MORTARS AND MIXING S

  1

SUITABILITY OF MATERIALS

MORTAR

Mortar is the material used in bedding, jointing and pointing bricks and blocks inmasonry walling.

LAYING  A  BED  OF  MORTAR  ONTO  BRICKWORK

A  WORKABLE  ’FATTY’  MORTAR  MIX

 2

SECTION

MORTARS AND MIXING

CHARACTERISTICS OF MATERIALS

General purpose mortar can consist of:·  Sand.·  Ordinary Portland cement.·  Water.·  Plasticiser.

·  Retarder.·  Accelerator.·  Pigments or colouring agents.·  Hydrated lime.

NOTE:HYDRATED LIME WAS ONCE COMMONLY USED AS A BINDER FOR MORTAR BUT IT IS RARELYUSED TODAY.

REQUIREMENTS OF A MORTAR MIX

The main requirement of a good mortar mix is workability.

Bricklayers require a mortar mix which is described as ‘fatty’. This means it hangs on thetrowel without being sticky, it spreads easily and it does not stiffen too quickly or too slowly.

The mortar should meet other requirements to ensure that it retains its strength anddurability during the life of the brickwork or blockwork.

These requirements include:·  Adequate compressive strength.

·  Adequate bond strength between mortar and bricks.

·  Durability – resistance to frost and chemical attack.

·  Joints sealed against wind-driven rain.

·  An attractive appearance.

The ability of the mortar to meet these requirements will depend upon:·  The materials specified for the mix.

·  The workmanship of the bricklayer.

·  The protection of the materials and brickwork against adverse weather.

MORTARS AND MIXINGSHEET 3

MATERIALS USED FOR MORTAR

SANDSand is often referred to as a fine aggregate. It is normally dug from a pit or a quarry andshould be clean and free from impurities.

Sea sand contains salt, which will adversely affect the mortar and should not be usedunless it has been washed and supplied by a reputable firm.

Good mortar sand should be well graded so that it contains a mixture of fine, medium andcoarse particles.

NOTE:SAND USED FOR MORTARS SHOULD PASS THROUGH A 5MM SIEVE.

Poorly graded sands, with single-size aggregates, contain a greater volume of air, and willrequire a greater amount of binding agent to fill in the spaces between each grain and makethe mortar workable. Mortar made from poorly graded sand will be weaker and is morelikely to shrink, leaving cracks into which rain can penetrate.

The following guidelines should be followed to ensure that the mortar will be of a suitablequality to produce good brickwork.·  Use only specified sand – different sand may require different mix proportions.

·  Obtain sand from one source of supply – different sands will result in a differentmortar colour.

·  Store and protect sand from rain and from contamination by other building materials.

·  Dirty sand produces weaker, less durable and discoloured mortar.

DIFFERENCE  BETWEEN  A POORLY  GRADED  SAND  AND  A  WELL  GRADED  SAND

 NTARS AND MIXING

4

CEMENTCement is the most commonly used binder in bricklaying mortar. It is used to bind togetheraggregates such as gravels and sand to make concrete, and to bind sand and lime tocreate mortar.

The most common form of cement is Ordinary Portland Cement (OPC), which is used to agreat extent in concrete and mortar. The name is thought to be derived from the colour ofthe cement resembling that of the stone found in Portland in Dorset. Portland cementsare also known as hydraulic cements because, when mixed with water, they set to form asolid mass.

WATERIt is essential when mixing cement or lime mortars that the water is clean.The term ‘drinkable’ water is often used to explain the need for clean and notcontaminated water.

Very often, a water barrel is used on a building site for storing water for mixing. This canbecome contaminated due to operatives regularly cleaning tools in the water. There is a riskthat a loss of mortar strength may occur in this case.

5

PLASTICISERSPlasticisers are used to improve the workability of a mortar mix. These are usuallyproprietary liquids which have the property of inducing a repelling force between cementparticles and which therefore act to make the mortar less dense and easier to handle onthe trowel.

The dispersed particles require less water to lubricate them and so mixes tend not tobecome waterlogged. This helps to avoid seepage from the joints when laying bricks witha low water absorption rate.

