Заполнители для растворов и бетонов
Определение и классификация. По современной терминологии слово заполнитель применим ко всем типам минеральных ингредиентов, которые не выполняют функции вяжущего вещества, т. е. указывают на роль этого материала в бетонах и растворах. Однако в соответствии с действующими отечественными нормативными документами под заполнителем для растворов и бетонов понимается смесь зерен минерального или органического происхождения определенных размеров и гранулометрического состава.
В зависимости от размера зерен заполнителя различают мелкие (с крупностью зерен 0.16...5 мм) и крупные (с крупностью зерен 5...70 мм и более). По происхождению различают заполнители:
— природные, которые образовались либо при естественном разрушении горных пород (песок, гравий), либо путем их механической переработки (щебень);
— искусственные, полученные из природного сырья или отходов промышленности путем термической или иной переработки (керамзит, аглопорит, перлит, вермикулит, шлаковая пемза и др.);
— из отходов промышленности, полученные путем несложной переработки без изменения химического и фазового состава сырья (например, песок и щебень из металлургических и топливных шлаков, золошлаковые смеси, золы и др.).
Свойства заполнителей. Наиболее существенное влияние на свойства растворов и бетонов оказывают такие показатели качества заполнителей, как плотность, зерновой состав, форма и характер поверхности зерен, прочность и чистота заполнителя.
Насыпная плотность различных видов заполнителей колеблется в довольно широких пределах и составляет для природных тяжелых (гравия и песка) — 1500... 1700 кг/м3, искусственных пористых (перлита и вермикулита) — 100...200 кг/м3. В уплотненном состоянии эти значения несколько выше. Во влажном состоянии насыпная плотность мелкого заполнителя (песка), как правило, ниже, чем сухого, и составляет 1200... 1400 кг/м3. Объясняется это комковатостью и неплотной упаковкой зерен влажного песка в том же объеме.
Зерновой состав заполнителя характеризуется содержанием в нем зерен различной крупности (фракций). Определяется просеиванием пробы заполнителя через стандартные сита. Оптимальным для бетона является такой зерновой состав, у которого и пустотность, и удельная поверхность стремятся к минимуму. А это возможно лишь при строго определенном содержании в объеме заполнителя зерен разных фракций. При этом удельная поверхность заполнителя тем меньше, чем больше крупность его зерен. Для среднезернистых песков она составляет 50... 100 см2/г.
В отличие от удельной поверхности пустотность заполнителя практически не зависит от крупности зерен, а определяется характером их упаковки и составляет 20...50%. Для уменьшения пустотности заполнителя в его состав наряду с крупными зернами необходимо вводить и зерна меньших размеров, чтобы они заполняли промежутки между более крупными зернами — это, соответственно, увеличивает удельную поверхность заполнителя. Следовательно, необходимо находить оптимальное соотношение между крупностью зерен и их количественным содержанием.
Форма зерен заполнителя оценивается, как правило, соотношением их размеров. Лучшими считаются заполнители с округлой или кубовидной формой зерен. Удлиненные (игловатые) или пластинчатые (лещадные) зерна, толщина или ширина которых меньше длины в 3 раза и более, укладываются в бетоне чаще всего в строго ориентированном положении (горизонтальном), что делает структуру бетона неоднородной, а его свойства — неодинаковыми в разных направлениях. Кроме того, межзерновая пустотность заполнителя с такой формой зерен тоже увеличивается, что требует большего расхода цемента. Содержание зерен лещадной и игловатой формы ограничивается стандартами.
Характер поверхности заполнителя тоже оказывает существенное влияние на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона. Бетонные смеси, приготовленные на заполнителях, имеющих гладкую поверхность (гравии), обладают лучшей удобоукладываемостью, чем такие же смеси, приготовленные на заполнителях с шероховатой поверхностью (щебне). В то же время прочность бетонов на заполнителях с более развитой и шероховатой поверхностью при прочих равных условиях всегда выше, чем у бетонов на гравии. Это объясняется лучшим сцеплением шероховатого заполнителя с цементным камнем.
Прочность заполнителей зависит от их плотности, структуры, других факторов и устанавливается, как правило, только для крупных заполнителей, поскольку прочность обычно применяемых кварцевых песков заведомо выше прочности наиболее массово применяемых видов бетона.
Чистота заполнителя оценивается по содержанию в нем вредных примесей: пылевидных, глинистых, органических, сернистых соединений и др. Содержание их в заполнителях ограничивается стандартами.
Присутствие в заполнителях пылевидных и особенно глинистых частиц снижает прочность и морозостойкость бетонов и растворов. Например, в природном песке пылевидных примесей не должно содержаться более 3% по массе, а собственно глины — не более 0,5%. Присутствие в заполнителях органических примесей замедляет схватывание и твердение цемента и тем самым тоже снижает прочность бетонов и растворов.
Мелкие заполнители (пески) в большинстве своем являются продуктами природного происхождения и состоят в основном из зерен кварца (Si02) и примесей других горных пород (полевых шпатов, известняков, слюды). Реже встречаются пески чисто известняковые, полевошпатные и т. д. По условиям образования подразделяют на горные (овражные), речные, морские, дюнные, барханные и др.
Зерна речного и морского песка имеют округлую форму с гладкой поверхностью, а зерна овражного песка обладают угловатой формой и шероховатой поверхностью. Кроме того, в морском песке часто встречаются ракушки, в состав которых входит известняк, соли и другие примеси, ухудшающие их качество. Наиболее чистым считается речной песок. Однако по крупности он может не всегда удовлетворять требуемым показателям.
