Сухие строительные смеси для кладочных растворов
Сообщение, сделанное на 7-й международной конференции BALTIMIX-2007 доцентом кафедры строительных и специальных вяжущих веществ Санкт- Петербургского государственного технологического института кандидатом технических наук Павлом Зозулей.
В последние годы стало больше зданий, возводимых с использованием кирпичных кладок, растет и количество зданий высокой этажности. Вместе с тем, нормативные требования к составам и строительно-техническим свойствам кладочных растворов, а также методы контроля качества кладочных растворов и кладочных работ в отечественном строительном материаловедении продолжают оставаться на уровне требований, разработанных еще в середине 70-х годов прошлого века. В этом легко убедиться, сравнив между собой такие документы, как СН 290-74 "Инструкция по приготовлению и применению строительных растворов" и Свод правил по проектированию и строительству — СП 82-101-98 "Приготовление и применение растворов строительных". До сих пор основным контрольным показателем качества растворов для каменных и кирпичных кладок остается марка раствора, характеризуемая прочностью строительного раствора при сжатии, в то время как работоспособность и эксплуатационная надежность кладок определяется совсем другими показателями — прочностью сцепления раствора с элементами кладки (сопротивление отрыву и сопротивление сдвигу) и модулем упругости раствора. В основном нормативном документе (ГОСТ 28013 "Растворы строительные. Общие технические условия"), определяющем уровень технических требований к строительным растворам, об этих важнейших характеристиках совсем не упоминается. Вместе с тем, известно, что прочность прослоек кладочного раствора, оцениваемая как прочность твердого тела, имеющего небольшую толщину по сравнению с его размерами в плоскости приложения нагрузки (пластинчатая прочность), для строительных растворов с меньшей марочной прочностью выше, чем при использовании растворов с высокой прочностью, определяемой испытанием образцов-кубиков, поэтому заключение о фактической несущей способности кладки нельзя сделать на основании оценки кубиковой прочности строительного раствора. С учетом изложенных соображений выходит, что высокомарочные кладочные растворы вовсе не гарантируют повышения устойчивости кладок к различным внешним воздействиям — деформациям, возникающим при осадке оснований, вибрациям, воздействиям колебаний земной коры в результате землетрясений. Убедительным подтверждением этого являются события, произошедшие в 1933 г. в Калифорнии и выявившие неприемлемость использования в кладках цементно-песчаного раствора состава 1:3, не содержащего извести. Растворы без добавки извести характеризовались плохой удобоукладываемостью, что послужило основанием для введения в спецификацию американского стандарта ASTM так называемых кладочных цементов (M,S,N,O,K) и известковых растворов. Позднее требования к кладочным растворам были определены также стандартом Union Building Code (UBC) 24-20.
Какие же требования предъявляются к современным кладочным растворам и какие свойства обеспечивают работоспособность и устойчивость кладок? Cтроительные растворные смеси должны характеризоваться хорошей удобоукладываемостью, высокой водоудерживающей способностью, низкими усадочными деформациями при твердении, пониженным содержанием в их составе легкорастворимых солей, являющихся причиной появления на фасадах зданий и сооружений высолов и выцветов (cульфатов и хлоридов щелочных металлов), а также достаточной продолжительностью срока годности растворной смеси к применению (то есть живучестью). Кроме того, тонкослойные кладочные растворы должны иметь определенное время корректирования. Строительный кладочный раствор должен иметь определенную прочность сцепления с элементами кладки, определенный предел прочности при сжатии (марку), должен характеризоваться низким водопоглощением (для наружной кладки), хорошей трещиностойкостью, высокой воздухо- и паропроницаемостью, по возможности более низкой теплопроводностью, а также морозостойкостью и долговечностью. Помимо этих требований, при оценке пригодности кладочного раствора для его использования в конструкции какого-либо здания или сооружения необходимо знание предела прочности при сдвиге и продольного и поперечного модулей упругости. ГОСТ 31189-2003 "Смеси сухие строительные. Классификация" к кладочным относит "смеси, предназначенные для кладки стен и перегородок из мелкоштучных изделий". Недостаток такого определения очевиден: в нем отсутствует весьма важная для разработки составов кладочных материалов позиция — определение разновидностей кладочных растворных смесей. В соответствии же с евростандартом на кладочные растворы EN 998-2 кладочные растворы подразделяются на обычные (для швов толще 3 мм), кладочные растворы для тонких швов (толщиной 1-3 мм) и легкие кладочные растворы плотностью в сухом состоянии менее 1500 кг/м3.
