Заполнителями для приготовления тяжелого бетона служат неорганические сыпучие материалы.
В зависимости от предельной крупности зерен, происхождения, объемного веса и характера предварительной обработки заполнители подразделяют:
по крупности зерен на песок (мелкий заполнитель) —с крупностью зерен от 0,14 до 5 мм, и щебень или гравий (крупный заполнитель) с крупностью зерен от 3 до 70 мм; для массивных бетонных конструкций может применяться щебень или гравий крупнее 70 мм;
по происхождению на природные (получаемые из рыхлых залеганий либо путем дробления горных пород) и искусственные — получаемые как отходы промышленности (шлаки) или специально изготовленные (керамзит);
по объемному (насыпному) весу в сухом состоянии заполнители подразделяют на тяжелые (с объемным весом 1000 кг/мд и более) и легкие— (с объемным весом до 1000 кг/м3).
По характеру предварительной обработки заполнители называют сортовыми — подвергавшиеся рассеву, удалению отдельных фракций или другим видам обработки, помимо промывки; и рядовыми — без предварительной обработки.
Песок. Для приготовления тяжелого бетона в основном применяют природные пески. В зависимости от условий образования пески подразделяют на следующие:
горные (овражные), залегающие недалеко от места их образования; такие пески имеют угловатую форму и шероховатую поверхность зерен, что способствует хорошему сцеплению их с цементным камнем в бетоне и повышению прочности бетона;
речные и морские, подвергавшиеся длительному механическому воздействию воды, имеющие зерна округлой формы с гладко отшлифованной поверхностью (такая поверхность слабее сцепляется с цементным камнем, чем шероховатая у горных песков);
дюнные и барханные, состоящие из очень мелких зерен, что, как правило, делает их мало пригодными для изготовления бетона; их можно применять только в смеси с крупным песком;
дробленые пески, получаемые дроблением гранита, плотных известняков и других плотных пород. Форма зерен этих песков остроугольная, а поверхность шероховатая, поэтому дробленые пески — наилучшие для бетона. Они не содержат вредных примесей, которые нередко бывают в песках, получаемых из рыхлых залеганий. Однако дробленые пески имеют высокую стоимость по сравнению с другими, вследствие чего их применяют для получения наиболее ответственных и высокопрочных бетонов.
На качество бетона, кроме зернового состава песка, большое влияние оказывает характер и количество различных примесей в песке.
К вредным примесям в песках относят слюду, сульфаты, глинистые, пылевидные и органические примеси.
Слюда состоит из блестящих гладких пластинок, слабо сцепляющихся с цементным камнем и легко расщепляющихся от механического воздействия, что понижает прочность бетона, если количество слюды в песке для бетона превышает 0,5%.
Сульфаты, в частности гипс, вызывают коррозию цементного камня, если количество их в песке более 1 % (в пересчете на SO3).
Глинистые, илистые и пылевидные частицы обволакивают зерна и препятствуют сцеплению зерен песка с цементным камнем.
Допустимое содержание их в песке устанавливается в зависимости от назначения песка. В песке для обыкновенного бетона глины и пыли допускается не более 5% по весу, а для специальных и гидротехнического бетона высокой морозостойкости — не более 3%. Если глины и пыли в песке содержится больше указанных пределов, следует отказываться от применения такого песка, или промывать его в специальных машинах — пескомойках.
Примеси пыли и глины в песке снижают прочность и морозостойкость бетона или требуют повышенного расхода цемента для сохранения заданных свойств бетона.
Органические примеси (остатки растений, перегной) сильно понижают прочность бетона.
Содержание органических примесей устанавливается специальным колориметрическим методом исследования — по цвету жидкости над песком, залитым 3%-ным раствором едкого натра. Цвет жидкости должен быть не темнее светло-желтого. Пески, загрязненные большим количеством органических примесей (вследствие этого цвет жидкости оказывается темнее светло-желтого), промывают известковым молоком, а затем водой. До промывки следует провести в лаборатории испытания прочности бетона с загрязненным и промытым песком, чтобы установить степень влияния на прочность бетона примеси в песке.
