Строительные материалы .ру

Крупные заполнители в бетоне.Гравий,щебень

Крупными заполнителями в бетоне являются гравий, щебень, а также щебень из гравия.
Гравий представляет собой зерна размерами 5... ...70 мм, имеющие округлую, окатанную форму и гладкую поверхность.

Обычно в гравии содержится некоторое количество песка; при содержании песка 25...40 % материал называют песчано-гравийной смесью.
Щебень получают дроблением горных пород на куски размерами 5...70 мм. Зерна щебня имеют угловатую форму и более развитую, чем у гравия, шероховатую поверхность. Благодаря этому сцепление с цементным камнем у щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона предпочтительнее применять щебень. Для бетонов средней прочности бывает более выгодно применять дешевый местный гравий, а не привозной щебень.
Для характеристики зернового состава крупного заполнителя необходимо знать его наибольшую и наименьшую крупности. Наибольшая крупность заполнителя D соответствует размеру отверстий стандартного сита, на котором полный остаток еще не превышает 10 % по массе. Наименьшая крупность d определяется размером отверстий первого из сит, полный остаток на котором превышает 95 %, т. е, через него проходит не более 5 % просеиваемой пробы. Наименьшая крупность обычно равна 5мм.
Для того чтобы заполнитель при бетонировании равномерно, без зависаний, распределялся в объеме конструкции, его наибольшую крупность нужно назначать с учетом вида и размеров конструкции и густоты армирования.
При бетонировании плит наибольшая крупность зерен заполнителя должна быть не более половины толщины плиты. Для бетонной смеси, укладываемой в скользящую опалубку, размер зерен заполнителя принимают не более 1/6 наименьшего размера поперечного сечения конструкции. В железобетонных конструкциях наибольшая крупность заполнителя должна быть не более 3/4 наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры. Крупность заполнителей в бетонных смесях, подаваемых по хоботам и виброхоботам, должна быть не более 7з их диаметра.
Щебень и гравий применяют, как правило, фракционированными, для чего их разделяют на фракции 5... 10, 10...20, 20...40 и 40...70 мм. При необходимости составляют смесь из двух — трех фракций. Зерновой состав каждой фракции заполнителя, обеспечивающий минимальный расход цемента в бетоне, должен соответствовать следующим требованиям:
В крупных заполнителях, как и в песке, ограничивают содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц, к которым относят зерна размером не более 0,05 мм. В гравии таких частиц должно быть не более 1...2 % по массе, в щебне — не более 1...3 %, в том числе глины в комьях — не более 0,25 %
Прочность крупных заполнителей нормируют с учетом прочности бетона. Так, прочность щебня из естественного камня должна быть выше прочности бетона хотя бы в 1,5...2 раза. Во всех случаях предел прочности щебня из изверженных горных пород должен быть не ниже 80, из метаморфических пород — не ниже 60, из осадочных пород — не ниже 30 МПа.
Содержание зерен слабых пород, предел прочности которых при сжатии в насыщенном водой состоянии не превышает 20 МПа, ограничивается для щебня и гравия 10 % по массе.
Перечисленные технические требования являются общими для плотных, пористых и специальных заполнителей. Вместе с тем пористые и специальные заполнители характеризуют рядом дополнительных показателей, которые будут рассмотрены при изучении легких и специальных бетонов.

