремонтируют цементными растворами. На поверхности раздела цемент-гипс со временем протекает химическая реакция с образованием иглообразных кристаллов эттрингита, увеличивающихся в объеме и вызывающих образование трещины. Положение спасает нанесение праймера (грунтовки) из смолы, разделяющей эти поверхности. Портландцемент, пуццолановый и шлакопортландцемент применяют в более ответственных случаях: при высоких допускаемых напряжениях в каменной кладке, в капитальных сооружениях, подверженных динамическим нагрузкам, в условиях постоянной влажности, для устройства полов, где требуется высокая стойкость к истиранию, для укрепления в камне или бетоне стальных изделий (болтов, перил, металлических рам). Для возведения фундаментов ниже уровня грунтовых вод предпочтение нужно отдать пуццолановому или шлакопортландцементу.
Известковый раствор, приготовляемый из известкового теста или пушонки, является наиболее распространенным представителем воздушных растворов. Известковый раствор имеет невысокую прочность и необходимость твердеть на воздухе. Продолжительное твердение известкового раствора сопровождается выделением влаги вследствие карбонизации его за счет реакции с углекислым газом воздуха. Карбонизация проходит в поверхностном слое. На поверхности образуется плотная пленка из CaCO3, препятствующая карбонизации внутрь раствора. Это позволяет употреблять его лишь при каменной кладке, находящейся на воздухе, при невысоких допускаемых напряжениях в штукатурных растворах. Для ускорения схватывания к нему добавляют немного гипса.
Смешанные растворы. Цементный и известковый растворы каждый по отдельности имеют свои недостатки: известковый раствор мало прочен, медленно твердеет и в процессе твердения выделяет воду; цементный же раствор в тощих составах имеет хорошую прочность, но непластичен и плохо сцепляется с камнем (имеет большой отсос воды пористым камнем). Добавка извести должна быть тем больше, чем тощее цементный раствор. Соотношения цемент : известь могут колебаться (в зависимости от количества заполнителя) от 1 : 0,5 до соотношения 1 : 3. Применение мягких гидравлических добавок (трепела или диатомита) повышает водостойкость раствора и удешевляет его. В известково-цементно-минеральных вяжущих применяют мягкие кремнистые (трепел, диатомит) и карбонатные добавки, измельченные до удельной поверхности 780-800 м2/кг. Количество минеральных добавок может составлять от 1 до 4-х массовых частей извести. Извести применяют тем больше, чем больше возможности высыхания слоя раствора ( например, штукатурный слой внутри помещения).
Гипсовый и ангидритовый растворы применяют с успехом в сухих условиях: отделка стен, потолков, оштукатуривание внутренних поверхностей из кирпича и мелких бетонных блоков. По прочности они почти не уступают цементным растворам, имеют малую теплопроводность. Введение водорастворимых полимерных добавок может значительно повысить их водостойкость. Фирма «Rnauf Gips» применяет штукатурные смеси, содержащие строительный гипс, минеральный пористый заполнитель, водоудерживающую добавку и регулятор схватывания. Покрытия из этих смесей обладают высокими эксплуатационными свойствами, так как, впитывая избыточную влагу и отдавая ее при снижении влажности воздуха, они задают в помещении благоприятный влажностный климат. Магнезиальные растворы (фирма «Альфапол») с успехом используют для создания беспылевых полов с чрезвычайной износостойкостью, сопоставимой с износостойкостью керамики.
Органические вяжущие – синтетические полимеры, которые в количестве до 8% присутствуют во всех строительных растворах. Выбор вяжущего зависит от назначения и условий эксплуатации объекта.
Заполнители. Заполнители вводят в раствор для удешевления, уменьшения его усадки и для придания раствору особых свойств (теплопроводности, декоративности и др.) В строительных растворах используется в основном мелкий минеральный и органический заполнитель. Крупность его определяется толщиной слоя и фактурой поверхности, но не крупнее 5-ти мм.
В зависимости от средней плотности и пористости пески подразделяют на плотные (пористость менее 10%) и пористые (пористость более 10%).
В растворных смесях применяют минеральные природные, искусственные и специальные заполнители.
В тяжелых растворных смесях используют природный кварцевый, полевошпатовый и любого минералогического состава при надлежащей прочности, а также искусственные дробленые – из плотных горных пород. По форме зерен и характера их поверхности принято считать, что чем выше шероховатость поверхности и угловатость, тем выше прочность сцепления их с цементным камнем. Требования к пескам, применяемым в строительных растворах, те же что в бетонах. В легких растворных смесях применяют пески, полученные дроблением пористых пород (вулканического туфа, известняков и др.).