Зерновой состав песка имеет большое значение для качества бетона и расхода цемента. Выгоднее применять крупный песок, так как при одинаковом объеме суммарная поверхность его частиц меньше, чем у мелкого песка, и поэтому на обволакивание и склеивание зерен песка потребуется меньше цементного теста.
Объем пустот в песке должен быть возможно меньшим, чтобы для его заполнения требовалось меньше цементного теста. Объем пустот будет наименьшим тогда, когда пески состоят из зерен разного размера, потому что промежутки между крупными песчинками в таком песке заполняются более мелкими.
Для оценки песка по зерновому составу применяется ситовой анализ. Песок просеивают через ряд сит с размерами отверстий (сверху вниз) 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм (стандартный набор). На сите 5 мм песка должно оставаться не свыше 10% по весу, а зерен размером более 10 мм в песке не допускается. После просеивания получаются на каждом сите «частные» остатки песка, которые взвешивают; вес записывают в процентах от веса всей пробы (песок берут сухой в количестве 1 кг). Затем вычисляют «полные» остатки на тех же ситах, суммируя для каждого сита частный остаток на данном сите с остатками на всех предыдущих ситах с более крупными отверстиями.
В зависимости от модуля крупности пески подразделяются на следующие группы:
крупный песок Мк — 3,5-г 2,4,
средний песок Мк — 2,5-f 1,9,
мелкий песок Мк — 2,0-г 1,5,
очень мелкий песок Мк — 1,6-г 1,1,
тонкий песок Мк — меньше 1,2.
Использовать такие пески допускается в исключительных случаях при соответствующих технико-экономических обоснованиях, подтверждающих целесообразность применения тонких песков.
Наряду с модулем крупности, оценкой зернового состава песка является полный остаток на сите с размером ячейки в свету 0,63 мм (сетка № 063). Для каждой группы песка полный остаток на сите 0,63 мм должен находиться в пределах:
для крупного песка — от 50 до 75%;
для среднего песка — от 35 до 50%;
для мелкого песка — от 20 до 35%;
для очень мелкого песка — от 7 до 20%;
для тонкого песка — меньше 7%.
Объемный вес песка зависит от его удельного веса и объема пустот. Обычный кварцевый песок в рыхлом состоянии имеет объемный вес 1500 кг/мг, а при уплотнении вес увеличивается до 1600—1700 кг/м3.
Объемный вес является также косвенной оценкой прочности и долговечности песчинок. Удельный вес песков из различных плотных горных пород примерно одинаков. Пустотность песка также примерно одинакова, т. к. она обусловливается зерновым составом, а к последнему стандарт предъявляет определенные требования. При равной пустотности и удельном весе более прочным и долговечным (морозостойким) будет тот песок, у которого объемный вес выше. Такой песок будет состоять из плотных песчинок.
С повышением влажности до 5—7% объем песка сначала увеличивается, а затем начинает уменьшаться, достигая при полном насыщении водой объема песка в сухом состоянии и даже менее. Поэтому в случае приемки влажного или мерзлого песка замеренный объем его следует соответственно уменьшить.
При дозировке песка для изготовления бетона необходимо всегда учитывать содержание в нем воды во избежание ошибок при подборе состава бетонной смеси.
Гравий. В зависимости от происхождения гравий разделяют, подобно пескам, на горный (овражный), речной и морской. Речной и морской гравий более чистый, чем овражный, но имеет отшлифованную поверхность, что несколько снижает прочность бетона.
Вредные примеси в гравии. Количество глины и пыли в гравии не должно превышать 1%; при наличии их свыше указанного количества гравий промывают водой.
Допускаемое содержание вредных органических примесей устанавливается калориметрическим методом, как и для песка.