Never use domestic or commercial detergent as a plasticiser as they may contain harmfulchemicals. Unlike proprietary plasticisers, they generate uncontrolled quantities of large airbubbles within the mix thus producing weaker and lessdurable mortar.

RETARDERSRetarding plasticisers have added chemicals which increase the length of the initial settingtime. Some retarders can increase the setting time from 3 to 7 hours without loss ofstrength at 2, 7 and 28 days.

Retarders are often used in hot weather when the sun tends to accelerate the setting.

Modern pre-mixed mortars contain high performance retarders that allow the bricklayer touse the mortar for up to, typically, 36 hours after mixing.

 6

SECTION

MORTARS AND MIXINGACCELERATORSAccelerators are used to speed up the hydration of cement, producing higher strengthat the early stages. It is particularly useful as a cold weather precaution.

Calcium chloride is a chemical which is commonly used as an accelerating agent. It ispurchased in solid or flake form and needs dissolving in water before use. It is added atup to 2% of the weight of cement in the mix.

This will typically give a 25% increase in strength at 7 days.

One disadvantage of the use of calcium chloride is that it is corrosive to steel and shouldtherefore not be used in steel reinforced brickwork etc.

Chloride-free admixtures should be used where there is a possibility of the mortar comingin-contact with any steel reinforcement.

PIGMENTS OR COLOURING AGENTSThese generally consist of pigments added in specified quantities to OPC, usually at therate of up to 1kg per 25kg bag of cement.

Larger quantities may reduce the strength and workability of the mixed mortar.

Various colours are available, typically red, black, brown, yellow and marigold, and theagents can be used in mortars for bricklaying, pointing or rendering.

It is virtually impossible to add accurate proportions on site and maintain a consistencyof colour.

HYDRATED LIMESHydrated lime can be used to improve the workability of a mortar mix. Being waterretentive, the lime improves the bond with the brickwork and the strength of the brickworkas well as improving its rain resistance.

Mortar containing lime is often referred to as sand/lime mortar and must be treated withcare at all times.

7

It is important to be able to recognise any defects that could be found in materials thatare used for mixing mortar. A clerk of works or an architect may ask for checks on certainmaterials to prove their quality before, during or after use.

The quality of bagged materials or ready-mixed mortar is not likely to be below specificationdue to the manufacturer’s quality control checks. The sand used in a site-mixed mortar can,however, be subject to a much greater variation in quality.

There are a number of simple site tests that can be carried out to check the quality of sandto be used in a mortar mix.

The most common of these tests is the ‘Silt test’.

THE SILT TEST FOR SAND

This simple test can be carried out on site to give a guide to the amount of silt in naturalsand. It is also sometimes referred to as the ‘field settling test’. It should not be used forcrushed rock sands.

To carry out the test, a 250ml measuring cylinder should preferably be used.·  Fill the cylinder approximately up to the 50ml mark with a salt/water solution (one

teaspoonful of salt to 750ml of water).

·  Pour in the sand until the level is up to the 100ml mark.

·  Add more salt solution until it reaches the 150ml level.

·  Shake the mixture well.

·  Stand the cylinder on a level surface and tap it until the top of the sand is level.

·  Leave the cylinder to stand for three hours.

·  Measure the volume of the silt layer, and the volume of sand.

To calculate the percentage silt content, the following formula is used:

Measuring

cylinder

Salt solution

Silt

Sand

Silt content =   Height      of      silt      layer    x 100%Height of sand

The silt content should notbe more than 8% for cleanbuilding sand.

If it is more than 8% thena more detailed test mayhave to be carried out.

 CTION

TARS AND MIXING8

BULKING OF SAND

Although cement and lime have consistent volumes, sand used on site will vary in itsvolume due to the amount of water contained within it.

Dry sand and saturated sand have the same volume, but when sand is only damp itoccupies a greater volume, that is, the sand swells up or bulks. This is due to fine waterdroplets holding the grains of sand apart.

With a 5% addition of water by weight to dry sand, the increase in bulk can be as much as25% to 40%.

A simple site test can be carried out to find the percentage bulking of damp sand. Thematerials required are a glass jar, a sample of sand, water and a tape measure.

