Строительный раствор — искусственный каменный материал, полученный в результате затвердения растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства смеси и растворов. Крупный заполнитель отсутствует, так как раствор применяют в виде тонких слоев (швы каменной кладки, штукатурка).

Для изготовления строительных растворов чаще используют неорганические вяжущие вещества (цементы, воздушную известь и строительный гипс).

Строительные растворы разделяют в зависимости от вида вяжущего вещества, величины плотности и назначения.

По виду вяжущего различают растворы простые и сложные. К простым относятся растворы, где присутствует один тип вяжущего, например:

• цементные
• известковые;
• гипсовые.

К сложным растворам относятся растворы, в которых присутствует несколько вяжущих:

• цементно-известковые;
• цементно-глиняные;
• известково-гипсовые. По плотности различают:
• тяжелые растворы плотностью более 1500 кг/м³, изготовляемые обычно на кварцевом песке;
• легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м³, изготовляемые на пористом мелком заполнителе и с породообразующими добавками.

По назначению различают строительные растворы:

• кладочные — для каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов;
• штукатурные — для оштукатуривание внутренних стен, потолков, фасадов зданий;
• монтажные — для заполнения швов между крупными блоками, панелями при монтаже зданий и сооружений из готовых сборных конструкций и деталей;
• специальные — декоративные, гидроизоляционные, тампонажные.

1. Материалы для растворов

Вяжущие вещества применяют портландцемент и шлакопортландцемент; марку цемента берут в 3–4 раза выше марки раствора. Воздушную известь в виде известкового теста вводят в смеситель при изготовлении растворной смеси; реже используют молотую негашеную известь. Строительный гипс входит в состав гипсовых и известково-гипсовых растворов.

Пески применяют природные — кварцевые, полевошпатовые, а также искусственные — дробленные из плотных горных пород и пористых пород; из искусственных материалов (пемзовые, керамзитовые, перлитовые). Пористые пески служат для приготовления легких растворов. Если песок содержит крупные включения (комья), то его просеивают. Для кирпичной кладки применяют растворы на песках с зернами не более 2 мм. Для раствора марки М100 и выше пески должны удовлетворять тем же требованиям в отношении содержания вредных примесей, что и пески для изготовления бетона. Для растворов марки М50 и ниже допускается по соглашению сторон содержание пылевидных частиц до 20 % по массе.

Песок — зерна минералов и пород. Как говорилось выше, применяется он для приготовления растворов, бетонов. Различают овражный, горный, озерный, речной пески. На сегодняшний день карьерный песок — это один из наиболее распространенных материалов, используемых для строительства.

Рис. 1. Песок

Песок состоит из небольших, твердых частей зерна. Широкое применение такой песок приобрел благодаря низкой себестоимости и хорошим природным свойствам. Совет: перед употреблением промывайте и просеивайте песок, потому что овражные и горные пески засорены глиной, озерный — илом, а содержание глины, ила и прочих примесей не должно превышать 4–5 %. Однако неопытному глазу трудно определить степень засоренности песка.

Чтобы проверить чистоту песка, для начала смочите его водой и сожмите в кулак. Чистый песок не должен слипаться и оставлять грязных следов на руке.

По крупности зерен фракции песок делится на мелкий — 1–2 мм, средний — 2–2,5 мм и крупный — 2,5–3,5 мм.

Для приготовления бетонов используйте крупный и средний песок, а для приготовления кладочных и штукатурных растворов — мелкий.

Обычный природный песок называют тяжелым, песок с добавлением шлака, пемзы и т. д. — легким.

Песок, гравий и щебень применяют также для устройства оснований под дорожки, дренажных сооружений.

Достоинства песка:

• предприятия не применяют собственные резервы для очистки полученного песка. Исходя из того, что карьерный песок нельзя обрабатывать и прибегать к другим методам производства, экономят деньги на очистку и просеивание добытого материала;
• добыть песок совсем не сложно с помощью специальных устройств. Открытый способ является наиболее точным и не затратным, поэтому большинство предприятий прибегают к использованию такого метода добычи;
• доставка карьерного песка тоже не требует больших финансовых затрат. Песчаных залежей в карьерах на сегодняшний день большое количество, поэтому в любое время можно разыскать нужное количество песка вблизи.

