Строительный раствор

У этого термина существуют и другие значения, см. Раствор (значения).

Не следует путать с бетоном.

Строительный раствор — раствор из вяжущего вещества, воды и заполнителя (возможны добавки), со временем превращающийся в искусственный камень^[1][2].

Раствор в кирпичной кладке

Терминология

• Сухая строительная смесь — смесь сухих дозированных компонентов заполнителя, вяжущего, возможны добавки, готовая к растворению водой и последующему применению^{[~ 1]}.
• Растворная смесь — смесь тщательно перемешанных вяжущего, заполнителя, возможны добавки, с водой^{[~ 1]}.
• Водо-твёрдое отношение — численное отношение массы воды затворения к массе растворяемой сухой смеси в негидравлических растворах^{[~ 1]}.
• Схватывание твердение раствора в начале реакции гидратации или в результате высыхания негидравлического раствора^[3].
• Жирный раствор — с большим количеством вяжущего вещества^{[~ 2]}.
• Тощий раствор — с малым количеством вяжущего вещества^{[~ 2]}.
• Твердение — превращение гидравлической растворной смеси в монолит в результате реакции гидратации^[3][4].

Применение строительных растворов

Применяют для обеспечения монолитности в разных видах каменной кладки. Используется в монтаже для скрепления деталей, в облицовке и штукатурке как облицовочный материал^{[~ 3]}.

Классификация строительных растворов и сухих смесей

По применению^{[~ 4]}

• для наружных работ;
• для внутренних работ.

По функциональному назначению^{[~ 3][~ 4]}

• кладочно-монтажные;
• облицовочные и отделочные;
• Штукатурные;
• шпаклевочные;
• клеевые, предназначенные для укладки;
• затирочные (шовные);
• напольные;
• изоляционные;

Специальные^{[~ 4]}:

• Защитные
  • огнезащитные;
  • рентгенозащитные;
  • коррозионно-защитные;
  • радиационно-защитные.
• Другие
  • биоцидные (реставрационные);
  • тампонажные;
  • гидроизоляционные;
  • акустические;
  • огнеупорные и жаростойкие;
  • ингибирующие;
  • санирующие.

По вяжущим^{[~ 3]}

• простые;
• сложные.

По виду вяжущего^{[~ 4]}

• цементные;
• гипсовые;
• известковые;
• магнезиальные;
• полимерные;
• смешанные.

По крупности заполнителя (мм)^{[~ 4]}

• крупнозернистые — 5;
• мелкозернистые — 1,25;
• тонкодисперсные — 0,2.

Бетонные — от 5 мм. Простые растворы состоят только из вяжущего и заполнителя, сложные растворы содержат добавки^{[~ 5]}.

По плотности затвердевшего раствора^{[~ 3]}

• тяжёлые;
• лёгкие.

Лёгкие растворы имеют плотность до 1500 кг/м³, тяжёлые — 1500 и более кг/м³. Средняя плотность раствора не превышает 10 %.

По способу нанесения раствора^{[~ 4]}

• механизированного нанесения;
• ручного нанесения.

Виды строительных растворов

«Еврей-штукатурщик». Иегуда Пэн

Штукатурка

Штукатурка (итал. stuccatura, от stucco «гипс, известь, алебастр») — отделочный слой, образованный затвердевшим строительным раствором. Применяется для оштукатуривания стен.

Состав штукатурки

Вяжущие вещества

Для изготовления штукатурных растворов применяют неорганические вяжущие вещества: портландцемент, шлакопортландцемент, воздушная известь, гипсовые вяжущие. Цементы применяют для всех растворах, применяемых при влажности более 60 %^{[~ 6]}.

Заполнитель

Максимальный размер частиц заполнителя в мм^{[~ 7]}:

• Штукатурные кроме накрывочного слоя — 2.5;
• Штукатурные накрывочного слоя — 1.25;
• Отделочные — 1.25.

Классификация штукатурки

Штукатурки по предназначению:

• Обычная штукатурка — предназначена для выравнивания стен (создание плоской ровной поверхности с целью последующего нанесения более тонкослойных декоративных покрытий) и защиты внешних стен зданий от воздействия окружающей среды.
• Специальная штукатурка — применяется в качестве изоляционного и экранизирующего слоёв (звукопоглощающая, теплосберегающая, рентгенозащитная и другие).
• Декоративная штукатурка — используется при окончательной отделке стен, потолков, конструкций для повышения их эстетической выразительности.