The procedure is as follows:·  Fill the glass jar with 100mm of damp sand.

·  Cover the sand with water and stir.

·  Allow the contents to settle and measure the depth of saturated sand (having the samevolume as dry sand).

·  Measure the difference in millimetres, this will be the percentage bulked.

BULKING  OF  SAND  SITE  TEST

 9

DENT KEY SKILL

FORMULA FOR CALCULATION OF THE ACTUAL BULKING PERCENTAGE OF THE SAND SAMPLE:

(H¹   –   H²)  X 100%H²

Therefore if the measured difference in height of sand was 6mm, the height of the sand aftercompaction due to saturation would be 94mm and the calculation would therefore be:

(100   –   94)   X   100%  = 6.38% BULKING94

This percentage must be allowed for when calculating the amount of water required in aweight–batched mix. If using volume batching, it is much more difficult to allow for thispercentage accurately, and this often results in poorly batched mortar with a deficiencyof sand.

WATER/CEMENT RATIOThe strength of mortar can be affected by the ratio of the weight of water in the mix to theweight of the cement.

WATER/CEMENT RATIO  =   WEIGHT      OF      WATER      IN      THE      MIX      WEIGHT OF CEMENT IN THE MIX

If a mortar mix has 50kg of cement, and the total water does not exceed 25 litres(1 litre = 1kg), the ratio will be:

25KG  =  0.550KG

The water content should not exceed 0.5 or the strength of the mix will suffer. However, dueto poor site practice, the specified ratio often rises too high through careless addition ofwater to speed up mixing.

EXAMPLE: If the ratio of a mix is specified as 0.45, then the quantity of water required foreach 25kg bag of cement added to the mix will be:

25 X 0.45 = 11.25 LITRES (11.25KG)

MORTARS AND MIXING

MIX PROPORTIONS

Before mortar can be mixed, the ingredients have to be measured in their correct proportions.

The ingredients can be measured by:

·  Volume.

·  Weight.

Volume mixing can be carried out by hand or by machine, while weight mixing can only becarried out by machine.

VOLUME MIXING BY HAND USING A SHOVELMaterials calculated by volume should be accurately gauged or measured into the correctquantities for each specified mix.

The crudest method is gauging the materials by the shovel-full. The amount on the shovelcan vary according to the material, e.g. shovels of sand are often greater than shovelsof aggregate.

TYPICAL SHOVEL

VOLUME MIXING BY HAND USING A BUCKETA slightly more accurate method is to use a bucket to measure the materials. As eachbucket full is the same size, it will have the same volume.

 11

SECTION

MORTARS AND MIXINGVOLUME MIXING BY HAND USING A GAUGE BOXThis method is similar to using buckets, but wooden boxes are made to the correct volumesfor the specified mix.

The boxes do not have bottoms and this allows the gauged material to fall through onto aboard for shovelling into the mix.

MORTAR VOLUME BATCHINGThe first gauge box is placed on the ground and filled to the top with building sand andlevelled off.

The second box is placed on the top and filled to the top with cement and levelled off.

The boxes are then lifted away to leave the materials in a heap ready for mixing.

NOTE:IF THE VOLUMES ARE CALCULATED TO WORK WITH A BAG OF CEMENT THEN THE SECOND GAUGEBOX IS NOT REQUIRED.

����������

��������

��������������������������

����

TYPICAL GAUGE BOX

VOLUME/WEIGHT CONVERSIONSCEMENT 1 cubic yard    = 21.6 cwt

1 cubic metre = 1.4 tonne

SAND      1 cubic yard    = 25.0 cwt1 cubic metre = 1.7 tonne

LIME      1 cubic yard    = 10.8 cwt1 cubic metre = 0.7 tonne

S AND MIXING 12

MIXING BY WEIGHT

TRADITIONAL WEIGHT BATCHINGBy using a weight batch mixer, the weight of the aggregate is recorded as it is shovelledinto the hopper.

This is a more accurate method of batching materials than any of the previouslydescribed methods.