Недостатки песка:

• карьерный песок содержит больший процент органических глинистых и пылеватых частиц — до 7 % против 0,05 % в речном аналоге.
• вследствие структурного состава он оседает, уплотняется в момент схватывания и застывания бетона. Готовая конструкция дает усадку до 1 мм на 1 м.

Пластифицирующие добавки. Чаще всего растворные смеси укладывают тонким слоем на пористое основание способное отсасывать воду (кирпич, бетоны легкие, ячеистые). Чтобы сохранить удобоукладываемость растворных смесей при укладке на пористое основание, в них вводят неорганические и органические добавки, повышающие способность удерживать воды.

Неорганические дисперсные добавки состоят из мелких частиц, хорошо удерживающих воду (известь, глина, зола ТЭС, диатомит, молотый доменный шлак). Глина, используемая в качестве пластифицирующей добавки, не должна содержать органических примесей и легкорастворимых солей, вызывающих появление «выцветов» на фасадах зданий. Глину вводят в растворную смесь в виде жидкого теста.

Органические поверхностно-активные пластифицирующие и воздухововлекающие добавки — омыленный древесный пек, канифольное мыло, мылонафт (состоит из натриевых солей, представляет мазеобразную коричневую массу), ЛСТ и другие вводят в количестве 0,1–0,3 % от массы вяжущего. Они не только улучшают удобоукладываемость растворных смесей, но также повышают морозостойкость, снижают водопоглощение и усадку раствора.

В растворы, применяемые для зимней кладки и штукатурки, добавляют ускорители твердения, понижающие температуру замерзания растворной смеси: хлористый кальций, поташ, хлористый натрий, хлорную известь.

2. Основные свойства растворов

Удобоукладываемость — это свойство растворной смеси легко укладываться плотным и тонким слоем на пористое основание и не расслаиваться при хранении, перевозке и перекачивании растворонасосами. Она зависит от подвижности и способности смеси.

Подвижность смесей характеризуется глубиной погружения металлического конуса массой 300 г стандартного прибора (рис. 2).

Рис. 2. Стандартный конус

Требуемую подвижность определяют в зависимости от вида и отсасывающей способности основания. Для кирпичной кладки подвижность раствора составляет 9–13 см, для заполнения швов между панелями и другими сборными элементами — 4–6 см, а для вибрирования бутовой кладки — 1–3 см.

Водоудерживающая способность — это свойство растворной смеси сохранять воду при укладке на пористое основание, что необходимо для сохранения подвижности смеси, предотвращения расслоения и хорошего сцепления раствора с пористым основанием. Водоудерживающую способность увеличивают путем введения в растворную смесь неорганических дисперсных (состоящих из мелких частиц) добавок и органических пластификаторов.

Для увеличения водоудерживающей способности раствора кирпич смачивают водой.

Смесь с этими добавками отдает воду пористому основанию постепенно, при этом он становится плотнее, хорошо сцепляется с кирпичом, отчего кладка становится прочнее. Удобоукладываемую растворную смесь получают, если правильно назначен зерновой состав ее твердых составляющих, определяемый соотношением песка, вяжущего и дисперсной добавки. Тесто вяжущего заполняет пустоты между зернами песка и равномерно покрывает песчинки тонким слоем, уменьшая внутреннее трение.

С удобоукладываемой растворной смесью удобно работать, в результате повышается производительность труда. От удобоукладываемости растворной сети зависит качество каменной кладки. Правильно подобранная растворная смесь заполняет неровности, трещины, углубления в кирпиче или камне, поэтому получается бо́льшая площадь контакта между раствором кирпичом (камнем), в результате прочность и монолитность кладки возрастает. Увеличивается долговечность стен.

Основными свойствами строительных растворов являются: прочность (марка) к заданному сроку твердения, сцепление с основанием, морозостойкость и деформативные характеристики (усадка в процессе твердения, влияющая на трещиностойкость, модуль упругости, коэффициент Пуассона).

Прочность при сжатии определяют испытанием образцов-кубиков с длиной ребра 7,07 см в возрасте, установленном в стандарте или технических условиях на данный вид раствора. Изготовление образцов из растворной смеси подвижностью менее 5 см производят в обычных формах с поддоном, а из смеси с подвижностью 5 см и более — в формах без поддона, установленных на основании-кирпиче (покрытом смоченной водой газетной бумагой).

