СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
| 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ Строительным раствором называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя — песка. Таким образом, раствор отличается от бетона тем, что в нем отсутствует крупный заполнитель (щебень или гравий). По своему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и ему свойственны закономерности, которые присущи бетонам. Среди большого разнообразия растворов отдельные виды их имеют много общего, что позволяет подразделить все строительные растворы на отдельные группы. В основу такой групповой классификации положены следующие ведущие признаки: объемный вес, вид вяжущего вещества, назначение и физико-механические свойства растворов. По объемному весу в сухом состоянии растворы подразделяются на: тяжелые объемным весом 1500 кг\мг и более; для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески; легкие, имеющие объемный вес менее 1500 кг/ж3; заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких заполнителей. По виду вяжущего вещества различают строительные растворы: цементные, приготовленные на портландцементе или его разновидностях; известковые, вяжущим в которых является воздушная или гидравлическая известь; гипсовые, получаемые на основе гипсовых вяжущих веществ-— строительного гипса, ангидритовых вяжущих. По техническим или экономическим соображениям в цементных растворах часть цемента заменяют известью или глиной. Такие растворы получили название смешанных — цементно-известковые, цементно-глиняные. Смешанные растворы получают также, смешивая, например, известь и гипс для ускорения твердения известковых растворов; это дает известково-гипсовые растворы, применяемые для штукатурки. Вид вяжущего выбирают в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения н условий эксплуатации здания или сооружения. По назначению строительные растворы делят на: кладочные — для каменных кладок и кладки стен из крупных элементов; отделочные — для штукатурки, изготовления архитектурных деталей, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, разновидности которых имеют узкое применение, но обладающие некоторыми ярко выраженными или особыми свойствами (акустические, рентгенозащитные, тампонажные и т. д.). В основу общей классификации растворов по физико-механическим свойствам положены два важнейших показателя: прочность и морозостойкость, характеризующая долговечность раствора. По пределу прочности при сжатии в кГ/см2 строительные растворы подразделяются на девять марок •—от 4 до 300, а по степени морозостойкости (в циклах замораживания и оттаивания) также на девять марок — с Мрз от 10 до 300. Состав раствора выражают весовым или объемным количеством материалов, приходящихся на 1 м3 растворной смеси, или относительным соотношением, также весовым или объемным, исходных сухих материалов; при этом расход вяжущего принимается за 1. Для простых растворов, состоящих из одного вида вяжущего и не содержащих минеральных добавок (цементных или известковых растворов), состав будет обозначен, например, 1 :6, т. е. на 1 весовую или объемную часть вяжущего приходится 6 частей песка. Смешанные растворы, состоящие из двух вяжущих или содержащие минеральные добавки, обозначаются тремя цифрами, например 1:0,4:5 (цемент : известь или глина : песок). Однако следует учитывать, что в цементных смешанных растворах за вяжущее принимается цемент совместно с глиной или известью. В качестве мелкого заполнителя для тяжелых растворов применяют: кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород, а для легких растворов — пемзовые, туфовые, ракушечные и шлаковые пески. Для обычной кладки кирпича, камней правильной формы, в том числе блоков, наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм; для бутовой кладки, обмоноличивания стыков сборных железобетонных конструкций и для песчаного бетона — не более 5 мм; для отделочного слоя штукатурки— не более 1,2 мм. Для получения удобоукладываемой растворной смеси при использовании . портландцементов используют минеральные и органические добавки. В качестве эффективных минеральных добавок в цементные растворы вводят глину или известь в виде теста в таком количестве, чтобы соотношение цемент: тесто не превышало 1:1 для зданий I и II степени долговечности и 1 :0,75 для зданий III степени долговечности-Добавка глины и извести в цементных растворах повышает водоудер-живающую способность, улучшает удобоукладываемость и дает эконо-.. мию раствора. В качестве неорганических дисперсных добавок применяют также активные минеральные добавки: диатомит, трепел, молотые шлаки и т. д. Поверхностно-активные добавки вводят для повышения пластич- . мости растворной смеси и уменьшения расхода вяжущего; количество их составляет десятые доли процента количества вяжущих. Такой органической добавкой являются сульфитно-спиртовая барда, гидролизо-ванная кровь, мылонафт и др. Требования к качеству вяжущих, заполнителей, добавок и воды такие же, как и при приготовлении бетонов. 2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ Важнейшими свойствами строительных растворов являются прочность, а растворных смесей — подвижность и водоудерживающая способность, Прочность затвердевшего раствора, так же как и бетона, зависит от двух основных факторов: активности вяжущего вещества и величины цементоводного отношения. Эта формула верна для растворов, уложенных на плотное основание; при пористом основании, которое отсасывает из раствора воду и уплотняет этим раствор, прочность увеличивается примерно в 1,5 раза. Прочность растворов зависит от активности цемента, его количества в растворе и качества песка. Эти зависимости выражаются следующей формулой: Rp = А7?