Материалы для тяжёлого бетона

К материалам для тяжелого бетона относят:

·  вяжущие вещества;

·  воду затворения;

·  заполнители – мелкий (песок) и крупный (гравий или щебень).

Свойства бетона – прочность, морозостойкость, коррозиестойкость и др. зависят в огромной мере от качества исходных материалов, которое должно соответствовать требованиям ГОСТов.

В зависимости от характера конструкции, условий ее эксплуатации в качестве вяжущих применяют различные виды цементов: портландцемент обычный, пластифицирующий, сульфатостойкий, пуццолановый, шлако- портландцемент и др. Кроме того, учитывают и марку цемента в зависимо- сти от требуемой прочности бетона, морозостойкости, усадки и других

 

 

248

свойств. Следует правильно назначить марку цемента. Например, бетон с наилучшими свойствами и наиболее экономичный (с минимальным расхо- дом вяжущего) можно получить, если марка цемента будет в 1,5-2,5 раза выше требуемой марки бетона.

Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

 

Марка бетона	М100	М150	М200	М300	М400	М500	М600	М900
Марка цемента	300	300	400	400	500	550…600	600	900

 

Если марка имеющегося цемента выше, рекомендуется ввести в со- став минеральную добавку (тонкоизмельченные известняки, доломиты и др.) в целях экономии цемента.

Таким образом, выбор вида и марки цемента зависит от заданной прочности бетона, условий его твердения и условий эксплуатации бетон- ных конструкций.

Для приготовления бетонных смесей применяют питьевую или при- родную воду; она не должна содержать повышенного количества вредных примесей (в том числе и окрашивающих), органических веществ (особенно сахаров, фенолов, нефтепродуктов, масел и жиров), растворимых солей, а также взвешенных частиц глины, пыли, песка и почвы. затрудняющих схватывание и твердение бетона. Водородный показатель воды (рН) не должен быть менее 4 и более 12,5. Допускается содержание сульфатов (в пересчете на SО₄) не более 2700 мг/л и всех солей не более 5000 мг/л.

Пригодность природной воды для бетона устанавливают хими- ческим анализом и сравнительными испытаниями бетонных образцов на прочность, изготовленных на данной и на питьевой чистой воде и испы- танных в возрасте 28 суток нормального твердения. Воду считают пригод- ной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньшую, чем образцы на питьевой воде. Питьевую воду можно применять для при- готовления бетонов без дополнительных исследований и анализов.

Сточные и болотные воды, содержащие жиры, растительные масла, кислоты, нефтепродукты, сахар и т.п., нельзя применять для приготовле- ния бетона. Морскую и другую воду, имеющую минеральные соли, можно использовать в случае, когда общее количество солей не превышает 2%. Во всех случаях морские соли могут выступать на поверхности бетона и вызывать коррозию стальной арматуры.

Плотные заполнители — кварцевый песок, гравий и щебень, входят в состав тяжелых бетонов, для приготовления легких бетонов используют природные и искусственные пористые заполнители, для особо тяжелых бе- тонов — специальные заполнители.

В зависимости от крупности зерен заполнителя различают бетоны:

 

 

249

· мелкозернистые (размер зерен до 10 мм);

· крупнозернистые (размером 10...150мм).

Заполнители образуют жесткий скелет, или остов, бетона, занимая 80-85% его объема; придают бетону прочность, уменьшают его усадку и экономят расход вяжущих материалов.

Мелкий заполнитель. Мелким заполнителем для бетонов является

песок, который должен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93.

Песок – зерновая смесь с размерами зерен от 0,16 до 5 мм, в состав которой могут входить примеси: пылевидные частицы размером 0,16...0,005 мм; глинистые частицы размером менее 0,005мм и обломки горных пород размером более 5 мм. Наиболее распространены в природе кварцевые пески (кроме зерен кварца могут содержать зерна полевого шпата, пластинки слюды и зерна других минералов), чуть реже - известня- ковые, полевошпатовые, ракушечные и др. В кварцевом песке

Пески различают:

·  природные;

·  дробленые.

Природный песок – неорганический сыпучий материал с крупно- стью зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разруше- ния скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и пес- чано-гравийных месторождений. Природные пески в зависимости от усло- вий залегания классифицируют на:

·  речные;

·  морские;

·  горные (или овражные).

Зерна речного и морского песка округлые и гладкие (истираются при переносе водой), более чистые (по сравнению с горным песком содержат меньше глинистых и пылевидных частиц). Зёрна морского песка иногда содержат примеси известняковых зерен, обломки раковин, остатки водо- рослей, что снижает его качество и прочность бетонов.

Зерна горного песка остроугольные и шероховатые, благодаря чему хорошо сцепляются с вяжущим веществом. Недостаток горных песков - содержат много глинистых и пылевидных частиц, а промывка песка слож- на и дорога.

