Свойства строительных растворов
СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
Общие сведения и классификация
Строительным раствором называют искусственный каменный материал, полученный в результате затвердения оптимально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелких заполнителей и добавок. До затвердения смесь материалов называют растворной смесью. Для придания растворным смесям и строительным растворам определенных свойств в их состав могут вводиться минеральные и химические добавки.
Строительные растворы являются мелкозернистыми бетонами. У них отсутствует крупный заполнитель. Поэтому их применяют в основном в виде тонких слоев в каменных кладках и штукатурках, облицовочных работах.
В каменных зданиях расход строительного раствора составляет 10–25 % общего объема конструкции. На него идет около 20 % всего выпускаемого портландцемента.
Растворные смеси подразделяются: на готовые к применению, предварительного изготовления и сухие. Растворная смесь, готовая к применению – смесь вяжущего, мелкого заполнителя, добавок и воды. Растворная смесь предварительного изготовления – смесь вяжущего, мелкого заполнителя необходимых добавок и воды для получения подвижности 1–3 см, с добавкой воды до необходимой подвижности перед применением. Сухая растворная смесь – смесь сухих компонентов вяжущего, мелкого заполнителя и необходимых добавок, затворяемая водой перед применением.
Строительные растворы подразделяются по назначению, по виду применяемого вяжущего, по средней плотности.
По назначению растворы подразделяются на кладочные, штукатурные, облицовочные, для стяжек и специальные. К кладочным относят и монтажные растворы.
По виду применяемого вяжущего растворы подразделяются на цементные, известковые, гипсовые, цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и другие. Растворы, приготовленные на одном вяжущем, называются простыми, на двух или более вяжущих – сложными.
По средней плотности в сухом состоянии – на тяжелые (средняя плотность 1500 кг/м³ и более) и легкие (средняя плотность менее 1500 кг/м³).
Свойства растворной смеси
Важнейшими свойствами растворной смеси являются удобоукладываемость, расслаиваемость, жизнеспособность, растекаемость, расчетная температура применения, влажность для сухих смесей.
Удобоукладываемость – способность растворной смеси распределяться тонким слоем на основании. Она влияет на качество каменной кладки, растворная смесь заполняет все неровности в кирпиче и камне – прочность кладки увеличивается. При применении удобоукладываемых растворных смесей производительность труда рабочих повышается.
Удобоукладываемость зависит от подвижности и водоудерживающей способности смеси.
Подвижностью называется способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы или приложенных внешних воздействий. Она характеризуется глубиной погружения в см эталонного конуса массой 300 г. Подвижность принимается в зависимости от назначения и способа укладки растворной смеси и зависит в основном от расхода воды.
По подвижности растворные смеси подразделяются на марки, которые устанавливаются в зависимости от назначения растворной смеси по таблице 6.1
Таблица 6.1 – Марки рабочей подвижности растворной смеси
| Марка по под- вижности | Норма подвиж- ности ОК, см | Назначение растворной смеси |
| ПК1 | От 1 до 4 включ. | Вибрированная бутовая кладка |
| ПК2 | Св. 4 до 8 включ. | Бутовая кладка обычная, кладка из пустотелых кирпича и камней, монтаж стен из кирпичных блоков и панелей, расшивка швов в стенах из панелей и блоков, облицовочные работы |
| ПК3 | Св. 8 до 12 включ. | Кладка из полнотелого кирпича и различных видов камней, штукатурные и облицовочные работы |
| ПК4 | Св. 12 до 14 включ. | Заливка пустот в бутовой кладке |
Для растворных смесей предварительного изготовления может назначаться транспортная подвижность с ОК от 1 до 3 см.
Водоудерживающей способностью называется свойство растворной смеси удерживать в своем составе воду при укладке на пористое основание. Кирпич, бетон и другие пористые материалы хорошо впитывают воду и могут поглотить ее из растворной смеси. Воды остается недостаточно для твердения вяжущего, и раствор не достигает необходимой прочности.