Ц(Д —0,05) + 4 кГ/см2, где Ц — расход цемента в г на 1 мг песка; /(— коэффициент: для мелкого песка /(=0,5—0,7; для среднего /(=0,8 и для крупного К=1. Прочность смешанных растворов зависит также от вводимых в них тонкомолотых добавок. Каждый состав цементного раствора имеет свою оптимальную величину добавки, при которой смесь обладает наилучшей удобоукладываеыостью и наибольшей прочностью. Прочность раствора характеризуется маркой, определяемой пределом прочности при сжатии образцов в виде кубов размером 70,7X70,7X70,7 мм, изготовленных из рабочей растворной смеси и испытанных после 28-суточного твердения при температуре 15—25° С. Если цементные и смешанные растворы твердеют при температуре, отличной от 15° С, то величину относительной прочности их следует принимать по специальным таблицам. При применении растворов, изготовленных на шлакопортландце-ыенте и пуццолановом портландцементе, учитывают замедление нарастания прочности при температуре твердения ниже 10° С. При приготовлении растворов на цементах высоких марок для экономии вяжущего необходимо вводить минеральные тонкомолотые добавки. Подвижность растворной смеси Одним из существенных качеств растворной смеси является удобо-укладываемость, под которой понимают способность ее легко с минимальной затратой энергии укладываться на основание тонким, равномерным по толщине и однородным по плотности слоем, прочно сцепляющимся с поверхностью. Удобоукладывае-мость растворной смеси зависит от степени ее подвижности и водоудерживающей способности, предохраняющей смесь от расслоения при быстром отделении воды и оседании песка. Подвижностью растворной смеси называют ее способность растекаться под действием собственного веса или приложенных к ней внешних сил. Растворная смесь в зависимости от состава может иметь различную консистенцию — от жесткой до литой. Степень подвижности растворной смеси определяют глубиной погружения в смесь металлического конуса (конуса СтройЦНИЛ) (63) весом 300 г, высотой 145 мм, диаметром основания 75 мм с углом при вершине 30°. Величина подвижности растворных смесей в см характеризуется погружением конуса в раствор. Строительные растворы для каменной кладки, отделки зданий и других работ изготовляются достаточно подвижными: подвижность растворов для кирпичной кладки равна 6—10 см, растворов для бутовой кладки 4—6 см, а штукатурных растворов 6—10 см. Подвижность растворной смеси находится в прямой зависимости от содержания в ней воды, однако оно не должно превышать определенного предела, выше которого происходит расслаивание растворной смеси. Этот предел определяется цементоводным отношением, а в смешанных растворах — цементовяжущим отношением, т. е. отношение веса вяжущего к весу воды, причем за вес вяжущего принимается вес цемента с добавкой. Для растворов небольшой прочности требуется незначительное ко личество вяжущего, особенно при использовании портландцемента вы сокой марки, причем вследствие большого содержания воды растворная смесь расслаивается. Для предупреждения этого применяют различные пластифицирующие добавки. Высокие пластифицирующие свойства име ет известковое тесто, которое добавляют к растворам на портландце менте. Активные минеральные добавки (трепел, опока, трассы) способ ствуют повышению стойкости цементного камня, так как они не обла дают вяжущими свойствами, а как бы разбавляют цемент и снижают его прочность; количество их устанавливают опытным путем, чтобы не снизилась прочность раствора. Наряду с минеральными тонкомолотыми добавками высокими пластифицирующими свойствами характеризуются некоторые органические поверхностно-активные вещества, вводимые в смесь от 0,1 до 0,2% веса цемента. Водоудерживающая способность смеси Важным свойством растворных смесей является их способность удерживать в себе воду. Это объясняется тем, что растворы обычно укладывают на пористое основание (кирпичное, бетонное), которое жадно впитывает воду. В результате степень обезвоживания раствора может оказаться столь значительной, что воды будет недостаточно для твердения раствора и он не достигнет необходимой прочности. С другой стороны, отсасывание части воды из раствора несколько уплотняет растворную смесь в кладке, чем повышается прочность раствора. Пределом водоудерживающей способности считают такую величину ее, когда не менее чем на 15% прочность при сжатии стандартных образцов, приготовленных в формах без дна, помещаемых на кирпич, увеличивается, по сравнению с прочностью образцов, приготовленных в формах с металлическим поддоном. Предел водоудерживающей способности определяют при подвижности растворной смеси от 3 до 6 см. Во-доудерживающая способность характеризуется свойством раствора не расслаиваться при транспортировании и сохранять достаточную влажность в тонком слое на пористом основании. Растворы с низкой водоудерживающей способностью расслаиваются в период транспортирования, особенно при перекачивании по трубам. Водоудерживающую способность раствора можно повысить введением в него тонкодисперсных минеральных веществ (извести, глины, активных минеральных добавок) ; особенно эффективна добавка извести. 