3.2. Строительные растворы

Строительные растворы – это искусственные каменные материалы, полученные затвердеванием рационально составленной смеси вяжущего, мелкого заполнителя, воды и добавок. От бетонов они отличаются, главным образом, отсутствием крупного заполнителя. Строительные растворы являются в сущности мелкозернистыми бетонами, поэтому общие закономерности, которые определяют удобоукладываемость и прочность мелкозернистых бетонов, распространяются и на растворы.

Однако имеются следующие особенности применения растворов, отличающие их от бетонов:

а) растворы укладывают более тонкими слоями, чем бетоны;

б) укладку растворов в отличие от бетонов производят обычно без специального механического уплотнения;

в) растворы наносятся на пористые основания (кирпич, легкие бетоны, пористые природные камни), способные отсасывать воду;

г) марки растворов по прочности в среднем значительно меньше, чем бетонов.

В большинстве случаев от раствора не требуется высокой прочности, так как он, как правило, применяется в тонких слоях и, например, в случае использования в качестве кладочного раствора, скрепляет между собой более прочные кирпичи и камни, причем прочность кладки в целом зависит не столько от прочности раствора, сколько от того, как он заполняет все неровности и швы в кладке, и чем тоньше слой раствора, тем более низкой может быть его прочность.

Качество применяемой растворной смеси определяется ее удобоукладываемостью, т.е. способностью легко распределяться по основанию тонким однородным слоем без какого-либо механического уплотнения. Поэтому удобоукладываемость растворов в большей мере, чем у бетонов, сказывается на качестве конструкции.

Удобоукладываемость раствора зависит:

1) от его подвижности (степени вязкости);

2) от его водоудерживающей способности.

Подвижность растворных смесей, как и бетонных, определяется дозировкой вяжущего вещества, воды и другими условиями. Так как растворные смеси чаще всего укладывают без механического уплотнения, то поэтому их обычно делают с бóльшим водовяжущим отношением и более подвижными, чем бетонные смеси.

Водоудерживающая способность – это свойство растворной смеси, благодаря которому значительно предотвращаются расслоение смеси при транспортировании и потеря значительного количества воды при укладке растворной смеси на пористое основание.

Растворные смеси содержат повышенное количество воды по сравнению с бетонными и в большей мере подвержены расслоению. Любое пористое основание отсасывает воду из растворной смеси. Последняя становится при этом менее подвижной, более жесткой. Иногда уложенный раствор настолько обезвоживается, что не хватает воды для твердения находящегося в нем цемента. При этом прочность раствора может не достичь заданной проектной величины. Бывали случаи аварий кирпичной кладки из-за указанных причин. Таким образом, применение растворов, обладающих недостаточной водоудерживающей способностью, вызывает затруднения в производстве строительных работ и отрицательно влияет на прочность конструкции. Раствор должен отдавать только избыточную воду, постепенно становясь при этом плотнее и прочнее.

В целях повышения подвижности и водоудерживающей способности применяют различные добавки. Среди них важнейшими являются тонкодисперсные минеральные вещества или наполнители (известь, золы, тонкомолотые шлаки, дисперсные отходы камнедробления).

Строительные растворы различают по виду вяжущего, плотности и назначению.

По виду вяжущего растворы делят на цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, известково-гипсовые и т.п.).

По плотности различают: тяжелые (обычные) растворы, с плотностью 1500…2200 кг/м³ и легкие, плотность которых менее 1500 кг/м³. В легких растворах обычный песок заменяют шлаковым песком или другим мелким пористым заполнителем.

По назначению растворы бывают кладочные, монтажные, штукатурные и специальные (декоративные, теплоизоляционные и т.д.).

Основными свойствами раствора в затвердевшем состоянии являются прочность, сцепление раствора с основанием, морозостойкость и др.

Прочность определяется на образцах-кубах с длиной ребра 7,07 см путем испытания на сжатие в возрасте 28 сут. Марки кладочных растворов, кгс/см²: М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200, М300.

Сцепление раствора с основанием зависит от многих факторов и, как правило, возрастает в логарифмической зависимости от прочности раствора. Поэтому более эффективное улучшение адгезионных свойств раствора и повышение его сцепления с основанием достигается за счет введения в состав раствора водорастворимых полимерных добавок (поливинилацетата, поливиниловых спиртов и т.п.).

По морозостойкости растворы делят на марки F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F 200, F300. Морозостойкость раствора в основном зависит от тех же факторов, что и морозостойкость бетона. Значительное повышение морозостойкости раствора достигается применением поверхностно-активных (воздухововлекающих) добавок.

