Строительный раствор – это материал, представляющий собой смесь из минерального вяжущего, мелкого заполнителя и добавок, твердеющую через некоторое время после приготовления. Добавки могут не применяться в строительных растворах – все зависит от необходимости улучшить свойства материала.

В зависимости от плотности, вида вяжущего и назначения строительные растворы различают по плотности, виду вяжущего вещества, по назначению.

Строительные растворы по назначению делят на кладочные (для каменной кладки или монтажа стен из блоков), штукатурные (отделочные) и специальные (жаростойкие, инъекционные, гидроизоляционные и др.). В фундаментных работах с разной целью могут быть применены все эти виды.

Кроме классификации по назначению, различают 2 вида строительных растворов по плотности сухой смеси: тяжелые (более 1500 кг/м³) и легкие (менее 1500 кг/м³).

В зависимости от вяжущего в составе смеси существуют цементные, известковые, гипсовые и смешанные строительные растворы, т. е. состоящие из двух вяжущих. Растворы, которые приготовлены на одном вяжущем, называют простыми, на двух и более – сложными, или смешанными. Выбирать тип вяжущего следует в зависимости от назначения раствора, условий его твердения и эксплуатации. В качестве вяжущих применяют гипсы, известь, специальные низкомарочные цементы, шлакопортландцементы, пуццолановые портландцементы, портландцементы. Для улучшения технологических свойств строительных растворов, экономии гидравлических вяжущих практикуют смешанные вяжущие. В строительных растворах применяют известь в виде известкового теста, гипсовое вяжущее в штукатурных растворах используют как добавку к извести.

Каждый тип раствора имеет несколько марок по прочности и морозостойкости, которые зависят от применяемого вяжущего вещества и заполнителя. В качестве заполнителя для строительных растворов используют песок, в котором количество пылевидных и глинистых частиц не должно превышать показатель, соответствующий марке раствора. Крупность песка зависит от назначения раствора. Например, для кирпичной кладки заполнитель может состоять из частиц не более 2,5 мм, а для бутовой кладки, монтажа крупных панелей и блоков величина частиц может достигать 5 мм.

Строительные растворы, как и бетонная смесь, способны обладать различной степенью подвижности. Подвижность – это способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы. Необходимую подвижность выбирают в соответствии с назначением раствора. Ее определяют с помощью погружения в раствор стандартного конуса (рис. 9).

Для определения подвижности раствора в него без дополнительных усилий (только под силой тяжести) опускают стандартный металлический конус массой 300 г. Глубина погружения измеряется в сантиметрах. Чем больше эта величина, тем выше подвижность растворной смеси. На подвижность влияют процент содержания воды в растворе и степень крупности заполнителя. Раствор для монтажа стеновых панелей и блоков и расшивки швов между ними должен обладать подвижностью, соответствующей глубине погружения конуса от 5 до 7 см. Для кладочных растворов при возведении конструкций из обыкновенного кирпича, легких бутовых и бетонный камней эта величина составит 9–13 см. Для кладочных растворов при возведении стен из пустотелого и керамического кирпича глубина погружения конуса равна 7–8 см; для кладочных растворов при обычной бутовой кладке (в том числе фундаментной) – от 4 до 6 см. Раствор для заполнения пустот в кладке из природного камня нужно изготавливать с наибольшей подвижностью: глубина погружения конуса в нем составит 13–14 см. Наименьшей подвижностью должны обладать кладочные растворы, которые предполагается уплотнять вибратором: погружения конуса – 1–3 см.

Еще одно важное свойство строительных растворов – их удобоукладываемость. Удобоукладываемостью называют способность материала укладываться на основание тонким слоем с заполнением всех неровностей без специального уплотнения. Это свойство обусловливается подвижностью и водоудерживающей способностью.

Водоудерживающая способность показывает, сколько воды может удерживать раствор в своем составе. Дело в том, что материал, с которым соприкасается раствор, при наличии пор способен забирать в себя влагу из раствора, в результате чего он может расслоиться (при выделении воды заполнитель осядет) и потерять несущую способность. Чтобы получить нужную водоудерживающую способность раствора, необходимо соблюдать пропорции веществ при его изготовлении. При увеличении расхода цемента, замене его на известь, введении всевозможных добавок, таких как глина, зола, активных веществ, водоудерживающая способность повышается. Состав раствора можно найти в нормативных или рекомендательных таблицах, указывающих зависимость свойств раствора от его марки и назначения.