Специальные виды растворов

Раствор для печей

Раствор для кладки печей

Для кладки печей используется раствор, содержащий глину. Растворы, содержащие больше или меньше среднего количества вяжущего, обладают недостатками, из-за которых их не применяют^{[~ 8]}.

Раствор, содержащий глину, имеет ряд преимуществ^{[~ 8]}

• незначительно оседает при наборе прочности;
• не трескается при высыхании;
• не разрушается при температуре до 1000 °С;
• не требует больших усилий.

Состав раствора

В качестве заполнителя для кладки печей используют отчищенный горный кварцевый песок, который предварительно просушивают и просеивают через сито с отверстиями размером 1—1,5 мм. Ведущими являются цемент, глина, гашёная известь без примесей. Для повышения прочности добавляют цемент, на 10 литров глины с водой добавляют ¾ литра цемента.

Добавкой является шамот, его половина от общего объёма^{[~ 8]}.

Свойства строительных растворов

Свойства растворных смесей^{[~ 9]}:

• Подвижность;
• Водоудерживаемость;
• Расслаиваемость;
• Температура применения;
• Влажность.

Подвижность

Свойства растворной смеси растекаться под собственным весом. Подвижность измеряется в см и определяется методом погружения в раствор эталонного конуса^[5] весом в 300±2 грамм с углом при вершине 30°±30′ и высотой 15 см. От подвижности раствора зависит сцепление смеси с поверхностями. От вязкости зависит способность растворной смеси перемещаться по трубам, шлангам к месту применения^{[~ 2]}.

Классификация раствора по подвижности

Марка по подвижности, Пк	Норма подвижности по погру- жению конуса, включительно
Пк1	1—4
Пк2	4—8
Пк3	8—12
Пк4	12—14

Плотность

Плотность в основном зависит от заполнителя. Для изготовления тяжёлых растворов применяют тяжёлые кварцевые и другие пески. Для изготовления лёгких растворов применяют лёгкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита. Также могут использоваться пенообразующие добавки^{[~ 5]}.

Скорость затвердевания

Скорость затвердевания раствора зависит от температуры.

Возраст раствора, сутки	Прочность раствора, %, при температуре твердения, °С
	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
1	1	4	6	10	13	18	23	27	32	38	43
2	3	8	12	18	23	30	38	45	54	63	76
3	5	11	18	24	33	47	49	58	66	75	85
5	10	19	28	37	45	54	61	70	78	85	95
7	15	25	37	47	55	64	72	79	87	94	99
10	23	35	48	58	68	75	82	89	95	100	—
14	31	45	60	71	80	85	92	96	100	—	—
21	45	58	72	85	92	96	100	100	—	—	—
28	52	68	83	96	100	100	—	—	—	—	—

Свойства затвердевшего раствора^{[~ 9]}:

• Прочность на сжатие;
• Морозостойкость;
• Средняя плотность.

Свойства сухой растворной смеси:

• Гигроскопичность.

Состав строительных растворов

В состав всегда входит четыре группы веществ: вяжущее, заполнитель, растворитель (вода), возможны добавки. Состав строительного раствора зависит от его назначения и условий затвердевания^{[~ 10]}.

Вяжущее

Основная статья: Вяжущие вещества

Для строительного раствора используют неорганические вяжущие.

Минеральные вяжущие

Минеральные вяжущие — это класс вяжущих веществ, состоящий из переработанных природных минеральных веществ, которые подразделяются на:

• гидравлические вяжущие
  • гидравлическая известь
  • Цементы: пуццолановый, сульфатостойкие, шлакопортландцемент, портландцемент (кроме кислотостойкого цемента)
  • Известково-шлаковые
• воздушные вяжущие
  • воздушная известь
  • кислотоупорный цемент
  • гипсовые вяжущие
  • магнезиальные вяжущие
  • жидкое стекло
  • глина
• смешанные вяжущие

Гидравлические вяжущие повышают прочность на воздухе и во влажных средах^{[~ 10][~ 11]}.

Применение растворов на шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе в надземных конструкциях в жаркую и сухую погоду допускается при соблюдении влажностного режима твердения путём увеличения воды в составе и смачивания водой. Известково-шлаковые, известково-пуццолановые, известково-зольные вяжущие при температуре воздуха ниже 10 °С не применяются^{[~ 12]}.

Воздушные вяжущие вещества твердеют и сохраняют прочность только на воздухе, к ним относятся^{[~ 10][~ 11]}.

Для экономии вяжущих и улучшения свойств применяют смешанные вяжущие, например, цемент вместе с известью.

Для штукатурных работ добавляют гипсовые вяжущие^{[~ 5]}.