Декоративные растворы применяются в качестве штукатурок и для настилки полов в качестве замены отделки природным камнем или для создания художественно-декоративного эффекта на отделываемой поверхности. В XIX в. для отделки стен большой популярностью пользовался искусственный мрамор (штук), получаемый на основе цветных гипсовых растворов. В настоящее время он используется редко. Декоративные штукатурки на основе портландцемента, пигментов и различных декоративных заполнителей из-за большой трудоемкости также находят ограниченное применение. Большую популярность начали приобретать облицовочные изделия, получаемые из подобных смесей заводским методом (в виде сухих смесей). Во всех случаях они имитируют природный камень [8, 9].

Как правило, применяют готовые сухие смеси. В качестве вяжущего используется белый или цветной портландцемент. Заполнителем служит чистый кварцевый песок и каменная крошка из декоративных горных пород. Пигменты, используемые для этих целей – в основном природные, отличающиеся щелочестойкостью и высокой атмосферостойкостью. Среди декоративных штукатурок наибольшую популярность имеют терраццовые и терразитовые штукатурки, а также сграффито.

Терраццовые штукатурки получают из рассматриваемых смесей путем специальной обработки затвердевшей поверхности пескоструйным методом, металлическими щетками или ударным инструментом (выбор типа обработки зависит от желаемой фактуры и вида применяемого раствора). Вместо механической обработки возможна обработка поверхности штукатурки 10 %-ным раствором соляной кислоты с последующей промывкой водой. Кислота разрушает поверхностный слой затвердевшего цемента, обнажая поверхность заполнителя.

Терразитовая штукатурка – это объемная фактура, полученная в результате циклевания. В основе этой штукатурки – гашеная известь с добавлением цемента (для прочности) и мраморной крошки, слюды или пигментов (для красоты).

Составы с заполнителем из кварцевого песка имитируют природный песчаник, вновь приобретающий популярность в строительстве в последние годы. Составы с мраморной или гранитной крошкой имитируют соответственно мрамор и гранит. При правильно подобранном цвете вяжущего создается эффект монолитного камня.

Штукатурка сграффито (от итал. Sgraffito – выцарапывать) – особый вид декоративно-художественной штукатурки (рис. 56). При оштукатуривании поверхности этим способом наносятся два или три накрывочных слоя различного цвета. Затем частично срезают (выцарапывают) верхний слой (или слои), создавая рельефный красочный рисунок.

Рис. 56. Декоративная штукатурка сграффито

Сухие строительные смеси – это порошкообразные композиции, состоящие из минерального вяжущего или полимерного связующего, заполнителей и наполнителей, добавок (модификаторов, полимеров, противоморозных добавок, пигментов и т.п.). На месте производства работ сухие строительные смеси (ССС) только разбавляются водой до заданной водовяжущей консистенции и употребляются в соответствии с их областью применения.

Широкое применение в настоящее время ССС обусловлено расширением номенклатуры растворов, необходимостью обеспечения их качества в условиях многокомпонентности и использования малых и сверхмалых количеств химических добавок, что практически невозможно при непосредственном приготовлении растворных смесей на стройплощадке. Поэтому все большую популярность стали приобретать ССС заводского изготовления, поставляемые на стройку в расфасованном виде.

Мировая практика применения ССС насчитывает немногим более 30 лет. Для РФ их промышленное производство – сравнительно новая и интенсивно развивающаяся отрасль стройиндустрии. Развитие производства ССС в мировой практике было вызвано, прежде всего, необходимостью значительного повышения производительности труда строителей при одновременном углублении специализаций строительных работ. Для каждого их вида должны применяться свои специализированные виды растворных и бетонных смесей, приготовление которых по традиционной «мокрой» технологии далеко не всегда рационально.

ССС подразделяют на простые (бездобавочные) и модифицированные. Наличие большого числа добавок, введенных в строго необходимом количестве – одно из главных преимуществ модифицированных сухих смесей, позволяющее регулировать в достаточно широком диапазоне как строительно-технологические, так и эксплуатационные свойства растворных смесей. Использование модифицированных различными добавками сухих смесей позволяет реализовывать тонкослойные технологии при выполнении плиточных и штукатурных работ, устройстве полов, при выравнивании стен и потолков.

Модификаторы или добавки, вносимые в смесь в небольших количествах, радикально изменяют физико-химические характеристики смеси. В результате она приобретает новые, улучшенные эксплуатационные свойства. Применяют также пластификаторы, замедлители схватывания, гидрофобизаторы, пеногасители и т.п.

