Заполнители для бетонов

 

Содержание

 

Ведение............................................................................................2        

1. Заполнители для бетонов...........................................................2

1.1.Общая классификация заполнителя.......................................3

1.2 Природные заполнители для бетона ......................................5

1.3 Мелкий заполнитель..................................................................6

1.4 Крупный заполнитель................................................................8

2.1 Пористость и водопоглащение заполнителя........................10

3. Зерновой состав мелкого  и крупного заполнителя................12

Заключение.....................................................................................14

Список литературы.........................................................................24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Заполнители — природные  или искусственные материалы  определенного зернового состава, которые в рационально составленной смеси с вяжущим веществом  и водой образуют бетон. Стоимость  заполнителей достигает 30-50 % стоимости  бетонных и железобетонных конструкций, а иногда и более. Поэтому изучение, правильный выбор заполнителей, рациональное их производство и применение имеют  большое народнохозяйственное значение.

В зависимости от размера  зерен заполнитель делят на мелкий (песок) и крупный (щебень и гравий).

 

1. Заполнители  для бетона

 

Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 - 85 % объема бетона и образуют его жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими  показателями, например, легкие, жароупорные  и пр.

По происхождению заполнители  подразделяют на три группы:

1) природные, в том числе из  попутно добываемых пород и  отходов обогащения;

2) из отходов промышленности;

3) искусственные (специально приготовленные).

Природные материалы и материалы  из отходов промышленности, получаемые без изменения их химического  состава и фазового состояния, характеризуются  соответственно происхождением и петрографическим наименованием горных пород или  видом отходов. Например, изверженные  глубинные (интрузивные) породы — гранит, сиенит, диорит; доменные отвальные  шлаки. Природные заполнители бетона должны быть долговечными, твердыми и  без излишнего количества глины, суглинка, ила, слюды, сланца, черта (кремнистого  сланца), щелочей и органических веществ. Заполнитель должен тщательно  выбираться.

Искусственные заполнители характеризуются  видом сырья (природное, из отходов  или их смесь) и технологией производства (способ обработки). Например, получаемые из природного сырья обжигом со вспучиванием— керамзит; получаемые поризацией расплава доменных шлаков — шлаковая пемза.

Для изготовления легких бетонов применяют  пористые заполнители. Они бывают природные  и искусственные. Природные заполнители  получают путем дробления пористых горных пород — вулканического туфа, пемзы, известкового туфа, известняка-ракушечника  и некоторых других. Они относятся  к местным материалам и используются для строительства в районах, незначительно удаленных от месторождения. Более распространены искусственные  пористые заполнители, которые подразделяют на специально изготовляемые и заполнители  из отходов промышленности.

К специально изготовляемым пористым заполнителям относят керамзит, аглопорит, вспученный перлит, вспученный вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий. Керамзит — продукт обжига вспучивающихся глин. Из отходов промышленности используют топливные шлаки и золы.

 

1.1.Общая классификация заполнителей  

 

Для бетона используют заполнитель  с размером зерен в поперечнике  от тысячных долей сантиметра до нескольких сантиметров. Наибольшая крупность  заполнителя может быть различной, однако любой заполнитель содержит зерна неодинакового размера; распределение  зерен по фракциям называют зерновым составом заполнителя. Для получения  бетона невысокой прочности иногда используют заполнитель непосредственно  из залежей, содержащих зерна различного размера, от самых мелких до самых  крупных. Такой заполнитель называют карьерным нефракционированным заполнителем. Для получения бетона хорошего качества обычно используют заполнители, по крайней мере, двух типов: мелкий заполнитель (песок) с размером зерен не более 0,476 см и крупный с размером зерен не менее 0,476 см. В США разделение на мелкий и крупный заполнители проводят на сите № 4, размер отверстий которого лишь на 0,0013 см меньше, чем 0,476. Указанное деление позволяет при дальнейшем рассмотрении проводить различие между мелким и крупным заполнителем.

