Основные свойства ССС и строительных растворов

ССС представляют собой смеси вяжущих веществ, наполнителей, заполнителей и добавок, находящиеся в сухом состоянии. При затворении сухих смесей водой они превращаются в пластичную растворную смесь, которая постепенно теряет пластичность и образует бетон.

Свойства строительной смеси как порошка:

— цвет;

— дисперсность;

— влажность;

— гигроскопичность;

— плотность;

— насыпная плотность.

Свойства растворных смесей в пластичном состоянии. Удобоукла-дывавемость — способность раствора укладываться на основание (кирпич и др.) тонким однородным слоем. Удобоукладываемый (мягкий) раствор хорошо заполняет все неровности основания и равномерно сцепляется со всей его поверхностью; не удобоукладываемый (жесткий) раствор соприкасается с основанием лишь на отдельных участках, давая плохое сцепление и слой неодинаковой плотности.

Те растворы, которые подаются к месту укладки с помощью растворонасосов, должны перекачиваться легко и без расслоения по стальным трубам и резиновым шлангам.

Удобоукладываемость раствора зависит:

от степени подвижности раствора;

от его водоудерживающей способности.

Степень подвижности растворов определяется по глубине проникания металлического конуса установленной формы и веса (300 г), который при погружении раздвигает песчинки (так называемый конус СтройЦНИЛа). В отдельных случаях возможно определение подвижности растворной смеси по осадке конуса или расплыву конуса на встряхивающем столике. Глубина погружения конуса определяет марку раствора по подвижности.

Как и в бетоне, подвижность растворной смеси определяется расходом воды. Для тощих смесей, при соотношении Ц: П меньше 1:4 подвижность смесей разного состава достигается при одинаковом расходе воды. В таблице 1.1 приведены марки по подвижности.

Таблица 1.1 — Марка раствора по подвижности.

В жирных составах (Ц:П > 1:4) с увеличением расхода цемента или смешанного вяжущего водопотребность возрастает. Можно ориентировочно принять, что цементно-песчаных смесей изменяется пропорционально доле каждого сухого компонента в смеси [30].

На подвижность растворных смесей на разных песках независимо от их консистенции в значительной степени влияет качество песка: крупность и зерновой состав, характер поверхности зерен, чистота и количество мельчайших частиц в его составе. Чем тоньше песок, тем выше его удельная поверхность и пустотность и тем больше требуется воды и цемента для получения определенной подвижности растворной смеси. Поскольку в тощих растворных смесях расход вяжущегс практически не влияет на водопотребность смеси, то расход воды можно условие определить по водопотребности песка в тощем растворе (расход воды на 1000 кг песка).

В растворах, имеющих разную структуру, степень влияния песка на водопотребность растворной смеси различна. На рисунке 1.2 показаны зависимости водопотребности цементно-песчаной смеси для мелкого и среднего песка. В наибольшей степени влияние качества песка проявляется в тощих растворных смесях, с увеличением расхода цемента. Это влияние уменьшается, так как возрастает влияние цементного теста, в очень жирных растворах, при большой раздвижке зерен песка цементным тестом влияние крупности песка совсем незначительно.

Водоудерживающая способность предохраняет раствор от расслоения на составные части при транспортировки и при потери слишком большого количества воды при укладке на пористые основания (кирпич, шлакоблоки и т. п.).

Водоудерживающая способность:

• 90% - для растворных смесей, приготовляемых в зимних условиях;
• 95% - для растворных смесей, приготовляемых в летних условиях;

Водоудерживающая способность растворной смеси, определяемая на месте производства работ, должна быть не менее 75% водоудерживающей способности, установленной в лабораторных условиях [11].

сухой строительный смесь штукатурка.