3. РАСТВОРЫ ДЛЯ КАМЕННЫХ КЛАДОК Растворы для кладки должны иметь заданную прочность, подвижность и обладать водоудерживающей способностью. Составы растворов и вид исходного вяжущего зависят от характера конструкции и условий их эксплуатации. Растворы для каменных кладок и для изготовления крупных элементов стен и их монтажа приготавливают на следующих видах вяжущих: на портландцементе и шлакопортландцементе для монтажа стен из панелей и крупных бетонных и кирпичных блоков, изготовления виброкирпичных панелей и крупных блоков, обычной кладки на растворах высоких марок, а также кладки, выполняемой способом замораживания; на основе извести и местных вяжущих (известково-шлаковых, изве-стково-пуццолановых) —для малоэтажного строительства и в тех случаях, когда не требуются растворы высоких марок. Растворы на местных вяжущих не следует применять при температуре ниже 10° С; на пуццолановом портландцементе и сульфатостойком портландцементе — для конструкций, работающих в условиях воздействия агрессивных и сточных вод. Строительные кладочные растворы изготовляют четырех видов: цементные, цементно-известковые, цементно-глиняные и известковые. Цементные растворы, состоящие из цемента, воды и песка, применяют для подземной кладки и кладки ниже гидроизоляционного слоя, когда грунт насыщен водой (при заполнении водой более 80% всего объема пор), т. е. в тех случаях, когда необходимо получить раствор высокой прочности и химической стойкости. Цементно-известковые растворы представляют собой смесь цемента., известкового теста, песка и воды. Они обладают хорошей удобоуклады-ваемостью, высокой прочностью и морозостойкостью; применяются для возведения подземных и наземных частей зданий. Цементно-глиняные растворы — смесь цемента, глиняного теста, песка и воды. Обладают хорошей удобоукладываемостью, прочностью и достаточной морозостойкостью; как и цементно-известковые, применяются для кладки стен подземных и надземных частей зданий. Известковые растворы изготовляют из известкового теста, песка и зоды. Они обладают высокой пластичностью и удобоукладываемостью, хорошо сцепляются с поверхностью, имеют малую усадку, отличаются довольно высокой долговечностью и удовлетворительной морозостойкостью, но являются воздушными и медленно твердеют. Твердение известковых растворов сопровождается высыханием и карбонизацией извести с образованием СаСОз. Известковые растворы применяют для конструкций, работающих в надземных частях зданий, испытывающих небольшое напряжение. Состав известковых растворов зависит от качества применяемой извести. Для приготовления легких растворов, повышающих теплоизоляцию каменной кладки, применяют в качестве заполнителя шлаки, пемзу, туфы и другие пористые материалы. Подвижность кладочных растворов принимается в зависимости от назначения и способа укладки; она должна быть в следующих пределах: для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из бетонных и внброкирпичных панелей и для расшивки вертикальных и горизонтальных швов — 5—7 см; для изготовления крупных блоков из кирпича, заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из бетонных блоков, блоков из кирпича, бетонных камней и камней из легких пород (туф и др.) —• 9—13 см; для бутовой кладки — 4'—6 см, а для заливки пустот в ней— 13— 15 см. Расход цемента на 1 м3 песка при подборе состава раствора устанавливают в зависимости от требуемой долговечности и условий, в которых будет находиться здание или сооружение во время эксплуатации. Для надземной кладки стен зданий I, II и III степени долговечности с относительной влажностью воздуха помещений до 60% и кладки фундаментов в маловлажных грунтах расход цемента должен быть не менее 75 кг в цементно-известковых растворах и не менее 100 кг в цементно-глинистых растворах для зданий I и II степени долговечности. Для надземной кладки зданий с относительной влажностью воздуха помещений выше 60% и кладки фундаментов в очень влажных и насыщенных водой грунтах расход цемента в цементно-известковых растворах должен составлять не менее 100 кг и в цементно-глиняных растворах для зданий I и II степени долговечности — не менее 125 кг на 1 мг песка. Указанные расходы цемента относятся к песку в рыхлонасыпном состоянии при естественной влажности 1—3%; при использовании сухого песка расход цемента повышается на 5%, а при влажности песка более 3% снижается на 10%. Кладочные растворы приготовляют на песке крупностью до 2,5 мм для кладки стен из камней правильной формы и до 5 мм для кладки из бутовых камней. Для получения растворов необходимой подвижности и водоудержи-вающей способности в их состав вводят пластификаторы — неорганические (известь или глина) или органические. При надземной кладке стен помещений с относительной влажностью воздуха до 60% и для кладки фундаментов в маловлажных грунтах в цементно-глиняных растворах отношение объема вводимого глиняного теста к объему цемента должно быть: в зданиях I и II степени долговечности — не более 1 : 1; в зданиях III степени долговечности— не более 1,5: 1. Объемные отношения неорганических пластификаторов к цементу указаны для глиняного теста с глубиной погружения в него стандартного конуса на 13—14 см и для известкового теста объемным весом 1400 кг/м3. Добавки к растворам, применяемым для кладки ниже наивысшего уровня грунтовых вод, не допускаются. Для каменной кладки наружных стен используют цементно-известковые и цементно-глиняные растворы марок не ниже 10 для зданий при