Свойства растворных смесей и затвердевших растворов

Растворная смесь должна обладать следующими свойствами: хоро­шей удобоукладываемостью и высокой водоудерживающей способно­стью, чтобы легко распределяться по пористому основанию и не давать ему отсасывать в себя воду. Вода необходима для твердения раствора.

Удобоукладываемость - способность растворной смеси легко рас­пределяться по поверхности сплошным тонким слоем, хорошо сцеп­ляясь с поверхностью основания. Удобоукладываемая растворная смесь даже при укладке на неровной поверхности заполняет все впадины и плотно примыкает к камням кладки. Удобоукладываемость оценива­ется подвижностью смеси, которую оценивают по глубине погружения эталонного конуса.

В зависимости от назначения применяют растворы различной подвижности. например для бутовой кладки применяют растворы подвижностью 4...6 см, для кладки из пустотелого кирпича и керамических камней - 7...8см, для кладки из обыкновенного керамического кирпича - 9... 13см, для штукатурных растворов - 7...12 см.

Для повышения пластичности в раствор вводят пластифицирующие до­бавоки.

Водоудерживающая способность—это способность растворнойсмеси удерживать воду при нанесении на пористое основание или при транспортировании. Если растворную смесь с малой водоудерживающей способностью нанести, например, на кирпич, то она быстро обезводится в результате отсасывания воды в поры кирпича. В этом случае затвердевший раствор будет пористым и непрочным.

При транспортировании растворные смеси с низкой водоудерживающей способностью могут расслоиться: песок осядет вниз, а вода окажется сверху. Чем ниже водоудерживающая способность, тем ве­роятнее расслоение растворной смеси.

Водоудерживающая способность зависит от количества вяжу­щего вещества в растворе, так как тончайший порошок вяжущего образует с водой вязкое тесто, препятствуя отделению воды и заполнителя. Повысить водоудерживающую способность без уве­личения расхода цемента можно введением в растворную смесь тонкодисперсньгх минеральных порошков, в том числе и более дешевых вяжущих (извести, глины) или загущающих (водоудерживающих) водораство-римых полимерных добавок, таких, как метилцеллюлоза, карбоксиметил-целлюлоза, и т. п.

Затвердевший раствордолжен иметь требуемые прочность и моро­зостойкость.

Прочность строительных растворов характеризуется маркой, опре­деляемой по пределу прочности при сжатии образцов-кубов размером 70,7 х 70,7 х 70,7 мм. Образцы, изготовленные из рабочей растворной смеси, твердеют на воздухе в течение 28 сут при температуре (20 ± 5)° С. Чтобы приблизить условия твердения образцов к реальным условиям твердения кладочных растворов, используют формы без дна и устанав­ливают их на пористое основание (кирпич).

По прочности на сжатие, выраженной в кгс/см², строительные растворы делят на марки: 4…200. Растворы марок 4; 10; 25 изготовляют обычно на извести и местных вяжущих; растворы более высоких марок — на смешанном цементно-известковом, цементно-глиняном и цементном вяжущих.

Прочность строительных растворов, так же, как и бетонов, зависит от марки вяжущего и его количества. Однако водовяжущее отношение в данном случае не имеет существенного значения, так как пористое основание, на которое наносят раствор, отсасывает из него воду, и количество воды в разных растворах становится приблизительно оди­наковым.

Марки наиболее часто применяемых кладочных и штукатурных растворов значительно ниже марок бетона. Это объясняется тем, что прочность кладочных растворов существенно не влияет на прочность кладки из камней правильной формы, а штукатурные растворы прак­тически не несут никакой нагрузки. Более высокие требования предъ­являются к прочности растворов для омоноличивания несущих сборных конструкций.

Морозостойкостьрастворов, так же, как и бетонов, определяется числом циклов «замораживания-оттаивания» до потери 25 % первона­чальной прочности (или 5 % массы). По морозостойкости растворы подразделяют на марки: F10...F200.
Подготовка сырьевых материалов.