Состав строительного раствора обозначают количеством материалов в 1 м³ раствора или относительным соотношением исходных материалов. В этом случае расход вяжущего принимают за единицу. Для простых растворов состав обозначают 1: 4. Это значит, что на 1 часть цемента приходятся 4 части песка. Для сложных растворов состав обозначают 1: 3: 4, т. е. на 1 часть цемента приходятся 3 части извести и 4 части песка.

Растворные смеси можно укладывать как на пористое, так и на плотное основание. В первом случае прочность растворов в затвердевшем состоянии выше. Прочность строительных растворов характеризуется их маркой. Ее устанавливают по пределу прочности при сжатии образцов стандартных размеров 40 × 40 × 160 мм лабораторным путем. Выдерживают образцы 28 суток при температуре 15–25 °C. Марки растворов – 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300. Морозостойкость обозначают значком Мрз. Ее определяют числом попеременного замораживания и оттаивания и делят на марки – от 10 до 300.

Марку раствора выбирают в зависимости от вида и условий работы конструкций и степени долговечности зданий и сооружений. Для кирпичной и каменной кладки растворы применяют только цементные, соотношением 1: 3, причем ни известь, ни глину добавлять не разрешается. Расход цемента при приготовлении раствора зависит от его марки. Строительный раствор приготавливают вручную небольшими порциями, т. е. в таком количестве, чтобы его хватило на 2 ч непрерывной работы.

Кладочный раствор для фундамента делают на основе портландцемента или, в случае наличия на участке строительства агрессивных сульфатных вод, на основе сульфатостойких цементов.

Отделочные растворы в цикле нулевых работ применяют только для отделки и одновременно гидроизоляции цоколя. Отделочные растворы должны обладать достаточной степенью подвижности, хорошо сцепляться с основанием и практически не менять свойств при твердении (иначе на поверхности уложенного раствора образуются трещины). Крупность заполнителя – не более 2,5 мм. Для обработки каменных и бетонных стен применяют цементно-известковые растворы, для оштукатуривания деревянных поверхностей – известково-гипсовые. Если поверхность подвергается систематическому увлажнению, в качестве вяжущего в составе раствора следует взять портландцемент.

Для любых строительных растворов можно использовать цемент на основе портландцементного клинкера. Такой цемент изготавливают путем совместного помола клинкера с гипсом, минеральными добавками и наполнителями. Клинкер обязан составлять не менее 20 % от общей массы смеси. В цемент для строительных растворов можно вводить пластификаторы и водоотталкивающие добавки (их содержание не должно превышать 0,3 % общего объема цемента). Также полезны воздухововлекающие добавки в объеме до 1 % от массы смеси. Схватывание такого цемента должно начинаться не ранее, чем через 45 мин после затворения, и заканчиваться не позднее, чем через 12 ч после затворения.

При возведении железобетонного фундамента необходимы также специальные гидроизоляционные растворы. Их можно приготовить на основе водонепроницаемого расширяющего цемента высокой марки. Для гидроизоляционной штукатурки раствор должен состоять из 1 части цемента (по массе) и 2,5–3,5 частей песка. Если гидроизоляция будет подвержена воздействию агрессивных вод, раствор нужно приготовить на основе сульфатостойкого пуццоланового портландцемента.

Если в бетоне появились трещины, их можно заделать раствором на основе цемента с добавками в виде алюмината натрия, полимера или битумной эмульсии.

На прочность кладки влияют марка раствора, толщина и равномерная плотность швов. Марка обозначается буквой М и числом.

Несущая способность раствора – это и есть его марка. Если горизонтальные швы выполняют из растворов низких марок, то при сжатии получается поперечное расширение кладки. У растворов же высоких марок такая деформация меньше, а значит, прочность кладки выше.

