Саморасширяющиеся цементы – специальные строительные смеси

Основными вяжущими материалами в строительстве являются цементы. Наибольшее распространение получили композиции на основе портландцемента. Несмотря на широкую популярность, иногда их использование нежелательно – дефекты в виде микро- и макротрещин вызывают деформацию и усадку конструкции. Саморасширяющиеся цементы относятся к специальной разновидности вяжущих смесей, не имеющих таких негативных качеств.

Классификация и свойства

Нормальная усадка портландцемента (уменьшение линейных размеров) достигает до 2 мм/м изделия. Пока смесь влажная, её габариты увеличиваются за счет поглощённой воды. Непосредственная усадка происходит при высыхании цементного раствора на воздухе на третьей неделе затвердевания.

В зависимости от состава и требуемых характеристик, материал подразделяется на следующие виды:

1. безусадочные цементы – расширение равно последующей усадке, что приводит к постоянству размеров;
2. расширяющиеся цементы – усадка в сухом виде меньше, чем начальное расширение, на 5-6 мм/м готового изделия;
3. напрягающий цемент – представляет собой расширяющуюся разновидность, которую используют в производстве железобетонных конструкций.

Принцип действия напрягающего цемента основан на механическом взаимодействии бетонного раствора и металлической арматуры. Железобетонный каркас при заливке расширяющейся смеси подвергается растягиванию. Прочность арматуры препятствует дальнейшему натяжению и останавливает расширение цементной смеси.

Такое взаимодействие приводит к одновременному растяжению металлического каркаса и остановке расширения. Арматура стремится сжаться, а бетон – расшириться. Это держит всю конструкцию в напряжении и увеличивает прочность в 1,5-2 раза. Сравнение динамики усадки обычного, безусадочного и расширяющегося цемента показано на рисунке 1.

Рис. 1. Динамика усадки цементов. Обозначения: «1» — обычный портландцемент; «2» — безусадочный цемент; «3» — расширяющийся цемент:

Состав и производство

Различные сферы применения определяют строительные и эксплуатационные параметры материалов. Для их достижения используются различные композиционные схемы производства, включающие широкий ряд компонентов. Рассмотрим принципиальные составы саморасширяющихся цементов.

Составы на основе портландцемента

Существуют композиции для производства обычных саморасширяющихся и напрягающих цементов.

Различия заключаются в составе, который обуславливает параметры схватывания:

•  65-75 % портландцемента, 6-10 % гипса, 15-25 % высокоглиноземистого шлака. Высокое содержание расширяющегося связующего способствует увеличению скорости схватывания (начало – через 30 минут, окончание – через 4-6 часов после приготовления раствора). Быстрый рост механических напряжений позволяет применять такие составы для производства напрягающих цементов. С увеличением содержания гипса скорость схватывания уменьшается. Это делает возможным применение смесей в бытовых целях (обмазка стыков, штукатурка и др.);
• 94-95 % портландцемента, 0,1-0,2 % полимерной добавки, 5-6 % негашеной извести. Принцип действия заключается в образовании мельчайших пузырьков газа, сопутствующих гашению извести при добавлении воды. Изначальное расширение такого цемента будет высоким, однако последующая усадка возвращает объём к исходному состоянию. Подобный состав применяется для безусадочных растворов, используемых для заделывания стыков между плитами железобетонных конструкций. Ещё одним направлением является метод «тихого взрыва» (см. ниже), применяющийся при добыче камней;
• варианты смесей из портландцемента, гипса и других минеральных добавок. В качестве замены высокоглиноземистому шлаку может использоваться алунит – смешанный основной сульфат кальция и алюминия. Дополнительным компонентом, увеличивающим расширение, является негашеная известь.

Составы на основе глиноземистого цемента

К ним относятся би-, три- и более компонентные смеси, обязательно содержащие глиноземистый цемент (продукт обжига и помола боксита и известняка) и обводненный сульфат кальция (гипс).

Отличительной особенностью такого цемента является очень высокая скорость схватывания (начало – от 10 минут, завершение – 1 час после приготовления смеси). Для регулирования скорости затвердевания применяют добавку буры или уксусной кислоты.