Для кладочных растворов при­меняют песок максимальной крупности 2,5 мм; содержание в нем глинистых и органических примесей ограничено стандартом. Известь применяют в виде известкового молока или реже известкового теста, предварительно пропущенного через сито № 025, чтобы в раствор не попали не погасившиеся частицы.

Когда вместо извести используют глину, то ее тщательно размачи­вают в течение нескольких дней. Делают это для того, чтобы разъеди­нить частицы глины. Затем глину и воду приблизительно в равных объемах загружают в смеситель и перемешивают в течение 3...5 мин. Получившееся глиняное молоко сливают из смесителя через сетку, а в смеситель добавляют новую порцию воды и глины. Через 10...20 замесов смеситель очищают от не распавшихся комьев и камней.

Поверхностно-активные и пластифицирующие добавкивводят в рас­творы,предварительно смешав их с водой, применяемой для затворения

Приготовление растворов.

Процесс приготовления растворной смеси состоит из дозирования исходных материалов, загрузки их в барабан растворосмесителя и перемешивания до получения однородной массы в растворосмесителях периодического действия с принудительным перемешиванием.

По конструкции различают растворосмесители с горизонтальным или вертикальным лопастными валами. Последние называют турбулентными смесителями.

Чтобы раствор обладал требуемыми свойствами, необходимо до­биться однородности его состава. Для этого ограничивают минималь­ное время перемешивания. Средняя продолжительность цикла перемешивания для тяжелых растворов должна быть не менее 3 мин. Легкие растворы перемешивают дольше.

Растворы, как правило, приготовляют на централизованных бето-норастворных заводах или растворных узлах, что обеспечивает полу­чение продукции высокого качества..

Зимой для получения растворов с положительной температурой составляющие раствора (песок и воду) подогревают до температуры не более 60° С. Вяжущее подогревать нельзя.

Транспортирование.Растворные смеси с заводов перевозят автоса­мосвалами или специальными машинами, в которых смесь постоянно перемешивается, что предохраняет ее от расслоения. Если используют автосамосвалы, во избежание расслоения смеси нормируется дальность ее перевозок (например, дальность перевозок цементно-известковых растворов по асфальтовой дороге — не более 10 км, по булыжной — 5..6 км).

На крупных стройках растворную смесь подают к месту использо­вания по трубам с помощью растворонасосов.

Сроки хранениярастворных смесей зависят от вида вяжущего и ограничиваются сроками его схватывания. Известковые растворы со­

В высохший известковый раствор можно добавить воду и вторично перемешать его. Цементные растворы необходимо ис­пользовать в течение 2...4 ч; разбавление водой и повторное пере­мешивание схватившихся цементных растворов не допускаются, так как это приводит к резкому падению марки раствора.

Кладочные растворы

При монтаже стен горизонтальные швы между панелями из тяже­лого бетона заполняют раствором марки не ниже 100, из легкого бетона — не ниже 50. При монтаже стен из крупных блоков марки раствора для заполнения горизонтальных швов указываются в проекте (обычно 10...50). Для расшивки вертикальных швов панельных и крупноблочных стен марка раствора должна быть не ниже 50.

Для монтажа несущих железобетонных конструкций марка цемен­тного раствора должна быть не ниже класса бетона этой конструкции.

При работах в зимних условиях марки растворов должны быть на одну ступень выше, чем растворов, используемых для этих же целей летом. Растворы для зимних работ могут выпускаться подогретыми. Температура раствора в момент его применения должна быть не менее 10° С.

В зимних условиях применяют также растворы, тверде­ющие при отрицательных температурах. В их состав входят соли, понижающие температуру замерзания воды (поташ К₂СО₃, хлорид натрия NaCl, хлорид кальция СаС1₂, нитрит натрия NaNO₂ и др.). Например, при температуре от -10 до -20°С рекомендуется приме­нять растворы с добавкой поташа (10% от массы вяжущего) или нитрита натрия (5% от массы вяжущего). При более низкой темпе­ратуре добавки солей увеличивают.

При применении химических добавок к растворам следует руко­водствоваться специальными инструкциями.

Штукатурные растворы

При выборе штукатурных растворов можно руководствоваться следующими рекомендациями.