Водоудерживающую способность растворной смеси определяют на приборе, состоящем из кольца диаметром 100 мм высотой 12 мм и промокательной бумаги. Кольцо заполняют растворной смесью и водоудерживающую способность устанавливают по количеству воды, оставшейся в растворной смеси после того, как часть ее отсосется промокательной бумагой.
Водоудерживающая способность растворной смеси с ОК свыше 4 см должна быть не менее 95 %. Растворная смесь имеет хорошую водоудерживающую способность, если прочность образцов, изготовленных в формах без дна, установленных на кирпичах, будет выше на 15 % прочности образцов, изготовленных в формах с металлическим дном.
Водоудерживающая способность повышается при увеличении расхода цемента, введении в растворную смесь извести, глины, золы, других минеральных и некоторых химических добавок.
Расслаиваемость – неоднородность растворной смеси по высоте, образующаяся при перевозке и хранении. Расслаиваемость определяют в форме куба размером 150х150х150 мм. Форму заполняют растворной смесью, уплотняют вручную штыкованием, а потом вибрированием. Затем смесь разделяют на две части и после промывки определяют содержание песка в верхней и нижней частях. Расслаиваемость свежеприготовленных растворных смесей не должна превышать 10 %.
Расслаиваемость происходит от недостаточной связи частиц смеси. Низкомарочные растворы содержат мало вяжущего, особенно высоких марок, и повышенное количество воды. Связность растворной смеси снижается, что приводит к ее расслаиваемости. Для предупреждения расслаиваемости следует вводить известковое и глиняное тесто, пластифицирующие химические добавки, которые связывают воду или уменьшают ее содержание.
Жизнеспособностью называется свойство растворной смеси сохранять необходимую удобоукладываемость от начала ее приготовления до укладки в конструкцию. Она зависит от состава смеси и температуры наружного воздуха. Жизнеспособность цементных растворных смесей составляет обычно 2–4 часа и зависит от сроков схватывания цемента. Известковые растворные смеси на гидратной извести имеют жизнеспособность 6–10 часов, сложные цементно-известковые – 4–6 часов.
При повышенной температуре растворные смеси, содержащие портландцемент, следует расходовать в течение 2 часов. Продлить их жизнеспособность можно введением добавок, замедляющих схватывание цемента. Схватившиеся смеси нельзя разбавлять водой.
Растекаемость растворных смесей устанавливается для самонивелирующих стяжек. Она определяется по расплыву цилиндра и должна быть не менее 22 см.
Расчетная температура применения растворных смесей устанавливается при ожидаемой среднесуточной температуре воздуха ниже плюс 5 °С и минимальной среднесуточной температуре ниже 0 °С. Она достигается введением в растворную смесь противоморозных добавок с условием, чтобы раствор при расчетной температуре применения имел не менее 20 % от марочной прочности раствора без добавок, твердевшего при (20 ± 3) ˚С.
Для сухих растворных смесей нормируется влажность. Она зависит от вида применяемого вяжущего и не должна превышать следующих значений: для смесей с содержанием гипсовых вяжущих – 0,3 % по массе; для смесей, в состав которых входит цементное вяжущее при расходе до 150 кг/т, – 0,6, до 300 кг/т – 0,8, свыше 300 кг/т – 1,0 %.
Свойства строительных растворов
Важнейшим свойством затвердевших растворов является прочность. По этому показателю они подразделяются на марки. Маркой называется нормируемое значение прочности в кгс/см² (10ˉ¹ МПа).
При сжатии растворы имеют марки М4; М10; М25; М50; М75; М100; М150 и М200. Они устанавливаются и контролируются для всех видов растворов.
Марка по прочности на сжатие определяется испытанием образцов размером 70,7х70,7х70,7 мм в проектном возрасте, изготовленных из растворной смеси рабочей косистенции.
За проектный возраст принимается 28 суток для растворов на гидравлических вяжущих и 7 суток для растворов без применения гидравлических вяжущих.
Образцы из смеси подвижностью менее 5 см изготавливаются в формах с поддоном, а 5 см и более – в формах без поддона, установленных на полнотелых керамических кирпичах.
