Основные свойства цементных растворов
Цемент является основой для множества строительных материалов - от обычного бетона для плит перекрытия до затирки для кафеля. Этот материал является вяжущим, своеобразным клеем для наполнителей во множестве строительных растворов и смесей. Казалось бы: всё с цементом понятно и свойства его давно известны всем строителям. Однако с массовым применением готовых смесей от производителя, многие перестали вдаваться в подробности "работы" этого вяжущего - очень зря!
Мы привыкли использовать в той или иной ситуации готовую смесь, специально предназначенную для этого случая. С одной стороны это хорошо: не нужно забивать голову лишними знаниями и вникать в тонкости процесса - достаточно действовать в точности по инструкции. Это, казалось бы достоинство одновременно является огромным недостатком: без знания дела мы ограничены использованием конкретной смеси в строго определённой изготовителем области. А если наша ситуация категорически требует отступить от технологии на мешке? А что делать, когда для конкретного случая нет подходящей смеси или она чрезмерно дорогая? Вопросов может возникнуть множество, решение которым - понимание основных свойств растворов на основе цемента.
Можно даже сказать больше - с пониманием свойств строительных материалов приходит осознание бесполезности некоторых процессов и ненужности дополнительных средств (например грунтовок), которые рекомендуются в инструкциях к готовым смесям.
В этой публикации мы постараемся обойтись без сложных терминов и формул химических процессов. Мы рассмотрим свойства с практической стороны применения в строительных и отделочных работах. Так как в большинстве случаев применяется общестроительный портландцемент, то будем рассматривать преимущественно этот цемент.
Марочная прочность
Цементы подразделяются на классы прочности: 22,5 (М300); 32,5 (М400); 42,5 (М500); 52,5 (М600). Класс прочности означает минимальную прочность на сжатие в 28 суточном возрасте (для нормальнотвердеющих цементов) и соответствует усреднённой марочной прочности в скобках. Марочная прочность проверяется в лабораториях и соответствует нагрузке в кг/см².
Например: марка М400 означает, что раствор на основе этого цемента обладает средней прочностью на сжатие 400 кг/см² (40 МПа). В лабораториях используется специальный песок, который смешивается с испытуемым цементом в пропорциях 1:3 (1 часть цемента и 3 песка) - именно такой отвердевший раствор испытывают на сжатие. Но это всё теория...
На практике же строители зачастую не знают какие пропорции песка и цемента соблюдать для получения нужной марки. Некоторые считают, что если заведут раствор из цемента М400 в пропорции 1 к 2, то получат марку М200. Логика есть, но это неверные рассуждения! Ведь этот же раствор заводят в лабораториях 1 к 3 и получают марку 400...
На практике марочная прочность не зависит пропорционально от соотношений песка и цемента, и не может быть установлена без лабораторных исследований. Для примерной оценки марки раствора в СП 82-101-98 существует таблица пропорций. Стоит заметить, что она примерная - на результат влияют различные примеси в используемом песке. Но для практического использования вполне подходит. Таблица несколько упрощена для лучшего понимания.
| Марка раствора | Марка цемента | Соотношение цемент:песок |
|---|---|---|
| М300 | М500 | 1 : 3,7 |
| М400 | 1 : 3 | |
| М200 | М500 | 1 : 4,7 |
| М400 | 1 : 3,8 | |
| М150 | М500 | 1 : 6 |
| М400 | 1 : 4,9 | |
| М300 | 1 : 3,6 | |
| М100 | М500 | 1 : 8,3 |
| М400 | 1 : 6,7 | |
| М300 | 1 : 5 | |
| М75 | М500 | 1 : 10,5 |
| М400 | 1 : 8,5 | |
| М300 | 1 : 6,3 | |
| М50 | М400 | 1 : 12 |
| М300 | 1 : 9,2 |
*Примечание: данные основаны на таб. 4 из СП 82-101-98. Насыпная плотность песка принята 1700 кг/м³.
При использовании растворов определённой марки нужно помнить золотое правило: наносимый слой должен быть меньшей марочной прочности, нежели основание. Это поможет предотвратить отслаивание и трещины. Ибо более прочный верхний слой во время усадки (а она неизбежна) может "порвать" основание - нанесённая масса сжимает менее прочное основание и образуются трещины.
Рабочее время и схватывание
Под временем "жизни" раствора подразумевается срок, отведенный после затворения на нанесение и разравнивание. Другими словами - как долго можно работать готовым раствором без ущерба качеству.
