Строительный раствор формируется из трёх ключевых компонентов: вяжущих веществ (таких как известь, цемент или гипс), заполнителей (чаще всего песка) и воды. В процессе химических реакций между компонентами раствор постепенно твердеет, образуя прочный штукатурный слой. Избыточная вода, использованная для затворения, при этом испаряется. Таким образом, штукатурка представляет собой конечный продукт, полученный в результате химического взаимодействия вяжущих и заполнителей после испарения влаги.
Эволюция качества и современное производство
Исторически традиционные вяжущие материалы, такие как гипс, известь и цемент, производились с неточной дозировкой и часто содержали значительные примеси. Их качество сильно варьировалось в зависимости от месторождения исходного сырья. Современные промышленные технологии кардинально изменили ситуацию, позволив производить вяжущие материалы с чётко заданными и стабильными свойствами для конкретных строительных задач. Кроме того, добавление синтетических вяжущих позволяет целенаправленно модифицировать как процесс схватывания, так и конечные эксплуатационные характеристики раствора.
Процесс твердения
Твердение вяжущих происходит в результате химических реакций обмена. Исходное сырьё (например, гипс или известняк) проходит предварительную подготовку: дробление, измельчение, обжиг и сортировку. Непосредственно химическая реакция, приводящая к превращению материала, начинается только при добавлении воды и доступа воздуха. Таким образом, вяжущее вещество в растворе затвердевает (схватывается) под воздействием воды (растворителя) и углекислого газа из воздуха.
Основные виды вяжущих материалов
Известь
В строительстве выделяют два основных типа извести:
- Воздушная известь: твердеет исключительно на воздухе, что обуславливает её преимущественное использование для внутренних штукатурных работ.
- Гидравлическая известь: способна схватываться и набирать прочность даже в воде, что делает её предпочтительным материалом для наружной штукатурки.
Природная строительная известь производится путём обжига известняка (карбоната кальция, CaCO₃) при температурах ниже точки спекания. В ходе этого процесса химически связанная углекислота (CO₂) удаляется, и образуется оксид кальция (CaO).
Гипс
Все негидравлические строительные гипсы имеют общую химическую основу — сульфат кальция. Сырьём для его получения служит природный гипсовый камень (двуводный сульфат кальция, CaSO₄·2H₂O), в котором кальций связан с серой и кислородом. Основные разновидности строительного гипса классифицируют в зависимости от температуры его обжига.
Технология производства включает дробление и измельчение гипсовой породы с последующим обжигом во вращающихся печах. При этом удаляется значительная часть кристаллизационной воды. При затворении водой полученный полугидрат вновь затвердевает, восстанавливая структуру. Поставляется гипс, как правило, в мешках по 25 и 50 кг.
Ангидрид
Ангидрид — это обезвоженная гипсовая порода (CaSO₄), лишённая кристаллизационной воды либо в природных условиях (в жаркие геологические периоды), либо в процессе производства. Согласно промышленному стандарту ФРГ DIN 4208, это негидравлическое вяжущее, которое активируется путём смешивания с катализатором.
Природный ангидрид измельчается и на заводе смешивается с 3–7% катализатора (сульфатных материалов), что позволяет ему затвердевать подобно гипсу. Синтетический ангидрид часто является побочным продуктом различных обжиговых производств. В современном строительстве ангидрид применяется почти исключительно при промышленном изготовлении готовых сухих строительных смесей.
Цементы
Цементы — это гидравлические вяжущие, способные твердеть как на воздухе, так и под водой, что обеспечивает их водонепроницаемость. После 28 суток твердения прочность цемента на сжатие должна составлять не менее 25 МПа.
Стандарты нормируют несколько видов цемента: портландцемент (ПЦ), шлакопортландцемент (ШПЦ), высокопрочный шлакопортландцемент (ВпШПЦ) и трассовый цемент (ТрЦ). Основными компонентами по немецкому стандарту DIN 1164 являются портландцементный клинкер, гранулированный доменный шлак и трасс (вулканическая порода). Для регулирования сроков схватывания во все нормированные цементы добавляют сульфат кальция в виде гипса или ангидрида.
Сырьём для производства служат известняк, глинистые мергели и доменные шлаки. Типичный состав цемента — примерно 3 части известняка на 1 часть глинистого компонента. Основой всех цементов является портландцемент. Класс прочности цемента, определяемый минимальной прочностью на сжатие через 28 дней, маркируется определённым цветом упаковочных мешков.
Глинозёмистый цемент
Глинозёмистый (алюминатный) цемент не нормируется общими стандартами. Его производят путём спекания или плавления смеси бокситов и известняка при температурах 1200–1600 °C. Этот цемент характеризуется очень быстрой гидратацией и связывает примерно в два раза больше воды, чем обычные нормируемые цементы.
Полимерные материалы
Полимеры используются для создания плёнкообразующих штукатурок, а также в качестве модифицирующих добавок к готовым растворам в форме дисперсий. Наиболее распространены поливинилацетат (ПВА) и полиметакрилат (ПМА).
Приготовление растворов с полимерами осуществляется в заводских условиях. Жидкие полимеры диспергируют (равномерно распределяют) в воде. Они поставляются как в виде жидких дисперсий, так и в форме порошков (сухие дисперсии). На строительной площадке чистые полимерные дисперсии применяются в основном в качестве адгезионных грунтовок (средств для улучшения сцепления).
Силикатные материалы
Под силикатными соединениями в строительстве понимают минеральные растворы, образующиеся в результате химических превращений. Их схватывание происходит при реакции кремниевой кислоты (жидкого стекла) со свободной гидроокисью кальция в растворе, в результате чего образуется нерастворимый в воде силикат кальция. Силикаты часто входят в состав верхнего, водоотталкивающего слоя штукатурки.
Суглинок
Суглинок — это природный материал, добываемый непосредственно из земли. Он представляет собой желто-коричневую глину с примесью мелкого песка, слюды, извести и оксидов железа. Суглинок не подвержен процессу схватывания, как другие вяжущие, и не высыхает окончательно. При увлажнении он снова становится пластичным. Поэтому в штукатурных растворах суглинок используют только в комбинации с известью. Его применение сегодня ограничено в основном реставрационными работами, например, при восстановлении старых каркасных зданий и памятников архитектуры, где требуется совместимость с историческими составами штукатурок.