Искусственные минеральные заполнители получают дроблением металлургического или топливного шлака, кирпича, аглопорита (обожженная глина) и специально полученные керамзит, вспученные трепел и перлит, вермикулит. В легких смесях используют органический заполнитель: пенополистирол.
В качестве специальных заполнителей применяют бумажное волокно, синтетическое и стекловолокно.
Для снижения объема пустот, расхода вяжущего, усадки раствора и его удешевления следует применять фракционированные заполнители. В зависимости от ассортимента сухих смесей используются следующие фракции заполнителя: 0-0,63; 0,63-1,25; 1,25-2,5; 2,5-5,0 мм.
Добавки к строительным растворам вводят для частичной замены вяжущего или для корректирования свойств строительных растворов. Минеральные добавки вводят в виде тонкомолотых глины, извести, трепела, диатомита, опоки, шлака, золы и др. Эти порошки обладают высокой влагоемкостью, повышают удобоукладываемость растворной смеси, позволяют экономить вяжущее при сохранении водотвердого отношения. Органические добавки — это поверхностно-активные вещества, которые можно подразделить на добавки, регулирующие свойства смесей, регулирующие процесс твердения, повышающие морозостойкость, придающие специальные свойства, гидрофобизирующие. Для сухих растворных смесей главными критериями работы с ними являются водоудерживающая способность раствора в тонком слое на пористом основании, клейкость, адгезионная прочность, прочность на растяжение при изгибе и др. Для плиточных и штукатурных растворов при работе с ними очень важна стойкость к сползанию или фиксирующая способность раствора, жизнеспособность растворной смеси, время корректировки – отрезок времени, в течение которого возможно изменить положение приклеенной плитки, без существенной потери адгезионной силы сцепления между плиткой и раствором.
Свойства растворной смеси.
Растворная смесь – это смесь вяжущего вещества, воды и песка до начала схватывания вяжущего вещества, поэтому к числу основных свойств растворной смеси относятся следующие свойства.
Удобоукладываемость, (подвижность),
Водоудерживающая способность,
Расслаиваемость (связность),
Средняя плотность,
Влажность.
Удобоукладываемость смеси – это способность смеси быстро и ровным слоем распределяться по основанию. Тесто заполняет пустоты между зернами песка и равномерно покрывает песчинки тонким слоем, уменьшая внутреннее трение. С удобоукладываемой смесью удобно работать (смесь мягкая и не тянется за кельмой), в результате повышается производительность труда. От удобоукладываемости растворной смеси зависит качество каменной кладки. Правильно подобранная растворная смесь заполняет неровности, трещины, углубления в кирпиче или камне, поэтому получается большая площадь контакта между раствором и изделием, в результате прочность и монолитность кладки возрастает. Увеличивается и долговечность наружных стен. Удобоукладываемость готовой растворной смеси оценивается ее подвижностью. Подвижность растворной смеси – ее способность растекаться под действием силы тяжести или внешних сил. Подвижность определяется по свободному погружению в смесь в течение 1 мин. металлического конуса. Глубину погружения измеряют в см.
Подвижность растворных смесей для бутовой кладки принимается равной 4-6 см (ПК 8), для кирпичной кладки – 6-12 см (ПК 12).
Подвижность сухих растворных смесей на цементной или гипсовой (текучие смеси) основе определяется по диаметру в мм расплыва смеси, вытекающей из кольца при его поднятии. Внутренний диаметр кольца – 70 мм, высота кольца- 50 мм. Диаметр лепешки расплыва колеблется от 150 до 210 мм. Для подвижных смесей на гипсовом вяжущем подвижность можно определять по диаметру расплыва образца на встряхивающем столике. После удаления формы смесь встряхивают 15 раз на встряхивающем столике. Среднее значение диаметра расплыва должно быть 165± 5 мм.
Время жизнедеятельности – срок, в течение которого возможна работа со смесью: приготовление смеси, ее использование, корректирование положения изделия, оценивается началом схватывания. Эту характеристику определяют на приборе Вика. Продолжительность времени до начала схватывания назначается в зависимости от условий производства работ. Например, время до начала схватывания штукатурных смесей на гипсовом вяжущем должно быть не менее 45 мин при выполнении работ вручную и не менее 90 мин при механизированном производстве. Подвижность смеси зависит от содержания воды, от водоцементного отношения, от вида и расхода цемента, от качества поверхности и гранулометрического состава заполнителя, от вида и количества добавки.