Искусственные пески получают чаще всего из отсевов дробления или дроблением горных пород (гранита, диабаза, мрамора) и искусственно получаемых материалов (шлака, керамзита, аглопорита), либо путем целенаправленного вспучивания сырья определенного химического и минералогического составов (глины, перлита, вермикулита). Насыпная плотность искусственных песков изменяется в более широких пределах: от 100 (вермикулитовый песок) до 1600 кг/м3 (из скальных горных пород).
В зависимости от происхождения, вида и назначения пески должны отвечать требованиям СТБ 1217, СТБ ЕН 13055 и ГОСТ 5578, 8736, 9557, 10832, 12865, 22263, 25592 и 26644, действующих в настоящее время на территории Республики Беларусь.
Крупные заполнители в зависимости от формы зерен называют гравием, если зерна имеют округлую форму и гладкую поверхностью, и щебнем, если зерна неправильной формы и с шероховатой поверхностью. Гравий зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый рассевом природных гравийно-песчаных смесей. Щебень получают дроблением более крупных кусков горных пород, в том числе и гравия.
В зависимости от насыпной плотности и структуры зерен различают плотные (тяжелые) заполнители (более 1200 кг/м3), используемые для тяжелого бетона, и пористые (легкие) заполнители (менее 1200 кг/м3) - для легких бетонов. Пористые заполнители для легких бетонов получают в основном искусственным путем (керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, перлит), либо путем механического дробления пористых горных пород (туфов, пористых известняков).
Декоративные заполнители — декоративные щебень и песок (ГОСТ 22856) — получают в основном путем дробления отходов, добываемых из массивов горных пород блоков, облицовочных плит и архитектурно-строительных изделий. Они характеризуются цветом, зерновым составом, формой и прочностью зерен щебня, морозостойкостью и содержанием пылевидных частиц. Предназначаются для наружной и внутренней декоративной отделки поверхности бетонных и железобетонных элементов зданий и сооружений, а также для производства декоративных плит на основе природного камня.
Мраморная крошка — декоративно-строительный материал различных размеров (фракций), цветов и оттенков. Различают цветную (из природного камня) и искусственно окрашенную. Цвета и оттенки у них могут варьироваться от естественных, создаваемых самой природой (от черного, бурого и серого до буро-зеленого, светло-коричневого, розового и белого), и до тех, которые производитель может придавать ей искусственно, руководствуясь спросом или пожеланиями заказчика. Цветную крошку получают путем дробления природного мрамора. В зависимости от размера частиц продукта дробления различают мраморную муку (крупность зерен 2,5... 160 мкм), мраморную пыль (0,16...2,5 мм), мраморную крошку (2,5... 10 мм) и мраморный щебень (10...20 мм). Используются в качестве заполнителей и наполнителей в штукатурных растворах и декоративных бетонах, для изготовления мозаичных полов, ступеней, каминов, барных стоек, малых архитектурных форм (колонн, ваз, фонтанов), засыпки дорожек, устройства альпинариев (альпийских горок) и т. п.
Заполнители в древнерусских растворах. Основным традиционным заполнителем в растворах, используемых в X-XIX вв., была цемянка. Вначале ее получали из предварительно обожженной и затем размолотой глины. По крупности она представляла собой мелкие фракции и служила одновременно в качестве гидравлической добавки, придавая извести как воздушному вяжущему гидравлические свойства, т. е. способность твердеть во влажных условиях.
Позднее в качестве цемянки наряду со специально обожженной глиной начинают применять мелкотолченый кирпичный бой. Это было выгодно с экономической точки зрения, так как позволяло использовать бракованный кирпич. Кроме того, толченый кирпичный бой по составу имел более крупные фракции, что способствовало меньшей усадке раствора и образованию трещин. Вместе с тем замена мелких фракций более крупными снижала гидравлические возможности последних.
Количество песка в растворах того периода было, как правило, либо незначительным, либо достигало 99% всего заполнителя.
Кроме цемянки древнерусские строители использовали мелкотолченый мел. При этом соотношение этих составляющих в растворах было различным. Иногда мел даже полностью заменял цемянку. В качестве заполнителей в растворах применяли также дробленый алебастр (гипсовый камень), кусочки древесного угля и другие материалы.
Бетоны
Определение и классификация. Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды, заполнителей и необходимых добавок. Композиция этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью.
Бетоны в соответствии с СТБ 1310 классифицируют по структуре, виду вяжущего и заполнителя, условиям твердения, назначению и другим параметрам. В зависимости от характера структуры различают бетоны плотные, крупнопористые, пори- зованные и ячеистые.
Бетоны плотной структуры представляют собой конгломерат, в котором пространство между зернами мелкого и крупного заполнителя или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим, в том числе с искусственно созданной пористостью (не более 7%) за счет применения поризующих добавок.
У крупнопористых (беспесчаных) бетонов пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено затвердевшим вяжущим. Вяжущее до превращения в камень лишь обволакивает зерна крупного заполнителя тонким слоем и склеивает их в местах контакта между собой, не заполняя межзерновое пространство.
У поризованных бетонов пространство между зернами мелкого и крупного заполнителя или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим с искусственно созданной пористостью (более 7%) за счет применения поризующих добавок.
Ячеистые — это бетоны без крупного заполнителя с искусственно созданными порами по всему объему системы, состоящей из вяжущего вещества, воды и тонкодисперсного компонента.