В случае увеличения толщины швов уменьшается прочность кладки. Это получается потому, что прочность раствора меньше прочности материала, из которого выполнена кладка. В случае же уменьшения толщины шва прочность кладки не повысится. Это происходит потому, что кирпичи или камни, уложенные друг на друга, соприкасаются между собой, так как раствор представляет собой тонкий слой, который не позволяет кирпичу находиться в отдельном «панцире». Кирпичи в данном случае работают не на сжатие, а на изгиб – это и вызывает снижение несущей способности кладки. Оптимальная толщина горизонтального шва – 10 мм, тогда уложенные ряды кирпича работают на сжатие, что позволяет повысить прочность кладки.

Равномерная толщина швов зависит от пластичности раствора. Чем он пластичнее, тем легче выполнять шов одинаковой толщины. Осаживание укладываемых на раствор камней уплотняет шов и повышает прочность кладки. Недостаточное заполнение раствором вертикальных швов особого влияния на прочность кладки не оказывает, но снижает ее теплоизоляционные свойства.

Такие элементы, как оконные и дверные проемы, ослабляют кладку. Нагрузка от ее вышележащих рядов перераспределяется на другие участки – простенки. Для повышения несущей способности перегруженных участков кладки в них укладывают арматуру.

При работе в сухую и жаркую погоду кирпич, камни необходимо поливать водой – это увеличивает силу сцепления между камнем и раствором и повышает прочность кладки.

В состав строительных растворов, которые применяют в зимних условиях, вводят ускорители твердения, добавки, снижающие температуру замерзания воды. Ими могут служить хлористые натрий и кальций, поташ, нитрат натрия и т. д.

Как уже было неоднократно замечено, строительные материалы обладают физическими свойствами, такими как плотность, пористость, морозостойкость, водопоглощение, влагоотдача, гигроскопичность, теплопроводность, теплоемкость, звукопоглощение, звукопроницаемость, огнеупорность. Теперь рассмотрим их.

Плотность подразделяют на среднюю, истинную, насыпную.

Средняя плотность – это физическая величина, которая определяется отношением массы тела или вещества ко всему занимаемому им объему, включая пустоты и поры, имеющиеся в них. Примером может служить любой строительный материал, который используют для строительных работ, такой как кирпич, камень, фундаментный блок и т. д.

Предел отношения массы к объему, когда объем стягивается к точке, в которой определяется плотность тела или вещества, но без учета имеющихся в них пустот и пор, есть истинная плотность. Для примера можно взять материалы, уже знакомые (кирпич, камень, фундаментный блок), но не учитывая имеющиеся в них пустоты и поры.

Отношение массы зернистых материалов, материалов в виде порошка ко всему занимаемому ими объему, включая и пространства между частицами, – это насыпная плотность. Например, песок существует горный, морской, речной, карьерный, а частицы, из которых он состоит, различны и по форме, и по структуре. Но нужно четко усвоить, что для работы необходим песок, в состав которого входит примесь глины.

У пористых материалов (кирпича) средняя плотность меньше истинной почти в 2 раза, что также не надо забывать. Степень заполнения объема материала порами в процентном соотношении – это и есть пористость.

Исходя из величины пор материалы подразделяют на мелкопористые и крупнопористые. Строительные материалы по данному свойству варьируют в широком спектре, а также в процентном соотношении. Например, кирпич – 25–35 %, металл и стекло – 0 %. Такие свойства, как прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность, по большому счету, зависят от пористости.

Свойство материала выдерживать в насыщенном водой состоянии многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения (трещин, расслаивания, выкрашивания) и без снижения прочности и массы называют морозостойкостью. Те материалы, которые предназначены для фундаментов, стен, кровли и т. д. и которые подвергаются попеременному замораживанию и оттаиванию, должны быть, несомненно, повышенной морозостойкости.

Материалы плотные, не имеющие пор или с небольшой открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5 %, характеризуются высокой морозостойкостью.

Данное свойство определяется коэффициентом морозостойкости – другими словами, отношением предела прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость к пределу прочности насыщенного водой материала. Из того, что здесь сказано о морозостойкости, надо помнить одно: морозостойкость обозначается буквами Мрз и цифрами – допустим, 50, т. е. Мрз 50. Эти обозначения указаны на упаковках материалов, которые покупают для строительства; и чем больше цифра, тем лучше.

