Разновидности других материалов и изделий на основе неорганических вяжущих веществ

Широкая номенклатура неорганических вяжущих веществ позволяет расширять и номенклатуру искусственных строительных конгломератов, получаемых на их основе. К наиболее распространенным, кроме бетонов и железобетона, относятся строительные растворы, гипсовые и гипсобетонные камни и изделия, силикатные изделия и асбестоцементные. Все они, естественно, входят в классификацию искусственных строительных конгломератов (см. 1.3.1), подчиняясь общей теории формирования их структур и свойств, общим и объективным ее закономерностям при оптимальных структурах.

Ниже рассмотрены разновидности этих ИСК, их производство и применение в строительстве.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Общие сведения. Строительными растворами называют разновидность ИСК, получаемую при отвердевании рационально подобранной и тщательно перемешанной смеси, состоящей в основном из вяжущего вещества, воды и мелких заполнителей (песка). Отсутствие крупного заполнителя придает строительным растворам некоторые специфические особенности по сравнению с бетонами, например повышенную пластичность.

Строительные растворы применяют для связывания в монолит кирпичной, каменной кладки или крупных изделий, например панелей, блоков при строительстве сборных жилых и промышленных зданий. Растворы используют также при декоративной отделке стен и потолков, для устройства полов, изготовления тонкостенных конструкций, выполнения штукатурных работ.

Основная особенность употребления строительных растворов заключается в том, что их укладывают по пористому основанию — кирпичу, бетону, пористому камню — сравнительно тонкими слоями без специального, как правило, механического уплотнения. Однако при повышенной жесткости растворной смеси нередко используют уплотнение, например вибрационное.

Строительные растворы имеют различное функциональное назначение и по этому признаку их классифицируют на кладочные, штукатурные, монтажные и специальные, к которым относятся акустические, тампонажные, гидроизоляционные, рентгенозащитные и др.

По виду используемых мелкозернистых заполнителей выделяют строительные растворы тяжелые и легкие. Средняя плотность тяжелых — свыше 1500, а легких строительных растворов — менее 1500 кг/мз.

По виду вяжущего вещества строительные растворы различают: цементные, приготовляемые с применением портландцемента или его разновидностей; известковые — на основе извести воздушной или гидравлической; гипсовые — с применением в них строительного или высокопрочного гипса; смешанные, получаемые на основе двух или нескольких вяжущих, чаще всего цемента и извести, реже — цемента и глины. В этих растворах известь и глина, а иногда и некоторые другие тонкодисперсные и тонкомолотые добавки (шлаки, золы и др.) играют роль твердых пластификаторов, поскольку они обладают большой водоудерживающей способностью. Их присутствие предотвращает интенсивный отсос воды из раствора в пористый кирпич, бутовый камень или бетон при кладке и монтаже сборного объекта.

Для пластификации строительного раствора применяют не только неорганические вещества, особенно известь и гипс, но и органические, в частности, поверхностно-активные вещества. Они снижают расход воды в строительном растворе, улучшают его морозостойкость и т. п. К такого рода добавкам относятся мылонафт, ССБ, СДБ, абиетат натрия, подмыльный щелок (ПМЩ) и др. В зимнее время в растворы добавляют противоморозные вещества (добавки): поташ в количестве 10—15% от массы воды затворения, нитрит натрия — до 5—10%, а также аммиачную воду, нитрат кальция, карбонат натрия и др. Хорошие показатели получаются с добавкой ацетата натрия, при которой кладочные растворы интенсивно набирают прочность при отрицательных температурах до -15°С. Оптимальный расход этой добавки составляет 4% от массы цемента. Она снижает водопотребность, повышает морозостойкость. Противоморозные добавки снижают температуру замерзания жидкой среды растворной смеси, участвуют в процессах гидратации вяжущего вещества.

Заполнителем в растворе служит природный песок обычный (речной, горный и др.) или искусственный пониженной массы — керамзитовый, термозитовый, из вспученного перлита или вермикулита, пемзы или туфа и др. Природные пески по загрязненности посторонними примесями не должны отличаться от песков для цементных бетонов. По гранулометрическому составу песок назначают с наибольшей плотностью с тем, чтобы понизить расход вяжущего вещества. Не допускаются зерна крупнее 10 мм, а количество зерен размером от 5 до 10 мм ограничивается пределом не более 5% по массе. В низкомарочных растворах допускается содержание в песке пылевато-глинистых примесей до 10, реже — до 15—20% при условии обязательного увеличения продолжительности перемешивания раствора при его изготовлении. В качестве ускорителя твердения строительных растворов используют, так же как в бетонах, хлористый кальций.

