§ 29. Свойства растворов и растворных смесей

Область применения растворов в значительной степени определяется их свойствами: объемной массой, прочностью, плотностью, водопроницаемостью, морозостойкостью, изменением объема и в отдельных случаях химической стойкостью.

Объемная масса. По объемной массе растворы подразделяются на тяжелые и легкие. К тяжелым растворам относят растворы с объемной массой 1500 кг/м3 и более. Их приготовляют на заполнителях с объемной массой более 1200 кг/м3. Легкие растворы приготовляют на заполнителях .с объемной массой менее 1200 кг/м3; объемная масса таких растворов менее 1500 кг/м3.

У тяжелых растворов, как правило, большая плотность и прочность. Легкие растворы обладают меньшей теплопроводностью благодаря, наличию пор, заполненных воздухом. Зато они менее морозостойки, поэтому их применяют чаще внутри помещений для оштукатуривания или устройства подготовки под полы.

Объемная масса зависит также от соотношения между количеством зерен различной крупности (гранулометрический состав). Если в заполнителе все зерна одинакового размера, то он имеет наибольший объем пустот и меньшую объемную массу. С добавлением частиц заполнителя меньшего размера объем пор уменьшается, а объемная масса заполнителя, а следовательно, и раствора, увеличивается. Наибольшая объемная масса заполнителя и раствора будет в том случае, если будет соблюдено определенное соотношение между количеством зерен различной крупности. Например, 1 м3 песка с зёрнами диаметром 1 мм весит около 1400 кг, а смесь зерен диаметром 0,15—5 мм весит 1600—1700 кг.

Прочность. Прочность растворов характеризуется маркой. Марка раствора определяется пределам прочности при сжатии стандартных образцовкубов с размером ребер 70,7 мм, которые изготовляют из рабочей растворной смеси и испытывают после 28суточного твердения при температуре 25°Св соответствии с ГОСТ 5802—66. По прочности на сжатие в кгс /см2 для растворов установлены марки: 4, 10, 25, 75, 100, 150, 200 и 300. Растворы марок 4 и 10 изготовляют преимущественно на извести, марок 4, 10 и 25 — на местных вяжущих материалах. Прочность растворов на растяжение в 5—10 раз меньше их прочности на сжатие.

На прочность растворов влияют: активность вяжущего материала, качество заполнителей, количество воды, условия приготовления и выдерживания, возраст.

Влияние вяжущего материала на прочность раствора принято характеризовать двумя величинами: давлением когезии, характеризующим силы сцепления между частицами самого вяжущего материала, которые определяют обычно как предел прочности при растяжении образцов, изготовленных из теста данного вяжущего материала, и давлением адгезии, характеризующим силу сцепления теста с зернами заполнителя (в более общем понятии с другими материалами).

Для большинства растворов давление адгезии меньше, чем давление когезии. На размер адгезии сильно влияет вид и качество заполнителя. Если вещество заполнителя может вступать в химическое взаимодействие с тестом вяжущего материала, то в таких растворах давление адгезии может превышать давление когезии. Таким свойством обладают, например, некоторые цементные растворы с заполнителем из гранулированного шлака. В них благодаря химической активности гранулированного шлака, содержащего окиси кальция и магния, обеспечивается химическое взаимодействие между цементным тестом и шлаком в зоне контакта, благодаря чему прочность сцепления повышается.

Присутствие в заполнителе посторонних примесей (глина или др.), как правило, уменьшает давление адгезии и снижает прочность раствора. В некоторых случаях примеси вызывают изменение объема затвердевшего раствора, в частности набухание частиц глины при смачивании их водой приводит к образованию трещин в растворе. Наличие в растворе непогасившихся зерен кальция или магния вызывает нарушения штукатурного слоя (раковины, каверны), называемые «дутиками», что объясняется резким увеличением объема этих зерен при гашении под действием воды. Примеси серы разрушают цементный камень.