Зерновой состав. Аналогично песку, гравий для бетона должен иметь зерна разной величины, чтобы пустотность его была возможно меньшей. Для приготовления бетона выгоднее применять более крупный гравий, так как при его использовании расходоваться цемента будет меньше, вследствие меньшей суммарной поверхности зерен. Однако максимальная крупность зерен ограничивается размерами бетонных конструкций и степенью их армирования. Размеры зерен гравия не должны превышать 1/3 минимального размера конструкции. Для железобетонных конструкций размер зерен гравия допускается не больше 3/4 минимального расстояния в свету между стержнями арматуры. Куски гравия крупнее 70 мм (до 150 мм) применяются в бетонах, идущих на массивные конструкции, например, гидротехнические сооружения.
В отечественной и зарубежной практике накоплен ценный опыт применения для таких массивных сооружений так называемого изюма, представляющего собой глыбы весом до нескольких тонн, которые втапливаются в монолитное бетонное сооружение. Применение такого «изюма» снижает расход бетона и повышает водонепроницаемость сооружения.
Зерновой состав гравия определяется просеиванием сухой средней пробы в количестве 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 3; 5; 10; 20; 40 и 70 мм и последующего взвешивания частных остатков. Затем вычисляют полные остатки на каждом сите и устанавливают наибольшую (D наиб.) и наименьшую (D наим.) крупность зерен гравия. За наибольшую крупность зерен принимается размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток не превышает 5%, а за наименьшую крупность — размер отверстия первого (снизу) сита, Через которое проходит не более 5% просеиваемой навески.
Результаты определения зернового состава гравия выражают кривой рассева, для построения которой по оси абсцисс откладывают размеры отверстий сит в мм, а по оси ординат — полные остатки на ситах в процентах.
Гравий считают удовлетворительного качества, если объем пустот в нем не превышает 45%. Для уменьшения пустотности можно смешивать в надлежащих соотношениях отдельные фракции зерен гравия или вводить в него недостающие фракции.
Чтобы обеспечить постоянство состава и однородность бетона, гравий (щебень) в производственных условиях следует сортировать на фракции по крупности зерен и обеспечивать установленную дозировку фракций при изготовлении бетонной смеси.
Прочность зерен гравия должна быть на 20—50% выше прочности бетона. В гравии могут содержаться зерна слабых (выветрившихся) пород, количество которых устанавливают внешним осмотром зерен или раздавливанием зерен при определенной нагрузке.
Механическая прочность гравия оценивается результатами испытаний на истираемость в полочном барабане и на удар на копре.
Морозостойкость. Гравий, предназначенный для бетонных конструкций, подвергающихся увлажнению и замораживанию, должен быть морозостойким, т. е. выдерживать заданное число циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Гравий считают морозостойким, если количество разрушенных зерен составляет в нем не более 10% от веса взятой пробы. Для гравия, имеющего морозостойкость выше 50, эта величина не более 5%. Количество разрушенных зерен устанавливается просевом гравия через сито с размером отверстия, на котором задерживалась проба гравия.
Щебень получают дроблением горных пород или искусственных камней на куски размером от 5 до 70 мм.
Камень измельчают на камнедробилках, а затем дробленый материал просеивают; мелочь, образующаяся при этом, используется в качестве песка, если она не содержит избыточного количества пыли.
Щебень лучше гравия, так как, во-первых, он имеет шероховатую поверхность, а во-вторых, в нем отсутствуют органические примеси и пылевидные частицы.
Для приготовления бетона обычно используют щебень, получаемый дроблением плотных горных пород, и щебень из доменных и мартеновских шлаков; для приготовления бетона низких марок и облегченного бетона применяют кирпичный бой.
Прочность исходной породы щебня проверяют испытанием на сжатие выпиленных из нее и насыщенных водой образцов (кубиков с ребром 5 см или цилиндров 5X5 см).
К зерновому составу, объему пустот и морозостойкости щебня предъявляют те же требования, что и к гравию.
Как отмечалось, прочность бетона в значительной степени зависит от заполнителя. Поэтому в настоящее время, когда возникла необходимость применять высокопрочные бетоны, к щебню предъявляют особо высокие требования. Так, в щебне не должно быть вредных примесей, и его следует подвергать тщательной многофракционной сортировке.
|