Для кладочных, облицовочных и штукатурных растворов применяют цементы, получаемые путем совместного помола портландцементного клинкера с добавками гипса, кремнеземистых, мрамора, пыли электрофильтров клинкерообжигательных печей и др. Но содержание клинкера в таких цементах должно быть не менее 20%. Допускаются пластифицирующие, гидрофобизирующие, воздухововлекающие добавки. Марки цементов — нс менее 200, тонкость помола — через сито № 008 должно проходить не менее 88% взятой навески, водоотделение цементного теста при В/Ц = 1,0 — не более 30% по объему. Цемент должен выдерживать испытание на равномерность изменения объема, содержание SO3 не должно превышать 1,5—3,5% массы цемента, содержание щелочных оксидов — не более 2% массы цемента.

Для строительных растворов специального назначения — декоративных, кислотостойких, рентгенозащитных, тампонажных и других штукатурок — с особой тщательностью выбирают разновидность вяжущего, добавок и химически стойких заполнителей. Оптимизировать структуру растворов следует с учетом их конкретного назначения, обеспечивая пористость акустических растворов, высокую плотность, кислотои щелочестойких растворов, гидрофобность при гидроизоляции и т. д.

Приготовление, свойства и маркировка строительных растворов. Оптимальный состав раствора устанавливают общим методом, но с учетом специфической особенности этого материала — укладывают его на пористое основание кладки, пористую поверхность при оштукатуривании стен и т. п., т. е. требуется предусмотреть увеличение водоудерживающей способности раствора, чтобы предотвратить расслаивание слоя до его отвердевания. Возможны и другие функции строительного раствора — конструктивные, декоративные, водозащитные и т. п., что учитывается на первой стадии проектирования состава.

В редких случаях, при малых объемах работ, составы низкомарочных растворов назначают по таблицам с проверкой их качества в лаборатории и на производстве. Проф. Н. А. Поповым предложен метод подбора состава строительных растворов, основанный на применении формулы: Rn = к? Яц (Ц — 0,05) + 4, где к — коэффициент качества песка.

Технология приготовления строительного раствора на специализированных заводах или отдельных растворных узлах слагается из ряда взаимосвязанных операций: подготовки исходных материалов — просеивания природного песка, домола при необходимости и рассева искусственного песка; дозирования материалов по массе; перемешивания отвешенных компонентов до однородного состояния растворной смеси в стационарных или передвижных растворомешалках разной емкости. Продолжительность перемешивания обусловлена видом исходных материалов, но обычно составляет не менее 1,5 мин, а при содержании в смеси высокодисперсных добавок — 3—4 мин. Транспортируют готовую растворную смесь с помощью специально оборудованных автоцистерн и самосвалов.

Сухая смесь соединяется с водой в мешалках со свободным перемешиванием, размещаемых на кузове автомобиля (автосмесителя), в пути следования к объекту строительства.

Перед транспортированием (выборочно) и укладкой готовой растворной смеси определяют ее качественные характеристики, в том числе удобоукладываемость по пористому основанию, нерасслаиваемость при транспортировании и хранении, условную вязкость и другие заданные свойства.

Удобоукладываемость — это способность растворной смеси равномерно укладываться по пористому основанию (кирпичу, бетону, природному камню и пр.) тонким слоем. Если раствор обладает хорошей удобоукладывасмостью, то он способен заполнить все поверхностные неровности основания и образовать сплошность сцепления со всей поверхностью. При недостаточной удобоукладываемости растворная смесь распределяется неравномерно и соприкасается, а затем и сцепляется с основанием только на отдельных участках. Слой становится неодинаковой плотности и толщины. С этим свойством связана характеристика его вязкости, выражаемая обычно в каких-либо условных единицах. От вязкости зависит способность растворной смеси перемещаться (перекачиваться) к месту укладки по трубам, шлангам, лоткам и т. п.

Оценка условной вязкости, или подвижности, растворной смеси производится с помощью стандартного металлического конуса, погружаемого в испытуемый материал (рис. 9.24). Глубина погружения конуса принимается в зависимости от производственного назначения раствора. Так, например, строительные растворы для кирпичной кладки должны характеризоваться глубиной погружения конуса от 9 до 13 см. а для вибрированной кладки из бутового камня — всего 1—3 см. Подвижность их при монтаже стен из крупных элементов должна быть 5—7 см.

Рис. 9.24. Прибор для определения условной вязкости строительного раствора погружением металлического конуса в испытуемый материал:

1,3 — кронштейны; 2 — стойка; 4 — сосуд; 5 — основание; 6 — конус; 7 — шкала; 8 — стрелка; 9 — шкив Важно не только равномерно и тонким слоем распределить растворную смесь, но предохранить твердеющий слой от быстрого отсасывания воды затворения в поры и капилляры кладки, панели и пр. Для обеспечения длительной водоудерживающей способности растворной смеси в нее вводят порошкообразные или органические вещества, о которых сообщалось выше. Их количество определяют при проектировании оптимального состава строительного раствора. При этом необходимо сохранить в составе наименьшее количество цемента, тем более что на приготовление растворов расходуется до 15—20% общего количества цемента, применяемого в строительных работах.