В действующем ГОСТ 30515-2013 существует понятие начало схватывания - если отбросить ненужные подробности, это и есть то самое время, в течение которого нужно сделать все манипуляции с заведенным раствором. В этом же нормативном документе прописано, когда должно наступать начало схватывания для нормальносхватывающихся цементов: от 45 мин. до 2 ч.
Это не означает, что раствор нельзя использовать более чем через 45 минут - вполне можно, но следует понимать, что прочность его снизится. Более важным на мой взгляд является тот факт, что нанесенный через 45 мин. второй слой уже не станет единым целым с предыдущим слоем - это нужно помнить. Другими словами, при формировании единого, монолитного слоя не следует делать перерывы более 40 минут, а ещё лучше обойтись без перерывов вообще.
Набор прочности
Цемент относится к гидравлическим вяжущим веществам - это означает, что затвердевание затворённой смеси происходит как на воздухе, так и в воде. Однако при банальном высыхании на воздухе цемент не набирает значительную часть прочности - для роста цементных кристаллов необходима влага. Другими словами - цементные растворы должны оставаться увлажненными даже после схватывания (внешнего затвердевания и потери подвижности). Поэтому так важно предотвращать преждевременное пересыхание нанесенного раствора.
Принято считать, что смеси на основе цемента (нормальнотвердеющие цементы) набирают около 55% прочности через неделю и полную прочность через 28 суток после затворения водой. То есть процесс твердения более активен в начале и постепенно снижается. Если быть более точным, то на самом деле твердение продолжается долгие годы, 28-суточный срок принят как проектный.
Именно по причине долгого набора прочности цементные составы иногда поливают водой или накрывают полиэтиленом, чтобы не тормозился процесс твердения. По собственному опыту могу сказать: ответственные участки работ достаточно увлажнять/накрывать в течение 2-3 суток - этого вполне достаточно. Стоит учитывать слои растворов и водопоглощение оснований: стяжка 8 см. на бетонном, слабовпитывающем основании вряд-ли пересохнет за 2 дня и особой необходимости в дополнительном увлажнении не существует. А вот слой штукатурки 1 см. на красном кирпиче (высокое водопоглощение) пересохнет очень быстро и не наберёт необходимой прочности. Именно поэтому красный кирпич обильно поливают водой перед штукатурными работами. Суть одна: цементным растворам необходимо обеспечить влажную среду на несколько суток.
Именно по вышеописанной причине цементно-песчанные стяжки не рекомендуется заливать слоями тоньше 3-4 см. Если же обеспечить влажность, то ограничений в толщине слоя нет. Во многие готовые смеси с этой целью добавляются различные добавки, которые удерживают воду в растворе и не дают ей испариться.
Хороший пример такой добавки в кустарных условиях - клей ПВА или даже обойный клей (удивительно, но это так). Смысл использования клея не в склеивании частиц, а именно в удерживании молекул воды - тем самым создается среда для роста цементных кристаллов.
Помимо воды, для нормального схватывания и твердения необходима температура окружающей среды от +5 ℃ и выше. Стоит заметить, что указанные характеристики справедливы для температуры +20 ℃ - при более низкой твердение происходит медленнее. При температуре ниже 5 ℃ использование цементных растворов без специальных добавок не рекомендуется.
Адгезия цементных растворов
Несмотря на хорошую адгезию цемента к минеральным основаниям, в последние годы на строительных рынках активно пропагандируются грунты глубокого проникновения и так называемый "бетонконтакт". На самом же деле толк от них стремится к нулю.
Грунтовки глубокого проникновения бесполезны и даже вредны по той причине, что могут окончательно закупорить поры в слабовпитывающих основаниях (например гладкий бетон). А пористость основания нужна для хорошего закрепления массы раствора: частицы проникают в поры и цепляют основной слой за основание. При высоком водопоглощении основа хорошо увлажняется - так решается проблема быстрого пересыхания.
Некоторые сомнения может вызывать "бетонконтакт" - он создаёт шероховатую поверхность, при этом сам хорошо прилипает к гладкому бетону. Так и напрашивается мнение - от него будет толк! На самом деле не все виды "бетонконтактов" способны выдержать щелочную среду цементных составов - они попросту в них растворяются. Более того - сам цемент имеет достаточную адгезию к гладким бетонам, главное создать для этого благоприятные условия.
Существует два основных приёма для улучшения адгезии цементных растворов к минеральным основаниям: адгезионный слой и набрызг.
Адгезионный слой представляет из себя более жидкий, тонкий слой того же раствора, который наносится на основание. Жидкая смесь хорошо проникает в поры основания и обеспечивает хорошее сцепление с основным слоем. Основной слой укладывается на НЕсхватившийся адгезионный для образования единого монолита. Данный приём больше подходит для горизонтальных поверхностей, когда сверху располагается основная масса. На вертикальных поверхностях велика вероятность оплываний, хотя всё зависит от конкретной ситуации.