относительной влажности воздуха помещений 60% и менее и при I и II степени долговечности конструкций; при повышении влажности до 75% марка раствора должна быть не менее 25, а при влажности 75% и более — не менее 50. Для каменной кладки наружных стен зданий III степени долговечности марка раствора составляет соответственно не менее 4, 10 и 25. Для каменной кладки наружных стен зданий I и III степени долговечности и относительной влажности воздуха до 60% при меняют известковые растворы марки не ниже 4. Для подземной каменной кладки и кладки цоколей ниже гидроизоляционного слоя берут цементные, цементно-известковые и цементно-глиняные растворы марок не ниже 25—50. При армированной кладке стен марка растворов по прочности должна быть: в сухих условиях эксплуатации (относительная влажность воздуха помещений до 60%) не менее 25, а во влажных условиях (относительная влажность воздуха помещений выше 60%) не менее 50. Для кладки столбов, простенков, карнизов, перемычек, сводов и других частей зданий применяют растворы марок 25—50. Горизонтальные швы при монтаже стен из бетонных панелей заполняют раствором марки не ниже 100 — для панелей из тяжелого бетона и не ниже 50 — для панелей из легкого бетона. Крупные блоки из кирпича изготовляют на растворе марки не ниже 25, а виброкирпичные панели — марок 75—150. При кладке стен из панелей, крупных блоков и обычной каменной кладки в зимних условиях марка раствора по прочности назначается в зависимости от температуры наружного воздуха и с учетом несущей способности конструкции. Марка раствора по прочности в зимних условиях должна быть не ниже: для кладки из кирпича и камней правильной формы: стен и фундаментов— 10; столбов — 25; карнизов и рядовых перемычек — 50; для кладки из бута: стен и фундаментов — 25; столбов — 50; для кладки, возводимой с искусственным обогревом в тепляках или при применении химических добавок, — 25; для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из бетон-, ных и виброкирпичных панелей—100. В растворы, применяемые при монтаже стен из бетонных и виброкирпичных панелей и крупных блоков, в зимних условиях при температуре от 11°С и выше вводят поташ в количестве 10—15% веса воды за-творения или нитрит натрия — 5—10%. 4. ОТДЕЛОЧНЫЕ РАСТВОРЫ Отделочные растворы подразделяются на растворы для обычных штукатурок и декоративные. Первые приготовляют на цементных, цементно-известковых, известковых, известково-гипсовых и гипсовых вя-жущих. Б зависимости от области применения отделочные растворы подразделяют на растворы для наружных и внутренних штукатурок. Составы штукатурных растворов устанавливаются с учетом их назначения и условий эксплуатации зданий и сооружений. Штукатурные растворы должны обладать необходимой степенью подвижности, иметь хорошее сцепление с основанием и мало изменяться в объеме при твердении, чтобы не вызывать образования трещин. Подвижность штукатурных растворов выбирают в зависимости от способа нанесения штукатурки (ручная или механизированная) и от вида штукатурного слоя (подготовительный или отделочный). Подвижность штукатурных растворов и предельная крупность применяемого песка для каждого слоя штукатурки различна: для подготовительного слоя при механизированном нанесении она равна 6—10 см, а при ручном нанесении 8—12 см; наибольшая крупность песка при этом не должна превышать 2,5 мм. Подвижность отделочных слоев из растворов, содержащих гипс, составляет 9—12 см, а растворов без гипса — 7—8 см; наибольшая крупность песка отделочных слоев не должна превышать 1,2 мм. Штукатурные растворы должны иметь высокую подвижность, которую можно повысить введением органических пластификаторов. Растворы, содержащие гипс, быстро схватываются и твердеют и для регулирования сроков схватывания в них вводят замедлители твердения. Для наружных штукатурок каменных и монолитных бетонных стен зданий с относительной влажностью воздуха помещений до 60% применяют цементно-известковые растворы, а для наружных штукатурок деревянных и гипсовых поверхностей в районах с устойчиво-сухим климатом — известково-гипсовые. Для наружной штукатурки цоколей, поясков, карнизов и других участков стен, подвергающихся систематическому увлажнению, следует использовать цементные и цементно-известковые растворы на портландцементах; для внутренней штукатурки стен и перекрытий зданий при относительной влажности воздуха помещений до 60% применяются известковые, гипсовые, известково-гипсовые и цементно-известковые растворы. Декоративные цветные растворы все шире употребляют для заводской отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных бло^ ков, цветных штукатурок фасадов зданий и элементов городского благоустройства, а также цветных штукатурок внутри общественных зданий. Наружная отделка из цветного раствора в наибольшей степени отвечает духу современной архитектуры и одновременно наилучшим образом вписывается в технологию заводского изготовления изделий и деталей. Такая отделка позволяет достигнуть не только значительного разнообразия в цветовом решении фасадов, но и имитировать другие виды более благородных фактур, например облицовки естественным камнем и керамикой. Декоративные растворы, применяемые для отделки железобетонных панелей, имеют марку не менее 150, а для отделки панелей из легких бетонов— не менее 50- Марка по прочности на сжатие растворов для штукатурки фасадов зданий не должна быть менее 50. По морозостойкости марка отделочных растворов