Воздушные вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют воздушные вяжущие, состоящие из полуводного гипса или ангидрита.

В зависимости от температуры термической обработки вяжущие делят на низкообжиговые (гипсовые) и высокообжиговые (ангидритовые).

Сырье для производства гипса – осадочная горная порода – природный гипс (СaSO₄*2H₂O), реже – побочные продукты химической промышленности (фосфогипс и т.д.).

При нагревании до 130^о-180^оС двуводный сульфат кальция отдает часть химически активной воды и переходит в полуводный сульфат кальция (CaSO₄*0.5H₂O).

Термические обработки природного гипса осуществляют «сухим» способом в открытых аппаратах или в котлах – автоклавах при давлении выше атмосферного (при этом получается более крупные и плотные кристаллы, пониженная водопотребность, большая прочность).

Материал измельчают в порошок как до, так и после термической обработки. Твердение гипсового вяжущего обусловлено быстро протекающей гидратацией полуводного сульфата кальция, сопровождающейся выделением теплоты. Свежеприготовленные гипсовые изделия не прочны, т.к. много химически несвязанной воды; для повышения прочности – изделия сушат до 60-70^оС, чтобы не началась дегидратация двуводного гипса.

По тонкости помола делятся на 3 группы. На сите с отверстиями 0,2мм остаток – не более 23% - 1-ая группа, не более – 14% - 2-ая группа, не более - 2% - 3-я группа. Пористость камня ниже, а прочность выше у вяжущего с меньшей водопотребностью.

Особенности гипса – быстрое схватывание и твердение. По срокам схватывания – 3группы:

-быстротвердеющие (группа А), схватывание не ранее, чем через 2 мин., конец - не позднее, чем через 15мин.;

-нормально твердеющие (группа Б), схватывание не ранее, чем через 6мин., конец – не позднее, чем через 30мин.;

-медленнотвердеющие (группа В), схватывание не ранее, чем через 20мин., конец – не ограничен.

Для замедления схватывания добавляют при затворении с водой животный клей, органические клееподобные вещества, понижающие растворимость полугидрата. Марочную прочность определяют после 2-х часов твердения на воздухе балочек 4х4х16см. Стандартом предусмотрены 12 марок (Г-2 …. Г-25).(Цифра – минимальный предел прочности или сжатия, в МПа). Предел прочности при изгибе – от 1,2 – 8 МПа.

Маркировка гипсового вяжущего содержит информацию о прочности, сроках схватывания и дисперсности. Например: Г- 5Б2 – гипсовое вяжущее прочностью при сжатии не менее 5МПа, нормально твердеющее, среднего помола. (строительный, высокопрочный – устаревшие марки)

Достоинства: расширение объема на 0,3%.

Недостатки: повышенная гигроскопичность, низкая водостойкость, значительная деформация под нагрузкой (ползучесть) влажного гипсового камня, коррозия стальной арматуры в гипсовых изделиях.

Для повышения водостойкости вводят полимерные и гидрофобизирующие добавки, уплотнение смесей с пониженным водосодержанием.

Гипсовые вяжущие используются для производства ГКП, ГВП (волокнистые плиты), гипсобетонных перегородочных панелей и блоков, декоративных и звукопоглощающих изделий, для приготовления штукатурных растворов для внутренних частей зданий влажностью – до 60%, в качестве добавки к другим вяжущим.

Заполнители и наполнители для растворных, бетонных, мастичных и клеевых смесей

Для приготовления смесей на минеральных вяжущих применяют заполнители и наполнители, а так же специальные добавки.

Заполнителями для растворов и бетонов называют рыхлую смесь зерен

природного или искусственного происхождения. (Чем больше заполнителей в бетоне и растворе, тем он дешевле). Заполнители занимают до 85% объема бетона и до 70% объема раствора. В бетонах и растворах заполнители снижают усадку материала и повышает его трещиностойкость, определяют свойства бетона и раствора. Если применяют в качестве заполнителя пемзу или вспученные шлаки, получают легкие бетоны и растворы с хорошими теплоизолирующими свойствами. Если применяют дроблёные мрамор, андезит, цветное стекло, слюду, то получают декоративные растворы и бетоны для определенных работ. В зависимости от размера зерен различают заполнители мелкие (0,16-5мм) и крупные (5-70мм).