По виду вяжущего различают бетоны на цементных вяжущих, известковых (силикатные), гипсовых, шлаковых, зольных, смешанных и специальных (полимерных, битумных и др.).
Однако, учитывая, что цемент является наиболее массовым видом вяжущего в изготовлении и применении бетонов, то последующее содержание этой главы будет ориентировано на изучение цементных бетонов.
По виду заполнителя бетоны могут быть на плотных (из плотных горных пород или шлаков), пористых (природных и искусственных минеральных), органических (измельченная древесина, стебли хлопчатника или рисовой соломы, костра конопли и льна) и специальных заполнителях (обеспечивающих специальные свойства).
По условиям твердения бетоны подразделяются на твердеющие в естественных условиях, в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении (пропаренные) и при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения), тепловой обработки без контакта бетона с паровоздушной средой и в условиях отрицательных температур.
По назначению бетоны подразделяют на конструкционные и специальные. К конструкционным бетонам относятся, используемые в несущих и ограждающих конструкциях зданий и сооружений и обеспечивающих, главным образом, прочность, жесткость, трещиностойкость несущих конструкций. Специальные бетоны предназначены для конструкций, эксплуатируемых в особых условиях или для конструкций специального назначения, к которым относятся теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, напрягающие, декоративные, радиационно-защитные, дорожные, гидротехнические и др.
Кроме того, бетоны подразделяются по показателям прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности и т. п.
Свойства бетонной смеси. Наиболее важным свойством бетонной смеси является ее удобоукладываемостъ или форму-емость, т. е. способность смеси принимать заданную форму, сохраняя при этом монолитность и однородность (СТБ 1545). Для оценки удобоукладываемости бетонной смеси используют такие показатели, как подвижность, жесткость и связность.
Подвижность {растекаемость) бетонной смеси характеризуется ее способностью растекаться под действием собственной массы и оценивается показателем осадки конуса (ОК) в сантиметрах или показателем диаметра растекания конуса (РК) в сантиметрах с помощью стандартного прибора-конуса (рис. 8.1, а, б).
Жесткость (Ж) оценивается временем вибрации в секундах, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис. 8.1, в).
Рис. 8.1. Определение удобоукладываемости бетонной смеси: а — по осадке конуса;
б— по расплыву конуса; в — технический вискозиметр: 1 — жесткая смесь;
2 — подвижная смесь; 3 - осадка конуса; 4 - схема оценки жесткости
Таблица 8.1. Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости
| Марка | Жесткость (Ж), с | Марка | Осадка конуса (ОК), см | Марка | Расплыв конуса (РК), см |
| СЖЗ | Более 100 | П1 | 1-4 | РК-1 | Менее или равно 34 |
| СЖ2 | 51-100 | П2 | 5-9 | РК-2 | 35-41 |
| СЖ1 | 41-50 | ПЗ | 10-15 | РК-3 | 42-48 |
| Ж4 | 31-40 | П4 | 16-20 | РК-4 | 49-55 |
| ЖЗ | 21-30 | П5 | 21-25 | РК-5 | 56-62 |
| Ж2 | 11-20 | РК-6 | Более 62 | ||
| Ж1 | 5-10 |
По СТБ 1544 бетонные смеси в зависимости от удобоукладываемости характеризуются марками по жесткости, подвижности, расплыву конуса (табл. 8.1).
Если по результатам испытаний смеси осадка конуса составила 21 см и более, то подвижность следует оценивать показателем расплыва конуса.
Связность — способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки, уплотнения, и характеризуется водо- и раствороотделением (%).
Свойства затвердевшего бетона. Основными качественными характеристиками бетона являются прочность, водонепроницаемость, морозостойкость и др. По прочности на сжатие бетоны подразделяются на классы. При этом различают классы конструкционных (СТБ 1544) и специальных (ГОСТ 26633) бетонов.
Класс специальных бетонов, кроме конструкционных, обозначается латинской буквой В, справа от которой записывают его прочность в МПа. Установлены следующие классы специальных бетонов: В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80. Под классом бетона по прочности на сжатие в данном случае понимается нормативная кубиковая (150×150×150 мм) прочность в возрасте 28 сут, задаваемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленная классом прочность бетона на сжатие обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.
Класс бетона по прочности на сжатие для конструкционных бетонов по
СТБ 1544 (СНБ 5.03.01-02) — тоже количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие, но обозначаемая буквой С и числами: перед чертой — выражающими значение нормативного сопротивления (fck, МПа), после черты - гарантированной прочности бетона (fccube» МПа). При этом нормативное сопротивление осевому сжатию
(fck, МПа) устанавливается при испытании призм или цилиндров размером 150 х 300 мм с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0,95, которое допускается принимать равным fck = 0,8 fGc. cube.
Гарантированная прочность бетона на осевое сжатие (fGc. cube, МПа) определяется при осевом сжатии кубов размером 150×150×150 мм с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0,95, гарантируемая производителем в соответствии с действующими стандартами. СТБ 1544 устанавливает следующие классы конструкционного бетона по прочности на сжатие: C8/I0; C10V125; C12/15; C16/20; C18/225; C20/25; C22/27,5; C25/30; C28/35; C30/37; C32/40; C35/45; C40/50; C45/55; C50/60; C55/67; C60/75; C70/85; C80/95; C90/105.
Для бетонов конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию, установлены марки по морозостойкости: F50; F75; F100; F150; F200; F250; F300; F400; F500; F600; F800; F1000. Марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартных испытаний по ГОСТ 10060 и в соответствии с требованиями нормативных документов на конкретный вид бетона.