не ниже 35. Водопоглощение растворов с заполнителями из кварцевого песка не более 8%, а растворов с заполнителями из пористых пород с пределом прочности ниже 400 кГ/смг — не более 12%. Для приготовления декоративных растворов в качестве вяжущих применяют: портландцемента (обычный, белый и цветной) —для отделки слоистых железобетонных панелей и панелей из бетонов на легких пористых заполнителях; известь или портландцемент (обычный, белый и цветной) —для лицевой отделки панелей из силикатного бетона и для цветных штукатурок фасадов зданий; известь и гипс — для цветных штукатурок внутри зданий. Заполнителем для цветных декоративных растворов является промытый кварцевый песок и песок, получаемый дроблением гранита, мрамора, доломита, туфа, известняка, кирпича и других белых или цветных каменных материалов. Для придания отделочному слою блеска в состав раствора вводят до 1% слюды или до 10% дробленого стекла. В качестве красящих добавок вводят щелочестойкие и светостойкие природные и искусственные пигменты (охру, сурик железный, мумию, окись хрома, ультрамарин и др.). Подвижность декоративных растворов принимается такой же, как и растворов для обычной штукатурки. Для растворов, применяемых для отделки панелей и крупных блоков, она устанавливается техническими условиями на изготовление этих изделий. Подвижность, водоудерживающая способность и атмосферостой-кость декоративных цветных растворов могут быть повышены введением гидрофобизующих добавок (мылонафт), ГКЖ-94 или пластифицирующей добавки (сульфитно-спиртовая барда). 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ К специальным растворам относятся растворы для заполнения швов между элементами сборных железобетонных конструкций, инъекционные для полов, гидроизоляционные, тампонажные, акустические и рентгенозащитные. Растворы для заполнения швов между элементами сборных железобетонных констукций приготовляют на портландцементе и кварцевом песке. Подвижность раствора 7—8 см. Растворы, применяемые для заполнения швов, воспринимающих расчетную нагрузку, должны иметь марку, равную марке бетона соединяемых конструкций, а растворы, применяемые для заполнения швов, не воспринимающих расчетную нагрузку, должны иметь марку не менее 100. В тех случаях, когда в швах имеется арматура или закладные детали, растворы не должны содержать добавок, вызывающих коррозию металла, в частности хлористый кальций и другие хлористые ускорители твердения. Инъекционные растворы представляют собой цементно-песчаные растворы или цементное тесто, применяемые для заполнения каналов предварительно напряженных конструкций. К растворам предъявляются повышенные требования по прочности (марка не менее 300), водо-удерживающей способности; они должны быть с минимальным водоот-делением и морозостойкими. Для уменьшения вязкости применяют добавки типа сульфитно-спиртовой барды или мылонафта в количестве до 0,2% веса цемента. Цемент применяют марки 400 и выше, расход цемента для цементного теста составляет от 1300 до 3600 кг на 1 м3 и для цементно-песчаных растворов от. 1100 до 1400 кг на 1 мг. Растворы для полов подразделяются на цементно-песчаные, метал-лоцементные, цементно-опилочные и полимерцементные. Цементно-песчаные растворы, применяемые для стяжки полов, должны обладать необходимой прочностью и хорошей подвижностью (11—13 см). Растворы для полов из брусчатки, клинкерного кирпича, бетонных плит, мозаичных и керамических плиток, а также чугунных дырчатых плит и ксилолитовых плиток должны иметь необходимую прочность и повышенную вязкость (глубина погружения конуса 1,5— 3,5 см). Металлоцементные растворы изготовляют из обезжиренной стальной стружки крупностью от 1 до 3 мм, цемента и воды. Они имеют высокую марку-—500 и выше и повышенную вязкость (глубина погружения конуса не более 1 см). Цементно-опилочные смеси состоят из портландцемента или ангидритового вяжущего, песка и мелких древесных опилок. Применяют их для устройства основания под полы. В строительной практике за последние годы все шире для полов используют полимерцементные растворы, которые позволяют повысить непроницаемость пола для воды или других жидкостей (масел, нефтепродуктов и др.), а также обеспечить его высокую стойкость против действия различных агрессивных сред. Полимерцементные растворы получают путем смешения цемента с водной дисперсией полимера и заполнителей. Для качественной структуры полимерцементного камня необходимо, чтобы полимер коагулировал и твердел в уже сформированной структуре цементного камня. Однако в ряде случаев вяжущее оказывает сильное коагулирующее действие на полимер, вызывая преждевременное выпадение его из водной дисперсии. Для замедления коагуляции полимера применяют стабилизаторы (карбонаты, бикарбонаты и фосфаты натрия и калия, гидраты окисей этих металлов, желатину, казеин, эфиры целлюлозы и др.). При выборе стабилизатора необходимо учитывать не только стабилизирующее действие его на полимер, но и влияние на твердение цемента и конечные свойства цементного камня. Полы на этих растворах обладают достаточной прочностью, коррозионной стойкостью и гигиеничностью. Гидроизоляционные растворы приготовляют на цементах повышенных марок (400 и выше) и кварцевом песке или искусственно полученном песке из прочных горных пород. Для устройства гидроизоляционного слоя, подвергающегося воздействию агрессивных вод, в качестве вяжущих для раствора применяют сульфатостойкий портландцемент