Неправильная форма и шероховатая поверхность заполнителя обеспечивают лучшее сцепление его с цементным (или другим) тестом. Растворы на таких заполнителях при прочих равных условиях обеспечивают более высокую прочность, чем при заполнителях с округлой формой и окатанной поверхностью зерен.

Прочность раствора в значительной степени зависит и от прочности самого заполнителя. Прочность раствора с заполнителем из твердых пород может быть на 25—50% выше, чем при применении заполнителей с низкой прочностью (шлак и другие пористые заполнители).

На прочность и другие свойства раствора влияет также количество воды затворения. Его принято характеризовать водовяжущем отношением, т. е. числом, которое получается, если массу воды затворения разделить на массу вяжущих материалов. В зависимости от вида вяжущего материала различают водоцементное, водоизвестковое отношение и т. д.

Установлено, что с увеличением водовяжущего отношения выше определенного предела прочность раствора уменьшается. Величина этого предела для давления когезии меньше, чем для давления адгезии, так как для обеспечения лучшего контакта теста с поверхностью заполнителя требуется некоторый избыток воды.

Однако при приготовлении строительных растворов воды берут больше, чем это требуется для обеспечения химической реакции затвердевания вяжущего вещества. Обычно водовяжущее отношение близко к 0,5, хотя для полной реакции цементного теста достаточно, чтобы водоцементное отношение было в пределах 0,15...0,20.

Необходимость увеличения количества воды в растворной смеси вызывается следующими обстоятельствами: работать с растворной смесью с малым количеством воды очень трудно; избыток воды в растворной смеси должен компенсировать ее потери через испарение с наружной поверхности и поглощение воды материалом основания, на которое наносится раствор.


Для того чтобы раствор был прочным, все его составляющие должны быть хорошо перемешаны, а смесь однородной. Технические условия устанавливают минимальный срок перемешивания растворной смеси в растворосмесителе. Не меньше влияют на прочность раствора и условия твердения. Понижение температуры замедляет реакцию твердения вяжущего вещества, а замораживание раствора приводит к резкому снижению его прочности изза разрывов контактов между кристаллами вяжущего при замерзании воды. Быстрое испарение воды при сушке раствора нагревательными приборами или в условиях жаркого климата может привести к тому, что в поверхностном слое ее окажется недостаточно для реакции. Такой раствор будет осыпаться. Чтобы этого не произошло, поверхность раствора необходимо смачивать.

С течением времени прочность раствора повышается, что связано с особенностями твердения вяжущих материалов. В известковых растворах увеличение прочности вызывается карбонизацией извести. В цементных растворах различные минералы, входящие в состав цемента, требуют разного времени для своего твердения.

Плотность. Плотность раствора — степень заполнения объема затвердевшего раствора твердой частью его составляющих. Остальной объем раствора заполнен водой, водяными парами и воздухом. От плотности раствора зависят его теплопроводность, водопроницаемость, морозостойкость и долговечность. Поры в растворе образуются изза неправильного соотношения зерен различных размеров, вовлечения воздуха в растворную смесь при ее приготовлении и испарении избытка воды затворения.

Для того чтобы получить плотный раствор, надо правильно подбирать зерновой (гранулометрический) состав заполнителей, уменьшать количество воды затворения, обеспечивать хорошее перемешивание составляющих и соответствующее уплотнение укладываемой смеси.

Водонепроницаемость. Это свойство раствора имеет большое значение в таких конструкциях, как наружная штукатурка зданий, штукатурка или подстилающий слой под облицовку керамической плиткой в ванной комнате, специальные гидроизоляционные штукатурки промышленных сооружений. Практически водонепроницаемых растворов нет и принято считать водонепроницаемым раствор, пропускающий такое количество воды, которое полностью испаряется с его поверхности, не оставляя мокрых пятен. Менее всего пропускают воду плотные растворы с большой объемной массой. Водонепроницаемость раствора можно повысить добавкой в раствор при его приготовлении церизита, жидкого стекла или полимерных смол.