Качество бетона в большей мере зависит от зернового (гра- нулометрического) состава песка и количественного содержания в нем различных примесей: пылевидных, илистых и органических, которые уве- личивают поверхность заполнителя, обволакивают зерна песка и затруд- няют сцепление вяжущего с его поверхностью, вызывая увеличение расхо- да вяжущего. Количество этих примесей в песке для бетона должно быть не более 3%, в том числе не более 0,15% глин. Глинистые и пылевидные

 

 

250

частицы в песке повышают водопотребность бетонных смесей и приводят к снижению прочности и морозостойкости бетона.

Содержание примесей устанавливают методом отмачивания, мето- дом мокрого просеивания или фотоэлектрическим методом. Простейшую качественную оценку чистоты песка производят путем растирания в руках горстки влажного песка: чистый песок не пачкает рук. Песок от примесей очищают водой в машинах-пескомойках. Для строительных работ испыта- ние песка проводят по ГОСТ 8735-88.

Зерновой состав песка содержит зерна различного размера. Фракци- онный состав определяют просеиванием сухого песка через стандартный набор сит.

Пробу взвешивают с погрешностью 0,1% массы, высушив песок до постоянной массы в сушильном шкафу при (105 ±5)°С.

Стандартный набор сит для песка включает сита с круглыми отвер- стиями диаметрами 5; 2,5 мм и сита проволочные со стандартными квад- ратными ячейками № 125; 063; 0315; 016.

Пробу песка просеивают через сита с круглыми отверстиями диа- метром 5 мм. Из пробы песка, прошедшего через указанное сито, отвеши- вают 1000 г песка и просеивают через набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2,5 и с сетками № 125; 063; 0315; 016 ручным или механизиро- ванным способом.

Остатки песка т i, г, на каждом сите взвешивают и вычисляют их значение в процентах от пробы по формуле (частные остатки — а i)

а i =(m/m)100,

где т — масса песка, г.

Затем находят полный остаток А_^, %, на каждом сите по формуле:

 

А i = a_2,5 + a_1,25 + a i,

где a_2,5; a_1,25; a i — частные остатки на соответствующих ситах, %.

Песок характеризуется значением модуля крупности – М_к.

Модуль крупности песка без зерен размером 5 мм определяют как частное от деления на 100 суммы полных остатков (%) на всех ситах по формуле:

Мк = (A2,5 + А1,25 + A 0,63 + A 0,315 + А0,16)/100,

 

где A_2,5,А_1,25… А_0,16 - полные остатки на ситах, %.

Чем выше модуль крупности, тем крупнее песок. Фиксируют также полный остаток на сите № 063. По этому остатку и модулю крупности су- дят о группе песка (табл. 13).

 

 

251

Таблица 13 – Классификация песков по крупности

 

Группа песка	Модуль крупности	Полный остаток на сите 0,63 мм, % по массе
Очень крупный	Свыше 3,5	Свыше 75
Повышенной крупности	3…3,5	75
Крупный	2,5…3	65…75
Средний	2,0…2,5	45…65
Мелкий	1,5…2,0	30…45
Очень мелкий	1…1,5	10…30

 

Для бетона рекомендуется применять крупный и средний песок с модулем крупности 2...3,25. В песке, предназначенном для производства бетонов, допускаются зерна гравия или щебня размером более 10 мм в ко- личестве до 0,5% (по массе); зерна размером 5-10 мм допускаются в коли- честве не более 5% по массе; содержание зерен, проходящих через сито с сеткой № 016, не должно превышать 10%.

Плотность зерен кварцевого песка 2600-2700 кг/м³, насыпная плот- ность песка 1400-1600 кг/м³; она зависит от степени уплотнения, влажно- сти песка, а также от зернового и минералогического состава (наименьшая насыпная плотность кварцевых песков соответствует влажности 5-7% по массе).

Крупный заполнитель. Крупным заполнителем для приготовления тяжелого бетона служат гравий или щебень, отвечающие требованиям ГОСТ 8267-93.

Гравий – - неорганический зернистый сыпучий материал крупностью свыше 5 мм, получаемый рассевом природных гравийно-песчаных смесей. Зерна гравия имеют округлую форму и гладкую поверхность. В нем могут содержаться зерна высокой прочности (гранитные) и слабые зерна (порис- тых известняков).

Гравий по условиям залегания делится на:

·  речной;

·  морской;

·  горный (овражный).

 

Горный гравий обычно имеет множество примесей, речной и мор- ской – значительно меньше. Постоянное воздействие воды придало зернам речного и морского гравия округлую форму и гладкую поверхность. Зерна овражного гравия имеют щебневидную форму (малоокатанную), что улучшает сцепление его с цементно-песчаным раствором.

 

 

252

Преимущества (по сравнению с щебнем):

· встречается в природе в раздробленном состоянии, и дробить приходится только крупные куски;

· бетонная смесь на гравии имеет большую подвижность из-за меньшего трения между зернами заполнителя и цементным раствором.