Очевидно, что наиболее слабым местом кладок являются швы. Для того, чтобы сформировать прочный шов, совершенно недостаточно использовать высокомарочный кладочный раствор. Определяющими факторами при формировании прочного шва являются, с одной стороны, технологические свойства растворной смеси, то есть ее водоудерживающая способность, удобоукладываемость(подвижность, консистенция), низкие усадочные деформации при твердении, с другой — свойства поверхностей, которые должны быть прочно соединены раствором: способность их к водопоглощению (открытая пористость, структура пористости), невысокие деформации набухания при увлажнении за счет поглощения воды из растворной смеси (этот фактор особенно заметно проявляется в ячеистых бетонах, где эти деформации доходят до 4-5 мм/м). Для обеспечения надежной кладки растворная смесь должна покрывать соединяемые поверхности элементов кладки по возможности наиболее равномерным слоем. Для сильно впитывающих воду строительных элементов с целью улучшения сцепления следует применять пластичные растворные смеси с повышенной водоудерживающей способностью. Параметром, который определяет необходимую степень водоудерживания растворной смеси, является начальная скорость всасывания воды (НСВ), точнее, жидкой фазы, содержащей некоторое количество коллоидно-дисперсных продуктов начальной стадии гидратации цементных минералов. Показатель НСВ является критерием, по которому можно определить необходимость предварительного увлажнения поверхности строительного элемента (например, кирпича). В прежние времена керамический кирпич обжигался таким образом, что его поверхность имела высокую открытую пористость, и НСВ была такой высокой, что кирпич при производстве кладочных работ должен был обязательно замачиваться в воде. Необходимость такой операции обусловливалась также низкой водоудерживающей способностью кладочных растворных смесей, которые теряли свои пластические свойства ("сгорали") практически сразу же после их нанесения на поверхность кирпича. В настоящее время поверхность керамических кирпичей характеризуется очень низкой НСВ, поэтому необходимости увлажнять ее нет, более того, увлажнение поверхности отрицательно влияет на прочность сцепления с ней раствора.
Какими же должны быть требования как к основному компонентному составу кладочных растворных смесей, так и к выбору ассортимента добавок функционального действия? С учетом величины объемов потребления кладочных растворов содержание в них дорогостоящих (в основном импортных) добавок по экономическим причинам должно быть минимальным. В свою очередь, минимизация расхода добавок требует оптимизации свойств основных компонентов кладочных смесей — мелкого заполнителя (песка), вяжущих веществ (извести и цемента) и в некоторых случаях тонкодисперсного наполнителя (золы-уноса, каменной муки). Количество заполнителя в составе кладочных растворов составляет от 75 до 85 массовых процентов. Соответственно количество вяжущего (гидратной извести и цемента) составляет 15-25 массовых процентов. Содержание вяжущих веществ в составе кладочных растворов зависит от их марочной прочности, однако во всех случаях объемное соотношение между заполнителем и связующим лежит в интервале соотношений 1:2,4-1:3. Действующими нормативными документами оговариваются требования к наибольшей крупности зерна заполнителя: в обычных кладочных растворах максимальный размер зерна заполнителя не должен превышать 2,5 мм, в бутовой кладке — 5 мм. Несмотря на определяющую роль в формировании cвойств раствора таких характеристик заполнителя, как его зерновой состав и допустимое содержание в заполнителе в зависимости от вида раствора глинистых и пылевидных частиц, какие-либо указания по этому вопросу в действующих в настоящее время нормативных документах отсутствуют. Ранее действовавший стандарт ГОСТ 6426-52 "Песок природный для кладочных и штукатурных растворов", в котором была приведена графическая информация об области гранулометрического состава песков для кладочных и штукатурных растворов, по непонятным причинам после утраты срока действия не был продлен. Анализ представленных данных по методу Ротфукса показывает, что линии, ограничивающие область рекомендуемых составов, располагаются достаточно близко к линиям, отвечающим представлениям об идеальных гранулометрических кривых, поэтому приведенный в ГОСТ 6426-52 график вполне пригоден для оценки качества заполнителя для кладочных растворов. Требования к гранулометрическому составу песка для кладочных растворов можно найти в ASTM C144 и в стандарте UBC 24-21. В ГОСТ 28013 (п.4.14.5) содержится требование в отношении предельного количества щелочей в цементных вяжущих, предназначенных для приготовления штукатурных и облицовочных растворов, однако подобное требование в отношении кладочных растворов почему-то отсутствует, хотя именно кладочные растворы часто служат причиной появления высолов (нередко этому способствует и применение противоморозных добавок). Впрочем, требование ГОСТ 28013 недопустимости превышения содержания в цементных вяжущих для штукатурных и облицовочных растворов щелочных оксидов сверх 0,6 массовых процентов фактически не может быть реализовано, так как производство таких цементов действующими в России стандартами не предусмотрено.