Мелкий заполнитель - это песок, крупным заполнителем может быть щебень (шероховатые частицы неправильной формы) или гравий (гладкие округленные частицы). Для приготовления растворов используют только мелкий заполнитель, а для бетонов – мелкий и крупный. По происхождению заполнители подразделяют: на природные, искусственные, заполнители из отходов промышленности. Природные (отходы) – гранит, диабаз, известняк, туф, гравий, кварцевый песок, мрамор и др. Искусственные (из природного сырья и отходов промышленности путем термической или др. обработки)-керамзит, термолит, шлаковая пемза. Заполнители из отходов промышленности – плотные и пористые щебень и песок из металлических и топливных шлаков, крупнодисперсные золы ТЭС, золошлаковые смеси. Показатели качества заполнителей: плотность, зерновой и минеральный состав, форма и характер поверхности зерен, содержание вредных примесей, прочность, морозостойкость. По насыпной плотности заполнители подразделяются на тяжелые (плотные), имеющие плотную структуру частиц и насыпную плотность более 1200кг/м³ (марки 1200 и более), мягкие (пористые), имеющие пористую структуру частиц и насыпную плотность менее 120 кг/м³ (марка 200-800).

Тяжелые заполнители имеют среднюю плотность > 2000 кг/м³, пористые - <2000 кг/м³. Для лёгких растворов и бетонов плотность заполнителей- менее 1800 кг/м³. Зерновой состав заполнителей влияет на получение раствора и бетона заданных свойств при минимальном расходе вяжущего. Минимальный расход вяжущего достигается тогда, когда и удельная поверхность, и пустотность зерен заполнителя стремится к минимуму.(Удельная поверхность тем меньше, чем больше крупность частиц заполнителя. Для сокращения пустотности заполнителя (промежутки между крупными зернами) в состав вводят зерна меньшего размера, но это приводит к увеличению удельной поверхности заполнителя и может привести к перерасходу вяжущего; отношение между зернами разного размера в заполнителе должно быть оптимальным, при котором объем пустот и суммарная поверхность зерен требует минимального расхода вяжущего для получения нерасслаиваемой смеси определённой удобоукладываемости, а раствора и бетона - заданной плотности и прочности. Для оценки состава заполнителей используют ситовый анализ.

По зерну 5мм проходит граница между мелким и крупным заполнителем. Зерновой состав песка устанавливают на ситах с размером отверстий 5-0,16мм, крупного 70-5мм. Щебень с размером зерен 5-20 мм является полифракционным, а от 10-20мм - монофракционным.

По характеру формы зерен различают заполнители округлой формы (гравий, речной и морской песок) и угловатой (щебень, дробленый песок). Форма зерен влияет на удобоукладываемость бетонных и растворных смесей. Предпочтительнее зерна округлой и кубовидной формы. Характер поверхности заполнителей влияет на свойства смесей и прочность раствора и бетона. [Смеси на заполнителях с округлой поверхностью обладают хорошей удобоукладываемостью, а с шероховатой поверхностью укладываются хуже, но бетон и раствор приобретает большую прочность, чем на гравии и природном песке. Это объясняется большей площадью поверхности сцепления шероховатого заполнителя с цементным камнем].

Содержание вредных примесей в заполнителях оказывает существенное влияние на свойства растворов и бетонов (вредные примеси могут вступать во взаимодействие с цементом, в результате чего образуется соединение, снижающее его прочность, вызывающее коррозию). К числу вредных примесей относят сульфаты, сульфиды, аморфные разновидности кремнезёма (халцедон, опал, вулканическое стекло), органические примеси (гумус) и др.

Прочность заполнителей влияет на прочность бетона и раствора. Прочность щебня 20-140МПа, если прочность породы меньше 20МПа, ее относят к слабым.

