Строительный раствор — это сложная композиция, включающая три ключевых компонента: вяжущие вещества (цемент, известь, гипс), заполнители (например, песок) и воду. В процессе твердения между компонентами происходят химические реакции, приводящие к схватыванию смеси и формированию прочного штукатурного слоя. Избыточная вода при этом испаряется. Таким образом, штукатурка представляет собой результат химического преобразования вяжущих и заполнителей после удаления влаги.
Эволюция и современное производство вяжущих
Традиционные вяжущие, такие как гипс, известь и цемент, ранее производились с неточной дозировкой и часто содержали примеси, что сказывалось на их качестве и зависело от месторождения сырья. Современные промышленные технологии позволяют получать материалы с заданными, стабильными свойствами, оптимизированными для конкретных задач. Добавление синтетических компонентов может существенно менять как процесс схватывания, так и конечные эксплуатационные характеристики раствора.
Процесс твердения
Твердение вяжущих — это химический процесс, основанный на реакциях обмена. Исходное сырье (гипс, известняк) проходит подготовку: дробление, измельчение, обжиг и сортировку. Химическая реакция, приводящая к преобразованию материала, инициируется при контакте с водой и воздухом. Таким образом, вяжущее затвердевает (схватывается) под действием воды (растворителя) и углекислого газа из воздуха.
Основные виды вяжущих материалов
Известь
В строительстве выделяют два основных типа извести:
- Воздушная известь: твердеет только на воздухе и в основном применяется для внутренних штукатурных работ.
- Гидравлическая известь: способна схватываться и набирать прочность в воде, что делает её предпочтительной для наружной отделки.
Строительную известь получают путём обжига известняка (карбоната кальция, CaCO₃) при температурах ниже точки спекания. В ходе этого процесса выделяется химически связанная углекислота (CO₂), и образуется оксид кальция (CaO).
Гипс
Все негидравлические строительные гипсы имеют общую химическую основу — сульфат кальция. Сырьём служит природный гипс (двуводный сульфат кальция, CaSO₄·2H₂O), в котором кальций связан с серой и кислородом. Основные разновидности гипса классифицируют по температуре его обжига.
Технология производства включает дробление гипсовой породы, её измельчение и обжиг во вращающихся печах, в результате чего удаляется значительная часть кристаллизационной воды. При затворении водой обожжённый гипс вновь твердеет, восстанавливая структуру. Поставляется материал обычно в мешках по 25 и 50 кг.
Ангидрид
Ангидрид — это обезвоженная гипсовая порода (CaSO₄), лишённая кристаллизационной воды в результате естественных геологических процессов или промышленного обжига. Согласно немецкому стандарту DIN 4208, это негидравлическое вяжущее, которое активируется смешиванием с катализатором.
Природный ангидрид измельчается и на заводе смешивается с 3–7% катализаторов (сульфатных материалов), которые обеспечивают его твердение по механизму, схожему с гипсом. Синтетический ангидрид часто является побочным продуктом других производств (например, обжига известняка). В современном строительстве ангидрид применяется почти исключительно в составе готовых сухих строительных смесей.
Цементы
Цементы — это гидравлические вяжущие, способные твердеть как на воздухе, так и под водой, что обеспечивает их водостойкость. Они должны обладать необходимой прочностью, достигающей, как правило, не менее 25 МПа через 28 суток твердения.
Стандарты (например, DIN 1164) регламентируют различные виды цемента: портландцемент (ПЦ), шлакопортландцемент (ШПЦ), высокопрочный шлакопортландцемент (ВпШПЦ), трассовый цемент (ТрЦ). Основными компонентами являются портландцементный клинкер, гранулированный доменный шлак и трасс (вулканическая порода). Для регулирования сроков схватывания во все цементы добавляют сульфат кальция в виде гипса или ангидрида.
Сырьём служат известняк, глинистые материалы (мергель) и доменный шлак. Соотношение известняка и глинозёмистого компонента обычно составляет около 3:1. Основой всех цементов является портландцементный клинкер. Класс прочности цемента, определяемый по минимальной прочности на сжатие через 28 дней, часто маркируется цветом упаковочных мешков.
Глинозёмистый цемент
Глинозёмистый (алюминатный) цемент не нормируется общими стандартами. Его производят путём спекания или плавления смеси боксита 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 и в качестве добавок к готовым растворам в виде дисперсий. Наиболее распространены поливинилацетат (ПВА) и полиметакрилат (ПМА).
Приготовление таких растворов ведётся в заводских условиях, где полимеры равномерно распределяются (диспергируются) в воде. Они поставляются как в виде жидких дисперсий, так и в форме порошков (сухие дисперсии). На строительной площадке чистые полимерные дисперсии применяются преимущественно в качестве адгезионных грунтовок (средств для улучшения сцепления).
Силикатные материалы
Силикатные соединения в строительстве — это 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. Силикатные компоненты часто входят в состав верхнего, водоотталкивающего слоя штукатурки.
Суглинок
Суглинок — это природный материал, представляющий собой желто-коричневую глину с примесями мелкого песка, слюды, извести и оксидов железа. Он не обладает свойством схватываться, как классические вяжущие, но и не высыхает окончательно; при увлажнении может возвращаться в пластичное состояние. Поэтому в штукатурных растворах суглинок используют только в комбинации с известью. Основная сфера его применения — реставрационные работы, особенно при восстановлении старых каркасных зданий и памятников архитектуры, где требуется соответствие историческим рецептурам растворов.