Заполнители для бетонов

2.2. Щебень. Характеристики и свойства.

 Щебнем называют материал, полученный в результате дробления камней из горных пород. Щебень имеет остроугольную форму. Для приготовления бетона лучше использовать щебень, близкий по форме к кубу или тетраэдру. Форма щебня зависит от структуры каменной породы и типа камнедробильной машины. Для производства щебня используют гранит, диабаз и другие из верженные породы, а также плотные осадочные породы – известняк, доломит и измененные породы – кварцит. Наиболее широко в строительстве применяют известняковый и гранитный щебень. К крупности, зерновому составу, прочности щебня предъявляют те же требования, что и к гравию. Щебень чище гравия, обычно он не содержит органических примесей. Предельное содержание глинистых и пылевидных примесей допускается: для бетонов М300 и выше – 1% в щебне из изверженных пород и 2% в щебне из карбонатных пород, для бетонов более низких марок – соответственно 2 и 3% по массе. Для обычного бетона можно применять щебень только из каменных пород. Необходимая прочность исходной каменной породы в насыщенном водой состоянии Rщ >2R б для бетона М300 и выше Rщ>1,5Rб для бетонов более низких марок. Для бетона в конструкциях, подвергающихся насыщению водой и замораживанию, желательно применять щебень водопоглощением не более 3% по массе, а без замораживания – не более 5%.

 Рекомендуемый состав гравия  и щебня представлен на рис. 5.

3. Пористые заполнители для бетонов

Для приготовления легких бетонов  широко используют пористые минеральные заполнители, которые делятся на природные (вулканического или осадочного происхождения) и искусственные (в т.ч. из отходов промышленности).

Природные пористые заполнители получают путём дробления на щебень и песок  горных пород вулканического происхождения - пемзы, вулканического шлака и вулканического туфа; горных пород осадочного происхождения: пористых известняков, известняков - ракушечников, известняковых туфов, диатомитов и др.

Искусственные пористые заполнители  получают путем термической обработки силикатного сырья с последующим рассевом или дроблением и рассевом. К искусственным заполнителям относятся: гравий и песок керамзитовые; щебень и песок аглопоритовые; гравий, щебень и песок щунгезитовые; щебень и песок из вспученного перлита, вспученный вермикулит.

Пористые заполнители из отходов  промышленности получают путем переработки (дробления и рассева) пористых кусков топливных и отвальных шлаков, грубодисперсных зол - уноса, и золошлаковых смесей ТЭЦ, кирпичного боя и т.п.

Пористые заполнители в зависимости от крупности зерен подразделяются на щебень (гравий) от.5 до 40 мм и песок до 5 мм . Крупные пористые заполнители подразделяются на фракции 5... 10,10...20,20...40 мм.

Пористые пески подразделяются на рядовые (с зернами размером 0...5 мм.), крупные (с зернами размером 1, 25...5мм.), мелкие (с зернами размером менее 1,25 мм ).

В зависимости от насыпной плотности  в сухом состоянии пористые заполнители  подразделяются на марки : 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 120.0; Для крупного заполнителя фракции 5...40 мм насыпная плотность не должна превышать 1000 кг/м . Для щебня из пористых горных пород фракции 5... 10 мм . допускается марка 1200, а для песка - марка 1400.

По прочности крупный пористый заполнитель подразделяется по маркам: П25, П35, П50, П75, П100, П150, П200, П250, П300, П350.

В зависимости от марки бетона рекомендуется  применять следующие марки заполнителя  по прочности .

Марка бетона	М35	М50	М75	Ml 00	Ml 50	М200	М250	М300	М400
Марка заполнителя	25-75	35-100	50-125	75-150	75-200	100-250	125-300	150-350	250-350

Пористые заполнители обладают значительным водопоглащением и  при введении их в бетонную смесь  забирают из цементного раствора часть  воды. Наиболее интенсивно этот процесс  происходит в первые 10 - 15 мин. После приготовления бетонной смеси. Тем самым существенно изменяются реологические свойства бетонной смеси, т.е. уменьшается ее подвижность. Количество воды, поглощаемой заполнителем, зависит от состава бетонной смеси: оно увеличивается в литых и подвижных смесях при высоких значениях водоцементного отношения и уменьшается в жестких бетонных смесях при низких значениях В/Ц. Чтобы компенсировать влияние водопоглощения пористого заполнителя и сохранить подвижность бетонной смеси, необходимо увеличивать расход воды.