Заполнители

В качестве заполнителя применяется^{[~ 7]}:

• строительный песок^[6][7];
• золы-уноса;
• золошлаковый песок;
• пористые пески.

Максимальный размер частиц заполнителя в каменной кладке 2,5 мм за исключением бутовой кладки 5 мм^{[~ 7]}.

Добавки

Основная статья: Минеральные добавки для цементов, бетонов и строительных растворов

Добавки в растворе применяются для улучшения свойств до затвердевания^{[~ 13]}. Также некоторые добавки уменьшают необходимое количество вяжущего вещества^{[~ 10]}.

Для повышения пластичности добавляются пластифицирующие и водоудерживающие добавки, такие как: извести, глины и другие^{[~ 14]}.

Для понижения температуры замерзания в раствор добавляют противоморозные добавки, такие как: соль, поташ, нитрит кальция, мочевина, хлорид натрия и хлорид кальция нельзя использовать вместе с не защищенной арматурой. Количество противоморозных добавок зависит от прогноза температуры на следующие 10 суток. Хлористый кальций и натрий используется только в подземных частях здания^{[~ 14][~ 15]}.

Условия применения добавок в растворы^{[~ 16]}

Вид конструкций и условия их эксплуатации	Добавки и их сочетания
	Соединение нитрита кальция с мочевиной	Нитрит-, нитрат-, хлорид кальция с мочевиной	Нитрит натрия	Поташ	Нитрит натрия, поташ
1. Конструкции, а также стыки и швы (в том числе в кладке):
Без специальной защиты по стали	+	—	+	+	+
С цинковыми покрытиями по стали	—	—	+	—	—
С алюминиевыми покрытиями по стали	—	—	—	—	—
С комбинированными покрытиями (щелочестойкими защитными слоями по металлической основе)	+	—	+	+	+
2. Конструкции предназначенные для применения в условиях:
Не агрессивной газовой среде при относительной влажности воздуха до 60 %	+	+	+	+	+
Агрессивной газовой среде	+	—	+	+	+
Воде и при относительной влажности воздуха от 60 %, если заполнитель имеет добавление активно реагирующего кремнезёма	+	+	—	—	—
Местах действия блуждающих токов постоянного напряжения от посторонних источников	+	—	+	+	+
Конструкции электротранспорта, промышленных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток	—	—	—	—	—

В зависимости от соотношения между количеством вяжущего материала и заполнителя различают жирные, нормальные и тощие растворы и растворные смеси. Жирными называются растворы с избытком вяжущего материала, их смеси очень пластичны, но дают при твердении большую усадку; нанесённые толстым слоем жирные растворы растрескиваются. Тощие растворы содержат относительно небольшое количество вяжущего материала, дают малую усадку, что повышает качество облицовочных работ^{[~ 2]}.

История

Первые растворы делались из глины и песка. Из-за недостатка камня и обилия глины вавилонские сооружения были сделаны из обожженного кирпича с использованием извести или пека для раствора. По словам Романа Гиршмана, первые свидетельства того, что люди использовали строительный раствор, были в Мехргархе Белуджистана в долине Инда в Пакистане, построенном из высушенного на солнце кирпича в 6500 году до н. э.^[8] Древние места Хараппской цивилизации третьего тысячелетия до н. э. построены из обожжённого кирпича и гипсового раствора. Гипсовый раствор, также называемый парижской штукатуркой, использовался при строительстве египетских пирамид и многих других древних сооружений. Он сделан из гипса, требующего более низкой температуры обжига, поэтому его легче изготовить, чем известковый раствор, и он затвердевает быстрее, что послужило причиной его использования в качестве типичного раствора в древних кирпичных арках и сводах. Однако гипсовый раствор не так долговечен, как другие растворы, во влажных условиях^[9].

В ранних египетских пирамидах, построенных во времена Древнего царства (~2600-2500 гг. до н. э.), блоки из известняка были связаны раствором из грязи и глины, или глины и песка^[10]. В более поздних египетских пирамидах строительный раствор изготавливался из гипса или извести^[11].

На индийском субконтиненте было обнаружено несколько типов цемента на участках цивилизации долины Инда, таких как город-поселение Мохенджо-Даро, построенное ранее, чем в 2600 году до нашей эры. Гипсовый цемент, который был «светло-серым и содержал песок, глину, следы карбоната кальция и высокий процент извести», использовался при строительстве колодцев, стоков и на внешней стороне «важных зданий». Битумный раствор также использовался с меньшей частотой, в том числе в Великой бане в Мохенджо-Даро^[12][13].