Морозостойкий бетон может быть получен при применении морозостойких составляющих, их точной дозировки, тщательного перемешивания, уплотнения и надлежащего ухода за твердением.
Для бетонов конструкций, к которым предъявляются требования по ограничению проницаемости воды или повышенной плотности и коррозионной стойкости, установлены марки по водонепроницаемости: W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20. Марка бетона по водонепроницаемости характеризуется максимальной величиной давления воды (в атмосферах), при которой не наблюдается ее просачивание через образцы, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ 12730.5.
Повысить водонепроницаемость можно как на стадии приготовления, укладки и твердения бетонной смеси, так и у затвердевшего бетона. К первой группе способов повышения водонепроницаемости можно отнести: применение цементов более высокой активности, снижение водоцементного отношения, увеличение содержания растворной части в бетоне, создание водных условий твердения, применение химических добавок и др. Основным способом повышения водонепроницаемости затвердевшего бетона является пропитка его мономером с последующей полимеризацией.
Разновидности бетонов. Декоративные бетоны в зависимости от состава и назначения можно подразделить на цветные и имитирующие природные камни или сами по себе обладающие выразительной структурой. При необходимости поверхность таких бетонов подвергают специальной обработке или формуют изделия с рельефной поверхностью.
Для получения цветных бетонов применяют белые и цветные цементы, акриловые и карбамидные смолы, различные щелочестойкие минеральные и органические пигменты, декоративные заполнители. Расход цемента в цветных бетонах по сравнению с обычными следует принимать несколько выше — 400...500 кг. Это позволяет повысить плотность и улучшить цветовую выразительность поверхности бетона. Целесообразно в этом случае использовать мелкозернистые бетоны.
Оптимальными с точки зрения получения хороших декоративных качеств бетона являются составы 1:2...1:3. Расход воды в цветных бетонах определяется, как правило, предварительным испытанием и затем постоянно контролируется, поскольку даже небольшие изменения в расходе воды влекут за собой заметные изменения цвета бетона.
Бетонные смеси для формования изделий должны использоваться достаточно пластичные или жирные, которые хорошо формуются и мало подвержены расслоению, так называемые самоуплотняющиеся бетоны. Для сокращения расхода воды и цемента используют пластификаторы, суперпластификаторы и комплексные добавки. Чтобы уменьшить расслоение цветного бетона и добиться равномерности окраски, используют воздухововлекающие добавки, а также вводят в небольших количествах тонкие фракции жирной извести, известняка и др.
В настоящее время у архитекторов и реставраторов имеются все возможности получать любые цвета и оттенки поверхности бетонов, в том числе самые редкие или даже не встречающиеся в природе. Например, бетонные панели для внутренней и фасадной отделки могут обладать столь изящными рельефными и цветовыми рисунками, что их с трудом можно отличать от мраморных или гранитных работ скульпторов. При этом текстура поверхности релъефнодекоративного бетона визуально и осязаемо может напоминать шелк, глянцевую бумагу, венецианские обои и другие изделия подобного рода.
Для повышения художественной выразительности декоративных бетонов применяют специальные технологические приемы, позволяющие обнажать заполнители и выявлять структуру бетона. Для обнажения заполнителя используют различные замедлители твердения. Выявление структуры бетона достигается шлифовкой и полировкой поверхности бетона, обработкой пневматическим молотком, пескоструйным аппаратом и др.
Для получения настенных облицовочных плит с декоративной поверхностью используют также специальные формы из полиуретановой резины. Они позволяют с микронной точностью воспроизводить мельчайшие детали рельефа поверхности. Конечно, многие технологии получения таких изделий в большинстве своем засекречены и вероятно связаны с обработкой бетонных поверхностей так называемыми термальными или плазменными станками с программным обеспечением и др.
Разработаны составы бетонов под условным названием светящиеся, или лучезарные. Они создаются на базе обычного цементного бетона и стеклянных оптических волокон, уложенных определенным образом в «теле» бетонных изделий. При определенном соотношении компонентов и характеристик стекловолокна можно добиться поразительного эффекта свечения, например наружных ограждающих конструкций или внутренних перегородок различными цветами, оттенками и узорами. Лучезарные бетоны могут быть полупрозрачными с видимыми контурами предметов интерьера с внешней стороны стены, что создает совершенно необычное визуальное ощущение от архитектурного ансамбля в целом.
Таким образом, в результате научных разработок, создания и применения современных материалов и технологий в конце XX в. появилась новая разновидность декоративных бетонов — архитектурный — с повышенными декоративными свойствами и эксплуатационными характеристиками.
Строительные растворы
Определение и классификация. К строительным растворам относят материалы, полученные в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества, мелкого заполнителя, воды и, в необходимых случаях, добавок. Смесь этих материалов до затвердевания называют растворной смесью. От бетонов раствор отличается меньшей крупностью заполнителя, более высоким водосодержанием, пористостью и назначением.
Для растворов в основном справедливы те же закономерности, которые определяют подвижность бетонных смесей и прочность бетона, однако с учетом их структуры и состава.
Главной особенностью применения строительных растворов является укладка их тонкими слоями (1...2 см) и чаще всего на пористые основания без интенсивного механического уплотнения. Поэтому к раствору предъявляются особые требования: должен не только обладать высокой подвижностью, но и не терять ее быстро из-за поглощения (отсоса) части воды затворения пористым основанием, т. е. иметь достаточную водо- удерживающую способность.