Гипсоглиноземные цементы применяются для обработки швов и пористых поверхностей, обеспечивая высокую гидроустойчивость. Подобранные безусадочные композиции могут использоваться для обмазки стыков труб, выдерживая давление воды до 10 атм. Преимуществом таких смесей перед портландцементом является более высокая (в 10-20 раз) схватываемость со старым раствором конструкции.

Производство расширяющихся цементов заключается в смешивании подробленных до пылеобразного состояния компонентов или совместном дроблении их смеси. При бытовом производстве саморасширяющихся составов используется смесь портландцемента, гипса и негашеной извести. Полученная композиция применяется для гидроизоляции швов между строительными блоками.

Требования к цементам и методы контроля качества устанавливаются стандартом ГОСТ 30515-97. Ряд специфических параметров может регулироваться отраслевыми нормативными документами и техническими условиями.

Основная масса саморасширяющихся цементов относится к маркам 400, 500 и 600, выдерживая давление не менее 40, 50 и 60 МПа/см2 соответственно. Напрягающие цементы являются наиболее прочными (марка 600).

Восстановление стены при помощи саморасширяющегося цемента

Области применения саморасширяющихся цементов

• Создание влагонепроницаемой штукатурки. Сохранить высокие прочностные и теплоизоляционные свойства стен из пористых материалов – ракушечника, пено- и газобетонных блоков, возможно лишь защитив их от воздействия воды.
• Обустройство бассейнов, бань и летних душевых кабинок на улице. Даже качественная гидроизоляция не будет долговечной, если находящийся над ней бетонный слой покроется развитой системой трещин.
• Проведение плановых ремонтных работ, что особенно актуально при реконструкции старых построек. Применение саморасширяющихся цементов позволяет заполнить все макро и микротрещины, увеличивая прочность здания.
• Выполнение экстренных ремонтов – ряд саморасширяющихся смесей можно использовать для возведения конструкций в воде, а также во время сильных морозов. Применять обычные растворы при отрицательной температуре нежелательно из-за замерзания воды, препятствующей процессу схватывания.
• Добыча крупных камней из скальных массивов, называемая методом «тихого взрыва». Суть заключается в расклинивании цельного куска камня саморасширяющимся цементом, которым заполняются искусственно пробуренные скважины или штробы в скале. Правильно заданные направления для раскалывания помогают избежать взрывных работ и сокращают затраты на ручную обработку поверхности.

На видео показано, как при помощи расширяющегося цементного раствора можно заделать дыру в потолке:

Работая с саморасширяющимся цементом, следует придерживаться нескольких правил:

1. использование бетономешалки, работающей от сети. Это позволит минимизировать время приготовления смеси и увеличит её однородность;
2. соблюдение рекомендованных производителем пропорций компонентов. Наибольшее влияние на расширение и усадку оказывает содержание воды в исходном растворе;
3. применять напрягающие цементы только для заливки конструкций, имеющих арматурный каркас. В противном случае есть большой риск деформации из-за избыточных расширений.

Плюсы и минусы

Преимущества расширяющихся цементов перед обычными заключаются в следующем:

1. высокие показатели морозоустойчивости, прочности, влаго- и газопроницаемости;
2. быстрое, но регулируемое время схватывания;
3. возможность использования в водных и коррозионно-активных средах, а также в холодное время года.

Несмотря на широкий ассортимент зарубежных саморасширяющихся составов, отечественные производители выпускают не менее качественные смеси. Среди большого количества предприятий можно выделить завод «Мордовцемент», Пашийский и Пермский металлургические цементные заводы, а также ООО «СтройПродЗащита».

Оценивая расширяющиеся композиции, в сравнении со стандартными смесями, можно получить такую характеристику:

Использование саморасширяющихся составов необходимо при возведении некоторых конструкций. Применение водостойких безусадочных смесей для бани или водостоков позволит сэкономить на будущих ремонтах. Приобретать саморасширяющиеся цементы для обычного строительства непрактично – высокая прочность будет заведомо превышать нагрузки, которым подвержены бытовые строения.