Рисунок 1.2 — Зависимость водопотребности цементно-песчаных смесей от их структуры При этом раствор с недостаточной водоудерживающей способностью будет «садиться», т. е. очень быстро делаться жестким. Такая потеря удобоукладываемости затрудняет работу, понижает производительность труда каменщиков и уменьшает прочность кладки на 10−25%. Отсасывание воды пористым основанием может привести к такому «обезвоживанию» и усадке раствора, что он не будет иметь достаточного сцепления с основанием.

Раствор, обладающий достаточной водоудерживающей способностью, отдает пористому основанию излишнюю часть воды лишь постепенно, отчего становится плотнее и, следовательно, прочнее. Укладывать кирпич на таком растворе удобно, швы получаются плотными и имеют хорошее сцепление.

Водоудерживающую способность растворной смеси оценивают по количеству воды, отсасываемой за 10 мин из пробы растворной смеси промокательной (фильтровальной) бумагой на специальном приборе.

Водоудерживающая способность растворной смеси зависит от используемых при ее изготовлении материалов и состава смеси.

Введение

тонкодисперсных минеральных компонентов (извести, глины и других материалов с высокой удельной поверхностью) повышает водоудерживающую способность раствора.

В современных условиях для повышения водоудерживающей способности используют специальные органической добавки, например, метилцеллюлозу и другие. Растворы с этой добавкой на различных вяжущих обладают очень высокой водоудерживающей способностью и имеют минимальную потерю воды на пористом основании, что обеспечивает высокое сцепление раствора с основанием. Отсасывание воды из раствора пористым основанием зависит от водоудерживающей способности раствора. С ее повышением степень отсасывания уменьшается, соответственно в меньшей мере проявляется влияние этого фактора на свойства раствора.

Раствор получается удобоукладываемым, если все пустоты между зернами песка заполнены тестом, состоящим из вяжущего и воды, причем поверхность песчинок равномерно покрыта тонким слоем этого теста.

Так как поверхность зерен песка в 1 м³ раствора весьма велика (при крупном песке около 5000 м², а при мелком — до 15 000 м²), то вяжущего теста (цементного, известнякового и т. п.) на 1 м³ раствора требуется гораздо больше, чем на 1 м³ бетона. Практически для получения удобоукладываемого раствора требуется на 1 м³ крупного песка около 0,35 м³. однако сильно увеличивать объем теста путем добавления к нему воды нельзя, так как частицы вяжущего могут удерживать лишь определенное количество воды, зависящее от величины поверхности частиц и от способности их адсорбировать воду. Вода начинает сравнительно быстро отделяться от цементного раствора, если содержит ее больше 70−80% от массы цемента.

Хорошо погашенная известь может удерживать в строительном растворе около 200% воды. Поэтому известковый раствор оказывается, гораздо более удобоукладываемым, чем цементный [22].

В большинстве случаев от растворов требуется не высокая прочность — от 0,04 до 10 МПа, а чаще всего 1−2,5 МПа. Для получения раствора такой прочности достаточно небольшого количества цемента. Например, затвердевший раствор, имеющий прочность на сжатие 2,5 МПа, можно получить, вводя на 1 м³ песка лишь около 100 кг цемента марки 300. Однако при таком небольшом количестве цемента раствор будет неудобоукладываемым и легко расслаивающимся. Для получения нужной удобоукладываемости необходимо было бы израсходовать цемента в четыре, пять раз больше, что экономически нецелесообразно. Поэтому в растворы обычно вводят, кроме цемента, специальные добавки — пластификаторы, придающие смесям надлежащую удобоукладываемость.

Эти добавки бывают двух видов:

• а)неорганические дисперсные (тонкомолотые) добавки, способные хорошо удерживать воду и дающие с ней пластичное тесто (например, глины, известь, золы, молотые шлаки, диатомиты, молотые известняки и т. п.);
• б)поверхностноактивные пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, позволяющие получить удобоукладываемый раствор при значительно меньшем количестве воды.

Растворы с тонкомолотыми добавками называют смешанными (цементно-известковые растворы, цементно-глиняные, гипсоизвестковые растворы и т. п.).