The materials can be loaded into the hopper while the previously batched materials arebeing mixed. The weight of materials can be read on a dial by the operator who controls theweight, based on previous calculations for the constituent weights for the required mix.

Water is added in litres (1 litre weighing 1kg), after calculating the requirement.

A WEIGHT BATCHER USED TO MIX CONCRETE OR MORTAR MATERIALS

 13ION

MORTARS AND MIXING

DRY-SILO MORTAR SYSTEM

The modern equivalent of the traditional weight batching mixer is the dry-silo mortarsystem that is becoming very popular. The system involves the delivery of a largestand-alone silo that is charged with the correctly constituted mix materials in a dry state.

The correct amount of water for a mix is automatically measured and added each time bya trained operator.

The silo can hold 33 tonnes of dry mortar, and this will yield 23 cubic metres ofmixed mortar.

SPECIfiCATIONThe particular mortar mix required for any given job will usually be stated in the jobspecification provided by the architect. For general house building, normal custom andpractice will apply.

MIXING TIMEThe time allowed for materials to be mixed effectively will vary according to whether themixing is done by hand or machine and also according to what constituents are being mixed.

MACHINE MIXINGIn general terms, this should be between two and three minutes.

On no account should the mix be allowed to stay in the machine longer because thematerials will start to segregate.

HAND MIXINGThis should take as long as required to ensure that all the particles have been completelyintegrated together. A high degree of agitation is required when hand-mixing, to ensure thatany added plasticiser etc has the necessary effect.

Mixed mortar should never be ‘retempered’ or ‘knocked up’ with added water because thisdilutes the cement/lime element of the mortar which will result in a weaker mix.

RS AND MIXING 14

TYPICAL MORTAR MIXES

Mortar is a mixture of the following materials in different combinations:·  Sand, cement and water.

·  Sand, lime and water.

·  Sand, lime, cement and water.

·  Sand, cement, plasticiser and water.

In site practice terms, it is possibly the least understood and most abused material on thebuilding site.

The design strength of the mortar should be determined mainly by the strength of the brickor block to be bedded in it. The mortar strength should roughly match that of the brick orblock and in no case should it be stronger than it.

From a bricklayer’s point of view, a mortar should be ‘fatty’, i.e. mortar that will handle wellwithout being sticky, spreads easily and sets at the right rate to allow time to treat the jointsin all weather conditions.

If a mortar satisfies all these requirements it is said to have ‘workability’.In achieving ‘workability’, the mortar also should provide:·  Adequate compressive strength.

·  Adequate bond between the mortar and the brick.

·  Durability – resistance to frost and chemical attack.

·  Joints sealed against the driving rain and wind.

·  An appearance that is complementary to the bricks.

It is unreasonable to expect to find all these properties to the highest degree in one and thesame mortar mix. It is therefore necessary to choose the most important features requiredof a particular mortar, to satisfy the job in hand, and then decide upon the mostsuitable mix.

 15

SECTION

MORTARS AND MIXINGWORKABILITY OF MORTAR MIXES

Mortar will work more easily if the mix contains lime. The more lime the mix contains, themore workable it will be.

If the mortar contains cement, it will stiffen more quickly, therefore the more cement withinthe mix the quicker it will stiffen and set.

When mortar of high strength is required, the mix should be composed of cement and sand only.

DESIGN OF MORTAR MIXES

Mortar mixes are designed to suit certain building requirements. The chart below shows thedifferent mixes and their designated uses which range from 1 to 4.

As the mixes progress through the designations of 1 to 4, they become progressivelyweaker, but with higher lime content they become more tolerant to structural movement.

Designation Mortar mixed byvolume :Cement : lime :sand

Mortar mixed byvolume :Masonry cementand sand

Mortar mixed byvolume :Cement : sandwith plasticiser

Intended use

1 1 : (0 to ¼) : 3 Class ‘A’engineering bricksand denseconcrete blocks

2 1 : ½ : (4 to 4½) 1 : (2½ to 3½) 1 : (3 to 4) Class ‘B’engineering bricks

3 1 : 1 : (5 to 6) 1 : (4 to 5) 1 : (5 to 6) Bricks and blockswithin the averagestrength categorybelow DPC level

4 1 : 2 : (8 to 9) 1 : (5½ to 6½) 1 : (7 to 8) Bricks and blockswithin the averagestrength categoryabove DPC level

The workability of the mortars listed can be improved by adding plasticisers.