Верхний предел содержания воды, при котором смесь не теряет связности, а вода не отделяется, называется водоудерживающей способностью. Водоудерживающая способность смеси должна быть не ниже 90%. Этого добиваются введением органических и минеральных добавок (известь, глина, метилцеллюлоза и др.), которые обладают большей водоудерживающей способностью, чем портландцемент. Смесь с этими добавками отдает воду пористому основанию постепенно, при этом раствор становится плотнее, хорошо сцепляется с кирпичом (камнем), отчего кладка характеризуется большей прочностью. Для оценки водоудерживающей способности растворной смеси проводят следующий эксперимент: на стекло укладывают предварительно взвешенные 10 листов промокательной бумаги массой m1, покрывают бумагу слоем марлевой ткани, сверху укладывают кольцо диаметром 100 мм и высотой 12 мм. Все это взвешивают — m3, кольцо заполняют растворной смесью и оставляют на 10 мин. Прибор с растворной смесью взвешивают — m4, снимают кольцо с раствором и марлей, взвешивают промокательную бумагу — m2.
Водоудерживающую способность растворной смеси характеризуют количеством воды, оставшейся в растворе после эксперимента, в процентах к первоначальной массе образца:
V = 100 – (m2 – m1)/(m4-m3), ( 2.4 )
где: m1, m2 – масса промокательной бумаги до и после испытания,
m3, m4 — масса прибора до и после заполнения его растворной смесью.
Расслаиваемость растворной смеси проявляется при ее транспортировке и укладке. Расслаиваемость заключается в отделении воды от цементной пасты. Определяется расслаиваемость (связность) сопоставлением содержания заполнителей в верхней и нижней части образца размером 150х150х150 мм, изготовленного из растворной смеси. Расслаиваемость смеси не должна превышать более 10%.
Влажность сухих смесей не должна быть выше 0,3% массы сухих твердых компонентов.
Свойства раствора
Раствор – это искусственный камень, получающийся в процессе твердения растворной смеси. Раствор отличается от бетона отсутствием крупного заполнителя, поэтому некоторые закономерности, характерные для бетона можно распространить и на раствор. К основным свойствам раствора можно отнести следующие свойства:
- прочность,
- морозостойкость,
- плотность,
- специальные свойства (иногда).
Прочность. Строительный раствор в конструкции воспринимает приходящуюся на него нагрузку. Это приводит к определенным деформациям, что в свою очередь создает дополнительные нагрузки. Нагрузки и соответствующие деформации могут приводить к образованию трещин. Трещины могут образовываться и от усадки раствора, которая тем больше, чем больше расход вяжущего и мелких добавок и водоцементное отношение. Прочность готового к применению раствора определяют испытанием образцов-кубов с размером ребра 7,07 см. Условия хранения образцов зависит от вида вяжущего и регламентируется стандартом. Образцы из растворов на портландцементе испытывают в возрасте 28 сут, а из растворов на гипсовом вяжущем – 7 сут. Образцы из растворной смеси подвижностью до 5 см изготавливают в формах с поддоном. Форму заполняют в 2 слоя. Каждый слой уплотняют шестью нажимами шпателя. Образцы из растворной смеси с подвижностью 5 см и более изготавливают в формах без поддона. Форму куба устанавливают на постель кирпича, покрытую влажной фильтровальной бумагой. Растворную смесь укладывают в один прием и уплотняют 25 штыкованиями стальным стержнем. Строительные растворы готовят следующих марок: М5, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200 и М300 и классов В10; В15; В20; В22,5; В25; В30; В35; В40; В45 и В50.
Определение прочности при сжатии растворов, взятых из шва. Прочность раствора определяют испытанием на сжатие кубов с ребрами 2-4 см, изготовленных из двух пластинок, взятых из горизонтальных швов кладки. Пластинки изготавливают в виде квадрата, сторона которого в 1,5 раза превышает толщину пластины, равную толщине шва. Пластинки склеивают и выравнивают гипсовым тестом (1-2 мм), испытывают через сутки после изготовления.
Прочность цементного раствора при отсутствии отсоса воды, как и в бетонах, при неизменных материалах зависит только от активности Rц (марки, класса) цемента и от цементно-водного отношения Ц/В : R28 = f (Rц, Ц/В). Предел прочности раствора при сжатии определяется формулой Н.А.Попова
При укладке раствора на пористое основание и отсоса воды этим основанием в растворе остается примерно одинаковое количество воды при любом водоцементном отношении, поэтому прочность раствора зависит только от активности и расхода цемента:
Прочность смешанных растворов зависит от количества введенной в раствор извести или глины. Чем больше эта добавка, тем ниже прочность раствора.