Прочность смешанных растворов зависит от количества введенной в раствор извести или глины. Оптимальная добавка известкового или глинистого теста, позволяющая получить удобоукладываемые растворные смеси и плотные растворы, соответствует максимуму на кривых прочности (см. В. Г. Микульский «Строительные материалы», с. 307) — график влияния дисперсных добавок (извести, глины) на прочность растворов состава (цемент : песок — 1) 1 : 1; 2) 1 : 4; 1 : 5; 4) 1 : 6; 5) 1 : 9) для растворных смесей разного состава — от жирных 1 : 3 до «тощих» состава 1 : 9; состав указан в объемных частях — цемент : тесто : песок.

На основании закономерностей, управляющих прочностью растворов, составлены таблицы рекомендованных составов разных марок, которыми широко пользуются на практике.

Строительные растворы по прочности в 28-суточном возрасте при сжатии делят на марки: 4, 10 25, 50, 75, 100, 150, 200. Растворы марок 4 и 10 изготовляют на воздушной и гидравлической смеси и др. Понижение температуры замедляет рост прочности растворов.

Следовательно, при низких положительных температурах прочность раствора в возрасте 28 сут. составляет 55–72 % от марки. Поэтому в зимнее время широко применяют растворы с химическими добавками (поташа, нитрата натрия), понижающими температуру замерзания раствора и ускоряющими набор его прочности. Зимой марку раствора для каменной кладки (без тепляков) и монтажа крупнопанельных стен обычно повышают на одну ступень против марки при летних работах (например, 75 вместо 50).

Морозостойкость раствора характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают насыщенные водой стандартные образцы-кубики размерами 7,07 × 7,07 × 7,07 см (допускается снижение прочности образцов не более 25 % и потеря массы не свыше 5 %).

Строительные растворы для каменной кладки наружных стен и наружной штукатурки имеют марки по морозостойкости: F10, F15, F25, F35, F50, причем марка повышается для влажных условий эксплуатации. В таких условиях растворы удовлетворяют и более высоким требованиям по морозостойкости: F100, F150, F200, F300. Морозостойкость растворов зависит от вида вяжущего вещества, водоцементного отношения, введенных добавок и условий твердения.

3. Строительные растворы по виду и назначению

Для каменной кладки наружных стен зданий применяют главным образом цементные и смешанные растворы (цементноизвестковые и цементно-глиняные) марок 10, 25, 50 в зависимости от влажностных условий и требуемой долговечности здания. В кладке перемычек, простенков, карнизов, столбов марка может быть повышена до 100.

Виброкирпичные панели изготовляют с применением растворов марки 75, 100, 150, приготовленных на портландцементе и шлакопортландцементе.

Монтажные растворы для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из легкобетонных панелей должны иметь марку не ниже 50, а для панелей из тяжелого бетона — не ниже 100.

Минимальные расходы цемента для растворов различного назначения 75–125 кг/м³ песка принимают для подземной кладки зданий в зависимости от относительной влажности воздуха в помещениях, а для кладки фундаментов — в соответствии с влажностью грунтов.

Для кладки во влажных грунтах и ниже уровня грунтовых вод применяют растворы на портландцементе с активными минеральными добавками или на шлакопортландцементе (с минимальным расходом цемента 125 кг/м³).

Штукатурные растворы. Для наружных каменных и бетонных стен зданий применяют цементно-известковые растворы, а для оштукатуривания деревянных поверхностей в районах с сухим климатом используются известково-гипсовые растворы. Внутреннюю штукатурку стен и покрытий здания при относительной влажности воздуха помещений до 60 % выполняют из известковых, гипсовых, известково-гипсовых и цементно-известковых растворов.

Подвижность штукатурных растворов и предельная крупность применяемого песка для каждого слоя штукатурки различны. Подвижность раствора для подготовительного слоя при нанесении механизированным способом составляет 6–10 см, а при ручном труде — 8–12 см. Наибольшая крупность песка при этом должна быть не более 1,2 мм для увеличения подвижности штукатурных растворов вводят гидрофобно-пластифицирующие добавки.

Фирма «Кнауф» (Германия) выпускает для отечественного рынка гипсовые штукатурные смеси «Гольдбанд» — для бетонных и кирпичных поверхностей и «Ротбанд» — для оштукатуривания потолков и стен из любых материалов. Эти смеси отличаются хорошими технологическими и эксплуатационными свойствами.