These should never be used on designated 1 mixes or very weak mortars.

Plasticisers should not be used in structural work without the consent of the structural engineer.

RTARS AND MIXING

S 

 16

PRE-MIXED MORTARS

It has become common practice in modern construction to have ready-mixed mortarsdelivered each day to the site according to the daily consumption.

The mortar is deposited from the mixing lorry into specially provided tubs and is then readyto use. The mortar is kept covered to prevent water loss and therefore early setting.

The mortar may typically be retarded for 36 hours or more to allow bricklaying to continuewithout further deliveries.

ADVANTAGES·  No space required for the mixer and storage of materials.

·  Less transportation plant and smaller labour force required.

·  Quality control of the materials is the responsibility of the ready-mix supplier.

·  Economic for medium volume requirements.

·  Consistency of colouring is easier to achieve.

DISADVANTAGES·  Part loads are uneconomical, so the system may not be suitable for small works.

·  Waiting time for delivery may cause delays.

·  More expensive than site mixing, so it is important to order the correct amount toavoid wastage.

·  If the mortar is supplied by site mixing methods it can be delayed or halted  tocompensate for any delays due to inclement weather, whereas mortar suppliedpre-mixed may not have this flexibility.

17 SECTION

MORTARS AND MIXINGMIXING MORTAR BY HAND ON SITE

Small quantities of mortar will often be mixed by manual means rather than by usinga mechanical mixer.

A clean, hard surface should be used for mixing the materials. A concrete surface is idealif one is available because it can be cleaned effectively after mixing.

An alternative surface would be a large piece of plywood board which is free from debrisor anything that may contaminate the mortar mix.

The materials used are gauged using a bucket or a gauge box if one is available, and thematerials are allowed to fall into a pile in the middle of the mixing area.

PROCEDURE FOR MIXING·  Using a shovel, repeatedly turn the ingredients into a pile making sure that all the

materials are thoroughly mixed together.

·  Form a hole or indentation in the middle of the pile of dry mix.

·  Add water to the mix. The amount of water should be approx. 0.6 of the weightof cement (see water cement ratios).

·  The materials are mixed with the water from the middle until all the water has beenincorporated into the mix.

·  The materials are then turned repeatedly until the mix is a fatty workable mass.·  The mix is now ready for use.

·  Adding more water to the mix will make the mortar easier to lay but it will reduce thestrength by up to 30%.

Sand Water

Cement

Ingredients mixed and turnedover three times to ensure all the

Mortar heap opened outto take water.

materials are thoroughly mixed.

MIXING  INGREDIENTS  FOR  MORTAR  BY  HAND

ORTARS AND MIXING  18

MIXING MORTAR USING MECHANICAL MIXERS ON SITE

There are many types of mechanical mixers available for use on site to mix mortarand concrete.

They range from large batching mixers to small portable mixers, each designed to mix themortar materials into a workable mix.

Mixers can be powered by:·  Petrol.

·  Diesel.

·  Electricity.

The smaller modern mixers are usually powered by electricity, while the older types arepowered by petrol.

The larger mixers, such as batch mixers, are powered by diesel or electricity.

MECHANICAL MIXERS

19

SECTION

MORTARS AND MIXINGPROCEDURE FOR MIXING USING MECHANICAL MIXERSThe following procedure is an example of how a mechanical mixer is set up andused on site:·  Set up the mixer according to the manufacturer’s instructions, or those of the

site supervisor.

·  Ensure that the correct power supply is available.

·  Ensure sufficient materials and equipment are available.

·  Carry out all safety checks and start mixer.

·  Add the required water.

·  Add the pre-gauged materials, adding the sand content first.

·  Add more water if required.

·  Allow the materials to mix thoroughly for approximately three minutes; never longer assegregation may occur.

·  Turn out the mixed materials into a container or wheelbarrow.

·  When work is complete, clean out the mixer.