Для оштукатуривания наружных каменных и бетонных стен, в том числе подвергающихся увлажнению, применяют цементные и цемен­тно-известковые растворы, для деревянных и гипсовых стен — извест­ковые растворы с добавкой глины или гипсового вяжущего.

Для оштукатуривании стен в помещениях с влажностью воздуха во время эксплуатации не более 60 % используют следующие растворы:

• известковые и цементно-известковые — для внутренних поверхностей наружных каменных и бетонных стен, а также поверхностей бетонных покрытий;

• известковые - для поверхностей внутренних каменных или бе­тонных стен и перегородок;

• известково-гипсовые и гипсовые с добавлением наполнителя - для гипсовых перегородок.

Штукатурные растворы должны иметь хорошее сцепление с ошту­катуриваемой поверхностью как после твердения, так и в момент нанесения. Последнее обеспечивается правильным составом раствор­ной смеси и правильно выбранной подвижностью. В таком случае благодаря тиксотропным свойствам смеси она легко наносится и хорошо удерживается на вертикальных и потолочных поверхностях.

Специальные растворы

Кроме обычных штукатурных и кладочных растворов в строитель­стве используют много разнообразных растворов специального назна­чения: гидроизоляционных, теплоизоляционных, акустических, рентгенозащитных, кислотоупорных и т. п. Каждый из таких растворов является штукатурным раствором, выполняющим еще одну специальную функцию. Такие растворы используют для покрытия поверхностей специальных сооружений: хранилищ, отстойников, тоннелей и т. п.

Гидроизоляционные растворы— это, как правило, жирные цемен­тные растворы (состава 1:1...1:3), приготовленные на специальных цементах или с добавками, снижающими до минимума капиллярную пористость и (или) придающими гидрофобные свойства растворам.

Растворы на расширяющихся и напрягающих (НЦ) цементах — наи­более распространенный простой по составу и надежный вид гидро­изоляционных растворов. Минимальная пористость раствора дости­гается за счет эффекта расширения твердеющего цемента и связывание цементом большого количества воды затворения. При это расширение и уплотнение цементного камня идет тем интенсивнее чем больше на него действует вода из окружающей среды.

Растворы на жидком стекле дают не только водонепроницаемые, но и непроницаемые для нефтепродуктов покрытия. Чтобы получить водонепроницаемый раствор, жидкое стекло разводят в воде и этим составом затворяют сухую цементно-песчаную смесь. Затвердевая, жидкое стекло образует на поверхности штукатурного слоя водонеп­роницаемую пленку. Однако эта пленка может разрушаться под дей­ствием углекислого газа, содержащегося в воздухе, поэтому накрывку обычно выполняют жирным цементным раствором и поверхность железнят (посыпают сухим цементом и заглаживают).

Растворы с жидким стеклом схватываются уже через 1...2 мин после их затворения. Схватывание происходит тем быстрее, чем больше в растворе жидкого стекла. Поэтому приготовлять раствор надо малыми порциями, сразу же их используя. Быстрое схватывание растворов на жидком стекле позволяет заделывать ими такие трещины, из которых сочится вода.

Водонепроницаемые штукатурки получают также из растворных смесей с алюминатом натрия (Na₂O • А1₂О₃). Эти растворы используют реже, чем растворы на жидком стекле, так как они раздражающе действуют на кожу и слизистые оболочки. Растворы с алюминатом натрия применяют для заделки трещин в бетоне, через которые про­сачивается вода, для устройства водонепроницаемых штукатурок по сырым, невысыхающим поверхностям бетона и каменной кладки, а также для устройства водонепроницаемых цементных стяжек в сануз­лах.

Для приготовления штукатурных растворов сухую цементно-пес­чаную смесь состава 1:(2...3) затворяют 2...3 %-ным раствором алю­мината натрия. Растворы эти приготовляют на портландцементе марки 400...500.

Растворы с органическими добавками. К таким растворам относятся полимерцементные растворы, содержащие 10... 15 % (в пересчете на сухое вещество) водных дисперсий полимеров (поливинилацетата–ПВА, синтетических каучуков, акриловых полимеров и др.). Такие растворы имеют высокую адгезию к любым основаниям и низкую проницаемость для воды, нефтепродуктов и других жидкостей.

