Цементные растворы, их виды и свойства

Цемент — удивительное вещество, которое позволяет изготавливать различные смеси и растворы для любых типов строительных, отделочных и ремонтных работ.

Цемент — порошкообразное вяжущее вещество водного твердения. Это означает, что только в присутствии воды в нем происходят реакции гидратации, необходимые для химического преобразования порошкового компонента в твердый материал, имеющий кристаллическую структуру. Поэтому для работы с цементом из него замешивают растворы и смеси с добавлением воды.

Основными типами таких материалов являются бетонные смеси и цементные растворы.

Чем отличается цементный раствор от бетонной смеси

Главное отличие этих типов строительных материалов — состав, который и обуславливает различие их качеств и разные области их применения. Есть у них и общие черты: использование цемента как вяжущего позволяет получить материалы, отличающиеся особой прочностью.

Фактически, бетон можно назвать композитным материалом. Если для изготовления бетонной смеси, помимо цемента, воды и песка, требуется еще и крупный заполнитель, к примеру, гравий или щебень с разным размером фракций, то в цементный раствор добавляется только мелкий заполнитель — песок.

Таким образом, в состав цементного раствора входят:

Различается и область применения. Бетон используется для изготовления крупных изделий и конструкций, например, монолитных стен и плит перекрытий, дорожного полотна, стяжек, а также мелкоштучных, но требующих высокой прочности изделий, к примеру, тротуарной плитки.

Цементные растворы применяются как материал для заполнителей швов и соединения строительных элементов (кладочные растворы) либо для обработки поверхностей (например, различные виды штукатурных растворов с использованием цемента).

Цемент и смеси на его основе употребляются в строительстве со времен Древнего Рима, но современные строительные материалы существенно отличаются от древних образцов благодаря достижениям химии. Любые типы бетонных смесей и цементных растворов нуждаются в применении специальных химических добавок, которые могут сообщать им дополнительные свойства:

• пластичность смеси и увеличение ее срока жизни;
• возможность работать при отрицательных температурах;
• повышенную прочность и трещиностойкость;
• морозостойкость готового изделия;
• быстрое схватывание;
• водостойкость

и другие характеристики, которые могут быть необходимы в том или ином конкретном случае. Благодаря применению химических добавок можно получать действительно безупречные изделия из цемента.

Советуем изучить: Каталог добавок Cemmix

Виды цементных растворов

Популярность цементных растворов в строительных, отделочных и ремонтных работах объясняется их прочностью и доступностью.

Можно говорить о классификации цементных растворов по их составу и назначению.

По составу цементные растворы делятся на следующие виды:

1. Цементно-песчаный. Раствор замешивается с добавлением песка, который является компонентом, формирующим кристаллическую структуру и препятствующим усадке и образованию трещин. Используется песок средних фракций. Цементные растворы используют для кладки и оштукатуривания стен. Цементная штукатурка прочная, паропроницаемая и устойчива к появлению грибка и плесени. Она может применяться под любые виды покрытий, включая декоративную плитку, а также использоваться для отделки внешних стен зданий.
2. Цементно-известковый. Цементно-известковая штукатурка сочетает два вяжущих компонента, из которых цемент — вяжущее водного твердения, а известь — воздушного. Гашеная известь снижает стоимость раствора, а также работает как пластификатор, повышая его подвижность. Цементно-известковую штукатурку можно использовать для отделки любых помещений, в том числе, влажных, а также фасадов зданий. Ее плюсами являются пластичность, прочность, возможности послойного нанесения, влагостойкость, устойчивость к плесени, грибку, доступность и экономичность.

Виды цементных растворов по назначению:

1. кладочные;
2. штукатурные;
3. ремонтные;
4. растворы для стяжек.

В зависимости от назначения раствора, выбирается марка цемента, состав раствора и пропорции основных компонентов. Растворы для оштукатуривания должны быть более пластичными, чем кладочные, что достигается применением различных добавок: гашеной извести либо специальных пластификаторов.

Обычный цемент имеет серый цвет, но для отделочных работ существует белый. Его применяют для замешивания штукатурных растворов, а также смесей для изготовления цветной тротуарной плитки, поскольку серый цемент не позволяет получать яркие красивые оттенки. Белый цемент дороже обычного, поэтому часто его используют для раствора, который применяется на поверхности (верхний слой штукатурки или брусчатки).