CLEANING THE MIXERThe mixer must be cleaned thoroughly but carefully. The mixer should be cleaned usingplenty of water and a few shovels full of gravel.

Do not attempt to clean the mixer using broken bricks as these may damage the mixer orat least reduce the working life of the mixer.

Always immobilise the mixer at the end of a working day by disconnecting the powersupply and/or storing the starting handle in a secure area.

TARS AND MIXING

20

PROTECTING MORTAR BEFORE USE

Freshly mixed mortar must be protected from the elements prior to use.

It is good practice to keep mortar covered with polythene in both hot and very cold weather.

The former condition causes the mortar to dry out and harden too quickly, often with asignificant loss of strength. The latter condition can render the mortar useless if the watercontent freezes. Any work completed in freezing mortar will be condemned as it will bestructurally unsound.

PROTECTING FROM RAIN AND SNOWMortar must be protected from all precipitation because the water content mustremain constant.

If mortar gets very wet, there will be a subsequent loss of strength on setting (in addition tothe difficulty that the bricklayer will have in using it to lay bricks cleanly).

PROTECTING MORTAR WHEN SETWhen mortar has been used, it requires protection until it has hardened sufficiently. Mortarrequires the presence of water for the chemical reaction of hardening to take place. It istherefore essential that the water used in the mixing process remains until full hydration(the action of setting) has taken place.

When hydration takes place, it produces heat which has to be controlled, or the mortarcould become damaged.

SEASONAL PROBLEMS

In the winter months, freezing conditions will cause the water in the newly set mortar toexpand, causing permanent damage.

In the summer months, thermal contraction may cause permanent damage to the mortarthrough cracking.

 21

SECTION

MORTARS AND MIXINGCURINGThe operation of curing is designed to overcome the problems of loss of hydration andfreezing of the mortar.

If cured correctly, the mortar becomes impermeable and durable and has a dense, hardsurface that is free from cracks and crazing.

There are various methods of curing available, depending upon the situation in which themortar is being used.

One of the more common methods is to cover the newly built brickwork with hessian orpolythene sheet.

This type of sheeting offers excellent protection to newly built walls, protecting both thebrickwork and the mortar.

SUMMARYS AND MIXING22

·  Mortar is the material used in bedding, jointing and pointing bricks and blocks inmasonry walling.

·  The main requirement of a good mortar mix is workability.

·  Sand is often referred to as a fine aggregate.

·  Bricklayers require a mortar mix which is described as ‘fatty’ this means that it hangs onthe trowel without being sticky.

·  Cement is the most commonly used binder in bricklaying mortar. It is used to bindtogether aggregates such as gravels and sand to make concrete, and to bind sand andlime to create mortar.

·  The most common form of cement is Ordinary Portland Cement which is used to a greatextent in concrete and mortar.

·  It is essential when mixing cement or lime mortars that the water is clean.

·  The term ‘drinkable’ water is often used to explain the need for clean and notcontaminated water.

·  Plasticisers are used to improve workability of a mortar mix.

·  Retarding plasticisers are chemicals that, when added to a mix, will increase the lengthof the initial setting time; some retarders can increase the setting time from 3 to 7 hourswithout loss of strength at 2, 7 and 28 days.

·  Accelerators are used to speed up the hydration of cement, producing great strength atthe early stages.

·  Hydrated lime can be used to improve the workability of a mortar mix.

·  The sand used in a site-mixed mortar can, however, be subject to a much greatervariation in quality.

·  There are a number of simple site tests that can be carried out to check the quality ofsand to be used in a mortar mix. The most common of these tests is the silt test.

·  Although cement and lime have consistent volumes, sand used on site will vary in itsvolume due to the amount of water contained within it.

·  The ingredients for mortar can be measured either by volume or weight.

·  The time allowed for materials to be mixed effectively will vary according to whether themix is done by hand or machine and also according to what constituents arebeing mixed.

·  Freshly mixed mortar must be protected from the elements prior to use.

·  When mortar has been used, it requires protection until it has hardened sufficiently.

·  Curing is an operation designed to overcome the problems of loss of hydration andfreezing of the mortar.