Целесообразность использования ССС, как материала полной заводской готовности, подтверждена зарубежной и отечественной практикой строительства. Область применения ССС обширна: выполнение бетонных, штукатурных, кладочных, плиточных работ, устройство покрытий полов, заделка стыков.

Мировой и отечественный опыт использования сухих смесей показал их высокую эффективность и преимущества по сравнению с традиционными методами проведения работ:

– повышение производительности труда в 2…5 раз в зависимости от вида работ, механизации, транспортировки и т.д.;

– снижение материалоемкости по сравнению с традиционными технологиями в 3…10 раз в зависимости от вида работ;

– стабильность составов и, как следствие, повышение качества строительных работ;

– длительность срока хранения без изменения свойств и расходование по мере необходимости;

– возможность транспортирования и хранения при отрицательных температурах;

– сокращение отходов растворов в среднем на 5…7 % [33].

В настоящее время в мире выпускается широкая номенклатура сухих смесей для различных видов строительных работ. Как показала строительная практика последних лет, сухие смеси нашли применение во всех отраслях промышленности, связанных с применением вяжущих веществ.

Промышленность выпускает широкий ассортимент ССС, которые в соответствии с их назначением можно разделить на несколько групп. Каждая из этих групп объединяет довольно большое число смесей, отличающихся спецификой свойств и областей применения [32].

Кладочные смеси по объемам производства занимают ведущее место. В их качестве могут быть использованы обычные цементно-песчаные растворы марок от 100 до 200, содержащие минеральные или органические пластификаторы и тонкодисперсные минеральные добавки (золы ТЭС, молотые известняки, микрокремнезем и т.п.). Пластификаторы обеспечивают удобоукладываемость таких растворных смесей при укладке на пористое основание и способность растворной смеси удерживать воду. С помощью тонкодисперсных добавок достигается заданная прочность раствора. Для зимних кладочных работ используют противоморозные добавки.

Штукатурные смеси. Представлены очень широкой гаммой строительных смесей: от тривиальных цементно-песчаных растворов с лимитированной крупностью песка до сложных декоративных систем, модифицированных полимерами, пигментированных, с декоративными заполнителями, приближающиеся к фактурным окрасочным составам.

В зависимости от вида вяжущего используют гипсовые и цементные штукатурные сухие смеси. Для внутренних работ в помещениях с нормальным влажностным режимом применяют гипсовые смеси. Их преимущества:

– быстрое твердение (время полного затвердевания – 2…4 ч);

– отсутствие усадочных деформаций (как известно, гипс при твердении немного расширяется);

– возможность получения высококачественных покрытий в температурно-влажностных условиях, вызывающих быстрое высыхание смеси;

– светлый тон штукатурки облегчает последующую окраску;

– высокая паропроницаемость и создание в помещении благоприятного микроклимата.

Цементные штукатурные смеси производятся на основе цемента со специальными добавками, обеспечивающими тонкий слой нанесения растворной смеси, пластичность, высокую водоудерживающую способность. Это дает возможность их нанесения тонким слоем, причем однослойно, так как постоянное присутствие в штукатурном слое воды способствует реакции гидратации цемента, в результате которой штукатурка набирает требуемую прочность и обеспечивает прочное сцепление с основанием. Цементные смеси применяют, как правило, для проведения наружных работ и оштукатуривания стен в помещениях с повышенной влажностью.

Шпатлевочные смеси. Одним из главных показателей качества отделываемой поверхности является гладкость и отсутствие видимых дефектов (трещин, раковин), которые особенно ярко проявляются после окраски. Поэтому, для подготовки поверхности под окраску, т.е. для ликвидации дефектов этой поверхности используют шпатлевки (от нем. Spatel – лопатка).

Современные строительные шпатлевки, выпускаемые в виде сухих смесей, – это многокомпонентные системы, в основе которых лежит либо минеральное вяжущее (гипс, цемент), либо полимерное связующее. В шпатлевках на минеральном вяжущем обязательно присутствует полимерный модификатор (второе вяжущее) – редиспергируемые порошкообразные сополимеры винилацетата. Роль полимерного связующего заключается в обеспечении адгезии шпатлевки к основанию и формирование прочной структуры шпатлевки после ее нанесения.

Наполнитель в шпатлевках более тонкодисперсный, чем в штукатурных смесях (размер частиц не более 0,2…0,3 мм). В роли наполнителя используются карбонатные породы (известняк, мрамор) и мелкие пески. Наиболее распространены гипсовые шпатлевки, их преимущество – безусадочность, исключающая образование трещин. Но использовать их можно только в помещениях с сухим режимом эксплуатации.

