Тема 10. Строительные растворы

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).