Составы сухих строительных смесей

По содержанию основных компонентов (вяжущих веществ, за­полнителей, наполнителей) и добавок, в зависимости от проекти­руемого уровня свойств и целевого назначения составы сухих строительных смесей находятся в широких пределах концентраций каждого из компонентов, % по массе:

Вяжущие вещества (минеральные)

• силикатные цементы                                                         5...50
• алюминатные цементы                                                       3...30
• цементы смешанные                                                          20...40
• гашеная известь                                                                3...15
• строительный гипс                                                             5...90
• гидросиликаты натрия и калия                                           5... 15
• глина молотая                                                                  15.. .40

Вяжущие вещества (органо-минеральные)                                                15...40            

• полимерцементные и полимерсшшкатные композиции

Заполнители (>0,16 мм):                                                                               10...80 

• кварцевые пески
• мраморная, доломитовая, известняковая крошка
• гранитная крошка
• техногенные продукты

Наполнители (

• кальцит (молотый мрамор, известняк)
• молотый доломит, кварц
• золы, шлаки
• отходы камнепереработки и др. техногенные продукты

Функциональные добавки:                                                                           0,01...4

• пластификаторы
• водоудерживающие
• ускорители схватывания и твердения
• замедлители схватывания и твердения
•  упрочнители (волокна) и др.

При проектировании составов сухих строительных смесей основ­ными условиями обеспечения необходимого уровня свойств как рас­творных смесей, так и затвердевших растворов являются: выбор вяжу­щего, выбор вида и гранулометрии заполнителей и наполнителей и обоснование применения функциональных добавок. Эти три условия равноценны для гарантии получения заданного уровня свойств.

Вяжущие вещества

Большинство рецептур сухих строительных смесей базируется на применении портландцемента. К примене­нию рекомендуются цементы высокопрочные (М500 и выше), быстротвердеющие (прочность за 2 сут > 25 МПа) и бездобавочные (ПЦ ДО) с удельной поверхностью S > 450 м²/кг. Именно такие це­менты обеспечивают необходимую кинетику формирования свойств в условиях «тонкослойной технологии» при минимальном расходе дорогих функциональных добавок. Однако в ряде случаев используют и рядовые цементы с минеральными добавками. Значительное количество рецептур базируется на применении глино­земистых цементов, обеспечивающих быстрое нарастание прочно­сти, а также смесей портландцемента и глиноземистого цемента как приема обеспечения быстрого схватывания и ранней прочно­сти. В некоторых рецептурах применяют специальные цементы: де­коративные, напрягающие и др.

При использовании отечественной гашеной извести главная проблема — ее качество, которое может быть неудовлетворитель­ным по влажности, содержанию непогасившихся частиц, дисперс­ности. Определение некоторых важных для сухих смесей свойств гашеной извести вообще не предусмотрено действующим стандар­том, например пластичности, водоудерживающей способности, пескоемкости. Известь для сухих строительных смесей должна быть кальциевой (MgO < 5 %), в извести должны отсутствовать крупные частицы (>0,6'мм), содержание непогасившихся зерен не должно превышать 2...3 %, влажность — менее 5 %.

Гипсовые вяжущие вещества перспективны для большой но­менклатуры сухих строительных смесей:

• штукатурок, 
• шпатлевок, 
• затирок, 
• клеев для гипсобетонных блоков, 
• смесей для устройства пола и др. 

Основной продукцией производителей гипсовых вяжу­щих является гипс невысоких марок (Г-2—Г-6). Свойства гипсовых сухих смесей определяются качеством гипсового вяжущего, по­скольку его содержание в составе смеси составляет 70...90 %. Гипс для сухих строительных смесей должен контролироваться по таким показателям, как марка, сроки схватывания, тонкость помола, влажность. Свойства гипсовых сухих смесей дополнительно регу­лируют с помощью функциональных добавок по таким показате­лям, как сроки схватывания (замедление), пластические свойства, повышение трещиностойкости, прочности сцепления с основани­ем, водоудерживающие свойства и др.