Обычно считают, что минимальный  размер зерен песка составляет примерно 0,07 мм и несколько меньше. Частицы  размером 0,002—0,06 мм представляют собой  пыль или ил, частицы еще меньшего размера называют глиной. Суглинок представляет собой мягкую породу, состоящую из примерно равного количества песка, ила и глины.

Первоначально все зерна заполнителя  являлись частью исходной горной породы, которая могла быть разделена  на отдельные куски и зерна  или в результате природных процессов  выветривания, или искусственным  способом — дроблением. Поэтому  свойства заполнителей полностью зависят  от свойств исходной горной породы, например химико-минералогического  состава, петрографических характеристик, удельного веса, твердости, прочности, физико-химической стойкости, пористости, цвета и т. д.

С другой стороны, некоторые свойства заполнителей не определяются характеристиками исходной горной породы, а присущи  только зернам заполнителя, такие как  форма и размер зерен, текстура поверхности, абсорбционная способность (водопоглощение). Все эти свойства могут оказывать большое влияние на качество как свежеуложенной бетонной смеси, так и затвердевшего бетона.

Следует добавить, что, хотя свойства заполнителей могут быть непосредственно  исследованы путем испытаний, представляется затруднительным охарактеризовать хороший заполнитель, не определив, как этот заполнитель будет влиять на свойства бетона в определенных условиях эксплуатации. Качество заполнителей необходимо проверять и непосредственно  в бетоне, иногда по некоторым показателям  заполнитель может оказаться  неудовлетворительным, однако его использование  в бетоне не вызывает беспокойства. Например, образец из горной породы может дать отрицательные результаты при испытаниях на морозостойкость, однако, если заполнитель находится  в бетоне, этого может не произойти, особенно в тех случаях, когда  зерна заполнителя надежно покрыты  цементным камнем низкой проницаемости. Однако маловероятно, что на заполнителе, считающемся неудовлетворительным более чем по одному показателю, будет приготовлен бетон удовлетворительного  качества. Таким образом, испытания  непосредственно заполнителей оказывают  существенную помощь при оценке их пригодности для использования  в бетоне.

Применение природных гравийно-песчаных смесей без их разделения на фракции, как правило, не допускается из-за неоднородности гранулометрического  состава

 

 

1.2 Природные заполнители для бетона 

До сих пор мы рассматривали  заполнители только из встречающихся  в природе материалов. Однако заполнители  могут быть также получены из промышленных продуктов.

С петрографической точки  зрения заполнители, как дробленые, так и уменьшенные в размере  природным путем, могут быть разделены  на несколько групп горных пород, имеющих общие характеристики. Наиболее удобной представляется классификация BS 812: 1960, в которой в соответствии с типом горной породы природные  заполнители разделены на следующие  группы:

группа базальта — андезит, базальт, основные порфириты, диабаз, флериты всех типов (включая тералит и тешенит), эпидиорит, роговообманковый сланец, лампрофир, кварцевый флерит, спилит;

кремневая группа — кремнистый сланец, кремень; группа габбро — основной диорит, основной гнейс, габбро, роговая  обманка, норит, перидотит, пикрит, серпентин;

группа гранита — гнейс, гранит, гранодиорит, гранулит, пегматит, кварцевый диорит, сиенит;

группа крупнозернистого песчаника — агломерат, аркоз, брекчия, конгломерат, вакка, крупнозернистый песчаник, песчаник, туф;

группа роговика — видоизмененные горные породы всех типов, за исключением  мрамора;

группа известняка — доломит, известняк, мрамор;

группа порфира — аллит, дацит, фельсит, гранофир, кератофир, микрогранит, порфир, кварцепорфирит, риолит, трахит;

группа кварцита — ганистер, кварцитовые песчаники, перекристаллизовавшийся кварцит;