Растворные смеси согласно СТБ 1307 классифицируют по многим показателям:
ü степени готовности:
- растворная смесь, готовая к применению;
- растворная смесь предварительного изготовления (перемешанная и частично затворенная водой до подвижности 1...3 см смесь компонентов, дозатворяемая водой перед применением);
- сухая растворная смесь (перемешанная смесь сухих компонентов, затворяемая водой или водной дисперсией полимеров перед применением);
ü назначению:
- кладочные;
- монтажные;
- штукатурные;
- облицовочные;
- растворы для стяжек;
ü применяемым вяжущим:
- простые (на вяжущем одного вида) — цементные, известковые, гипсовые;
- сложные (на смешанных вяжущих) — цементно-известковые, цементно-гипсовые и др.
Свойства растворных смесей. Подвижность растворной смеси характеризуется глубиной погружения в нее металлического конуса стандартного прибора или эталонного конуса (рис. 8.2) и выражается в сантиметрах. По степени подвижности растворные смеси подразделяются на четыре марки:
ПК1 (глубина погружения конуса в растворную смесь составляет 1...4 см);
ПК2 (5...8 см);
ПК3 (9... 12 см);
ПК4 (13... 14 см).
Повысить подвижность растворной смеси можно либо путем введения в состав пластифицирующих добавок, либо увеличением содержания воды. Однако в случае увеличения содержания воды необходимо будет увеличить и расход вяжущего, чтобы сохранить марку раствора и водоудерживающую способность смеси.
В производственных условиях подвижность растворных смесей принимают в зависимости от их назначения, отсасывающей способности основания и способа производства работ.
Водоудерживающая способность — свойство растворной смеси сохранять в своем составе воду при укладке на пористое основание с целью сохранения ее подвижности, предотвращения расслоения и обеспечения хорошего сцепления. Оценивается отношением массы испытанной пробы растворной смеси после 10-минутного впитывания из нее воды 10 слоями промокательной бумаги к исходной массе и выражается в процентах. Водоудерживающая способность растворных смесей должна быть не менее 90...93%. Увеличить водоудерживающую способность растворных смесей можно путем введения в ее состав неорганических дисперсных добавок и органических пластификаторов.
Растворные смеси с недостаточной водоудерживающей способностью, как правило, склонны к расслоению.
Рис. 8.2. Эталонный конус для определения подвижности растворной смеси:
1 - конус; 2 - цепочка; 3 – кольцо
Расслаиваемостъ растворной смеси характеризуется процентным соотношением разности и суммы относительных содержаний заполнителя в верхней и нижней половинах слоя смеси толщиной 150 мм после вибрирования ее в течение 1 мин. Для всех смесей этот показатель должен быть не более 10%.
Состав, приготовление и транспортирование растворных смесей. Составы растворных смесей подбирают в зависимости от их назначения, требуемой марки, подвижности и условий производства работ расчетным путем, либо по готовым таблицам. В обоих случаях они уточняются экспериментально и применительно к конкретным материалам. Подобранные составы должны обеспечивать необходимую подвижность растворной смеси (без расслоения и водоотделения при укладке) при минимальном расходе вяжущего, требуемую прочность и другие нормируемые показатели в затвердевшем состоянии.
Готовят растворные смеси, как правило, на централизованных растворных заводах (узлах). Технологический процесс приготовления включает подготовку заполнителя, дозирование всех составляющих и тщательное перемешивание до получения однородной смеси. В каждом конкретном случае определяется такой набор операций, который обеспечивает получение смесей с требуемыми технологическими характеристиками.
Транспортируют готовые растворные смеси к месту назначения автосамосвалами или специально оборудованным транспортом. При этом должны быть исключены потери цементного молока, увлажнение атмосферными осадками, снижение температуры и загрязнение окружающей среды. В пределах строительного объекта растворные смеси подают, как правило, по трубам с помощью растворонасосов.
Свойства затвердевших растворов. Основными показателями качества затвердевших растворов являются: средняя плотность, прочность на сжатие и растяжение при изгибе (для растворов самонивелирующихся стяжек), морозостойкость, прочность сцепления с основанием, прочность клеевого соединения и др. Эти свойства должны быть обеспечены в проектном возрасте.
За проектный возраст растворов принимают:
— 7 сут, если они приготовлены без применения гидравлических вяжущих;
— 28 сут, если они приготовлены с применением гидравлических вяжущих.
Плотность строительных растворов определяется в основном видом и плотностью используемого заполнителя. В зависимости от средней плотности строительные растворы подразделяются:
• на тяжелые (средняя плотность в проектном возрасте 1500 кг/м3 и более). В них используют плотные заполнители с насыпной плотностью не менее 1500 кг/м3;
• легкие (менее 1500 кг/м3); их приготавливают на пористых заполнителях с насыпной плотностью менее 1200 кг/м3.
Для строительных растворов в большинстве случаев требуется сравнительно невысокая прочность на сжатие. Поэтому при их изготовлении особенно эффективно использование низкомарочных и смешанных цементов, местных вяжущих и разнообразных отходов производства (зол, шлаков, извести и гипсосодержащих продуктов). Зависит прочность раствора от активности вяжущего, водосодержания, длительности и условий твердения (температуры и влажности окружающей среды) и других факторов. Определяется, как правило, на образцах-кубиках с длиной ребра 7,07 см (площадь приложения нагрузки — 50 см2) в возрасте, установленном стандартом. Прочность облицовочных и штукатурных растворов, а также для самонивелирующихся стяжек, определяют испытанием образцов-балочек размером 40×40×160 мм. В зависимости от прочности на сжатие в проектном возрасте установлены марки растворов: М4; М10; М25; М50; М75; М100; М150; М200.