Исторически здание с бетоном и строительным раствором появилось в Греции. Раскопки подземного акведука Мегары показали, что резервуар был покрыт пуццолановым раствором 12 мм. Этот акведук восходит примерно к 500 году до н. э.^[14] Пуццолановый раствор представляет собой известковый раствор, но изготовлен с добавкой вулканического пепла, которая позволяет затвердевать под водой; таким образом это известно как гидравлический цемент. Греки получали вулканический пепел с греческих островов Тира и Нисирос или из тогдашней греческой колонии Дикаирхия (Поццуоли) недалеко от Неаполя, Италия. Позже римляне усовершенствовали использование и методы изготовления так называемого пуццоланового раствора и цемента^[11]. Ещё позже римляне использовали раствор без пуццолана, используя измельченную терракоту, вводя в смесь оксид алюминия и диоксид кремния. Этот раствор был менее прочен, чем пуццолановый, но, поскольку он был более плотным, он имел лучшее сопротивление проникновению воды^[15].

Гидравлический раствор не был доступен в древнем Китае, возможно, из-за отсутствия вулканического пепла. Около 500 года н. э. липкий рисовый суп смешивали с гашёной известью, чтобы получить композитный (неорганически-органический) рисовый раствор, обладающий большей прочностью и водостойкостью, чем известковый раствор^[16][17].

Полимерцементный раствор

Полимерцементные растворы (ПЦР) — материалы, изготавливаемые путём частичной замены цементно-гидратных вяжущих из обычного цементного раствора на полимеры. Полимерные примеси включают латексы или эмульсии, редиспергируемые полимерные порошки, водорастворимые полимеры, жидкие термореактивные смолы и мономеры. Они имеют низкую проницаемость и снижает вероятность возникновения трещин при усадке, в основном предназначены для ремонта бетонных конструкций.

Известковый раствор

Основная статья: Известковые растворы

Скорость схватывания может быть увеличена путём использования неоднородного известняка в печи для образования гидравлической извести, которая будет при контакте с водой. Такая известь хранится в виде сухого порошка. Альтернативно, к смеси раствора может быть добавлен пуццолановый материал, такой как кальцинированная глина или кирпичная пыль. Добавление пуццоланового материала делает раствор достаточно быстрым в результате реакции с водой.

Было бы проблематично использовать портландцементные растворы для ремонта старых зданий, первоначально построенных с использованием известкового раствора. Известковый раствор мягче цементного раствора, что позволяет кирпичной кладке с определённой степенью гибкости адаптироваться к изменяющимся грунтам или другим изменяющимся условиям. Цементный раствор сложнее и обеспечивает небольшую гибкость. Контраст может привести к растрескиванию кирпичной кладки там, где в одной стене присутствуют два раствора.

Известковый раствор считается воздухопроницаемым, поскольку он позволяет влаге свободно перемещаться и испаряться с поверхности. В старых зданиях со стенами, которые со временем сдвигаются, можно обнаружить трещины, которые пропускают дождевую воду в конструкцию. Известковый раствор позволяет этой влаге выходить за счёт испарения и сохраняет стену сухой. Переориентация или штукатурка без драни старой стены с цементным раствором останавливает испарение и может вызвать проблемы, связанные с влагой позади цемента.

Радиоуглеродный анализ

По мере затвердевания раствора текущая атмосфера помещается в раствор и, таким образом, предоставляет образец для анализа. Различные факторы влияют на выборку и повышают погрешность анализа^{[18][19][20][21]}.

Возможность использовать радиоуглеродное датирование в качестве инструмента для датирования в растворах была введена ещё в 1960-х годах, вскоре после создания этого метода (J. Delibrias и G. Labeyrie, 1964; Stuiver и Smith, 1965; Folk R. L. и Valastro S., 1976). Самые первые данные предоставили van Strydonck M. и другие (1983), Heinemeier J. и другие (1997), Ringbom A. и Remmer (1995). Затем методологический аспект был разработан различными группами (международной группой, возглавляемой Академией Або, и командами из лабораторий CIRCE, CIRCe, ETHZ, Познань, RICH и лаборатории Миланского университета Бикокка. Для оценки различных методов антропогенной экстракции углерода для радиоуглеродного датирования, а также для сравнения различных методов датирования, то есть радиоуглеродное и оптически стимулированное свечение^[англ.], было проведено и опубликовано первое сопоставительное исследование (MODIS) в 2017 году^[19][22].

См. также

• Песчано-гравийная смесь
• Бетон
• Цемент