При укладке на плотное основание прочность раствора R28, МПа, зависит от активности цемента Rц, МПа, и цементно-водного отношения Ц/В и определяется по формуле
R28 = 0,4Rц (Ц/В – 0,3).
При укладке на пористое основание вода поглощается основанием и в растворе остается примерно одинаковое количество воды, независимо от ее первоначального содержания. В этом случае прочность раствора R28,МПа,, зависит от активности вяжущего Rц, МПа, его расхода Ц, т/м³, и определяется по формуле
R28 = КRц (Ц – 0,05) + 4,
где К – коэффициент, принимаемый для мелкого песка равным 0,5–0,7, для
среднего – 0,8 и для крупного – 1,0.
При натурных обследованиях из горизонтальных швов кладки берут образцы раствора, из которых изготавливают образцы – кубы с ребром 20–40 мм, которые испытывают на сжатие.
Допускается испытывать пластинки с передачей нагрузки через стержень со стороной или диаметром основания, равной толщине растворной пластинки.
Прочность раствора в кладке удобно определять прибором профессора М. А. Новгородского, испытания которым основаны на принципе пластической деформации раствора.
Для растворов самонивелирующих стяжек назначается прочность на растяжение при изгибе, которая должна быть не менее 4 МПа. Она определяется испытанием образцов-балочек по методике испытания портландцементов. Испытанием образцов-балочек определяется также и прочность на сжатие растворов для самонивелирующих стяжек, облицовочных и штукатурных растворов толщиной до 5 мм.
Марками по адгезии характеризуется прочность сцепления растворов с основанием. Они имеют значения А0,2 и далее с градацией 0,1.
Интенсивность твердения растворов зависит от температуры. Относительное примерное значение предела прочности раствора на портландцементе, твердевшего при разных температурах, к прочности раствора, твердевшего при 20 °С в возрасте 28 суток, в процентах приведено в таблице 6.2.
Таблица 6.2 –Влияние температуры на интенсивность твердения раствора
| Температура твердения, ° С | Прочность раствора, % от R28 в возрасте, сут. | ||||
| - | |||||
| - | |||||
| - | - | ||||
| - | - | ||||
| - | - |
Медленней набирают прочность растворы на пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе, особенно при температуре ниже 15 °С. Относительная их прочность составляет от прочности растворов на портландцементе, приведенной в таблице 6.2, 30 % при температуре твердения 0 °С, 70 % – при 5 °С, 90 % – при 9 °С.
Морозостойкостью раствора называется способность раствора выдерживать в насыщенном водой состоянии заданное количество циклов попеременного замораживания и оттаивания без снижения прочности более 25 % и потери массы более 5 %.
По морозостойкости растворы подразделяются на марки F10; F15; F25; F35; F50; F75 и F100. Морозостойкость раствора должна обеспечивать морозостойкость конструкций с применением раствора, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию в увлажненном состоянии.
Требования по морозостойкости предъявляются к растворам на гидравлических вяжущих марок по прочности выше М10. К растворам на гидравлических вяжущих марок М4 и М10 и к растворам на воздушных вяжущих требования по морозостойкости не предъявляются.
Марка строительного раствора по морозостойкости определяется попеременным замораживанием насыщенных водой образцов – кубов с ребром 70,7 мм при температуре минус 15–20 °С и оттаивании в воде при температуре плюс 15-20 °С. Образцы до начала испытания выдерживаются в нормально-влажностных условиях 28 суток.
Кладочные и штукатурные растворы для наружной кладки и штукатурки должны иметь марки по морозостойкости от F10 до F50. Если же они эксплуатируются во влажной среде, назначается марка F100.
Морозостойкость облицовочных и штукатурных растворов толщиной менее 5 мм определяется по снижению прочности сцепления покрытия с основанием после многократного замораживания образцов при температуре минус (18 ± 2) °С и оттаивания в воде при плюс (20 ± 5) °С без снижения прочности сцепления более чем на 25 %.