Декоративные растворы предназначены для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий. Эти растворы изготовляют на белом, цветном и обычном портландцементах; для цветных штукатурок внутри зданий применяют также строительный гипс и известь. Заполнителем служит чистый кварцевый песок либо дробленные пески из белого известняка, мрамора и т. п. Для лицевого отделочного слоя панелей наружных стен (из легкого бетона) применяют раствор марки 50, для отделки ж/б конструкций — 150 с морозостойкостью не ниже 35.

Гидроизоляционные растворы для гидроизоляционных слоев и штукатурок обычно изготовляют составы цемент : песок 1 : 2,5 или 1 : 3,5 по массе; цементы, сульфатостойкий портландцемент.

Инъекционные цементные растворы применяют для заполнения каналов в предварительно напряженных конструкциях и уплотнения бетона. Марка раствора должны быть не ниже 300, поэтому используют портландцемент марки 400–500.

Рентгенозащитный раствор приготовляют на баритовом песке (ВаSO₄) предельной крупностью 1,25 мм, применяя портландцемент или шлакопортландцемент. В него вводят добавки, содержащие легкие элементы: литий, бор и др.

Пластификаторы для растворов и бетонов. Пластично-вязкие свойства строительных растворов и бетонов регулируют с помощью поверхностно-активных веществ.

Для пластифицирования растворных и бетонных смесей применяют добавки поверхностно-активных веществ в количестве 0,05–0,5 % от массы вяжущего вещества.

Существуют три основные группы поверхностно-активных пластифицирующих добавок: воздухововлекающие, гидрофильно- и гидрофобно-пластифицирующие.

Воздухововлекающие добавки. К таким добавкам относятся:

• абиетат натрия — продукт омыления абиетиновой смолы; применяется в виде жидкости или порошка;
• омыленный древесный пек (паста) — представляет собой нейтрализованные едким натром жирные кислоты древесного пека хвойных пород;
• микропепообразователь БС (порошок) — содержит омыленные жирные кислоты животного или растительного происхождения (белковые отходы боен, стебли сельскохозяйственных культур и др.);
• микропенообразователь ОС (масса черного цвета, содержащая от 10 до 45 % омыленных жиров) — представляет собой отход соапстока, получаемый на мыловаренных заводах. Применяется в виде едкой эмульсии состава 1 : 40, получаемой путем растворения ОС в воде, нагретой до 90 °С.

Гидрофилизующие добавки (концентраты сульфитноспиртовой бражки) значительно уменьшают количество воды, необходимой для затворения, и повышают пластичность растворной смеси. Применяют в жирных растворных смесях. Концентраты сульфитно-спиртовой бражки бывают жидкие (КБЖ), твердые (КБТ) и порошкообразные (КБП). Они представляют собой кальциевые соли лигносульфоновых кислот с примесью минеральных веществ.

Гидрофобизирующие добавки вовлекают в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха, что также улучшает подвижность бетонной смеси. Молекулы поверхностно-активных гидрофобных добавок, адсорбируясь на поверхности раздела воздух — вода, понижают поверхностное натяжение воды и стабилизируют мельчайшие пузырьки воздуха в цементном тесте.

К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относятся мылонафт, гидрофобизующие кремнийорганические жидкости, такие как этилсиликонат натрия (ГКЖ-10), метилсиликонат натрия (ГКЖ-11), этилгидросилоксановая жидкость (ГКЖ-94) и др. Данные добавки рекомендуется применять в тощих бетонах, отличающихся малым расходом цемента. После укладки и затвердевания бетона такие добавки, адсорбируясь в порах, придают бетону водооталкивающие свойства (гидрофобизуют бетон). В результате сильно уменьшается водопоглощение, одновременно возрастают морозостойкость и сопротивляемость бетона коррозии. Применение гидрофобнопластифицирующих добавок — эффективный способ повышения долговечности бетонных и железобетонных конструкций.

В недавнее время на строительном рынке появились так называемые теплые кладочные растворы — это строительная смесь для ячеистобетонных изделий: пенобетона, газобетона, газосиликата, пеносиликата и поризованыхкерамоблоков. Связующим веществом в данной смеси традиционно служит цемент, а наполнителями являются пемза, перлит, керамзитовый песок. Теплый раствор еще называют легким из-за его веса и низкой плотности.