Прочность гравия характеризуется его маркой, определяемой по дробимости (чем слабее гравий, тем больше раздробленных зерен. Раздробленные зерна отсеивают сквозь сито с размером отверстий 5мм и определяют показатель дробимости по остатку на сите). Марки по дробимости могут быть от 8 до 24. (Др8 означает, что после испытаний раздробилось не более 8% всей массы). Гравий тем слабее, чем больше число в марке. Для придания раствору большей прочности, желательно применять песок с остроугольными зернами, т.к. они лучше сцепляются с вяжущими, но песок должен быть как можно чище. Песок с крупностью частиц не более 5мм и модулем крупности не ниже 2 применяют для бетонов и растворов, используемых для замоноличивания сборных ж.-б. конструкций и заполнения швов при монтаже панелей. Для строительных растворов применяют пески не более 2,5мм (для кладки кирпича и штукатурных работ). Содержание мелких зерен не должно превышать в строительных растворах 20%, в бетонах -10%. (до 0,16мм) Мелкие частицы увеличивают удельную поверхность и увеличивают расход цемента. Содержание пылевидных частиц мешает обволакиванию песка цементом, увеличивают удельную поверхность; снижают прочность и т.д. Поэтому содержание пылевидных и глинистых примесей должно быть не более 3% по массе. Песок обладает способностью менять свой объем и соответственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20-25%. Бывают дробленые тяжелые пески (мрамор, базальт, диабаз), они используются в специальных целях; легкие пески (пемза, туф), пески осадочного происхождения (ракушечник, известковые туфы), кремнезёмистые (диатомиты, трепел, опока). Неорганические искусственно приготовленные легкие пески: керамзитовый, аглопоритовый, перлитовый и пески на основе пористых шлаков.

К органическим пористым заполнителям для растворов и бетонов относятся опилки, дробленый уголь, соломенная сечка, торф, мох.

Наполнители

Представляют собой тонкодисперсные порошкообразные или волокнистые материалы, которые вводятся в само минеральное вяжущее или в растворы, мастики и клеи на его основе, порошкообразные наполнители с частичками менее 10 мкм называют пылеватыми, а с размерами частиц 10-150 мкм - каменной мукой.

Наполнители используют для удешевления, для декоративной окраски фасадных растворов, для снижения усадки, для создания армирующего скелета, для повышения однородности, улучшения консистенции, повышения прочности на изгиб и растяжение (при использовании волокнистых наполнителей).

В качестве наполнителей используют: известковые доломитные муку и пыль, мел, каменную муку, асбест, молотый кварц, песок, золы ТЭС и т.п.

(Мел применяют для разбеливания цветных растворов. Каменная мука – для разбеливания цементов и придания необходимых оттенков мозаичным растворам. Асбест – волокнистый материал применяют в качестве армирующего наполнителя. Молотый кварцевый песок – самый дешевый и доступный наполнитель, имеет высокую кислото- и щелочестойкость.

Золы ТЭС не требуют помола, используют в качестве наполнителя в гипсовые мастики для крепления гипсокартонных листов).

Добавки для регулирования свойств

Добавки вводят для придания нужных свойств, уменьшения расхода вяжущего и т.д. Их делят на пластифицирующие (улучшающие удобоукладываемость смесей), стабилизирующие (предупреждающие расслоение смесей), водоудерживающие (уменьшающие водоотделение смесей).

Пластифицирующие добавки разжижают смесь, облегчают работу с ней без снижения прочности- это ПАВы. Различают гидрофильно-пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие добавки. Гидрофильно-пластифицирующие - ЛСТ – (лигносульфонаты технические), ПАЩ (натриевая соль адипиновой кислоты). Дозировка: 0,15 – 3% от массы цемента. Эти добавки улучшают удобоукладываемость смесей при сохранении расхода вяжущего и прочности раствора и бетона, сокращают расход воды, что повышает прочность раствора и бетона, сокращает расход вяжущего на 7-12%.