Какую марку цемента выбрать

Как известно, цемент классифицируется по прочности на марки, которые раньше обозначались литерой М и числовым показателем, характеризующим предел прочности на сжатие в кг/см 2 . Чем выше показатель, тем более прочные изделия можно получить из этого цемента.

Сегодня маркировка вяжущего порошка начинается с вида цемента ЦЕМ, после чего указывается процентное содержание и тип добавок. Далее отмечается класс прочности и скорость схватывания. Например, ЦЕМ II/В-Ш 22,5Н — портландцемент с гранулированным доменным шлаком 21-35 %, класс прочности 22,5, с нормальной скоростью твердения.

Тем не менее, до сих пор многие потребители пользуются старой классификацией, поэтому некоторые производители наносят на мешки с цементом обе маркировки (по старой и новой классификации).

При реализации работ важно выбрать оптимальный по прочности цемент, чтобы, с одной стороны, получить достаточную прочность изделий, с другой стороны, не переплачивать за более дорогие расходные материалы.

Вот почему правильный выбор оптимальной марки цемента так важен:

1. для оштукатуривания фасадов — ЦЕМ II 32,5Н–ЦЕМ II 42,5Н (М400–М500);
2. для штукатурки внутренних стен под обои или покраску — ЦЕМ II 22,5Н–ЦЕМ II 32,5Н (М300 –М400);
3. для кладочных растворов необходим цемент марки ЦЕМ II 22,5Н–ЦЕМ II 42,5Н (М300–М500), причем растворы маркируются по прочности от М25 (для ненагруженной кладки) до М200 (для высоко нагруженных конструкций, таких, как фундаменты на слабых грунтах), выбор конкретной марки зависит от марки кирпича, в обычном случае выбирается раствор марки М50 или М75;
4. для стяжек применяют растворы от М200 (стяжка в квартире), М300 (стяжка в офисе), и выше для стяжек, которые будут подвергаться высоким нагрузкам (например, в производственных помещениях).

Как приготовить цементный раствор

Цементный раствор вполне можно изготовить самостоятельно, и это будет дешевле, чем покупать готовый. К тому же, в частных строительных и ремонтных работах самостоятельное замешивание удобнее.

Замешивают цементные растворы в небольших бетономешалках либо при помощи строительного миксера, а если раствора нужно немного, то и вручную.

Обычно вначале рекомендуют перемешать сухой цемент с песком, а затем добавлять воду с химическими добавками до требуемой густоты или, если используется гашеная известь, ее водный раствор. Хотя некоторые мастера предпочитают другой порядок замеса.

Консистенция раствора подбирается в зависимости от целей и может быть как полусухой, так и пластичной, и даже литой.

Любые химические добавки вводятся в раствор с водной составляющей.

Видео: Как правильно замешивать цементный раствор

Пропорции компонентов для цементных растворов

Какие количества цемента, песка и воды использовать, зависит от назначения цементного раствора.

Таблица 1. Пропорции штукатурных растворов

Таблица 2. Пропорции растворов для стяжек

Таблица 3. Пропорции кладочных растворов

Расход цемента

Поскольку самый дорогостоящий компонент цементного раствора — цемент, а также потому, что он должен быть свежим, необходимо точно рассчитать, какое количество цемента потребуется.

Зная пропорции раствора, несложно подсчитать, сколько цемента нужно для замеса одного кубометра материала.

Для оштукатуривания и кирпичной кладки количество раствора смотрят в таблицах.

Таблица 4. Расход штукатурного раствора с учетом потерь

Для стяжки можно самостоятельно посчитать количество раствора. Для этого ширину и длину помещения умножают друг на друга и на толщину стяжки (в метрах). Если помещение имеет неправильную форму, отдельно подсчитывается площадь каждого участка, а при значительной неровности пола (когда стяжка будет иметь разную толщину на разных участках) берется среднее значение толщины стяжки.

Например: дано помещение 10 на 10 м, толщина стяжки — 5 см (0,05 м). Значит, потребуется 5 кубов раствора.

Важные компоненты цементных растворов — специальные добавки, к которым относятся:

1. пластификаторы и суперпластификаторы для увеличения подвижности и прочности растворов и для экономии цемента (до 15–20%);
2. ускорители твердения и противоморозные добавки при работе в условиях низких температур;
3. гидроизолирующие добавки для повышения водостойкости;
4. полипропиленовая или базальтовая фибра для объемного армирования, уменьшения усадки, снижения образования трещин.

Важно не пренебрегать добавками для бетона и не заменять их подручными компонентами (мылом, солью), точные пропорции которых и эффект невозможно просчитать. Готовые химические добавки испытаны в лабораторных условиях, их возможно точно дозировать, а эффект от них предсказуем.