Заполнители и наполнители минеральные

Эти природные или ис­кусственно приготовленные материалы определенного зернового со­става занимают до 70...80 % общего объема строительных раствор­ных смесей и позволяют сократить расход вяжущих без заметного падения прочности растворов, а также уменьшить усадочные дефор­мации цементного камня. Они являются обязательными компонен­тами практически всех сухих  смесей. Заполнители способствуют релаксации (снятию) механических напряжений, воз­никающих в цементном камне вследствие усадки. Деформации сме­сей цемента с заполнителем снижаются примерно в 10 раз по срав­нению с усадкой цементного камня. Заполнители для  растворных и бетонных смесей подразделяют на крупные (зерна размером более 5 мм) и мелкие (зерна размером от 0,16 до 5 мм). В зависимости от плот­ности зерен заполнители подразделяют на плотные (плотность 2 г/см³ и более) и пористые (плотность менее 2 г/см³). В основном в составе сухих строительных смесей используют кварцевые пески.

Важнейшие характеристики заполнителей:

• минералогический и зерновой состав, 
• плотность зерен, 
• насыпная плотность, 
• влажность, 
• наличие пылевидных и глинистых частиц, глины в комках и различ­ных примесей. 

К вредным примесям в песках, используемых в каче­стве заполнителей, относят:

• аморфные разновидности кремнезема (халцедон, опал, кремень и др.), 
• сульфиды и сульфаты, 
• слюду, 
• гало­идные соединения (NaCl и КС1), 
• уголь и органические примеси.

К важным характеристикам заполнителей, определяющим тех­нологические и строительно-технические свойства растворных смесей и растворов, относятся:

• зерновой состав, 
• пустотность, 
• водо-потребность
• форма зерен заполнителя. 

Предпочтительно исполь­зовать полидисперсные пески, обеспечивающие наиболее плотную упаковку зерен.

С целью улучшения фракционного состава заполнителя и сни­жения расхода вяжущего вещества целесообразно вводить наполни­тели — тонкодисперсные материалы с размером частиц 0,05...0,16 мм. К ним относятся:

• тонкомолотые кварцевые пески, 
• пылевидный кварц (маршалит), 
• микрокальцит, 
• известняковая и доломитовая мука и др.

К особому виду наполнителей можно отнести волокна, которые могут быть как минерального происхождения (стекловолокна, ба­зальтовые), так и органического (полипропиленовые, целлюлозные и др.). Волокна должны быть устойчивы по отношению к щелоч­ной коррозии. Их вводят в растворы в количестве до 1...1,5 кг/м³ с целью придания им увеличенной прочности при изгибе и растяже­нии, эластичности и повышения устойчивости при вибрационных воздействиях.

Функциональные добавки различного назначения

Они предназначе­ны для регулирования технологических свойств растворных и бе­тонных смесей и строительно-технических свойств растворов и бе­тонов. Вне зависимости от состава и достигаемого эффекта они должны соответствовать определенным общим требованиям:

• быть сухими и негигроскопичными;
• хорошо распределяться в смеси при сухом смешении компо­нентов и быть к ним химически устойчивыми;
• быть быстрорастворимыми или быстродиспергируемыми. При затворении сухой смеси водой время растворения (диспергирова­ния) добавки не должно превышать 2... 10 мин (20 °С);
• отвечать требованиям нетоксичности, пожаро-, взрыво- и хи­мической безопасности.

Многие традиционные добавки для бетонов не могут быть ис­пользованы в составе сухих строительных смесей как не соответст­вующие этим требованиям, и требуется разработка добавок-анало­гов. Обобщенные данные о свойствах, физико-химической харак­теристике и диапазоне концентраций наиболее распространенных функциональных добавок для сухих строительных смесей приведе­ны в таблице 1.

Из многочисленных добавок разного назначения целесообразно выделить две группы добавок, которые используются в подавляю­щем большинстве сухих строительных смесей: водорастворимые модифицированные эфиры целлюлозы и редиспергируемые поли­мерные порошки. При затворении строительной смеси водой мо­лекулы растворенной целлюлозы образуют аква-комплексы, проч­но удерживающие воду.

Интенсивное развитие производства сухих строительных сме­сей обеспечило использование в их составе органических поли­мерных добавок, которые в сочетании с другими модификатора­ми позволяют прежде всего резко увеличить адгезию смеси к по­верхности, на которую они наносятся. Во-вторых, отвердевший раствор становится более эластичным и стойким к истиранию. В третьих специальные полимеры могут обеспечить влагостой­кость, водонепроницаемость и даже водоотталкивающие свойст­ва после отверждения. Неизбежное удорожание смеси при введе­нии полимерных добавок компенсируется уменьшенным ее рас­ходом на 1 м² и легкостью работы. Кроме того, достигаются высо­кая прочность и долговечность, невозможные без такой модифи­кации.