Клеевые смеси. В последние годы для отделки фасадов, интерьеров и настилки полов все шире используются плиточные материалы: керамические и из природного камня. Поэтому клеевые смеси наряду со шпатлевочными – одни из самых популярных видов ССС. Сухая клеевая смесь для плиточных работ особенно удобна тем, что ее можно готовить небольшими порциями.

Важной проблемой при облицовке зданий керамической плиткой является повышение прочности сцепления плитки с поверхностью стены. Одними из эффективных в этом плане материалов зарекомендовали себя адгезивы – клеевые композиции. Для этого в состав ССС, применяющихся в качестве плиточных клеев, вводят порошкообразные полимеры (поливинилацетаты и эфиры целлюлозы). Как показала практика, такие клеевые композиции являются более эффективными по сравнению с обычными цементно-песчаными растворами. Толщина слоя клея составляет 5…7 мм (у цементно-песчаного раствора – 1...2 см) при сравнительно низком расходе (7…9 кг на 1 м² поверхности). Адгезионная прочность составляет 5…10 МПа, что существенно выше, чем у цементно-песчаных растворов.

Смеси для полов. В современных зданиях и сооружениях пол представляет собой горизонтальную многослойную конструкцию, каждый слой которой имеет определенное функциональное значение. Полы должны иметь высокие показатели качества по прочности, деформативности, истираемости, трещиностойкости, коррозионной стойкости и декоративности. На основе ССС разработаны специальные бетонные смеси и пескобетоны для устройства оснований пола. В их состав входят высококачественный цемент, обогащенный песок, фракционированный гранитный щебень (гравий) с комплексом химических добавок, обеспечивающих высокие эксплуатационные и строительно-технологические показатели затвердевших покрытий. Они отличаются высокой механической прочностью, ударостойкостью, низкой истираемостью, стойкостью к агрессивным средам, водонепроницаемостью.

Сухие смеси для полов могут быть двух типов:

– смеси для устройства стяжек;

– смеси для устройства лицевого покрытия пола.

Задачи, выполняемые материалом стяжки, – выравнивание основания пола под лицевое покрытие и передача нагрузки от покрытия к основанию. Смеси, используемые как лицевое покрытие, кроме того, должны обладать низкой пористостью, высокими прочностными свойствами и износостойкостью.

Для полов эффективны самовыравнивающиеся смеси, которые после затворения водой и интенсивного перемешивания, благодаря совместному действию системы пластифицирующих и водоудерживающих добавок, обладают свойствами «жидкого тела». Они могут растекаться под действием собственной массы, образуя ровную горизонтальную поверхность. При этом у них не наблюдается седиментации – расслоения с выделением воды на поверхности и оседанием заполнителя.

В смесях для стяжек в качестве вяжущего применяют портландцемент и гипс, а для лицевых покрытий – портландцемент или глиноземистый цемент. Для покрытий полов эффективны безусадочные смеси. Использование полимерных модификаторов обеспечивает высокую износостойкость пола [1].

Гидроизоляционные материалы – используются бетоны повышенной водонепроницаемости или применяется пропиточная гидроизоляция ограждающих конструкций. Для получения бетонов повышенной водонепроницаемости применяют расширяющийся или напрягаемый цементы. Использование последнего позволяет также существенно повысить морозостойкость (до 500 циклов и выше) и в 3…6 раз долговечность железобетонных конструкций.

Принцип действия пропиточной гидроизоляции основан на проникновении в бетон химически активных элементов по капиллярным порам, с последующим химическим взаимодействием со свободной известью и конденсацией на поверхности пор. Существует также обмазочная гидроизоляция, т.е. на поверхность бетона наносится гидроизоляционный слой.

Красочные составы. Применение красочных составов в виде сухих смесей позволило повысить качество и экономичность отделочных покрытий. Порошковые полимерные краски применяются в различных отраслях промышленности. Они представляют собой мелкодисперсные сухие смеси, состоящие из твердых полимеров, наполнителей, пигментов и специальных добавок. Красочные покрытия, нанесенные такими составами, отличаются высокой долговечностью, стойкостью к атмосферным воздействиям, не выцветают и могут придавать различные цветовые оттенки (рис. 57).

Рис. 57. Настенные декоративные покрытия на основе красочных

составов сухих строительных смесей

Расширение применения ССС – еще один шаг в современной технологии строительства, направленной на повышение качества и надежности строительных работ.