Гидрофобизированные растворы получают, вводя в состав растворной смеси кремнийорганические полимерные продукты (например, ГКЖ-94).

Растворы для оштукатуривания печей.Кирпичные печи в большин­стве случаев оштукатуривают глиняными растворами. Состав этих растворов зависит от жирности глины. Так, для глины средней жир­ности оптимальный состав раствора 1 : 2.

Лучшие результаты дают смешанные растворы с добавкой асбеста; например, глиноизвестковые или глиноцементные состава 1:1:2 с добавкой 0,1 ч асбеста. При составлении таких растворов асбест перемешивают с песком или с цементно-песчаной смесью. Затворяют смесь глиняным или известковым молоком.

Теплоизоляционные растворыполучают, используя в качестве за­полнителя пористые материалы (вспученный перлит, керамзитовый песок, опилки и т. п.). Составы и способы их приготовления не отличаются от составов и способов приготовления растворов с песча­ным заполнителем; обычно несколько увеличивается время перемеши­вания.

Акустические растворы.Чтобы снизить шумы в помещениях, на­пример, радиостудиях, их стены оштукатуривают акустическими рас­творами. Для этого применяют легкие растворы плотностью 600... 1200 кг/м³, заполнителем в которых служат пористые пески крупностью 3...5 мм, получаемые из пемзы, шлаков, вспученного перлита, керамзита и др. Так, например, производят сухие гипсоперлитовые смеси для устройства теплоизоляционных и акустических штукатурок. В состав таких смесей входят песок из вспученного перлита, гипс и замедлитель схватывания.

Огнезащитные растворыимеют состав, аналогичный акустическим и теплоизоляционным растворам, но с добавлением асбеста или минераловатных гранул. В качестве связующего рекомендуется гипсовое вяжущее.

Ренттенозащитные растворы.Это тяжелые растворы с плотностью более 2200 кг/м⁵, применяемые для оштукатуривания рентгеновских кабинетов и помещений, в которых ведутся работы, связанные с рентгеновским или γ-излучением. Такая штукатурка заменяет обшивку свинцовыми листами. В качестве вяжущих материалов используется портландцемент или шлакопортландцемент и специальные тяжелые заполнители — барит, железные руды — магнезит, лимонит и т. п. в виде песка и пыли крупностью не более 1,25 мм.

Кислотоупорные растворы.Это растворы на кислотоупорном жид-костекольном вяжущем, применяемые для устройства антикоррозион­ных покрытий конструкций, которые в процессе эксплуатации подвергаются воздействию кислот.

В кислотоупорные растворы кроме песка вводят тонкомолотый наполнитель - порошок из кислотостойких пород (андезита, диабаза). В наполнителе должно быть не менее 70 % зерен размером до 0,075 мм.

В качестве отвердителя растворов на жидком стекле применяют мелко измельченный кремнефтористый натрий, в количестве около 15 % от массы жидкого стекла.

Бетоны

Общие сведения

Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в резуль­тате формования и затвердевания бетонной смеси. Бетонной смесью называют перемешанную до однородного состояния пластичную смесь, состоящую из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок.

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях укладки и твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.).

Бетон состоит из большого количества зерен заполнителя (до 80...85 % объема), связанных затвердевшим вяжущим веществом. Так как в качестве заполнителей применяют дешевые природные матери­алы или отходы промышленности, бетон экономически весьма эффек­тивный материал.

Бетон известен давно. В Древнем Риме, например, из бетона на извести был построен ряд сложных инженерных сооружений. Сущест­вует мнение, что блоки внутренней части египетских пирамид также изготовлены из бетона, вяжущим в котором служила известь. Широкое применение бетона начинается после освоения промышленного про­изводства портландцемента. Современное строительство немыслимо без бетона — бетон стал основным строительным материалом. Это объясняется его экономичностью, технологичностью и доступностью основных сырьевых материалов.