Качество отвердевшего строительного раствора в основном характеризуется прочностными, деформативными свойствами и долговечностью. В кирпичной кладке и крупнопанельных зданиях строительные растворы воспринимают напряжения не только от сжимающих усилий, но и вследствие изгиба и среза. В связи с этим раствор в кладке должен обладать необходимой прочностью на растяжение при изгибе и раскалывании. При работе наружных стен из крупноразмерных элементов, подвергающихся механическим и температурно-влажностным воздействиям, важными являются деформативные свойства строительного раствора: усадка, коэффициент температурного линейного расширения, модуль упругости и др. В повышении герметизации стыков, особенно в крупнопанельных зданиях, основную роль играет водонепроницаемость и прочность сцепления раствора с поверхностью бетонных конструкций.

Повышение несущей способности кирпичных стен, тем более при низкой марке кладочного раствора, достигается использованием в горизонтальных и вертикальных швах кладки полимерцементного раствора. Периферийная замена обычного кладочного раствора на полимерцементный (на глубину 12 см) в горизонтальных швах кладки повышает несущую способность стен на 40—50%. Наибольший эффект увеличения прочности наблюдается при воздействии растягива;

Рис. 9.25. Графическое выражение закона створа для строительных растворов (по данным исследования В.Т. Никулина):

1 — предел прочности при сжатии, МПа; 2 — предел прочности на растяжение при изгибе; 3 — предел прочности на растяжение при раскалывании. МПа; 4 — призменная прочность, МПа; 5 — упругие относительные деформации. 10^s; 6 — мгновенный модуль упругости, 10-³; 7 — морозостойкость, количество циклов; 8 — скоросгь ультразвука, км/с; 9 — объемная масса, г/см³; 10 — коэффициент выхода растворной смеси; 11 — водопоглощаемость по массе, %; 12 — водопроницаемость, МПа; 13 — коэффициент призменной прочности; 14 — полные приведенные затраты на 100 м³ раствора, тыс. руб.

ющих усилий, что обусловлено высокими адгезионными свойствами полимера. Того же результата достигают усилением отдельных конструктивных элементов кирпичных стен: перемычек, узлов опирания балок перекрытий и др. Значительно снижаются трудозатраты, расход материалов и сокращаются сроки производства работ^[1].

Обеспечение длительной нормальной эксплуатации зданий связано с долговечностью кладочного строительного раствора, т. е. с его способностью сохранять или даже упрочнять структуру в эксплуатационный период. Условно се можно определять испытанием образцов на морозостойкость и стойкость при увлажнении и высушивании. При более обстоятельных испытаниях определяют также плотность, пористость, водопоглощаемость, водонепроницаемость раствора, взаимосвязь этих свойств в соответствии с законом створа (рис. 9.25).

На первой стадии проектирования оптимального состава важно выбрать наилучший для данных условий вяжущий компонент, способный удерживать воду в тонких слоях, высококачественный песок и, при необходимости, пластифицирующую добавку. Контроль качества раствора осуществляется путем систематической проверки качества применяемых материалов, а также точности дозирования, тщательности перемешивания смеси, удобоукладываемости получаемой растворной смеси и прочности раствора.

Строительные растворы имеют следующие показатели по пределу прочности при сжатии — марки 4,10,25,50,75,100,150,200. Для конструкционных целей принимают и более высокие марки растворов — 300 и выше. Такой высокопрочный раствор используют также для заполнения каналов в предварительно напряженных конструкциях, уплотнения бетонных сооружений методом инъекции (инъекционные растворы). В них применяют портландцемент марок 400, 500. Марку строительного раствора устанавливают с помощью испытания образцов-кубов с размером стороны 7,07 см из смеси рабочей консистенции, отвердевающих на пористом или плотном основании при температуре 15—20°С и испытываемых в возрасте 28 суток.

Вышеуказанные низкомарочные растворы изготовляют на основе извести, гипса или местных вяжущих веществ; используют для кладки малоэтажных зданий, штукатурных работ и др. Растворы повышенных марок применяют при кладке наружных стен зданий более высокой этажности, устройства перемычек, карнизов, монтажа сборных стен из панелей и т. п.

• [1] Ануразашвили Ц]., Муродян 3. Как повысить несущую способность стен //Стройка. 2000. 1. С. 131—132.