Гидратация, процесс коллоидации цементной смеси и ложное схватывание? Давайте разбираться!

Цемент – это минеральное вещество вяжущей консистенции, которое производится искусственно и превращается после взаимодействия его с водой в пластичную массу, затвердевающую после высыхания. От прочих вяжущих субстанций данный стройматериал отличается своей способностью схватываться, набирая прочность, даже при повышенной влажности. Цемент используют в основном для приготовления бетонной смеси, а также различных растворов. Чтобы научиться грамотно использовать этот уникальный стройматериал, необходимо изучить все его свойства и характеристики и понять, какие процессы происходят в бетоне либо цементных растворах (штукатурных, клеевых и других назначений).

Гидратация
Как известно, цемент представляет собой вяжущее гидравлическое вещество. Иными словами, для получения твердого камнеподобного тела, используемый порошок следует залить водой. Добавив необходимое количество воды, вы запустите необратимый процесс, которым можно при желании управлять.
Что же происходит в ходе этого необратимого процесса?
Проясним простыми словами. Начинается химическая реакция: молекулы воды соединяются с молекулами минералов, которые входят в состав цемента. Это приводит к растворению порошка и образованию пластичной массы. Явление, в ходе которого вода соединяется с растворенным в ней материалом, называется гидратацией.

В ходе гидратации происходит постепенное насыщение раствора продуктами реакции, отвечающими за прочностные характеристики будущего изделия.

В определенный момент процесс растворения заканчивается, а цементная масса утрачивает свою подвижность и схватывается, превращаясь в желеподобную массу. Схватывание происходит вскоре после замешивания раствора – в первые же часы.

Время начала данного процесса, называемого коллоидацией , а также его продолжительность зависят:

• от количества использованной воды;
• температурного режима;
• состава цемента;
• тонкости помола цементного порошка;

Чем мельче помол, тем более быстрым будет схватывание. Что отсрочить процесс схватывания и растянуть его, подвижную массу следует постоянно перемешивать. Но поддерживать пластичность раствора бесконечно долго невозможно, вязкая масса в определенный момент начинает утрачивать полезные свои свойства.

Рекомендуется изучить цемент заранее, что поможет определить фактические сроки схватывания этого материала и при необходимости скорректировать их при помощи специальных добавок. Иногда материал схватывается очень быстро, почти сразу после взаимодействия с водой, и выделяет при этом много тепла. Это явление называют ложным схватыванием! И чтобы его не допустить, раствор можно «оживить» путем перемешивания.

«Ложное схватывание» — негативное свойство цемента, такой материал обычно отбраковывают.

Когда раствор утрачивает свою подвижность, растворенные в нем частички цемента начинают кристаллизоваться, увеличиваться и переплетаться, сращиваясь в цементный камень. Данный процесс протекает с различной скоростью – вначале масса быстро становится все более прочной, а затем ее кристаллизация несколько замедляется.

Окончательное затвердевание может продолжаться годами, однако проектная марка прочности получаемых изделий достигается за двадцать восемь дней, распалубка при благоприятных влажности и температуре возможна уже через три-пять дней.

Опишите в комментариях под этой статьёй свой опыт, если вам удавалось оживить схватывающийся раствор! Что вы для этого предпринимали?

Возможно эти статьи будут Вам интересны:

Цемент (неорганич. вяжущие материалы)

В общем понимании этого термина Ц. известен с древнейших времён. Первыми искусственными вяжущими веществами были гипс и известь, применявшиеся древними египтянами и греками при возведении монументальных сооружений, частично сохранившихся до наших дней. Позднее в качестве вяжущих использовались известковые растворы с добавкой измельченных вулканических пород (в Древнем Риме) или слабообожжённого кирпича-цемянки (в Киевской Руси), придававших им способность твердеть в воде. В 1796 Дж. Паркером был получен патент на гидравлическое вяжущее ‒ романцемент ‒ измельченный продукт обжига природных мергелей . В 1824 Дж. Аспдин в Англии и в 1825 Е. Г. Челиев в России независимо друг от друга создали портландцемент , получаемый обжигом до спекания искусственной смеси известняка и глины, взятых в определённых пропорциях.