Бетонная смесь представляет собой пластично-вязкую массу, срав­нительно легко принимающую любую форму и затем самопроизвольно переходящую в камневидное состояние. Таким образом, легко получают каменные конструкции и изделия любой заданной формы.

В наше время получают бетоны с самыми разнообразными физи­ко-механическими свойствами. Помимо обычного тяжелого бетона, производят легкий бетон плотностью мень­шей, чем у кирпича. Такой бетон обладает хорошими теплоизолирующими свойства­ми и применяется для возведения стен жилых и промышленных зданий. И наобо­рот, при строительстве ядерных установок, например атомных электростанций, для за­щиты от ионизирующего излучения при­меняют особо тяжелые бетоны, плотность бетона которых в 1,5..2 раза больше плотности гранита.

Прочность бетонов достигает 100 МПа, и для конструкционных бетонов предел прочности служит основной характеристикой. Бетон - огнестойкий материал. В настоящее время получены бетоны, стойкие к самым разнообразным агрессивным воздействиям, и в том числе жароупорные бетоны, способные работать при температуре свыше 1000°С. При сочетании бетона и стали получается композиционный материал с еще более совершенными свойствами — железобетон.

По плотности бетоны делят на особо тяжелые (плотность более 2500 кг/м³), тяжелые обыкновенные (2200...2500 кг/м³), облегченные (1800...2200 кг/м³), легкие (500... 1800 кг/м³), особо легкие теплоизоля­ционные (500 кг/м³).

По структуре различают бетоны со слитной структурой, ячеистые и крупнопористые бетоны. Чаще других используются бетоны со слитной структурой — это обычный тяжелый бетон и легкие бетоны на пористых заполнителях.

Легкие и особо легкие бетоны можно получить вспенивая тесто вяжущего — так получают бетоны ячеистой структуры (с равномерно распределенными порами размером 0,2...2 мм).

Бетоны крупнопористой структуры, также относящиеся к легким бетонам, получают исключая из состава бетона мелкий заполнитель и скрепляя зерна крупного заполнителя вяжущим веществом.

Бетоны — главнейший строительный материал. В нем сочета­ются очень важные для строительства свойства: большая сырьевая база (до 85 % объема бетона - заполнители); простота технологии и достаточно высокие физико-механические свойства.

Наиболее распространен тяжелый цементный бетон. Рассмотрим свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона на при­мере тяжелого цементного бетона и будем называть его просто бетон.

Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь.

Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксотропия — спо­собность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (напри­мер, вибрации) и вновь загу­стевать при прекращении этого воздействия. Механизм тиксотропного разжижения заключается в том, что при вибрировании силы внутрен­него трения и сцепления между частицами уменьша­ются и бетонная смесь стано­вится текучей. Это свойство широко используют при ук­ладке и уплотнении бетон­ной смеси.

Удобоукладываемость - обобщенная техническая характеристика вязкопластичных свойств бетонной смеси. Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь. Удобоукладываемость смесей в зависимости от их кон­систенции оценивают по подвижности или жесткости.

Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пла­стичных смесей, способных деформироваться под действием собствен­ного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металли­ческую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой шты­кованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси — ОК, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.

Жесткость — характеристика удобоукладываемости бетонных сме­сей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора – вискозиметра.

В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и по­движные бетонные смеси.

Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и соответственно пониженное количество цемента в сравнении с по­движными смесями у бетонов равной прочности. Жесткие смеси требуют интенсивного механического уплотнения: длительного вибри­рования, вибротрамбования и т. п. Используют такие смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий в заводских условиях (например, на домостроительных комбинатах); в построечных условиях жесткие смеси применяют редко.

Подвижные смеси отлича­ются большим расходом воды и соответственно цемента. Эти смеси представляют со­бой густую массу, которая лег­ко разжижается при вибри­ровании. Подвижные смеси можно транспортировать бетонона­сосами по трубопроводам.

Связность — способность бетонной смеси сохранять од­нородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При механических воздей­ствиях часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх. Круп­ный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности рас­творной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз. Легкие заполнители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Все это делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показа­<>

Указанные свойства бетонной смеси обеспечиваются правильным подбором состава бетона.