Морозостойкость. Морозостойкость "раствора характеризуется способностью раствора не разрушаться под воздействием попеременного многократного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии.

Определяют морозостойкость сравнением результатов, испытания прочности стандартных образцовкубов, часть которых подвергалась определенному числу замораживания и оттаивания, а другая контрольная хранилась в нормальных условиях. Прочность испытываемых образцов не должна снизиться более чем на 25% при потере их в массе не более 5% по сравнению с контрольными. В зависимости от числа циклов, которые выдержат образцы, раствор относят к той или иной марке по морозостойкости (Мрз). По морозостойкости растворы подразделяются на марки: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. При марке раствора 100 раствор должен выдерживать от 100 до 149 циклов. ' Морозостойкость в большой степени зависит от плотности и водонепроницаемости раствора. Требованиям морозостойкости должны удовлетворять растворы для наружных штукатурок и подстилающих слоев при наружной облицовке.

Изменение объема. Тесто большинства вяжущих материалов при твердении изменяет свой объем. Гипсовое тесто увеличивает свой объем, известковое тесто — уменьшает. Также уменьшается в объеме тесто большинства цементов. Исключение составляют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы.

Уменьшение объема раствора (бетона), вызванное изменением объема теста, называют усадкой раствора (бетона). Величина усадки, кроме вида вяжущего материала, зависит от соотношения количества вяжущего материала и заполнителя, водовяжущего отношения и от возраста раствора. Усадка раствора увеличивается с увеличением количества вяжущего материала, приходящегося на единицу объема раствора, а также с увеличением водовяжущего отношения. Особенно быстро деформации усадки нарастают в начальной стадии твердения раствора, затем постепенно уменьшаются и с течением времени затухают. Для цементных растворов они практически прекращаются на 90—100й день. Абсолютный размер усадки колеблется в значительных пределах, достигая нескольких миллиметров на 1 м длины (для обычных растворов 0,1—0,4 мм/м).

В.штукатурных, облицовочных и мозаичных работах усадка — нежелательное явление, так как деформации усадки вызывают скалывающие напряжения между штукатурным слоем и основанием, подстилающим слоем и облицовкой, а также могут вызывать появление трещин на отделанной поверхности. Чтобы усадку уменьшить, растворы приготовляют с небольшим количеством вяжущего материала, применяют различные расширяющие или полимерные добавки. Подробнее явление усадки и меры борьбы с ней изложены в § 35.

Получение растворов с необходимыми свойствами, достигается соответствующим подбором состава растворной смеси. При этом учитывают также свойства самой растворной смеси, определяемые технологией производства работ. Основными свойствами, характеризующими растворную смесь, является подвижность, водоудерживающая способность и расслаиваемость.

Подвижность. Для того чтобы с растворной смесью было удобно и легко работать, она должна быть пластичной. Пластичность растворной смеси принято характеризовать ее подвижностью. Определяют подвижность всех растворных смесей, кроме мозаичных, с помощью стандартного жестяного конуса (рис. 21) высотой 15 см и углом при вершине 30°. Внутри конуса помещен груз (например, свинец): конус вместе с грузом весит 300 г. На поверхности конуса нанесены деления. Расстояние между делениями по высоте 1 см.

Тщательно перемешав смесь и разровняв ее поверхность, подносят к смеси конус, так чтобы он вершиной касался поверхности смеси. После этого конус отпускают, и он под действием собственной массы погружается в растворную смесь. Затем конус вынимают и по делениям определяют, на какую глубину он погрузился. Если конус опустился на 7 см, это значит, что растворная смесь обладает подвижностью, соответствующей погружению конуса на 7 см.

Рис. 21. Стандартный конус для подвижности определения раствора


В лаборатории конус опускают в растворную смесь со специального штатива.

Подвижность мозаичной смеси определяют с помощью конуса, показанного на рис. 22. Внутренняя поверхность

конуса должна быть гладкой. Высота конуса 300 мм, внутренний нижний диаметр 200 мм, верхний—100 мм.