Для растворов, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию, нормативным показателем является морозостойкость. На величину морозостойкости влияют вид вяжущего, водовяжущее отношение, качество заполнителя, условия твердения, пористость слоя и основания. Повысить морозостойкость растворов можно путем введения воздухововлекающих и других добавок. По морозостойкости растворы подразделяются на марки: F10; F15; F25; F35; F50; F75; F100; F150; F200.
Разновидности растворов. Вид и составы кладочных и монтажных растворов определяются главным образом расчетными напряжениями и условиями эксплуатации кладки. В надземных конструкциях, работающих при небольших нагрузках, можно использовать более дешевые местные вяжущие (известь, известково-пуццолановое вяжущее и др.). Для монтажа крупноблочных и крупнопанельных стен следует применять портландцемент, шлакопортландцемент и портландцемента с органическими добавками.
Соответственно расчетным напряжениям и условиям эксплуатации назначаются и марки растворов — М10...М200. Для монтажа несущих железобетонных конструкций марка цементного раствора должна быть не ниже марки бетона этой конструкции. Горизонтальные и вертикальные швы в стенах из крупных блоков и панелей расшивают растворами марки М50. При производстве работ в зимних условиях используют раствор на одну-две марки выше.
Подвижность растворной смеси выбирают в зависимости от ее назначения. Так, например, при кладке стен из пустотелого кирпича или керамических камней подвижность назначается 7...8 см, из полнотелого кирпича и бетонных камней — 8... 12 см, монтаже стен из панелей и крупных блоков — 5...7 см, для заливки пустот в кладке и подачи растворной смеси растворонасосом - 12... 14 см.
Для получения растворов необходимой подвижности и водоудерживающей способности в их состав вводят неорганические и органические пластификаторы. Если работы выполняются в зимнее время, то применяют химические добавки, понижающие температуру замерзания раствора и ускоряющие набор его прочности.
В качестве заполнителя для тяжелых кладочных и монтажных растворов применяют кварцевый песок по ГОСТ 8736. При этом для кладки стен из камней правильной формы песок должен быть крупностью до 2,5 мм, а модуль крупности — находиться в пределах 1,5...2,5.
Штукатурка зданий и сооружений пришла на территорию бывшей Руси вместе с приглашенными итальянскими архитекторами. Однако более суровые климатические условия эксплуатации способствовали ее значительному совершенствованию.
В настоящее время различают штукатурные растворы для подготовительного слоя (обрызг), основного (грунт) и накрывочного (накрывка). Толщина подготовительного слоя составляет, как правило, не более 5 мм, основного - 5...7 мм и накрывочного — не более 2 мм. Для каждого слоя растворная смесь готовится отдельно.
В качестве заполнителя для штукатурных растворов применяют природный песок групп «очень мелкий», «мелкий» и «средний» с модулем крупности не более 2,0. При этом крупность зерен не должна превышать для подготовительного и основного слоев 2,5 мм, отделочного слоя (накрывки) — 1,25 мм. Вяжущими служат цементы, известь и смешанные составы (цементно-известковые, известково-гипсовые и др.).
Свойства различных слоев штукатурной системы должны быть согласованы между собой таким образом, чтобы на поверхностях раздела между слоями и основанием не возникали напряжения вследствие усадки и температурного расширения. Для этого необходимо, чтобы прочность верхнего слоя была меньше прочности нижнего или оба слоя имели одинаковую прочность.
Декоративные растворы предназначены для отделки лицевых поверхностей фасадов зданий и интерьеров помещений с целью создания художественно-декоративного эффекта на отделываемой поверхности и архитектурной выразительности зданий и сооружений. Такие растворы должны обладать не только ярко выраженными декоративными свойствами, но и необходимой степенью подвижности, иметь хорошее сцепление с отделываемой поверхностью, мало изменяться в объеме при твердении, чтобы не вызывать образования трещин, обладать высокой светостойкостью, повышенной водостойкостью и морозостойкостью (для фасадной отделки зданий и сооружений).
Декоративные штукатурки условно можно разделить на минеральные, в том числе силикатные, силикатно-силиконовые, полимерные, в том числе силиконовые (силоксановые) и др. Все они представляют собой в основном сухие строительные смеси.
В качестве вяжущих для изготовления минеральных декоративных штукатурок используют белый и цветные цементы, известь и гипсовые вяжущие. Силикатные штукатурки получают на основе жидкого калийного стекла.
Заполнителем служит чистый кварцевый песок и каменная крошка из декоративных горных пород. Они должны отвечать требованиям ГОСТ 22856 по цвету, зерновому составу, прочности, морозостойкости и содержанию пылевидных частиц.
Цвет заполнителя характеризуется основным цветом и оттенком. При этом в определении цвета вторым словом является основной цвет, а первым оттеночный (например, светло-зеленый, темно-коричневый и т. п.). Для придания отделочному слою блеска в состав раствора вводят в небольших количествах слюду, вермикулит или дробленое стекло.
Красящие вещества или пигменты используются в основном природные или искусственные, отличающиеся повышенными щелочестойкостью и атмосферостойкостью (охра, умбра, сурик железный, мумия, графит, ультрамарин и др.).