Мелкий заполнитель. Природный и искусственный песок

Мелкий заполнитель — песок может быть природным или искусственным.
Природный песок — это рыхлая обломочная порода. По минеральному составу различают кварцевые пески, полевошпатные, карбонатные и др. Кварцевые пески лучше по качеству и чаще применяются для изготовления бетонов.
По условиям образования различают речные, морские и овражные (горные) пески. Зерна речных и морских песков имеют окатанную форму и гладкую поверхность, так как истираются при переносе водой. У овражных и горных песков зерна преимущественно угловатые, в них содержится больше глинистых и органических примесей. В морских песках могут присутствовать обломки раковин, которые легко разрушаются и могут понизить прочность бетона.
Искусственные пески получают дроблением горных пород либо некоторых попутных продуктов промышленности, например металлургических шлаков.
В зависимости от зернового состава различают песок повышенной крупности, крупный, средний, мелкий и очень мелкий.
Кривая зернового состава песка должна укладываться в пределы, рекомендуемые стандартом. Лучше использовать крупный и средний пески, обеспечивающие получение бетона без перерасхода вяжущего. Если зерновой состав песка не соответствует требованиям стандарта, его следует фракционировать, т. е. рассеивать (сито с размером отверстий 3,25 или 0,63 мм) на две фракции. Полученные крупную и мелкую фракции смешивают в соотношении, которое устанавливает строительная лаборатория.
Применение мелких песков, обладающих большой удельной поверхностью зерен, приводит к перерасходу цемента в бетоне. Мелкие пески применяют для изготовления бетона только принадлежащем экономическом обосновании. В этом случае обязательным условием является введение в состав бетона добавок поверхностно-активных веществ —пластифицирующих или воздухо-вовлекающих.
Во всех случаях содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных частиц ограничивают. Глинистые и илистые частицы обволакивают зерна песка, препятствуя их сращиванию с цементным камнем. Тонкие пылевидные частицы имеют большую удельную поверхность, и, следовательно, требуется больше цементного теста для их обволакивания в бетоне. Поэтому содержание таких частиц допускается в зависимости от назначения бетона до 2...5 % по массе, в том числе комьев глины — не более 0,5%.
В ряде случаев ограничивают количество и других вредных примесей. Так, песок для бетона гидротехнических сооружений должен содержать не более 1 % сериистых и сернокислых  соединений   (в  пересчете на  S03) и не более 1...3 % слюды.
Опасны и органические примеси в песке. Они могут присутствовать в виде остатков корней растений, органических кислот и т. д. Эти вещества замедляют твердение цемента и понижают его потенциальную прочность.
Наличие органических примесей проверяют колориметрической (цветовой) пробой, обрабатывая песок 3 %-ным раствором NaOH. Если раствор не окрашивается или имеет окраску светлее эталона (а у эталона светло-желтый цвет), песок считают пригодным для изготовления бетона. Если цвет раствора окажется темнее эталона, проводят дополнительные исследования такого песка.

Свойства заполнителей — прочность и морозостойкость

Физико-механические свойства пород характеризуются прочностью, содержанием слабых разностей, морозостойкостью, пористостью, водопоглощением и некоторыми другими показателями.
Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Требования по прочности устанавливают только для крупного заполнителя, поскольку прочность обычно применяемых в качестве мелкого заполнителя кварцевых песков заведомо выше прочности бетона (предел прочности при сжатии кварца свыше 1000 МПа, а максимальная прочность бетона по СНиПу 60 МПа).
Прочность щебня характеризуется маркой, соответствующей пределу прочности исходной горной породы в водонасыщенном состоянии (20...140 МПа). Породы, у которых предел прочности меньше 20 МПа, относят к слабым разностям. Содержание слабых разностей в щебне ограничивается стандартами.
Прочность гравия характеризуют его маркой, определяемой по дробимости путем испытания пробы зерен на сжатие в стальном цилиндре. Чем слабее гравий, тем больше окажется после такого испытания раздробленных зерен. Раздробленные зерна отсеивают сквозь сито с размером отверстий 5 мм и определяют показатель дробимости, который равен относительному содержанию Этих зерен в общей массе пробы. Марки гравия по дробимости могут быть от Др8 до Др24. Марка Др8 означает, что после испытания раздробилось не более 8 % всей массы гравия. Чем больше число в обозначении марки, тем слабее гравий.
 Морозостойкость горной породы оценивают маркой, которая соответствует числу циклов замораживания оттаивания, выдержанных щебнем из этой породы. Марки заполнителей по морозостойкости установлены в пределах от F15 до F300.
К заполнителям для жаростойкого, химически стойкого, декоративного и других специальных бетонов предъявляют дополнительные требования.