Щебень – неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов или некондиционных отходов горных предприятий. Дроблёную смесь зерен различных размеров (5...70 мм) рассеивают на отдельные фракции: отсеянные частицы размером менее 3 мм используют в качестве песка. Щебень дробят на камнедробилках из гранита, диабаза и других из- верженных пород, а также из плотных осадочных пород – известняка, до- ломита и видоизмененных пород – кварцита. Куски щебня имеют остро- угольную форму и шероховатую поверхность, поэтому его сцепление с цементно-песчаным раствором более прочное, чем у гравия. Содержание в щебне вредных органических примесей незначительно.

Преимущества:

· обеспечивает хорошее сцепление с цементным раствором при затвердевании, что обеспечивает требуемую прочность бетона и меньшую загрязненность вредными примесями.

Для приготовления высокопрочных бетонов рекомендуется, исходя из стоимости крупных заполнителей и других экономических показателей применять щебень.

 

Щебень и гравий выпускают в виде следующих основных фракций:

· от 5 до 10 мм;

· свыше 10 до 20 мм;

· свыше 20 до 40 мм;

· свыше 40 до 70 мм;

· смеси фракций от 5 до 20 мм.

Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как благодаря его меньшей суммарной поверхно- сти зерен требуется меньше цемента для получения прочного бетона.

Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен нахо- диться в пределах, указанных в таблице 14.

 

253

Таблица 14 – Зерновой состав заполнителя

 

Диаметр отвер- стий контрольных сит, мм	d	0,5(d+D)	D	1,25 D
Полные остатки на ситах, % по массе	от 90 до 100	от 30 до 80	до 10	до 0,5

 

 

Согласно ГОСТу качество крупного заполнителя зависит от формы зерен и содержания вредных примесей, от зернового или гра- нулометрического состава, от прочности и морозостойкости.

Для приготовления бетона наиболее пригодна следующая форма зе- рен: для гравия – яйцевидная или шаровая; для щебня – близкая к кубу или тетраэдру. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в гравии или щебне не должно превышать 15% по массе.

Прочность гравия и щебня характеризуют маркой, определяемой по дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре. Мар- ки прочности: 1400, 1200, 1000, 800, 400 и 300.

Морозостойкость щебня и гравия характеризуют числом циклов за- мораживания и оттаивания, при котором потери (в % по массе щебня и гравия) не превышают установленных норм – 10%. По этому признаку они подразделяются на восемь марок – F15; F25; F50; F100; F150; F200; F300 и F400.

Содержание пылевидных и глинистых частиц (размером менее 0,05 мм) в щебне и гравии М800 не более 1%; М600...М800 – не более 1% для изверженных и метаморфических горных пород, а для осадочных— М600...М1200 - 2% и М200...М400 - 3% по массе. Содержание глины в комках не более 0,25%. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, сер- ный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона. Их содержание в пе- ресчете на SО₃ не должно превышать 1% по массе.

Хорошим зерновым составом считается тот, в котором имеются зер- на разной величины, так как при этом пустотность заполнителя оказывает- ся наименьшей.

Испытания гравия и щебня проводят по ГОСТ 8269-87. Зерновой со- став щебня (гравия) определяют путем рассева пробы на стандартном на- боре сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм.

Пробу гравия (щебня) 5 или 10 кг просеивают вручную или ме- ханическим способом через сита, собранные последовательно в колонку, начиная снизу с сита с отверстиями наименьшего размера. Длительность просеивания должна быть такой, чтобы при контрольном интенсивном

 

254

ручном встряхивании каждого сита в течение 1 мин. через него проходило не более 0,1% общей массы навески.

По результатам просеивания вычисляют частный остаток на каждом сите а i, %, по формуле:

а i =(mi /m)100, где mi — масса остатка на данном сите, г; m — масса пробы, г.

Далее определяют полные остатки на каждом сите (в % от массы

пробы), равные сумме частных остатков на данном и всех ситах с больши- ми размерами отверстий, и устанавливают наибольшую О и наименьшую d. крупность зерен заполнителя. За наибольшую крупность зерен гравия (щебня) принимают размер отверстия верхнего сита, на котором полный остаток превышает 5% навески. Наименьшая крупность зерен гравия (щебня) соответствует размеру отверстия первого снизу сита, полный ос- таток на котором составляет не менее 95%.

К кислотоупорньим наполнителям относятся также андезит, базальт, диабаз, бештаунит.

Золы ТЭС образуются при сжигании твердых видов топлива в пыле- видном состоянии при температуре 1 400... 1 600 °С. В состав зол входят оксиды кальция, кремния, алюминия и др. Золы не требуют помола, что делает их использование эффективным. После проверки на равномерность изменения объема золы применяют в качестве добавки-наполнителя к це- ментам; имеют невысокую плотность, что позволяет вводить их в качестве наполнителя в гипсовые мастики для крепления гипсокартонных листов.