Даже к сравнительно «жирным» (т.е. содержащим много цемента) растворам, в которых на одну объемную часть цемента приходится 3,5−4 объемных части песка, желательно добавлять глиняное или известковое тесто в количестве 10−20% от объема цемента. Более же тощие растворы (содержащие на 1 часть цемента свыше 4 объемных частей песка) всегда следует изготовлять с тонкомолотыми минеральными добавками.

Свойства растворов в затвердевшем состоянии являются:

прочность;

морозостойкость;

хорошее сцепление раствора с основанием;

— малая величина и равномерность деформаций затвердевшего раствора под действием нагрузки, изменений влажности и температуры среды.

Такие свойства раствор приобретает только при правильно подобранном зерновом составе раствора и заполнителях размером не больше ¼−1/5 толщины шва в кладке.

Прочность затвердевшего раствора характеризуется маркой, устанавливаемой по пределу прочности при сжатии кубов, изготовленных из рабочей растворной смеси после 28-суточного твердения их при температуре 15−25 °С.

Прочность затвердевших растворов слитного строения в возрасте 28 суток при отсутствии или незначительном содержании воздушных пор, как и для бетона, можно определить по формуле 1.1 (в пределах изменений Ц/В=1−2,5).

R_p = AR_{ц (см)}(Ц/B-0,3), (1.1).

где R_{ц (см)} ^_ активность смешанного цемента, МПа;

А — коэффициент, учитывающий качество песка и состав раствора, в первом приближении, А можно принять равным 0,4.

При введении в раствор тонко дисперсных компонентов они разбавляют его и активность смешанного цемента (цемент + тонкодисперсный компонент) будет ниже, чем у чистого цемента. Активность смешанных вяжущих на цементе можно оценить исходя из активностей компонентов вяжущего и соотношения их абсолютных объемов по формуле 1.2.

R_{ц (см)}= R_ц/[1+K (Д/Ц)], (1.2).

где R_{ц (CM)} — активность смешенного вяжущего, кг/см²;

R_ц— марка цемента;

Д/Ц — отношение минеральной добавки к цементу по массе;

К — коэффициент, зависящей от свойств добавки (плотности и активности), для глин он колеблется в пределах 1,3−1,5, для извести 1,8−2, для тонкомолотого шлака и других добавок с высокой гидравлической активностью 0,8−1.

Прочность затвердевшего раствора в другие сроки может определяться с учетом условий и сроков твердения, как это принято для обычных бетонов.

Каждому составу соответствует определенное количество добавки, которое обеспечивает получение наиболее прочного раствора. Оно тем больше, чем меньше цемента в растворе. Оно зависит также от крупности и пустотности песка. Оптимальное количество добавки соответствует приблизительно соотношению «смешанный цемент: песок» равному 1:3.

Крупные пески с зернами различных размеров и сравнительно малой пустотностью требуют меньшего количества добавок. Пески с зернами близких размеров, мелкие и тонкие пески, имеющие большую пустотность, требуют большего количества добавок.

В тощих растворах на смешанном цементе или при введении тонкодисперсных наполнителей для получения одинаковой консистенции требуется приблизительно одинаковое количество воды при разном соотношении Ц: П. В этом случае зависимость R_p=f (D/B) при постоянстве В можно заменить зависимостью R_p=f (Ц), т. е. для ориентировочного определения прочности раствора можно использовать формулу 1.3 [30].

R_P=AR_ц(Ц — B₀), (1.3).

где R_ц — активность цемента, МПа;

Ц — расход вяжущего, кг/м³;

А и В₀ — коэффициенты, зависящие от качества песка и других факторов.

Эту формулу можно использовать при расходах цемента от 50 до 500 кг/м³, коэффициенты следует определить опытным путем по испытанию растворов со значениями Ц.