и сульфатостойкий пуццолановый портландцемент Ориентировочный состав растворов для гидроизоляционной штукатурки 1 :2,5 или 1 : 3,5 (цемент : песок, по весу). Для заделки трещин и каверн в бетоне и для устройства штукатурки по бетону или каменной кладке путем торкретирования или обычным способом используют цементные растворы с добавками алюмината натрия, полимеров или битумных эмульсий. При необходимости обеспечить водонепроницаемость швов и стыков в сооружении применяют гидроизоляционные растворы, приготовленные на водонепроницаемом расширяющемся цементе. Тампонажные растворы подразделяют на цементно-песчаные, цементно-песчано-суглинистые и цементно-суглинистые. Растворы должны обладать высокой однородностью, водостойкостью и подвижностью; сроки схватывания их обеспечивают соответствующие условия технологического процесса приготовления и нагнетания раствора в скважину; они имеют достаточную водоотдачу под давлением и образовывают в трещинах и пустотах горных пород плотные водонепроницаемые тампоны. Тампонажные растворы должны обладать прочностью, противостоящей напору подземных вод, и стойкостью в агрессивной среде. Изготовляют растворы четырех марок — от 25 до 100 кГ/см2, объемным весом в пределах от 1650 до 2000 кг/л3. В качестве вяжущих применяют портландцемент, при агрессивных водах — шлакопортландцемент, пуц-цолановый портландцемент и сульфатостойкий портландцемент, а при наличии напорных вод — тампонажный портландцемент. Состав тампо-нажных растворов назначается в зависимости от гидрогеологических условий, типа крепи и способа ведения тампонажных работ. При проходке горных выработок с замораживанием и креплением бетонов применяют цементно-песчано-суглинистые растворы с добавкой до 5% хлористого кальция. Акустические растворы. Акустическими называют растворы объемным весом от 600 до 1200 кг/ж3, применяемые в качестве звукопоглощающей штукатурки для снижения уровня шумов. Вяжущими в них являются портландцемент, шлакопортландцемент, известь, гипс или их смеси и каустический магнезит; заполнителями служат однофракцнон-ные пески крупностью от 3 до 5 мм из легких пористых материалов — пемзы, перлита, шлаков, керамзита и др. Количество вяжущего и зерновой состав заполнителя в растворах должны обеспечивать открытую незамкнутую пористость раствора. Рентгенозащитные растворы, Рентгенозащитными называются тяжелые растворы объемным весом более 2200 кг/иг3, применяемые для штукатурки стен и потолков рентгеновских кабинетов. Вяжущими являются портландцемент и шлакопортландцемент, а заполнителями — барит и другие тяжелые породы в виде песка крупностью до 1,25 ми и пыли. Для улучшения защитных свойств в растворные смеси вводят добавки, содержащие легкие элементы: водород, литий, кадмий и бор-содержащие вещества. 6. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ Строительные растворы приготовляют двух видов: в виде готовых растворных смесей необходимой подвижности, пригодных для употребления и в виде сухих растворных смесей, требующих перед употреблением смешивания с водой и в необходимых случаях введения специальных добавок. Строительные растворы готовят централизованно на бетонно-растворных заводах или растворосмесительных узлах. На механизированных приобъектных или передвижных установках растворы приготовляют лишь при малых объемах работ и отдаленности централизованного производства раствора. Целесообразность изготовления и поставки сухих растворных смесей устанавливают с учетом условий их перевозки ц производства работ. Составы растворов для получения заданной марки следует подбирать любым обоснованным способом, обеспечивающим получение заданной прочности раствора к определенному сроку твердения при наименьшем расходе цемента. При этом необходимо обеспечивать подвижность и водоудерживающую способность растворной смеси, соответствующие условиям применения раствора. Подобранный состав раствора уточняется контрольными испытаниями. Вяжущие материалы дозируют по весу. Сухие растворные смеси с известью-пушонкой без цемента и активных минеральных добавок можно приготовлять на песке с естественной влажностью, а при введении цемента или активных минеральных добавок — только на просушенном песке (влажностью не более 1%) и при просушенных добавках. Для приготовления строительных растворов применяются смесительные машины — растворомешалки с принудительным перемешиванием материалов в неподвижном барабане. Основными показателями их является емкость смесительных барабанов, определяемая суммарным объемом сухих составляющих смеси, которые загружаются в барабан Е количествах, необходимых для приготовления одного замеса. Обычно емкость растворомешалок равна 150, 375, 750 и 1500 л. Применяют растворомешалки периодического непрерывного действия, стационарные и передвижные. Растворомешалки емкостью свыше 325 л выполняются только стационарными. Растворомешалка стационарного действия со смесительным барабаном емкостью 750 л показана на 64. Внутри открытого сверху барабана вращается вал с двумя винтообразными лопастями, обеспечивающими не только круговое в вертикальной плоскости, но и боковое перемещение составляющих раствора при их перемешивании. На 65 изображена передвижная растворосмесительная установка непрерывного действия. Цемент, песок и известь из бункеров элеваторами подаются в соответствующие отсеки питательного бункера, откуда они равномерно поступают в непрерывно перемешивающий механизм; туда же подается вода. Готовая растворная смесь по лотку направляется в растворный ящик-контейнер, а оттуда — к потребителю. Продолжительность перемешивания обычных растворов 1,5—2,5 мин, легких растворов 2,5—3,5 мин и до 5 мин растворов с гидравлическими и другими добавками. Растворы перевозят в специально оборудованных автоцистернах с автоматической разгрузкой или автосамосвалах; на строительных площадках раствор транспортируют растворонасосами. Для предохранения растворов от расслаивания автомобили оборудуют мешалками. Контроль качества раствора заключается в проверке качества исходных материалов, их дозирования и времени перемешивания; кроме того, определяются удобоукладываемость растворной смеси и прочность раствора в определенные сроки твердения. |