Гидрофобно- пластифицирующие - мылонафт, асидол, гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ – 10, ГКЖ – 11). Применяют в смесях с малым содержанием вяжущего (тощие смеси). Эти добавки после затвердения раствора и бетона, способствуют уменьшению водопоглощения и капиллярного всасывания. Поэтому повышается водо- и морозостойкость, водонепроницаемость, повышается долговечность. Суперпластификаторы – синтетические полимерные материалы в количестве до 1,2% от массы цемента. Обладают более сильным разжижающим действием и не замедляют твердение бетона, (называется «разжижитель С-3»), улучшают удобоукладываемость смесей, транспортировку и укладку, уменьшают расход воды, повышая прочность изделий.

Неорганические пластификаторы

Они состоят из тонких частиц, которые обволакиваются водой, удерживают ее на своей поверхности. Эти слои воды играют роль смазки, облегчающей скольжение, что и обуславливают пластифицирующие действие. Наиболее эффективно применение в цементных растворах малой и средней прочности, когда марка раствора по прочности существенно ниже, чем марки цемента. Уменьшая количество вяжущего, надо тем не менее получить пластичную смесь. Неорганический пластификатор придает пластичность растворной смеси, а вяжущее – прочность раствору. В качестве неорганических пластификаторов применяют воздушную известь и глину, золы ТЭС, пыль электрофильтров, молотые шлаки, известняки. Количество неорганических пластификаторов в растворах составляет 20-200% от массы вяжущего, и чем больше, тем ниже марка раствора по прочности.

Для приготовления низкомарочных бетонов, промышленность выпускает специальный кладочный цемент, в состав которого входит 20-30% цементного клинкера, а остальное – неорганические пластифицирующие добавки или активные минеральные добавки (трепел, диатомит, пемза т.д.). Для высокопрочных растворов (марки 100 и выше) более рационально применять органические поверхностно-активные пластифицирующие добавки, а для низкомарочных – неорганические пластификаторы, иногда их используют совместно.

Добавки, регулирующие схватывание смесей и твердение растворов и бетонов

Бывают добавки, ускоряющие или замедляющие схватывание, ускоряющие твердение, противоморозные (при устройстве мозаики нужно, чтобы бетон набирал прочность быстрее, а для перевозки или для перекачивания - медленнее).

Ускорителями твердения является хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), нитраты кальция (НК), и натрия (НН), многокомпонентные добавки типа: нитрит-нитрат-хлорид кальция(ННХК), нитрит-нитрит кальция (ННК).

Добавки – ускорители вводят в смесь вместе с водой в количестве 1-3% от массы цемента. Чтобы избежать коррозии арматуры, ее применение ограничивают до 2%. Замедлители твердения для разных вяжущих – это ЛСТ, ГКЖ -10, ГКЖ-11, также добавка двуводного гипса, слабый раствор Н₂SO₄, сахарная патока, животный клей. ЛСТ и ГКЖ позволяет уменьшить количество воды и цемента.

Противоморозные добавки

Применяют поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и др. Эти добавки понижают температуру замерзания воды до – 15-20^оС и способствуют твердению раствора и бетона при отрицательных температурах. Добавляют до 10% массы цемента.

Добавки, регулирующие пористость

Среди добавок, регулирующих пористость, выделяют воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие и уплотняющие.

Воздухововлекающие добавки вовлекают воздушные пузырьки, увеличивают объем цементного теста, улучшают удобоукладываемость. Применяют древесную смолу (СДО), нейтрализованную воздухововлекающую смолу(СНВ), сульфанол (С).

Газообразующие – алюминиевая пудра, пергидроль и пенообразующие- гидролизованная кровь, сульфанол применяют для формирования высокопористой структуры материала (ячеистые бетоны).

Добавки полифункционального действия (комплексные) позволяют одновременно управлять несколькими свойствами смеси, раствора или бетона. ЛСТ с СНВ пластифицирует смесь и одновременно повышает морозостойкость бетона, ЛСТ с алюминиевой пудрой, сульфатом алюминия и хлоридом кальция используется для расширяющихся растворов и бетонов.

Строительные растворы

Можно по назначению подразделять на:

-кладочные растворы для кладки лицевого камня и облицовочных камней;

-растворы и составы для подготовительных и подстилающих работ под мозаичные и плиточные покрытия;

-штукатурные растворы;

-растворы для декоративных штукатурок;

-мозаичные составы для устройства мозаичных полов;

-специальные растворы и составы.