На прочность раствора в большей степени, чем в бетонах, влияет качество песка, в первую очередь его зерновой состав, пустотность и чистота. В отсутствии крупного заполнителя песок является одним из важнейших элементов структуры материала и его влияния на свойства материала возрастает. Выше указывалось на заметное влияние песка на подвижность растворной смеси, что непосредственно связано и с влиянием песка на прочность раствора.

Как избыток, так и недостаток мелких зерен против оптимальных значений ведет к понижению удобоукладываемости и прочности раствора. Избыток мелких зерен увеличивает удельную поверхность песка и вызывает повышение расхода воды в равноподвижных смесях и соответственно уменьшение Ц/В при постоянном расходе цемента, то есть понижение прочности раствора. Недостаток мелких зерен делает смесь грубой, плохо укладывающейся, склонной к расслаиванию и содержащей большое количество пор, что ведет к понижению прочности.

Влияет на прочность раствора и тщательность его перемешивания, особенно для смешанных растворов. Поскольку растворы состоят из мелких и тонких зерен, то тщательно перемешивать их по сравнению с бетонами значительно труднее. Поэтому в растворах интенсивность и продолжительность их смешивания в большей степени влияет на их свойства, чем в бетоне. Перемешивание растворов осуществляется в растворомешалках принудительного действия. Тщательное перемешивание обеспечивает нужную подвижность раствора с меньшим расходом воды, а требуемую прочность с меньшим расходом вяжущего.

Заметно влияет на прочность раствора отсасывание воды пористым основанием. Степень отсасывания воды зависит от водоудерживающих свойств растворной смеси. При ее хорошей водоудерживающей способности происходит умеренное обезвоживание раствора, его твердые частицы сближаются, плотность и прочность повышаются. Вследствие отсасывания воды пористым основанием прочность раствора может повыситься в 1,5−2 раза. При слабой водоудерживающей способности может произойти чрезмерное обезвоживание раствора, что приводит к снижению прочности и сцепления раствора с основанием. Чтобы приблизиться к действительным условия работы раствора, образцы для определения прочности раствора изготовляют в металлических формах без дна, устанавливаемых на кирпич. Водопоглощение кирпича должно быть более 10%, а влажность в момент приготовления образцов не должна превышать 2%. Образцы до момента испытания хранят в условиях, соответствующих условиям будущей эксплуатации: после предварительной выдержки в течение трех суток в камере нормального хранения образцы цементных или смешанных растворов для надземных конструкций хранят в помещении с относительной влажностью 65% и температурой 15−20 °С, а для подводных и подземных конструкций — в воде. За марку раствора принимают предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток кубов 7x7x7 см или половинок балочек 4x4x16 см.

Растворы делят на марки: 4,10, 25, 75, 100 (в особых случаях, например, для опор мостов, применяются растворы более высоких марок 150, 200, 300). Растворы марок 4, 10, 25 изготовляют преимущественно на местных вяжущих.

Основное значение для прочности кладки из камней правильной формы имеет прочность камней, а не марка раствора. Например, изменение прочности раствора на сжатие вдвое меняет прочность кладки в среднем лишь на 10−15%, поэтому подбор составов растворов не требует такой точности, как подбор состава бетонов.

Сцепление раствора с основанием зависит от многих факторов: прочности раствора, его адгезионных свойств, пластичности раствора, зернового состава твердой фазы, водоудерживающей способности раствора, водопоглощения основания.

Сцепление раствора возрастает в логарифмической зависимости от прочности раствора. Однако зависимость прочности сцепления от водоцементного фактора несколько иная, чем прочности при сжатии и наивысшая прочность сцепления достигается при более высоких значениях В/Ц.

В современных условиях значительное повышение прочности сцепления раствора с основанием достигается за счет введения в его состав специальных водорастворимых полимерных добавок (поливинилацетата, поливиниловых спиртов и других) и соответственно повышения его адгезионных свойств. При этом прочность сцепления может увеличиваться в 1,5−3 раза. 9].