Разделение заполнителей по характеру поверхности.Минеральный состав,содержание вредных примесей

Характер поверхности заполнителей влияет на свойства бетонной смеси и прочность бетона. Бетонная смесь, изготовленная на заполнителях с гладкой поверхностью (например гравии), обладает хорошей удобоукладываемостью. Смеси на заполнителях с шероховатой поверхностью (например, щебне), укладываются хуже, но бетон приобретает прочность большую, чем на гравии. Это объясняется большей площадью поверхности сцепления шероховатого заполнителя с цементным камнем.
Минеральный состав заполнителей оценивают с помощью петрографической характеристики (по-гречески «петра» — камень, «графа» —пишу, описываю). Петрографическая характеристика горной породы включает: ее наименование и происхождение, содержание основных породообразующих минералов, оценку трещино-ватости и степени выветривания, данные о наличии вредных примесей, радиационно-гигиеническую оценку и некоторые другие данные.
Основной является характеристика по содержанию вредных примесей, к которым относят включения минералов-сульфатов, сульфидов, аморфных разновидностей кремнезема (халцедона, опала, вулканических стекол) и ряда других веществ. Вредные примеси могут вступать во взаимодействие с цементом и образовывать соединения, понижающие прочность бетона или вызывающие его коррозию.

Классификация заполнителей по характеру формы зерен

По характеру формы зерен различают заполнители, имеющие угловатую (неправильную) форму, которые получают дроблением горных пород или искусственных материалов (щебень, дробленый песок и др.), и заполнители округлой формы, например гравий, природный песок. Форма зерен заполнителя влияет прежде всего на удобоукладываемость бетонных и растворных смесей. Предпочтительнее в этом отношении зерна округлой или кубовидной формы. Пластинчатые, удлиненные, так называемые лещадные, зерна заполнителя укладываются в бетоне в строго ориентированном положении, как правило горизонтальном. Это делает структуру бетона неоднородной, а его свойства — неодинаковыми в разных направлениях. Поэтому содержание зерен лещадной формы ограничивается стандартами.

Зерновой состав заполнителей

Зерновой состав заполнителей решающим образом влияет на получение бетона заданной прочности при минимальном расходе цемента. В бетоне вяжущее тесто расходуется на обволакивание поверхности зерен заполнителя промежутков (пустот) между ними. В идеальном случае наименьший расход вяжущего достигается в том случае, когда и удельная поверхность, и пустотность зерен заполнителя стремятся к минимуму. Удельная поверхность тем меньше, чем больше крупность заполнителя. Так, удельная поверхность смеси зерен крупностью 10...20 мм, взятая в расчете на 1 м в кубе абсолютного объема заполнителя, составляет 400 м в квадрате, для зерен крупностью 2,5...5 мм она равна 1600 м в квадрате, а для пылевидных частиц размером 0,05...0,16 мм— 160 000 м в квадрате.
В отличие от удельной поверхности объем пустот в заполнителе, представленном зернами (шарами) одного размера, теоретически не зависит от крупности зерна, а определяется типом их упаковки — кубической или гексагональной. Для сокращения пустотности заполнителя необходимо вводить в его состав зерна меньшего размера, которые заполняли бы промежутки между более крупными частицами. Однако это увеличивает удельную поверхность заполнителя и,следовательно, может привести к перерасходу вяжущего теста для обволакивания зерен. Поэтому соотношение между зернами разного размера в заполнителе должно быть оптимальным, при котором объем пустот и суммарная поверхность зерен требуют минимального расхода цемента для получения нерасслаиваемой бетонной смеси определенной удобоукладываемости, а бетона — заданной плотности и прочности.
Кривые оптимального зернового состава заполнителей, предложенные И. П. Александриным, позволяют определить процентное содержание зерен данного размера в виде полного остатка на сите Аi с учетом расхода цемента в бетоне.
Оптимальный зерновой состав, установленный по теоретическим кривым, не учитывает всех особенностей заполнителей, в частности, характера формы зерен, шероховатости их поверхности и т. п. Поэтому на практике его трансформируют в рациональный зерновой состав, допускающий колебания относительно теоретической кривой и установленной с учетом практических задач.
Зерновой состав заполнителей определяют по результатам просеивания пробы через стандартный набор, включающий 10 сит с отверстиями (мм): 70; 40; 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Граница между мелким и крупным заполнителями проходит по зерну 5 мм. Если надо определить зерновой состав песка, берут сита с размерами отверстий 5...0,16 мм, крупного заполнителя — 5...70 мм.
На каждом сите после просеивания остаются частицы с размером, большим размера отверстий данного сита, но меньшим размера отверстий вышележащего, более крупного сита. Совокупность зерен, размер которых находится в этих пределах, называют фракцией заполнителя. Заполнители могут поставляться полифракционными, т. е. состоящими из зерен разных фракций, и монофракционными. Например, щебень с размерами зерен 5...40 мм является полифракционным, он состоит из зерен фракций 5... 10, 10...20 и 20...40 мм.
По частным остаткам Ai рассчитывают полные остатки на ситах Ai как сумму частных остатков на данном сите и на всех ситах с большим размером отверстий.
Результаты просеивания (полные остатки) сравнивают со стандартными требованиями, представленными в графической или табличной форме. Эти же данные используют для оценки крупности песка по модулю крупности.