Строительные растворы – это подобранная смесь вяжущего, песка, воды и специальных добавок.

Растворы отличаются тем, что укладываются тонкими слоями, в них не может быть крупных заполнителей с зёрнами более 5мм [растворы наносят на пористые основания, способные отсасывать воду, это необходимо учитывать при определении состава растворных смесей].

По назначению строительные растворы бывают кладочные, отделочные и специальные.

Специальные растворы применяются в тех случаях, когда к конструкциям предъявляются особые требования. Это жаростойкие, кислотостойкие, рентгенозащитные, акустические и др. растворы.

В зависимости от свойств вяжущего вещества растворы подразделяют на воздушные и гидравлические, а по виду вяжущего бывают цементные, известковые, гипсовые и смешанные. В состав смешанных растворов входят два и более вяжущих (цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и т.п.).

Воздушные растворы твердеют и сохраняют свои свойства только в сухих условиях (гипсовые), а гидравлические – после начального воздушного твердения продолжают твердеть в воде или во влажных условиях.

По средней плотности растворы подразделяют на тяжелые (обычные) со средней плотностью 1500 кг/м³, получаемые на тяжёлых заполнителях, и лёгкие – со средней плотностью < 1500 кг/м³, получаемые на пористых заполнителях.

Простые растворы в обозначении состава имеют два числа, три числа: 1:0,15:4 (по массе): на одну часть извести приходится 0,15 частей гипса и 4 части – заполнителя.

В зависимости от консистенции, которая определяется соотношением между вяжущим и заполнителем, различают жирные, нормальные и тощие растворы (после перемешивания в течении 1-2мин. тощая смесь почти не прилипает к веслу, нормальная - прилипает в отдельных местах, жирная – образует большое количество прилипшего раствора). Жирные растворы имеют избыток вяжущего, они пластичны, но при твердении дают большую усадку и растрескиваются, особенно при нанесении толстым слоем. Тощие растворы содержат малое количество вяжущего, что негативно сказывается на пластичности и затрудняет работу с ними, но дают малую усадку и хорошую трещиностойкость.

 

Свойства растворных смесей и растворов

Удобоукладываемость – это способность растворной смеси распределяться на основании тонким однородным слоем.

Удобоукладываемость растворных смесей оценивают по показателям подвижности и водоудерживающей способности.

Подвижность растворной смеси (ГОСТ 5802-86) определяют в лаборатории или непосредственно на строительной площадке по глубине погружения металлического стандартного конуса m=300г и углом при вершине – 30^о.

Приготовленным раствором заполняют сосуд, уплотняют раствор, штыкуют 25раз металлическим стержнем диаметром 10-12мм и встряхивают сосуд 5-6 раз легким постукиванием о стол для выравнивания его поверхности. Затем конус свободно погружают в раствор. Глубину погружения определяют, пользуясь делениями, нанесенными на поверхность конуса. Подвижность растворной смеси определяют как среднее арифметическое значение 2-х погружений; разница в показаниях не должна превышать 20мм, по результатам испытаний определяют марку по подвижности ПК:

 

Марка подвижности	Глубина погружения (см)
ПК1	От 1 до 4
ПК2	От 4 до 8
ПК3	От 8 до 12
ПК4	От 12 до 14

Растворы для перекачки имеют ПК4, штукатурные растворы ПК2 и ПК3, растворы для бутовой кладки – ПК1. Для повышения подвижности растворной смеси можно увеличивать содержание воды, но велика опасность расслоения смеси и снижения прочности раствора. Более рационально введение пластифицирующих добавок: известняка, глины, ЛСТ, С-3.

Водоудерживающая способность отражает свойство растворной смеси удерживать в своем составе достаточное для твердения вяжущего количество воды в условиях интенсивного ее отсоса пористым основанием. Раствор с хорошей водоудерживающей способностью при укладке на пористое основание отдает лишнюю воду постепенно, становясь при этом плотнее и прочнее. Растворы с недостаточной водоудерживающей способностью склонны к расслоению. Это выражается в отделении воды и оседании самого тяжелого компонента-песка; расслоение нарушает однородность смеси и понижает прочность раствора; смеси, расслоившиеся при перевозке, перемешивают на месте работ. Водоудерживающая способность раствора тем выше, чем больше расход вяжущего и ниже водо-вяжущее отношение, т.к. вода прочно удерживается на поверхности тонкодисперсных частиц вяжущего только в том случае, если образует на них тончайшие адсорбционные оболочки.