| © Ростехинвес092632 2632.26 | |||
32.Общие сведения о силикатных материалах
Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения представляют собой искусственные строительные конгломераты на основе известково-кремнеземистого (силикатного) камня, синтезируемого в процессе автоклавной обработки под действием пара при высокой температуре и повышенном давлении. Одним из основных компонентов сырьевой смеси, из которой формуются изделия, служит известь, которая обладает большой химической активностью к кремнезему при термовлажностной обработке. Именно поэтому вторым основным компонентом сырьевой смеси является кварцевый песок или другие минеральные вещества, содержащие кремнезем, например шлаки, золы ТЭЦ и др. Чтобы химическое взаимодействие проходило достаточно интенсивно, кремнеземистый компонент подвергают тонкому измельчению. Чем более тонким будет измельченный песок, тем выше должно быть относительное содержание извести в смеси. В качестве других компонентов могут быть также введены заполнители в виде немолотого кварцевого песка, шлака, керамзита, вспученного перлита и т. п. Непременным компонентом во всех смесях выступает вода.
К числу автоклавных силикатных изделий относят силикатный кирпич, крупные силикатные блоки, плиты из тяжелого силикатного бетона, панели перекрытий и стеновые, колонны, балки и пр. Легкие заполнители позволяют понизить массу стеновых панелей и других элементов. Силикатные изделия выпускают полнотелыми или облегченными со сквозными или полузамкнутыми пустотами. Особое значение имеют силикатные ячеистые бетоны, заполненные равномерно распределенными воздушными ячейками, или пузырьками. Они могут иметь конструктивное и теплоизоляционное назначение, что обусловливает форму и размеры изделий, их качественные показатели.
Изделия приобретают свойства, необходимые для строительных материалов, после автоклавной обработки, в процессе которой образуется новый известково-кремнеземистый цемент с характерными для него новообразованиями гидросиликатов кальция и магния, а также безводных силикатов.
Возможность образования в автоклаве камневидного изделия была установлена в конце XIX в., но массовое производство силикатных изделий, деталей и конструкций, особенно типа бетонов, было впервые организовано в нашей стране. Технология их изготовления механизирована и в значительной мере автоматизирована, что обеспечивает получение более дешевой продукции по сравнению с цементными материалами и изделиями. Эффективные исследования в этом направлении были выполнены П.И. Боженовым, А.В. Волженским, П.П. Будниковым, Ю.М. Буттом и др. Было показано, что при автоклавной обработке образуются наиболее устойчивые низкоосновные гидросиликаты с соотношением CaOiSiCh в пределах 0,8—1,2, хотя на промежуточных стадиях отвердевания возможны и более высокоосновные химические соединения. П.И. Боженов, отмечая «технический синтез» цементирующей связки в автоклавном конгломерате, состоящей из смеси гидросиликатов, полагает, что химическое сырье должно удовлетворять определенным требованиям. Оно должно быть высокодисперсным с удельной поверхностью порошка в пределах 2000—4000 см2/г, по возможности аморфным, стеклообразным. Химически активное сырье обеспечивает не только образование цементирующей связки в автоклавном конгломерате, но и ряд технологических свойств сырьевой смеси (формуемость изделий, ровность их поверхности, транспортабельность и др.). Но не только химические и физико-химические процессы влияют на формирование структуры и свойств силикатных материалов при автоклавной обработке. А.В. Волжен-ский первым обратил внимание на изменение тепловлажностных условий при автоклавной обработке и их влияние на качество изделий. В связи с этим было принято выделить три этапа в автоклавной обработке: наполнение автоклава и изделий паром до заданного максимального давления; спуск пара; извлечение изделий из автоклава.
Полный цикл автоклавной обработки, по данным П.И. Божено-ва, слагается из пяти этапов: впуск пара и установление температуры 100°С; дальнейшее повышение температуры среды и давления пара до назначенного максимума; изотермическая выдержка при постоянном давлении (чем выше давление, тем короче режим авто-клавизации); медленное и постепенное нарастание скорости снижения давления пара до атмосферного, а температуры — до 100°С; окончательное остывание изделий в автоклаве или после выгрузки их из автоклава. Оптимальный режим, т. е. наилучшие условия по величине давления пара, температуры и продолжительности всех стадий обработки, обусловливается видом сырья, хотя по экономическим соображениям всегда стремятся к быстрому подъему и медленному спуску давления.