Что же касается других показателей качества вяжущих веществ, то в составах сухих строительных смесей для кладочных растворов следует применять цементы с пониженным водоотделением. В случае применения цементов с добавками необходимо контролировать набор прочности в ранние сроки твердения (в возрасте до 7 суток). Гидратная известь должна иметь низкую влажность, предельно допустимое значение которой зависит от содержания извести в кладочном растворе. Целесообразно использовать в рецептурах сухих смесей гидратную известь с высокой водоудерживающей способностью, что позволит снизить затраты на регулирование водоудержания кладочных растворных смесей путем введения в их составы водоудерживающей добавки — эфиров целлюлозы. Количество вводимой водоудерживающей добавки должно определяться по возможности наиболее точно. Строительная гидратная известь, применяемая в составе кладочных растворов, должна характеризоваться равномерностью изменения объема при твердении. Вследствие того, что определение этого свойства по ГОСТ 22688 не всегда надежно, для его более строгого контроля можно воспользоваться методикой, описанной в EN 459- 2. Кроме необходимой в большинстве случаев водоудерживающей добавки, в составы кладочных растворов экономически выгодно и эффективно с технической точки зрения вводить воздухововлекающие добавки, а также пластификаторы.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ по материалам Союза производителей ССС
В последние годы стало больше зданий, возводимых с использованием кирпичных кладок, растет и количество зданий высокой этажности. Вместе с тем, нормативные требования к составам и строительно-техническим свойствам кладочных растворов, а также методы контроля качества кладочных растворов и кладочных работ в отечественном строительном материаловедении продолжают оставаться на уровне требований, разработанных еще в середине 70-х годов прошлого века. В этом легко убедиться, сравнив между собой такие документы, как СН 290-74 "Инструкция по приготовлению и применению строительных растворов" и Свод правил по проектированию и строительству — СП 82-101-98 "Приготовление и применение растворов строительных". До сих пор основным контрольным показателем качества растворов для каменных и кирпичных кладок остается марка раствора, характеризуемая прочностью строительного раствора при сжатии, в то время как работоспособность и эксплуатационная надежность кладок определяется совсем другими показателями — прочностью сцепления раствора с элементами кладки (сопротивление отрыву и сопротивление сдвигу) и модулем упругости раствора. В основном нормативном документе (ГОСТ 28013 "Растворы строительные. Общие технические условия"), определяющем уровень технических требований к строительным растворам, об этих важнейших характеристиках совсем не упоминается. Вместе с тем, известно, что прочность прослоек кладочного раствора, оцениваемая как прочность твердого тела, имеющего небольшую толщину по сравнению с его размерами в плоскости приложения нагрузки (пластинчатая прочность), для строительных растворов с меньшей марочной прочностью выше, чем при использовании растворов с высокой прочностью, определяемой испытанием образцов-кубиков, поэтому заключение о фактической несущей способности кладки нельзя сделать на основании оценки кубиковой прочности строительного раствора. С учетом изложенных соображений выходит, что высокомарочные кладочные растворы вовсе не гарантируют повышения устойчивости кладок к различным внешним воздействиям — деформациям, возникающим при осадке оснований, вибрациям, воздействиям колебаний земной коры в результате землетрясений. Убедительным подтверждением этого являются события, произошедшие в 1933 г. в Калифорнии и выявившие неприемлемость использования в кладках цементно-песчаного раствора состава 1:3, не содержащего извести. Растворы без добавки извести характеризовались плохой удобоукладываемостью, что послужило основанием для введения в спецификацию американского стандарта ASTM так называемых кладочных цементов (M,S,N,O,K) и известковых растворов. Позднее требования к кладочным растворам были определены также стандартом Union Building Code (UBC) 24-20.