Пористый щебень и песок состоят  из зерен неправильной формы с  сильно развитой поверхностью и обладают вследствие этого увеличенным объемом  межзерновых пустот. Для заполнения этих пустот и создания достаточной  связки между зернами заполнителя с целью получения нерасслаеваемых и удобнообрабатываемых бетонных смесей, требуется, в 1,5 - 2 раза больше цементного теста, чем при применении плотных, тяжелых заполнителей.

3.1 Песок. Характеристики и свойства

 Природный песок, применяемый для производства обычного бетона, представляет собой образовавшуюся в результате выветривания горных пород рыхлую смесь зерен (крупностью 0,14-5,00 мм) различных минералов, входящих в состав изверженных (реже осадочных) горных пород. При отсутствии природного песка применяют песок, получаемый путем дробления твердых горных пород.

 Песок для производства обычного  бетона, должен соответствовать  требованиям ГОСТ 10286-80. Содержание  в песке зерен, проходящих через  сито 0,14 мм, не должно превышать  10%, а содержание глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием – 3% по массе. Наиболее вредна примесь глины, так как она, обволакивая зерна песка, препятствует сцеплению с цементным камнем. От глинистых примесей песок очищают тщательной промывкой. Органические примеси допускают только в очень незначительном количестве, т.к. они понижают прочность и даже разрушают цемент.

 Крупность зерен определяют  просеиванием песка через стандартный  набор сит с отверстиями в  свету 5, 2.5, 1.25, 0.63, 0.315, 0.14 мм. Наличие в песке зерен крупнее 10 мм в песке не допускается, зерен размером 5-10 мм должно быть не более 5 % по массе. Остатки на каждом сите (в %), называемые частными, характеризуют распределение зерен песка по степени крупности, т.е. зерновой (гранулометрический) состав песка. Складывая частный остаток на данном сите с суммой остатков на предыдущих ситах, определяют полные остатки (в %) на ситах.

 Для условного выражения  крупности песка пользуются  модулем крупности, обозначающим сумму полных остатков на ситах стандартного набора, деленную на 100:

Мкр=ΣΔGполн/100

 Модуль крупности позволяет  оценивать влияние заполнителя  на свойства бетонной смеси  и бетона лишь приблизительно. Смеси с различным зерновым  составом могут иметь одинаковый модуль крупности, но различные пустотность и удельную поверхность и соответственно по-разному влиять на подвижность и другие свойства бетонной смеси и бетона. Если песок крупный, то это еще не значит, что он вполне пригоден для бетона. Крупный песок может иметь большой объем пустот, который придется заполнять цементным тестом, что увеличивает себестоимость бетона.

 Для полной характеристики  песка важна величина его пустотности.  В доброкачественном песке она  не должна превышать 38%. Для  бетона наиболее пригоден крупный песок, содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот будет малым, а площадь их поверхности – небольшая. Плотность песка зависит от его истинной плотности, пустотности и влажности и определяется в сухом рыхлом состоянии. Для высококачественного бетона она должна быть не ниже 1550 кг/м3, а в остальных случаях не ниже 1400 кг/м3.

 Самый большой объем песок  занимает при влажности около  5-7%, с повышением или понижением  влажности объем песка уменьшается. Рекомендуемый состав песка представлен на рис. 4.

 

Требования к мелкому заполнителю (песку)

Песок представляет собой рыхлую смесь  зерен крупностью 0,14…5 мм, образовавшуюся в результате естественного разрушения твердых пород. Природные пески в зависимости от условий залегания могут быть речные, морские и горные. Речные и морские пески имеют округлую форму зерен, горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Горные пески обычно больше загрязнены примесями.

