Саморасширяющиеся цементы – специальные строительные смеси

понятие расширяющихся цементов

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 саморасширяющихся цементах начальное расширение во влажном виде преобладает над сухой усадкой.

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:

расширяющиеся цементы схема

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.

Ограничением гипсоглиноземных цементов является максимальная рабочая температура среды – не более 80 °С. Большая морозоустойчивость (до 200 циклов) позволяет использовать такие материалы в холодном климате.

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

расширяющийся цемент для заделки трещин

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.
Недостаток расширяющихся цементов связан с их высокой стоимостью. Средняя цена готовой смеси достигает 40-70 руб./кг, что в 10-15 раз выше, чем для обычного портландцемента.

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:

Параметр Оценка
Цена «1» — самый дорогой из цементов
Практичность «5» — выдерживает длительный срок службы
Внешний вид «5» — отсутствие трещин при правильном использовании
Простота изготовления «3» — большое количество дополнительных компонентов
Трудоемкость при использовании «5» — легко замешивается и наносится
Экологичность «4» — любая цементная пыль при строительстве может привести к болезням легких – не забывайте про респиратор

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.