Недостаточную водоудерживающую способность можно компенсировать введением в раствор добавок – пластификаторов.

Неорганические пластификаторы за счёт дисперсности своих частиц обладают высокой водоудерживающей способностью (например, из глинистого теста удалить воду крайне трудно).

Важнейшие свойства раствора – это прочность отделочных растворов – прочность сцепления с основанием и малая усадка. Прочность при сжатии характеризуется маркой. Марка определяется пределом прочности при сжатии образцов после затвердевания. По пределу прочности при сжатии строительные растворы имеют следующие марки:4, 10,25, 50, 75, 100, 150 и 200 (кг/см²). Марки 4 и10 – изготавливают на извести или местных вяжущих (известково-шлаковом или известково-пуццолановом).

Большинство растворов, используемых в отделочных работах, должны иметь относительно невысокую марку 25-50, чтобы уменьшить расход цемента, сохранив необходимые свойства растворной смеси, применяют смешанные вяжущие: цемент, известь или глину. Прочность раствора зависит от количества извести и глины.

Морозостойкость раствора зависит от свойств исходных материалов. Чем выше плотность раствора, тем он более морозостоек. Морозостойкость раствора характеризуется числом циклов замораживания и оттаивания. Нормируемые марки по морозостойкости находится в широких пределах – F10 … F200.

Водонепроницаемость раствора зависит от его плотности и структуры. Раствор мелкопористой структуры однородного состава, хорошо уплотненный и достаточно затвердевший, практически водонепроницаем в слоях достаточной толщины. Для повышения водонепроницаемости добавляют гидрофобно-пластифицирующие и уплотняющие добавки.

Усадка раствора колеблется от 0,1 – 0,4мм на 1м длины. Чтобы уменьшить усадку, растворы приготавливают с небольшим количеством вяжущего материала, а также применяют расширяющие и полимерные добавки.

Рекомендуемые составы растворов (в частях по объему цемент: известковое тесто: песок)

Марка вяжущего	Марка растворов по прочности
	1: 0,8:7	1:0,3:4	1:0,1:2,5	-
	1:1,4:10,5	1:0,6:6	1:0,3:4	1:0,2:3,5
	-	1:0,9:8	1:0,5:5,5	1:0,4:4,5

Растворы для кладочных работ ничем не отличаются от обычных штукатурных составов.

Растворы и составы для подготовительных и подстилающих слоев

Растворы для стяжек. Стяжками полов называют выравнивающие жесткие слои по шероховатым или пористым элементам пола или перекрытия.

Цементно-песчаные растворы наиболее часто используются для устройства стяжек.

Марка по прочности должна быть не менее 150. В качестве вяжущего используют ПЦ марки не ниже 400, заполнителя - кварцевый песок. Состав по массе: 1:(2,5..3). Иногда для ускорения работ применяют быстродействующие цементы.

Наливные стяжки применяют для устройства выравнивающих слоев по сыпучим материалам (песку, шлаку). Подвижность растворной смеси – 11-13см (наносить такие стяжки по слою из толя или пергамина по бетонному основанию не допускается, т.к. в этом случае из-за большого водосодержания смеси стяжки растрескиваются).

Цементно-отделочные составы (термопорит) служат для уменьшения теплоусвояемости полов, покрытых полимерными плиточными или рулонными материалами. Для приготовления 1м³ термопорита необходимо: (кг): цемент марки М300 -290кг, известковое тесто – 130; хлорная известь-21; жидкое стекло (с модулем 2,6 и плотностью 1500кг/м³) – 1,3, объем опилок – 1,26м³ Перед употреблением смеси жидкое стекло разводят водой 1:5. Термопорит требует увлажнения, плотность в затвердевшем состоянии 100кг/м³.