Искусственные пески обычно подразделяют на:

- дробленый - изготовленный из  скальных пород и гравия с  использованием специального дробильно-помольного  оборудования;

- дробленый из отсевов - получаемый  из отсевов продуктов дробления  горных пород при производстве  щебня. 

Кроме того, эти пески могут быть фракционированными.

Важным свойством песка является его зерновой состав. Для условного  выражения зернового состава пользуются модулем крупности МК, обозначающим сумму полных остатков (в %) на ситах стандартного набора, деленную на 100. Зерновой состав должен находится в следующих пределах (что соответствует модулю крупности от 2,1 до 3,25):

Размер отверстий сит, мм	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	менее 0,14
Полные остатки на ситах, в % по массе	0	0-20	15-45	35-70	70-90	90-100	0-10

Содержание в песке пылевидных, глинистых и иных частиц, не должно превышать значений: природный - 3%; дробленый  из отсевов 5 %.

Технические требования к качеству песка приведены в ГОСТе 8736.

Для бетона желательно применять более  крупные пески. Однако песок, содержащий избыток крупных частиц, имеет  больший Объем пустот (40%), который  приходится' заполнять цементным  тестом, что увеличивает расход цемента. Наилучшие результаты получают, применяя в бетоне пески, содержащие крупные, средние и мелкие зерна в оптимальном соотношении, обеспечивая минимальную пустотность песка. В доброкачественном песке пустотность не должна превышать 38 %, в песке оптимального зернового состава она уменьшается до 30 %.

Насыпная плотность песка зависит  от его истинной плотности, пустотности  и влажности. Песок, предназначенный  для бетона марки М 200 и выше или  для бетона, подвергающегося замерзанию в насыщенном водою состоянии, должны иметь насыпную плотность не ниже 1550 кг/м 3 , в остальных случаях - не ниже 1400 кг/м 3 . Самый большой объем песок занимает при влажности 5...7 %, с повышением или понижением влажности объем песка уменьшается. Это свойство песка следует учитывать при объемном дозировании.

4. Заполнители горных пород для бетона

Свойства заполнителей существенным образом влияют на коррозионную стойкость  бетона и долговечность изготовленных  из бетона конструкций. Рассмотрим свойства заполнителей, влияющие на коррозионную стойкость и морозостойкость бетона.

Стандартом на тяжелые и мелкозернистые бетоны - ГОСТ 26633 - допускается применение в качестве крупных заполнителей щебня из природного камня - ГОСТ 8267, гравия - ГОСТ 8269. В качестве мелких заполнителей допускается применение природного песка, песка из отсевов дробления и их смеси по ГОСТ 8736.

Отечественными нормами на крупный  заполнитель из плотных горных пород  допускается использование вскрышных  и вмещающих горных пород, отходов  переработки руд и неметаллических полезных ископаемых. Допускается также применение смеси фракций 5(3) - 20 мм, а по согласованию с потребителем и смеси фракций 5(3) - 40 мм.

Нормируется содержание зерен пластинчатой и игловатой формы и слабых зерен. По морозостойкости щебень и гравий подразделяются на марки от F15 до F400. Испытания заполнителей на морозостойкость выполняются как замораживанием-оттаиванием, так и в растворе сульфата натрия. При несовпадении результатов контрольным является испытание замораживанием и оттаиванием. Щебень из попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород и некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности должен быть устойчивым против всех видов распада, стойким к химическому воздействию щелочей цемента (реакция щелочей с кремнеземом (РЩК), не содержать компонентов, вызывающих коррозию арматуры в бетоне и понижающих прочность и долговечность бетона.

По ГОСТ 26633 к крупному заполнителю  предъявляются требования по зерновому составу и наибольшей крупности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, вредных примесей, форме зерен, прочности, содержанию зерен слабых пород, петрографическому составу и радиационно-гигиенической характеристике. Разрешается применение фракций от 5 до 120 мм. Применение фракции заполнителя с размером от 3 до 10 мм допускается при использовании песка с модулем крупности не более 2,5. Морозостойкость крупных заполнителей должна быть не ниже нормированной марки бетона по морозостойкости.