Важнейшие показатели качества заполнителей

Важнейшими показателями качества заполнителей являются: плотность, зерновой и минеральный составы, форма и характер поверхности зерен, содержание вредных примесей, прочность и морозостойкость.
В зависимости от плотности различают заполнители плотные (рт>2000 кг/м3) и пористые (рт<2000 кг/м3).
Для получения тяжелого бетона чаще используют заполнители из горных пород со средней плотностью 1800...2800 кг/м3. Применение заполнителей, у которых рт>2800 кг/м3, приведет к получению слишком тяжелого бетона и вызовет необоснованное увеличение массы сооружений. Такие заполнители идут на изготовление специального бетона для защиты от радиоактивных излучений.
Заполнители, имеющие рт< 1800 кг/м3, отличаются заметной пористостью, их применяют для изготовления легких бетонов. Вследствие высокой пористости заполнителей такие бетоны обладают хорошими теплозащитными свойствами.

Общие сведения о заполнителях для бетона

Заполнителями для бетона называют рыхлую смесь минеральных зерен природного или искусственного происхождения, размеры которых находятся в установленном диапазоне. В бетоне эти зерна скрепляются вяжущим веществом, образуя прочное камневидноетело. Занимая до 85...90 % общего объема бетона, заполнители влияют на технологические свойства бетонной смеси и на качество затвердевшего бетона. Правильно выбранные заполнители позволяют получить экономичный бетон с минимальным расходом цемента.
Различают мелкий заполнитель (песок)—частицы размерами 0,16...5 мм, и крупный заполнитель (гравий или щебень), размер частиц которого 5...70 мм. При бетонировании массивных конструкций применяют щебень или гравий с крупностью до 150 мм.
По происхождению заполнители подразделяют на природные, искусственные, заполнители из отходов промышленности.

Природные заполнители получают механической переработкой горных пород (гранита, диабаза, диорита, известняка, вулканического туфа, гравия, кварцевого песка, кварцита, мрамора и др.). Сюда же относят заполнители из попутно добываемых пород и отходов обогащения, например кристаллические сланцы. Искусственными заполнителями служат специально приготовляемые материалы, которые получают из природного сырья и отходов промышленности путем термической или иной обработки. К ним относятся керамзит и его разновидности, термолит, шлаковая пемза и др.
Заполнители из отходов промышленности получают без изменения химического и фазового состава сырья. В эту группу входят как плотные, так и пористые щебень и песок из металлургических и топливных шлаков, гру-бодисперсные золы

ТЭС, золошлаковые смеси.



© 2018 Строительные материалы .ру