Какие же требования предъявляются к современным кладочным растворам и какие свойства обеспечивают работоспособность и устойчивость кладок? Cтроительные растворные смеси должны характеризоваться хорошей удобоукладываемостью, высокой водоудерживающей способностью, низкими усадочными деформациями при твердении, пониженным содержанием в их составе легкорастворимых солей, являющихся причиной появления на фасадах зданий и сооружений высолов и выцветов (cульфатов и хлоридов щелочных металлов), а также достаточной продолжительностью срока годности растворной смеси к применению (то есть живучестью). Кроме того, тонкослойные кладочные растворы должны иметь определенное время корректирования. Строительный кладочный раствор должен иметь определенную прочность сцепления с элементами кладки, определенный предел прочности при сжатии (марку), должен характеризоваться низким водопоглощением (для наружной кладки), хорошей трещиностойкостью, высокой воздухо- и паропроницаемостью, по возможности более низкой теплопроводностью, а также морозостойкостью и долговечностью. Помимо этих требований, при оценке пригодности кладочного раствора для его использования в конструкции какого-либо здания или сооружения необходимо знание предела прочности при сдвиге и продольного и поперечного модулей упругости. ГОСТ 31189-2003 "Смеси сухие строительные. Классификация" к кладочным относит "смеси, предназначенные для кладки стен и перегородок из мелкоштучных изделий". Недостаток такого определения очевиден: в нем отсутствует весьма важная для разработки составов кладочных материалов позиция — определение разновидностей кладочных растворных смесей. В соответствии же с евростандартом на кладочные растворы EN 998-2 кладочные растворы подразделяются на обычные (для швов толще 3 мм), кладочные растворы для тонких швов (толщиной 1-3 мм) и легкие кладочные растворы плотностью в сухом состоянии менее 1500 кг/м3.
Очевидно, что наиболее слабым местом кладок являются швы. Для того, чтобы сформировать прочный шов, совершенно недостаточно использовать высокомарочный кладочный раствор. Определяющими факторами при формировании прочного шва являются, с одной стороны, технологические свойства растворной смеси, то есть ее водоудерживающая способность, удобоукладываемость(подвижность, консистенция), низкие усадочные деформации при твердении, с другой — свойства поверхностей, которые должны быть прочно соединены раствором: способность их к водопоглощению (открытая пористость, структура пористости), невысокие деформации набухания при увлажнении за счет поглощения воды из растворной смеси (этот фактор особенно заметно проявляется в ячеистых бетонах, где эти деформации доходят до 4-5 мм/м). Для обеспечения надежной кладки растворная смесь должна покрывать соединяемые поверхности элементов кладки по возможности наиболее равномерным слоем. Для сильно впитывающих воду строительных элементов с целью улучшения сцепления следует применять пластичные растворные смеси с повышенной водоудерживающей способностью. Параметром, который определяет необходимую степень водоудерживания растворной смеси, является начальная скорость всасывания воды (НСВ), точнее, жидкой фазы, содержащей некоторое количество коллоидно-дисперсных продуктов начальной стадии гидратации цементных минералов. Показатель НСВ является критерием, по которому можно определить необходимость предварительного увлажнения поверхности строительного элемента (например, кирпича). В прежние времена керамический кирпич обжигался таким образом, что его поверхность имела высокую открытую пористость, и НСВ была такой высокой, что кирпич при производстве кладочных работ должен был обязательно замачиваться в воде. Необходимость такой операции обусловливалась также низкой водоудерживающей способностью кладочных растворных смесей, которые теряли свои пластические свойства ("сгорали") практически сразу же после их нанесения на поверхность кирпича. В настоящее время поверхность керамических кирпичей характеризуется очень низкой НСВ, поэтому необходимости увлажнять ее нет, более того, увлажнение поверхности отрицательно влияет на прочность сцепления с ней раствора.
