УСАДКА РАСТВОРА
Изучению объемных деформаций раствора посвящены работы многих авторов. Однако большинство этих исследований проводилось на растворах, твердевших вне кладки. Между тем условия вызревания раствора оказывают решающее влияние на характер изменения его объема. С момента вступления раствора в контакт с камнем раствор начинает терять влагу. Этот процесс сопровождается усадкой раствора, которую принято называть начальной усадкой или осадкой. К моменту наступления влажностного равновесия в системе «раствор-камень» рост начальной усадки раствора прекращается.
Гидратация вяжущего вызывает в растворе необратимые усадочные деформации, обусловливаемые стяжснисм (сокращением абсолютного объема) вяжущего. Стяжение (контракция) цементного теста во многом зависит от минералогического состава цемента. По данным С. Д. Окорокова [149], большие значения стяжения можно наблюдать при гидратации цементов с высоким содержанием алюминатов. В. В, Некрасовым доказано [149], что величина стяжения возрастает по мере увеличения водоцементного отношения, повышения активности цемента и тонкости его помола.
Усадка затвердевшего раствора в швах кладки приводит к возникновению по контакту раствора с камнем срезывающих напряжений. Причем развитие усадки по контактным плоскостям швов происходит неравномерно. Причинами, обусловливающими эту неравномерность, являются неоднородность раствора и непостоянство абсорбционных свойств камня по всей площади контактной зоны, неравномерность обжатия раствора в горизонтальных швах и непостоянство их толщины. Концентрация усадочных напряжений на отдельных участках контактной плоскости раствора и камня может привести к частичному, а иногда и к полному нарушению монолитности кладки.
Ниже описаны результаты изучения усадки раствора в швах кладок из различных разновидностей пильного известняка.
На рис. III—4 представлены данные, показывающие, что в кладках с различными абсорбционными свойствами усадка известкового раствора оказалась в 1,2—2,4 раза меньше, чем смешанного раствора. Аналогичные данные были получены В. А. Степаняном [122] при проведении опытов с кладками из туфов. Это явление вполне закономерно и объясняется повышенной водоудерживающей способностью известковых растворов (рис. III—5) и отсутствием в них цемента.
О влиянии абсорбционных свойств камня на развитие усадочных деформаций раствора можно судить по данным, представленным на рис. III—6. Они показывают, что наибольшая усадка раствора характерна кладкам из известняков со средней и пониженной величиной i. Причем в кладках из этих камней начальная усадка раствора на 85—95% успевает протекать в первые 2 часа после выполнения швов. Значительно менее интенсивно развиваются усадочные деформации в кладках из камней с низкой всасывающей способностью (криковский оолитовый известняк и бешераньский ракушечник).
При выполнении кладок на литых растворах, характеризующихся повышенной начальной усадкой (рис. III—7), в ряде случаев отмечается появление в растворе усадочных трещин (рис. III—8). Эти случаи, как правило, относятся к кладкам из известняков с высокой всасывающей способностью. Предотвратить это нежелательное явление можно путем ограничения предельной консистенции раствора и предварительным увлажнением камня.
На величину усадки раствора существенное влияние оказывает гранулометрический состав заполнителя и наличие в нем илистых (глинистых) примесей. При прочих равных условиях наименьшая усадка присуща растворам на крупнозернистых песках. Однако следует помнить, что растворы на таких песках характеризуются пониженной удобоукладываемостью.
Величина усадки раствора возрастает по мере увеличения в используемом заполнителе мелких фракций и глинистых примесей. В Молдавии, например, имеется Бачойское промышленное месторождение очень мелкого песка, содержащего до 10% глины. Усадка раствора на этом песке до 20 раз превышает усадку раствора на песке нормальной крупности (рис. III—9, а). Не удивительно, что при обследовании каменных зданий, построенных на территории МССР с использованием для кладки раствора на бачойском песке, в растворных швах весьма часто фиксировались отчетливо видимые усадочные трещины. В тех случаях, когда использование раствора на бачонском песке совпадало с применением для кладки известняка со сравнительно высокой всасывающей способностью (например криковского нубекуляриевого), усадка раствора приводила к полному расслоению кладки по растворным швам. Особенно наглядно последствия чрезмерно большой усадки раствора можно наблюдать в кладках из крупных блоков (рис. III 10). Это объясняется тем, что в данном случае усадочные деформации развиваются по площади, в 5—10 раз превышающей опорную площадь мелкого блока.
При необходимости практического использования заиленных песков целесообразно использовать гидравлические способы их добычи.
Обычно большая усадка растворов на мелкозернистых песках может быть существенно уменьшена введением в состав заполнителя небольшого количества мелких отходов камнедробления. В подтверждение на рис. III—11 приведены результаты наблюдений за усадкой раствора в швах кладок из криковского нубекуляриевого известняка. В качестве заполнителя для раствора в этих опытах использовался песок № 2 Тираспольского карьера и отходы камнедробления плотного микаутского известняка с размером фракции от 0,63 до 5,0 мм. Как видно из рис. III—11, замена 10% объема песка отходами камнедробления обеспечила двукратное снижение усадки раствора. Однако при более высокой дозировке отходов камнедробления в составе заполнителя, отмеченный эффект был менее заметен. Следует учитывать также и то, что с увеличением содержания в заполнителе отходов камнедробления сверх 10—15% удобоукладываемость раствора ощутимо снижается.
В ряде республик, использующих в строительстве пильный известняк, ощущается дефицит кварцевого песка, удовлетворяющего требованиям ГОСТа 8736—58. В числе таких республик в первую очередь следует назвать Молдавскую ССР. В связи с этим предпринимаются попытки использовать в качестве заполнителя для кладочных растворов мелкие фракции (размером до 5 мм) отходов камнепиления. Экспериментально доказано, что при равных расходах цемента растворы на карбонатном заполнителе во многих случаях не уступают по прочности растворам на кварцевом песке. Однако изучение усадки растворов на карбонатном песке в швах кладок показало, что далеко не всегда отходы камнепиления могут быть использованы в качестве заполнителя для кладочного раствора, ибо повышенное содержание пылевидных фракций в песке неизбежно влечет за собой повышенную усадку раствора (рис. III—9,6). Исходя из условия обеспечения монолитности кладки, содержание пылевидных фракций в карбонатном песке следует ограничить 20%.
При использовании для раствора крупнозернистого песка положительный эффект дает введение в его состав 10—15% мелкой фракции отходов камнепиления. За счет этого увеличивается удобоукладываемость раствора и в конечном счете повышается его прочность.