группа сланца — филлит, глинистый сланец, кремнистый сланец, все сильно метаморфизированные горные породы.Классификация по группам не означает пригодности любого заполнителя для производства бетона: несоответствующий заполнитель может находиться в любой группе, хотя некоторые группы пород характеризуются лучшими показателями. Следует также помнить, что многие приведенные названия заполнителей часто не соответствуют точной петрографической классификации.В стандарте ASTM С 294—56 приводятся некоторые минералы, наиболее часто встречающиеся в заполнителях. Классификация по минералогическому составу помогает предварительной оценке свойств заполнителя, однако на ее основе нельзя точно предсказать целесообразность применения того или иного заполнителя в бетоне, поскольку универсальных минералов, наличие которых в заполнителе желательно во всех случаях, не существует. В то же время некоторые минералы являются нежелательными во всех случаях. 10 классификаций ASTM предусматривают следующие минералы: кремнеземистые минералы (кварц, опал, халцедон, тридимит, кристобалит), полевые шпаты, слюдяные минералы, карбонатные минералы, сульфиды, ферромагнезиальные минералы, цеолиты, окислы железа, глинистые минералы.Рассмотрение подробностей петрографических и минералогических методов выходит за рамки данной книги, однако важно себе представить, что анализ заполнителей с геологической точки зрения оказывает существенную помощь при оценке их качества и, в частности, для выявления свойств вновь используемого заполнителя путем его сравнения с заполнителями с известными эксплуатационными характеристиками, при этом могут быть обнаружены отрицательные качества, как, например, присутствие в заполнителе некоторых неустойчивых форм кремнезема. В случае использования искусственных заполнителей может быть также изучено влияние технологии производства на качество заполнителей.

 

 

1.3 Мелкий заполнитель

 

Мелкий заполнитель - песок. Для  приготовления тяжелых бетонов  применяют природные пески, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород, а также искусственные, полученные путем дробления твердых горных пород и из отсевов. Качество песка, применяемого для изготовления бетона, определяется минеральным составом, зерновым составом и содержанием вредных примесей. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,16 до 5мм и имеющий плотность более 1,8 г/см3.

Природные пески представляют рыхлую смесь зерен различных минералов, входивших в состав изверженных (реже осадочных) горных пород (кварца, полевого шпата, кальцита, слюды и  др.). Природные пески разделяются  наречные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют  округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и  морские.

 Искусственные пески получают  дроблением твердых и плотных  горных пород, а также отвальных  металлургических шлаков. Дробленые  пески имеют высокую стоимость,  и поэтому, их применяют для  обогащения мелкого природного  песка в бетоне.

Заполнитель должен состоять из зерен  разного размера (разных фракций), при  этом количество крупных, средних и  мелких зерен устанавливается на основе проверенных рекомендаций таким  образом, чтобы зерна меньшего размера  располагались в пустотах между  крупными. Чем компактнее расположены  зерна заполнителей, тем меньше объем  пустот. Зерновой (гранулометрический) состав песка определяют просеиванием высушенной средней пробы (1000 г) через стандартный набор сит с размерами отверстий 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Мелкие частицы песка (пыль) имеют размер менее 0,16 мм. В песке зерен гравия от 5 до10 мм допускается не более 5%, зерен крупнее 10 мм - не должно быть.

Для оценки крупности песка применяют  безразмерный показатель - модуль крупности, который вычисляют как отношение  суммы полных остатков на ситах, ко всей пробе, принятой за 100.

В зависимости от зернового состава  песок разделяют на крупный, средний, мелкий

Мелкие частицы (пыль, ил, глина) увеличивают  водопотребность бетонных смесей и  расход цемента в бетоне. Поэтому  содержание в песке зерен, проходящих через сито 0,16 мм, должно быть не более 10% по массе, при этом количество пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3%. Глина набухает при увлажнении и увеличивается в объеме при замерзании, снижая морозостойкость.

 

Классификация песков по крупности

Группа песков	Полный остаток на сите с сеткой 0,63 мм, %	Модуль крупности
Крупный	50-75	3,5-2,5
Средний	35-50	2,5-2
Мелкий	20-35	2-1,5

 

В природном песке и в гравии могут содержаться органические примеси (например, продукты разложения остатков растений), в частности, органические гумусовые кислоты, которые понижают прочность бетона и даже разрушают  цемент. Наличие органических примесей определяют колориметрическим (цветовым) методом.