Способность же материала впитывать и удерживать в своих порах влагу – это водопоглощение. Его определяют по массе или объему в процентном соотношении. По объему оно меньше 100 %, по массе – более 100 %. Примером могут служить теплоизоляционные материалы. При насыщении материала водой ухудшаются его основные свойства, увеличиваются теплопроводность и средняя плотность, уменьшается прочность, так как связи между частицами ослабевают.

Водостойкость – степень снижения прочности материала при максимальном его водонасыщении. Определяется оно коэффициентом размягчения, а он, в свою очередь, равен отношению предела прочности в сжатом состоянии материала, который, кроме того, насыщен водой, к пределу прочности при том же сжатии, но в сухом состоянии.

При коэффициенте размягчения не меньше 0,8 материалы относят к водостойким и применяют в тех конструкциях, которые способны работать не только в обычных условиях, но и в воде, а также в местах с повышенной влажностью. К ним можно отнести железобетонные изделия, стеновые блоки, красный глиняный кирпич. Свойство материала терять находящуюся в его порах влагу – это влагоотдача. Она определяется количеством воды в процентном соотношении (по массе или объему), которое теряет материал естественным образом в сутки при относительной влажности. Данным свойством обладают многие строительные изделия. Например, стеновые блоки и панели, которые в процессе возведения здания, как правило, имея повышенную влажность, в обычных условиях высыхают; другими словами, вода испаряется из них до тех пор, пока не установится равновесие между влажностями материала и окружающего воздуха.

Способность материала пропускать воду под давлением называют водопроницаемостью. Она определяется количеством воды, которая проходит в течение 1 ч через образец площадью 1 м² и толщиной 1 м при условии, что давление ее постоянное.

Битум, стекло, сталь, бетон специально подобранного состава, во-первых, являются плотными материалами, а во-вторых, не относятся к водопроницаемым.

Свойство пористых материалов поглощать влагу из воздуха называют гигроскопичностью. Теплоизоляционные материалы, древесина, кирпичи полусухого прессования могут поглощать достаточно большое количество воды; при этом их масса увеличивается, а прочность снижается. Они являются гигроскопичными материалами. Для древесины применяют защитные покрытия. Кирпич сухого прессования разрешается использовать лишь в зданиях и помещениях с пониженной влажностью воздуха. Если необходимо обложить подвал или погреб, рекомендуется применять красный глиняный кирпич, потому что он фактически не впитывает влагу, так как прошел процесс обжига.

Свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхности называют теплопроводностью. Она определяется количеством теплоты, которая проходит через образец толщиной 1 м и площадью 1 м² за 1 ч; причем разность температур противоположных поверхностей образца составляет 1 °C.

Данное свойство материалов зависит от таких факторов, как их строение и природа, влажность, пористость, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материалы крупнопористого и кристаллического строения являются наиболее теплопроводными. Кроме того, влажные материалы более теплопроводны, чем сухие. Это объясняется тем, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха.

Теплопроводность увеличивается при повышении температуры, что имеет значение для теплоизоляционных материалов, которые применяют для изоляции трубопроводов, котельных установок и т. д. От нее зависит толщина стен и перекрытий отапливаемых зданий. Примерами могут служить кирпич, пенобетон, фибропенобетон.

Свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении называется теплоемкостью. Удельная теплоемкость, которая равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °C, считается показателем теплоемкости. Например, удельная теплоемкость древесины – от 2,4 до 2,7, искусственных каменных материалов – от 0,75 до 0,92, воды – 4,187, стали – 0,48 и т. д.

Данное свойство необходимо учитывать при расчетах теплостойкости стен и перекрытий отапливаемых зданий, при расчете печей, подогрева составляющих растворной и бетонной смесей для зимних работ, так как оно может сказаться на качестве материалов и выполненных работ.

Способность материала ослаблять интенсивность звука при прохождении его через материал называют звукопоглощением. Степень поглощения звука характеризуется коэффициентом звукопоглощения. Звукопоглощение материала зависит от его структуры. Поглощают звук лучше материалы с открытыми порами, а материалы с замкнутыми порами поглощают его намного хуже. Многослойные стены и перегородки с чередующимися слоями пористых и плотных материалов обладают хорошими звукоизолирующими свойствами.