Замена обычной цементной смеси на теплую повышает теплоизоляцию кладки на 17 %. Такой эффект происходит за счет разных коэффициентов теплопроводности. У цементно-песчаной смеси данный показатель составляет 0,9 Вт/м∙°С, а у теплой — 0,3 Вт/м∙°С.

Минимальные марки растворов (от М10 до М50) используются для строений 1 степени долговечности, а также для кладки малоэтажных зданий из высокопористых материалов, прочность которых составляет 3,5–5 МПа. Таким образом, для данного вида построек должны использоваться связующие смеси с прочностью от 1 до 5 МПа.

Крупные заполнители для бетонов

Гравий — рыхлая крупнообломочная (псефитовая) осадочная горная порода, сложенная окатанными обломками пород (иногда содержит обломки минералов размером 1–10 мм), образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых горных пород.

Рис. 3. Гравий

В зависимости от преобладающих размеров обломков гравий подразделяют на крупный (5–10 мм), средний (2,5–5 мм) и мелкий (1–2,5 мм). В промежутках между гравийными обломками может присутствовать мелкообломочный материал. Гравий используют для строительства трасс, фундаментов, засыпки разнообразных площадок, получения кровельных материалов.

Для гравия и щебня, обладающего средней плотностью гранул 2–3 г/см³ и используемого для получения тяжелого бетона, дорожных и иных строительных работ, разработан ГОСТ 8267–93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия». Гравий диаметром 3–10 мм применяется при обустройстве игровых и спортивных площадок, частных пляжей, для фильтрации колодцев или родников, во флористике. Гравий 10–20 мм в величину используют для получения легкого бетона. В 1 м³ бетона примерно 1 т гравия в виде наполнителя.

Основные свойства природного гравия

• плотность материала может колебаться в зависимости от его типа. Усредненный показатель плотности гравия — 2,6–2,7 т/м³. Насыпная плотность может иметь значение от 1,43 до 1,61 т/м³;
• объемный вес равен 1600 кг/м³, а удельный — 1400 кг/м³;
• форма зерен может быть округлой, округло-угловатой, угловатой. Согласно ГОСТу 8267–93, в составе гравия может быть не больше 35 % (от массы) зерен, имеющих игловатую или пластинчатую форму;
• прочность материала выражается в марках по дробимости при раздавливании (или сжатии) в цилиндре. Существуют такие марки по прочности: ДР8, ДР12, ДР16, ДР24. Предел прочности на сжатие равен 1,5 т/см²;
• для гравия, который используется в строительстве дорог, дополнительно устанавливают меру истираемости, которая определяется в результате испытаний в полочном барабане. При этом выделяют марки И-I, И-II, И-III и И-IV;
• исходя из степени морозостойкости, выделяют марки гравия от F15 до F400.

Щебень — камень, который получается за счет дробления горных пород или искусственных камней. Его размеры сопоставимы с размерами гравия. Гравий и щебень применяют в качестве заполнителей в различных бетонах. Щебень лучший заполнитель, чем гравий, он имеет меньше примесей и более прочное сцепление с цементом.

Рис. 4. Щебень

При производстве этого материала придерживаются нормативов ГОСТ 8267–93 «Щебень и гравий из плотных пород для строительных работ». Фракции этого щебня: 0–5 мм, 5–10 мм, 5–20 мм, 20–40 мм, 40–70 мм, 70–120 мм. Наиболее востребованная фракция — это 5–20 мм, она идеально подходит для производства бетона и асфальта.

Главные характеристики щебня

• плотность — средняя плотность составляет 1,4–3 г/см³;
• марка прочности на сжатие — определяется пределом прочности исходной горной породы при сжатии и дробимостью щебня;
• лешадность — характеристика, которая определяет степень плоскости щебня;
• фракция — сортировка строительного материала по размеру. Число фракций определяет максимально допустимый размер зерен;
• морозостойкость — определяется количеством циклов замораживания и оттаивания. Наиболее востребованый щебень с маркой F300;
• радиоактивность щебня — естественный радиоактивный фон строительного материала. Щебень первого класса применяют для выполнения любых работ, второго — для строительства дорог.