Конус устанавливают на. гладком металлическом листе или линолеуме. Перед наполнением смесью внутреннюю поверхность конуса и место под ним смачивают водой. Наступив на лапки конуса ногами, его наполняют смесью в три слоя одинаковой высоты. Уплотняют смесь, штыкуя ее 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм. Избыток смеси срезают металлической линейкой. После этого конус осторожно поднимают вертикально вверх и ставят рядом с отформованной смесью. Осадку отформованной смеси измеряют, укладывая на верх металлического конуса деревянную или металлическую линейку и замеряя расстояние нижней грани линейки до верха осевшей массы с погрешностью не более 0,5 см.

Если при испытании конус смеси сильно деформируется и приобретает форму, затрудняющую определение его усадки, измерение не производят и повторяют испытание на новой порции смеси.

Показатель подвижности мозаичной смеси (в сантиметрах) вычисляется с погрешностью не более 1 см как среднее арифметическое результатов двух испытаний, отличающихся между собой не более чем на 1 см. При большем расхождении определение повторяют с новой порцией смеси до достижения требуемой сходности результатов.

Рис. 22. Стандартный конус для определения подвижности мозаичной (бетонной) смеси


Подвижность смеси зависит от ее состава, т. е. соотношения между вяжущим материалом и заполнителем, вида вяжущего материала и заполнителя, а также от соотношения между количеством воды и вяжущего. При прочих равных условиях жирные растворные смеси подвижнее тощих. Известь и глина дают более подвижные смеси, чем цементы.

Вид вяжущего материала и состав раствора обычно задаются в зависимости от требуемой прочности раствора и условий эксплуатации соответствующих поверхностей здания или помещения. Подвижность растворной смеси регулируют, уменьшая или увеличивая количество вяжущего материала и воды для затворения.

Увеличивая в растворной смеси количество воды и вяжущего материала, получают более пластичные, удобоукладываемые растворные смеси, но вместе с тем увеличивается усадка раствора.

С увеличением водовяжущего отношения понижается прочность раствора и увеличивается его пористость. Поэтому при увеличении количества воды следует пропорционально увеличивать расход вяжущего материала.

Для получения пластичных растворных смесей с небольшим водовяжущим отношением в них добавляют поверхностноактивные добавки.

Водоудерживающая способность. Водоудерживающая способность характеризует способность растворной смеси удерживать воду. Это свойство имеет большое значение при нанесении растворной смеси на пористые основания, а также при ее транспортировании.

Если растворную смесь с малой водоудерживающей способностью нанести, например, на кирпичную или шлакобетонную кладку, то она быстро обезводится. Это произойдет потому, что мелкие поры основания обладают способностью засасывать в себя воду. Твердение раствора при недостатке воды приводит к тому, что он получается менее плотным и значительно менее прочным. Чтобы компенсировать потерю воды, нанесенный раствор приходится периодически смачивать в течение нескольких дней.


Водоудерживающую способность растворной смеси принято характеризовать изменением подвижности раствора после отсоса из него воды через фильтровальную воронку при разрежении 50 мм рт. ст. в течение 1 мин.

Расслаиваемость. При транспортировании растворной смеси автомашинами или по трубопроводам с помощью растворонасосов она часто расслаивается, т. е. разделяется на твердую и жидкую фракции; твердая фракция — песок и вяжущее вещество — опускается вниз, жидкая фракция — вода —собирается вверху. В трубопроводе такая растворная смесь образует пробки, устранение которых связано с большими потерями рабочего времени.

Чтобы предупредить расслоение растворных смесей, нужно правильно подобрать их состав. Если в растворе соотношение заполнителя и вяжущего материала подобрано правильно, то вяжущий материал заполняет все пустоты между зернами заполнителя и обволакивает равномерным слоем каждую его частицу; такая растворная смесь, обладая водоудерживающей способностью, не расслаиваться. Пластифицирующие добавки также повышают водоудерживающую способность растворных смесей и уменьшают их расслаиваемость.