Свойство материала пропускать звуковую волну называют звукопроницаемостью. Она оценивается коэффициентом звукопроницаемости, характеризующим относительное уменьшение силы звука при прохождении его через толщу материала.

Свойство материала не деформироваться при воздействии высоких температур называют огнеупорностью. По степени огнеупорности все материалы можно подразделить на огнеупорные (шамотный кирпич), тугоплавкие (тугоплавкий кирпич), легкоплавкие (керамический кирпич).

Свойство материалов противостоять действию высоких температур называют огнестойкостью. Материалы по степени огнестойкости делят на:

Материалы, которые не тлеют, не обугливаются, не воспламеняются под действием высоких температур и огня. Примерами могут служить сталь, бетон, кирпич;

трудносгораемые. Материалы, которые тлеют, обугливаются, а после удаления источника огня эти процессы прекращаются. Примерами могут служить асфальтовый бетон, металл, фибролит;

сгораемые. Материалы, которые тлеют, воспламеняются, продолжают гореть после удаления огня. Примерами могут служить пластмассы, толь, рубероид, дерево.

Кроме основных физических свойств, строительные материалы обладают механическими (это разновидность физических свойств).

К этим свойствам относят прочность, пластичность, упругость, хрупкость, сопротивление удару, твердость, износ, истираемость.

Способность материала сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих в нем внутренние напряжения, называют прочностью. В свою очередь, прочность материала определяется пределом прочности при сжатии, изгибе, растяжении. Например, керамический кирпич, тяжелый бетон, облицовочный кирпич, ячеистый бетон будут иметь разную прочность при сжатии, растяжении и изгибе. Кроме того, предел прочности стеновых материалов при сжатии и изгибе определяют по ГОСТу 8462–85, можно воспользоваться и этим стандартом.

Свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки называют пластичностью. Ее можно считать противоположностью упругости. Примерами пластичных материалов могут служить глиняное тесто, битум и т. д. Это свойство поможет при приготовлении строительного раствора для кладки, потому что он должен быть пластичным, легко расстилаться и разравниваться.

Свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальные форму и размеры называют упругостью. Сталь, древесина, резина относятся к упругим материалам.

Свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без заметной пластичной деформации называют хрупкостью. Кирпич, стекло, чугун, природные камни, бетон относятся к хрупким материалам.

Свойство материала сопротивляться разрушению под действием ударных нагрузок есть сопротивление удару. Принято считать, и это верно, что ударным нагрузкам плохо сопротивляются хрупкие материалы. К ним относятся стекло, керамические плитки и т. д. По большому счету, нет таких материалов, которые бы не разрушались. Все равно имеется для каждого материала такая ударная сила, под действием которой он разрушится.

Способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела называют твердостью. Это свойство необходимо при устройстве полов и дорожных покрытий. Определить твердость можно нанесением царапин эталонами твердости.

Разрушение материала при совместном действии истирания и удара называют износом. Менее подвержены износу материалы природного происхождения, такие как плиты из мрамора, гранита, базальта и другие, применяемые в строительстве.

Свойство материала сопротивляться воздействию истирающих усилий называют истираемостью. Оно важно для материалов, которые подвергаются истиранию; к ним относятся лестничные ступеньки, плитки для полов и т. д.

Некоторые строительные материалы обладают определенными химическими свойствами. К таковым относят растворимость, химическую и коррозионную стойкость.

Способность материала растворяться в какомлибо растворителе называют растворимостью. Степенью растворимости материала при определенных условиях является концентрация его насыщенного раствора. Принято считать, что если какой-либо материал под действием растворителя ухудшает свои свойства или же разрушается, то это значит, что растворимость в данном случае является отрицательным фактором. И наоборот, она является положительным фактором, если используется как составная часть технологического процесса.

Способность материалов сопротивляться и противостоять разрушающему воздействию щелочей, кислот, растворенных в воде, солей и газов – это химическая стойкость. Данным свойством обладают керамические глазурованные плитки, стекло.

Свойство материала сопротивляться агрессивному воздействию окружающей среды называют коррозионной стойкостью. Примерами таких сред могут являться вода, газы, растворы кислот, щелочей, органические растворители.