Пример использования адгезионного слоя - укладка полусухой стяжки без разделения с основанием. Полусухая смесь основного слоя укладывается на жидкий слой в 1-3 мм., таким образом слишком сухая смесь имеет возможность "приклеиться" к основанию.
Набрызг используется при штукатурке - жидкий раствор набрызгивается на увлажнённое основание при помощи веника или кисти, образовывая множество выступающих комочков. Благодаря жидкой консистенции, смесь хорошо проникает в поры и имеет отличное сцепление с основой. Отличие от адгезионного слоя еще заключается в том, что нанесение основного слоя производится после схватывания набрызга.
Более современным вариантом набрызга и адгезионного слоя является плиточный клей, нанесённый на основание гребенчатым шпателем. Благодаря химическим добавкам, плиточный клей имеет немногим большую адгезию и им удобнее работать. Соответственно адгезионный слой предполагает нанесение основной массы сразу после нанесения клея, при аналогии с набрызгом нужно дождаться схватывания клея. При работе с набрызгом нужно помнить, что марочная прочность наносимого основного слоя должна быть меньше, чем у клея.
Для достижения хорошего результата также рекомендуется на гладких основания делать насечки топором - этот вариант можно использовать совместно с вышеописанными.
Для формирования адгезионного слоя и набрызга можно использовать улучшающие добавки - клей ПВА улучшит их характеристики. Существуют и готовые добавки для этих целей, например Ceresit СС 81.
Влагостойкость и водостойкость цемента
Порой приходится слышать выражение "влагостойкий цемент" или "влагостойкий плиточный клей" - это лишь показывает безграмотность говорящего. Предлагаю разобраться в этом вопросе. Для начала разберёмся в терминах.
Влагостойкость строительного материала - это способность выдерживать длительное воздействие влаги с периодическим просыханием без разрушения и размягчения. Простыми словами материал может периодически намокать и высыхать не разрушаясь и не теряя своих свойств.
Водостойкость - это способность длительное время не разрушаться под воздействием воды. Иными словами - на материале может постоянно стоять вода без ущерба прочности.
Как мы уже узнали выше, цемент - это гидравлическое вяжущее и от воды он только становится прочнее. Поэтому непосредственно сам цемент является влагостойким и водостойким по умолчанию. Здесь нужно в первую очередь оценивать свойства наполнителя - песка, известкового раствора и иных материалов. Разумеется, если в качестве наполнителя используется песок - то смесь также влагостойкая и водостойкая. Известковый же раствор подвержен гниению при длительном воздействии влаги, поэтому его нельзя назвать водостойким, влагостойким - возможно.
В общем если в раствор входят не влагостойкие и водостойкие компоненты - то таковым нельзя назвать и готовый раствор.
Цементно-песчанные смеси же обладают безусловной водостойкостью, прошу не путать с водопроницаемостью - вода хоть и не вредит цементному камню, но с легкостью через него проходит. Поэтому если под раствором находится восприимчивый к влага материал - его необходимо защитить.
Также цемент боится влаги в том случае, когда происходит действие отрицательных температур - вода, замерзая расширяется и разрушает микропоры год за годом. В таких случаях сильно влияет водопоглощение материала - при полусухих технологиях изготовления водопоглощение значительно ниже.
Как избежать трещин на цементно-песчаном растворе
Для появления трещин существует несколько причин, рассмотрим их по отдельности.
Усадочные трещины - одно из самых частых явлений. В свою очередь им предшествуют две причины: в раствор добавлено слишком много воды или нанесённая смесь слишком быстро пересыхает. А иногда трещины образуются из-за обоих причин.
Чтобы избежать излишней воды, нужно делать максимально возможный, густой раствор. Многие думают, что жидкая смесь лучше "прилипнет" к основанию - это действительно так, однако тогда возникает риск трещин и смесь будет проигрывать по прочности (будет слишком пористая после высыхания). Поэтому нужно помнить про адгезионный слой и набрызг - они решают проблему "прилипания".
При быстром высыхании раствора, усадка происходит раньше, чем смесь наберёт минимальную прочность - поэтому образуются трещины .Быстрое пересыхание можно предотвратить обильным увлажнением основания и периодическим смачиванием нанесённой смеси.
На этом предлагаю закончить, статья будет дополняться.
Источники:
ГОСТ 30515-2013 Цементы. Общие технические условия
СП 82-101-98 Приготовление и применение растворов строительных