Полимерные декоративные штукатурки представляют собой сухие строительные смеси на основе поливинилацетатных, акриловых, стиролакриловых и бутадиенстирольных дисперсий, эпоксидных смол, полиуретанов, силиконов и других полимеров.
Рис. 8.3. Фактурные краски: а-в — «декор»; г - «короед»
По получаемой фактуре поверхности различают: «структурную», «камешковую», «короед», «шуба», «барашек», «декор» и др. (рис. 8.3). Фактура покрытия определяется размером и формой зернистого наполнителя, используемым инструментом и технологическими приемами нанесения. Такие штукатурные составы называют еще фактурными, структурными или текстурными красками.
К разновидностям декоративных растворов можно отнести жидкие обои, так называемые японские декоративные штукатурки. Они были изобретены в Японии около 350 лет назад и основой для них служили шелковые волокна. В настоящее время основой для таких материалов служат синтетические и хлопковые волокна, кварцевый песок и др. Кроме того, в их состав входят вяжущее вещество (клей), наполнители, высококачественные красители и другие добавки.
Выпускаются жидкие обои в виде сухого порошка либо в жидком состоянии (готовыми к употреблению). Сухие порошки перед употреблением разводятся теплой водой. Соотношение воды и порошка определяется типом обрабатываемой поверхности и составляет от 1:3 до 1:4. Время высыхания зависит от температуры и влажности помещения и составляет 24...72 ч.
Такие составы можно наносить на стены и потолки мастерком, шпателем, набрызгом и при помощи пистолета-хоппера. После нанесения на поверхности образуется декоративное шероховатое покрытие (рис. 8.4) толщиной до 10 мм с широкой цветовой гаммой (более 150 вариантов расцветок). В результате преображается не только внешний вид помещений, но и улучшаются его акустические и теплозащитные характеристики.
Рис. 8.4. Разновидности жидких обоев
К другим интерьерным декоративным штукатуркам относят венецианские штукатурки. Они сохранили классическую рецептуру — гашеная известь, красящий компонент и каменная (гранитная, мраморная) пыль. При этом ряд фирм выпускают штукатурки, которые легко полируются и позволяют добиваться старинных декоративных эффектов как при реставрационных работах, так и в современном строительстве. Покрытая воском, венецианская штукатурка создает эффект глубины рисунка и полупрозрачности поверхности стен.
Разновидностью декоративных растворов является также штукатурка под названием сграффито (от итал. sgraffito — выцарапанный). Впервые она появилась в Италии в XV в. Такая штукатурка предусматривает введение пигментов в растворную смесь накрывки (финишного слоя) при затворении водой. Пигменты в этом случае окрашивают растворную смесь на всю глубину слоя. Поэтому внешний вид такого фасада сохраняется более длительное время, чем при традиционной покраске.
Технология такой штукатурки заключается в последовательном нанесении тонких цветных слоев «растворов-колеров» друг на друга, начиная с наиболее темных тонов. Толщина слоев составляет 0,2... 10 мм. После их нанесения на верхнем слегка подсохшем слое делается рисунок и процарапывается специальными инструментами до нижних слоев, отличающихся по цвету и тону. Такая штукатурка даже в условиях сильной загазованности городов может сохраняться 50...70 лет, а древние сохранялись 150...200 лет, в то время как современные известковые краски служат всего 5...7 лет.
Составляющими терразитовых штукатурных составов является известь-пушонка, цемент, слюда, кварцевый песок и каменная крошка различной крупности. В полузатвердевшем состоянии терразитовую штукатурку обрабатывают гвоздевыми щетками, циклеванием, пескоструйным аппаратом, бучардами и т. д. После такой обработки поверхность выглядит как туф или песчаник.
Каменные штукатурки приготовляют в основном из цемента с добавлением не более 5% известкового теста для пластичности, мраморной крошки или других каменных пород. Эти штукатурки более жесткие, чем терразитовые, и обрабатывают их в основном в затвердевшем состоянии бучардами, зубилами, зубчатками или травлением кислотой.
Декоративная отделка фасадов и интерьеров может выполняться также путем обработки подготовленных поверхностей клеящими составами с последующим нанесением декоративной крошки из природных или искусственных материалов. В качестве клеящих составов применяют коллоидный цементный клей, гипсополимерцемент, цементоперхлорвинил и др. После нанесения декоративной крошки, затвердевания и высыхания клеящего слоя поверхность, как правило, обрабатывают прозрачным бесцветным лаком.
Сухие строительные смеси
Общие сведения. Сухие строительные смеси представляют собой тщательно приготовленные в заводских условиях составы различного назначения из минеральных вяжущих, заполнителей и наполнителей строго выдержанной гранулометрии и полимерных модифицирующих добавок. Кроме того, для придания специальных свойств в их состав могут входить еще более 20 ингредиентов (ускорители или замедлители твердения, порообразователи, окрашивающие, пластифицирующие, гидрофобизирующие и другие добавки).
Минеральными вяжущими веществами в таких смесях используются портландцемент (обычный, белый и цветной), известь и гипсовые вяжущие.
Заполнителем служат чистые мытые кварцевые или полиминеральные пески определенного фракционного состава. Для декоративных штукатурных растворов дополнительно используются декоративные фракции особого гранулометрического состава: кальцит, мрамор, известняк, слюда и пигменты. Для уменьшения плотности сухих строительных смесей и усиления изолирующей способности дополнительно используются легкие заполнители (перлит, вермикулит, пеностекло и др.).