Большое значение в развитии теории и практики цементного производства в России имели труды А. Р. Шуляченко , Н. А. Белелюбского , И. Г. Малюги , Н. Н. Лямина, В. И. Чарномского. В результате их работ были созданы высококачественные отечественные Ц., почти полностью вытеснившие из строительной практики Ц. иностранного производства. Однако в дореволюционной России количество цементных заводов, их мощность и технический уровень были недостаточными. Единственным научным учреждением, занимавшимся исследованиями по Ц., была механическая лаборатория Петербургского института инженерных путей сообщения.

Октябрьская революция 1917 открыла широкие возможности для развития цементной промышленности и науки о Ц. Трудами советских учёных А. А. Байкова , В. А. Кинда, В. Н. Юнга, П. П. Будникова , П. А. Ребиндера , Н. Я. Торопова, Ю. М. Бутта, А. В. Волженского и др, были созданы современные основы физикохимии. Ц., разработана теория его твердения, усовершенствована технология цементного производства, созданы новые высокоэффективные виды Ц. с особыми свойствами, удовлетворяющими потребности различных отраслей народного хозяйства. В СССР научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, связанные с развитием цементной промышленности и повышением её технического уровня, осуществляются рядом специализированных институтов (НИИЦемент, Гипроцемент, НИИЦеммаш и др.), а также кафедрами некоторых вузов.

Современный процесс производства Ц. включает: добычу цементного сырья природного или использование в качестве такового некоторых промышленных отходов (металлургических шлаков, зол ТЭС, вскрышных пород и т.п.); дробление и тонкое его измельчение; приготовление однородной сырьевой смеси заданного состава; обжиг её до спекания при температуре 1450‒1550 °С; измельчение полученного клинкера в тонкий порошок вместе с небольшим количеством гипса и активных минеральных добавок или др. веществ, придающих Ц. нужные качества. В зависимости от способа приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинированный способы производства Ц. Выбор способа обусловлен главным образом технико-экономическими показателями: возможной степенью концентрации производства, расходом топлива и электроэнергии, трудовыми затратами.

При сухом способе производства Ц. сырьевые материалы (известняк и глина) в процессе измельчения и помола в мельницах высушиваются и превращаются в сырьевую муку, состав которой корректируется в соответствии с заданным, после чего мука поступает на обжиг. Современные вращающиеся печи для обжига клинкера, как правило, оборудованы запечными теплообменниками, в которых осуществляется подогрев и частичная декарбонизация сырьевой смеси. Расход тепла на обжиг клинкера составляет 750‒850 ккал/кг клинкера. При мокром способе размол сырьевых компонентов осуществляется в мельницах в присутствии воды, которая играет роль понизителя твёрдости, интенсифицирует процесс помола и снижает удельный расход энергии на помол. Полученная сметанообразная масса (шлам) корректируется до заданного состава и направляется на обжиг. За счёт испарения воды шлама в печи расход тепла на обжиг увеличивается н в зависимости от размера и конструкции печи составляет 5,45‒6,7 Мдж/кг (1300‒1600 ккал/кг ) клинкера. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по схеме мокрого способа, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется (обычно в виде гранул) и поступает на обжиг. Расход тепла при этом составляет около 4,19 Мдж/кг (1000 ккал/кг ) клинкера.

Необходимые свойства Ц. достигаются правильным проектированием сырьевой смеси и получением в процессе производства Ц. нужного состава ‒ химического, минералогического, гранулометрического и вещественного (под минералогическим составом Ц. понимается качественный и количественный перечень минералов, входящих в состав клинкера; под вещественным составом ‒ качественный и количественный перечень веществ, входящих в состав готового Ц.). Правильное проектирование сырьевой смеси ‒ одно из важнейших условий, обеспечивающих нормальное протекание и полное завершение процессов клинкерообразования при обжиге и высокие экономические показатели производства. Контроль качества готового Ц. осуществляется на основе требований соответствующих ГОСТов. Стандартизованы также методы физико-механических испытаний при определении свойств Ц.

По прочности Ц. делится на марки. Марка Ц. определяется пределом прочности при изгибе образцов-призм размером 40`40`160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из цементного раствора состава 1: 3 (по массе) с нормальным (кварцевым) песком (срок твердения образцов в воде 28 сут с момента изготовления). Для специального Ц. возможно изменение состава и методов изготовления и хранения образцов.

О составе, особых свойствах и областях применения главнейших видов Ц., выпускаемых в СССР, см. табл. За рубежом выпускаются примерно такие же, как и в СССР, виды Ц. По своим техническим качествам Ц. сов. производства принадлежат к числу лучших Ц. в мире.

Главнейшие виды цементов, выпускаемых в ССР