Какими же должны быть требования как к основному компонентному составу кладочных растворных смесей, так и к выбору ассортимента добавок функционального действия? С учетом величины объемов потребления кладочных растворов содержание в них дорогостоящих (в основном импортных) добавок по экономическим причинам должно быть минимальным. В свою очередь, минимизация расхода добавок требует оптимизации свойств основных компонентов кладочных смесей — мелкого заполнителя (песка), вяжущих веществ (извести и цемента) и в некоторых случаях тонкодисперсного наполнителя (золы-уноса, каменной муки). Количество заполнителя в составе кладочных растворов составляет от 75 до 85 массовых процентов. Соответственно количество вяжущего (гидратной извести и цемента) составляет 15-25 массовых процентов. Содержание вяжущих веществ в составе кладочных растворов зависит от их марочной прочности, однако во всех случаях объемное соотношение между заполнителем и связующим лежит в интервале соотношений 1:2,4-1:3. Действующими нормативными документами оговариваются требования к наибольшей крупности зерна заполнителя: в обычных кладочных растворах максимальный размер зерна заполнителя не должен превышать 2,5 мм, в бутовой кладке — 5 мм. Несмотря на определяющую роль в формировании cвойств раствора таких характеристик заполнителя, как его зерновой состав и допустимое содержание в заполнителе в зависимости от вида раствора глинистых и пылевидных частиц, какие-либо указания по этому вопросу в действующих в настоящее время нормативных документах отсутствуют. Ранее действовавший стандарт ГОСТ 6426-52 "Песок природный для кладочных и штукатурных растворов", в котором была приведена графическая информация об области гранулометрического состава песков для кладочных и штукатурных растворов, по непонятным причинам после утраты срока действия не был продлен. Анализ представленных данных по методу Ротфукса показывает, что линии, ограничивающие область рекомендуемых составов, располагаются достаточно близко к линиям, отвечающим представлениям об идеальных гранулометрических кривых, поэтому приведенный в ГОСТ 6426-52 график вполне пригоден для оценки качества заполнителя для кладочных растворов. Требования к гранулометрическому составу песка для кладочных растворов можно найти в ASTM C144 и в стандарте UBC 24-21. В ГОСТ 28013 (п.4.14.5) содержится требование в отношении предельного количества щелочей в цементных вяжущих, предназначенных для приготовления штукатурных и облицовочных растворов, однако подобное требование в отношении кладочных растворов почему-то отсутствует, хотя именно кладочные растворы часто служат причиной появления высолов (нередко этому способствует и применение противоморозных добавок). Впрочем, требование ГОСТ 28013 недопустимости превышения содержания в цементных вяжущих для штукатурных и облицовочных растворов щелочных оксидов сверх 0,6 массовых процентов фактически не может быть реализовано, так как производство таких цементов действующими в России стандартами не предусмотрено.
Что же касается других показателей качества вяжущих веществ, то в составах сухих строительных смесей для кладочных растворов следует применять цементы с пониженным водоотделением. В случае применения цементов с добавками необходимо контролировать набор прочности в ранние сроки твердения (в возрасте до 7 суток). Гидратная известь должна иметь низкую влажность, предельно допустимое значение которой зависит от содержания извести в кладочном растворе. Целесообразно использовать в рецептурах сухих смесей гидратную известь с высокой водоудерживающей способностью, что позволит снизить затраты на регулирование водоудержания кладочных растворных смесей путем введения в их составы водоудерживающей добавки — эфиров целлюлозы. Количество вводимой водоудерживающей добавки должно определяться по возможности наиболее точно. Строительная гидратная известь, применяемая в составе кладочных растворов, должна характеризоваться равномерностью изменения объема при твердении. Вследствие того, что определение этого свойства по ГОСТ 22688 не всегда надежно, для его более строгого контроля можно воспользоваться методикой, описанной в EN 459- 2. Кроме необходимой в большинстве случаев водоудерживающей добавки, в составы кладочных растворов экономически выгодно и эффективно с технической точки зрения вводить воздухововлекающие добавки, а также пластификаторы.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ по материалам Союза производителей ССС
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 31 за 2008 год в рубрике материалы и технологии