Наполнитель получают тонким помолом, как правило, горных пород (известняка, доломита, мрамора, мела, диатомита, трепела, опоки и др.) до размера зерен не более 100 мкм. Высокая дисперсность наполнителя обусловливает улучшение удобоукладываемости и водоудерживающей способности, увеличение плотности и прочности покрытия на сжимающие и ударные нагрузки, а также повышение его термостойкости и снижение деформативности.
Особая роль в сухих строительных смесях принадлежит модифицирующим добавкам и редиспергируемым полимерным порошкам. Введение их в состав сухих строительных смесей позволяет заранее прогнозировать и изменять в широких пределах технологические, физико-механические и другие свойства таких смесей, определять области и условия их применения. При этом номенклатура модифицирующих добавок и редиспергируемых полимерных порошков на сегодняшний день достаточно велика (см. п. 8.3). Однако вид, состав, дозировка и другие их технологические параметры в большинстве случаев являются авторскими разработками конкретных фирм по производству сухих строительных смесей и не оглашаются.
Разновидности. Выравнивающие смеси предназначены для выравнивания стен, потолков и придания им при необходимости декоративных свойств. По способу нанесения их подразделяют на штукатурные и шпатлевочные.
Облицовочные смеси предназначены для крепления на поверхности конструкций зданий и сооружений отделочных штучных изделий из искусственных и природных материалов и заполнения между ними швов и подразделяются соответственно на клеевые и шовные (фуги).
Напольные смеси предназначены для выравнивания основания пола под покрытие, устройства элементов пола, в том числе верхнего лицевого слоя, а также для окончательной (финишной) отделки покрытия пола затиркой свежеуложенной бетонной или растворной смеси. Соответственно они подразделяются на выравнивающие и несущие, а в зависимости от технологии устройства напольного покрытия — на уплотняемые, самоуплотняющиеся и затирочные.
Разновидностью таких составов являются самонивелиры. Готовят их на цементной основе. После затворения водой и нанесения вручную на бетонный пол они легко выравниваются. Выровненная поверхность уже через 3...4 ч пригодна для хождения, через 1 сут ее можно шлифовать, а через 2...3 сут укладывать напольные покрытия (линолеум, ковролин, керамическую и каменную плитку, плавающий паркет, пробку).
Ремонтные смеси предназначены как для устранения внутренних дефектов (инъекционные), так и для восстановления геометрических и эксплуатационных показателей бетонных, железобетонных и каменных конструкций поверхностной обработкой (поверхностные).
Защитные смеси предназначены дня устройства защитных покрытий на поверхности строительных изделий, конструкций, арматуры с целью предупреждения коррозии, высолообразований, биологических воздействий, повышения пожарной безопасности, огне-, морозо- и коррозионной стойкости, радиационной защиты и других показателей. Они подразделяются на ингибирующие, санирующие, биоцидные, огнезащитные, коррозионно-защитные, морозозащитные, радиационно-защитные и др.
Санирующие (осушающие) штукатурки используются при ремонте и реставрации зданий и сооружений (памятников архитектуры) для защиты их от воздействия влаги и солей. Наносятся, как правило, в два слоя: первый как бы «провоцирует» поверхность на образование солей, второй — задерживает эти соли, не оказывая на себя вредного воздействия. При этом оба слоя имеют различный состав и не могут быть взаимозаменяемыми.
Кладочные смеси могут быть использованы для кладки стен и перегородок из мелкоштучных изделий, а монтажные — при монтаже строительных изделий и конструкций, омоноличивания стыков между ними, крепления анкеров и других соединительных деталей.
Мертель (от нем. Mortel — известковый раствор, известка) — огнеупорные тонкоизмельченные растворные смеси, предназначенные для связывания огнеупорных изделий и заполнения швов кладки.
Декоративные смеси предназначены для окончательной отделки поверхности конструкций и придания им определенной цветовой гаммы и рельефной фактуры (см. п. 8.5).
Гидроизоляционные смеси предназначены для защиты конструкций зданий и сооружений от проникновения воды. Они могут наноситься на поверхность конструкций в качестве водонепроницаемого слоя, проникать и кольматировать поры, капилляры и дефекты конструкций. Их подразделяют на поверхностные и проникающие. Проникающие, в свою очередь, — на инъекционные и капиллярные.
Теплоизоляционные смеси наносят на поверхность конструкций с целью тепловой защиты зданий и сооружений.
Грунтовочные смеси при нанесении их на поверхность конструкций заполняют поры, пропитывают (модифицируют) поверхностный слой, делают его более плотным и твердым и тем самым обеспечивают высокую адгезию между отделочными слоями.
Многофункциональные смеси применяются для комплексной отделки поверхностей внутри и снаружи, в особенности для ответственных фасадов, как выравнивающий (до 10 мм за 1 слой) и армирующий слой (содержит микроволокна) как финишное декоративное покрытие, а также для приклеивания деталей из камня, керамики, пенополистирола и других изделий.
Кроме того, выпускаются смеси для торкретирования, выполнения реставрационных работ и др.
На место производства строительных работ сухие строительные смеси доставляются в расфасованном виде (в бумажных мешках по 5...50 кг или полипропиленовых биг-бэгах — 500...2000 кг). При транспортировании и хранении нельзя допускать попадания в готовую продукцию атмосферных осадков, а также предохранять ее от воздействия прямых солнечных лучей.
При использования сухих строительных смесей по назначению достаточно добавить необходимое количество воды согласно рекомендациям производителя.