Формирование микро- и макроструктуры силикатного изделия в автоклаве происходит на различных стадиях обработки. Механизм отвердевания известково-песчаного сырца до камневидного состояния выражается в том, что вначале образуется известково-кремнеземистое цементирующее вещество как продукт химического взаимодействия основных компонентов в смеси в условиях повышенных давлений и температур. Согласно одной из теорий (П.П. Будникова, Ю.М. Бутта и др.), образование цементирующего вещества происходит через предварительное растворение извести в воде. Так как растворимость извести с повышением температуры понижается, то постепенно раствор становится насыщенным. Но с повышением температуры возрастает растворимость тонкодисперсного кремнезема. Так, например, с повышением температуры с 80 до 120°С растворимость кремнезема возрастает (по данным Кеннеди) почти в 3 раза. Поэтому при температуре 120—130°С известь и кремнезем, находясь в растворе, взаимодействуют с образованием гелеобразных гидросиликатов кальция. По мере дальнейшего повышения температуры новообразования укрупняются с возникновением зародышей и кристаллической фазы, а затем и кристаллических сростков. При избытке извести возникают сравнительно крупнокристаллические двуосновные гидросиликаты кальция типа C2SH и C2SH2, а после полного связывания извести и в процессе перекристаллизации возникают более устойчивые микрокристаллические низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH и C5S6H5 (то берморит). Кристаллизация происходит вокруг зерен кварца и в межзерновом пространстве; сопровождается срастанием кристаллических новообразований в каркас с дальнейшим его упрочнением и обрастанием.
Согласно другой теории, образование микроструктуры вяжущего происходит не через растворение извести и кремнезема, а в твердой фазе под влиянием процесса самодиффузии молекул в условиях 1 водной среды и повышенной температуры. Имеется и третья теория (А.В. Саталкин, П.Г. Комохов и др.), допускающая образование микроструктуры вяжущего в результате реакций в жидкой и твердой фазах.
Большую пользу в формировании структуры и свойств силикатных камня и материалов оказывают вводимые в смеси добавочные вещества (добавки), выполняющие функции ускорителей процессов образования гидросиликатов кальция или магния, кристаллизации новообразований, модификаторов свойств и структуры. В целом в составе силикатного камня преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие тонкоигольчатое или чешуйчатое микрокристаллическое строение CSH и тоберморит C5S6H5. В высокоизвестковых смесях в результате синтеза образуется гиллебрандит 2СаО • Si02 • Н20 (т. е. C2SH).
Оптимальная структура силикатного материала формируется при определенном количестве известковр-кремнеземи-стого цемента и минимальном соотношении его фазовых составляющих. В свежеизготовленном конгломерате дисперсионной средой (с) служит известковое тесто (Ит), а в качестве твердой дисперсной фазы (ф) выступает молотый кремнеземистый (песчаный) компонент (Пм). Активность (прочность) известково-кремне-земистого вяжущего вещества оптимальной структуры после автоклавной обработки, как и другие свойства силикатного материала, зависит от величины соотношения Ит: Пм (по массе). Результаты экспериментальных исследований показали, что пределы прочности при сжатии, на растяжение при изгибе, средняя плотность и другие показатели свойств силикатного камня принимают экстремальные значения при R МПа некотором минимальном соотношении с7ф = И^./Пм (рис. 9.28). В полном соответствии с формулой (3.4) прочность силикатного конгломерата Rc = R*lxy где R* — прочность автоклавного силикатного камня оптимальной структуры; ^ х = ШПм : И7ПМ = – 8/5* — отношение усредненных толщин пленок известкового теста соответственно в вяжущем веществе конгломерата и в вяжущем веществе оптимальной структуры; п—показатель степени, зависит от качества исходных материалов.
Выполненные исследования силикатного камня и силикатного конгломерата на примерах бетонов мелко- и крупнозернистых показали, что при оптимальных структурах их свойства полностью подчиняются общим закономерностям ИСК.
Кроме кремнеземистого сырьевого материала, можно использовать в производстве автоклавных изделий распространенные малокварцевые виды сырья — полевошпатовые, глинистые, карбонатные пески, а также шлаки и другие побочные продукты промышленности. Минералы малокварцевого сырья, растворившись в условиях авто-клавирования, становятся активными компонентами, не уступающими по растворимости кварцу. Их активность зависит от размеров радиусов анионов и катионов, входящих в их состав. В автоклаве формируется новое вяжущее (безобжиговое солешлаковое вяжущее), по свойствам превосходящее известково-кремнеземистое автоклавное твердение. Оно состоит из низкоосновных слабозакристаллизован-ных гидросиликатов кальция, а в присутствии ионов алюминия — из высокоосновных гидросиликатов кальция.
Дата добавления: 2017-01-29; просмотров: 1170;