Оптимальная добавка, позволяющая получить удобоукладываемые смеси, соответствует максимуму на кривых прочности, приведенных на рис. 1.25.
Для каменной кладки наружных стен зданий применяют главным образом цементные и смешанные растворы (цементно-известковые и цементно-глиняные) марок М10; М25; и М50 в зависимости от влажностных условий и требуемой долговечности здания. Для повышения влагостойкости раствора следует применять добавки трепела или диатомита, содержащие активный SiO2 . В кладке перемычек, простенков, карнизов и столбов марка раствора может быть повышена до М100. Наибольшую крупность песка ограничивают: для бутовой кладки – не более 1/5 толщины шва, для кирпичной кладки – не более 1,2-2,5 мм. Подвижность растворных смесей для бутовой кладки принимается равной 4-6 см(ПК8), для кирпичной кладки – 6-12 см (ПК 12).
Монтажные растворы для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из легкобетонных панелей должны иметь марку не ниже М50, а для панелей из тяжелого бетона – не ниже М100. Минимальные расходы цемента для растворов различного назначения 75 – 125 кг/м3 песка. Для кладки во влажных грунтах и ниже уровня грунтовых вод применяют растворы на портландцементе с активными минеральными добавками или на шлакопортландцементе. Понижение температуры замедляет рост прочности растворов. При низких положительных температурах прочность раствора в возрасте 28 сут составляет 55-72% от марки. Поэтому в зимнее время широко применяют растворы с противоморозными добавками, понижающими температуру замерзания раствора и ускоряющими набор его прочности. Зимой марку раствора для каменной кладки повышают на одну ступень в сравнении с летними работами.
Штукатурные растворы. Штукатурные растворы применяют для защиты от окружающей среды или для выравнивания поверхностей стен и потолков. Толщина слоя в зависимости от назначения колеблется от 1 до 30 мм. При выравнивании голой кирпичной кладки штукатурные работы проводят в три слоя. Первый слой – грубый с крупностью песка до 5 мм. Второй слой – промежуточный, выполняется гидроизоляционными составами. Третий слой наносится толщиной до 2 мм и готовит стену для чистовой отделки (обои, покраска). Для лучшего сцепления штукатурного слоя с кирпичной кладкой предварительно вырубить раствор в швах на глубину до 10 мм. Пластичность раствора для каждого слоя подбирается отдельно. Для подготовительного слоя при механизированном нанесении глубина погружения конуса должна быть равна 6-10 см, а при ручном – 8-12см (ПК8-ПК12).
Специальные растворы. Декоративные растворы используют для отделки фасада здания и внутреннего интерьера помещения. Для фасадов применяют растворы на цементе или извести и цементе. Вяжущие используют белые или цветные. Внутри помещения чаще используют гипсовые растворы. Существует множество видов декоративной штукатурки с различной фактурой: рифленой, шероховатой, рустик, антик т.д. Некоторые имеют в своем составе цветную крошку размером 2-3 мм, которая образует фактуру «мелкий барашек». Содержание более крупной крошки дает более рельефную поверхность. Заполнителями могут являться промытый кварцевый песок или пески полученные дроблением красивых декоративных пород: гранита, мрамора, доломита, туфа. Для придания блеска поверхности можно вводить слюду или дробленое стекло. Для отделки помещений часто применяют созданные на основе водной дисперсии искусственных смол декоративные акриловые штукатурки с самой различной фактурой различных цветов и оттенков.
Подбор состава строительного раствора. Состав растворов невысокой прочности находят по таблицам и графикам и его рассматривают как ориентировочный, т.к. качество песка для конкретного случая может существенно отличаться от того, для которого даны рекомендации. Полученные из рекомендаций составы следует корректировать в лаборатории. Расчет состава раствора ведут только для раствора с прочностью М25 и более. Расчет состава раствора, наносимого на плотное основание, ведут как для мелкозернистого бетона. Состав раствора для пористого основания, т.е. для большинства кладочных и штукатурных работ, находят из формулы ( 2.7 ). Массу цемента в тоннах, приходящуюся на 1 м куб. песка вычисляют по следующей формуле
Морозостойкость определяют только для строительного раствора, приготовленного на гидравлических вяжущих. Испытания проводят на образцах-кубах размером 7,07 см. Один цикл испытания: 4 ч замораживание при температуре минус (15-20)0C и 3 ч оттаивание при плюс (15-20) 0C . Потеря массы не более 5%, потеря прочности – не более 25% после проведения заданного числа циклов замораживания и оттаивания. ГОСТ 28013-98 устанавливает следующие марки по морозостойкости: F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200.