Портландцементы с активными минеральными добавками.

Активные минеральные добавки химически связывают растворимый.

при этом повышается плотность цементного камня, возрастает его со­противление коррозии. Активные добавки могут быть природными (диатомит, трепел, вулканический пепел, пемза, глиежи — горные глинистые породы) и искусственными (гранулированные доменные шлаки, золы от сжигания твердого топлива, отходы керамического производства и др.).

Активные минеральные добавки применяли в Древнем Риме для получения гидравлических свойств: к воздушной извести добав­ляли пуццолану — вулканический пепел (пуццолана названа в честь города Поццуоли в Италии, где были залежи вулканического пепла).

К этой группе цементов относят портландцемент с минераль­ными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортланд- цемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавка­ми и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

JO^j^t^nanoebiil пощгд^ тонким помолом

- портландцементного клинкера, гипса и активных минеральных доба­вок или тщательным смешиванием этих компонентов, измельченных раздельно. Добавками являются: добавки вулканического происхож­дения (пемза, пепел, туфы), обожженных глин или топливной золы — 25...40% массы цемента; добавки осадочного происхождения (диатомит, трепел, опока) — 20...30% массы цемента. Выпускают мар­ки 300 и 400.

Пуццолановый портландцемент характеризуется медленным ростом прочности в начальный период твердения, однако после б мес твердения во влажной среде бетоны на этом цементе достигают тре­буемой прочности.

низким тепловыде­лением, морозо- и воздухос^тойкость у него ниже, чем у иортлащще'

позволяют широко использовать его при бето­нировании больших массивов (гидротехнических сооружений), где опасны температурные деформации конструкций, и не применять при возведении конструкций, подвергающихся попеременному замо­раживанию и оттаиванию, и при зимних бетонных работах. При низ­ких температурах (ниже 10 °С) твердение этого цемента замедляется и даже совсем прекращается, при повышенных — твердеет более ин­тенсивно, чем портландцемент. Поэтому бетоны на пуццолановом портландцементе целесообразно подвергать пропариванию.

Бетоны, приготовленнма. ш.пуццолановых портландцементах. боле е вод ос тойкиж оницаемы^ ~чеж najiopT л андце ментах.

Применяют пуццолановый портландцемент для изготовления как сборных, так и монолитных бетонных и железобетонных изделий

и конструкций, подземных и подводных частей сооружений, подвергающихся воздействию сульфатных вод.

В течение первых двух недель бетоны необходимо увлажнять, предохранять от высыхания, так как в сухих условиях твердение бе­тона на этом цементе практически прекращается.

<иШлакопортландцемент изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера (79...20%), гранулированного домен­ного шлака (21...80%) и гипса (не более 5%). Допускается раздельный помол компонентов и последующее тщательное их смешивание. До­менный шлак по своему химическому составу близок к портландце- ментному клинкеру, поэтому его можно вводить в большом количест­ве, что дает снижение стоимости шлакопортландцемента на 20...25%, он экономически выгоднее, чем портландцемент. Шлакопортландце- мент выпускается трех марок: 300, 400 и 500. Он сероватого цвета с голубым оттенком, отличается от других видов цемента наличием ме­таллических частиц, выявляемых при помощи магнита. Сроки схва­тывания как у портландцемента, он менее экзотермичен, имеет меньшую усадку и набухание, большую стойкость в пресных и суль­фатных водах. Тонкость помола и равномерность изменения объема как у портландцемента, нормальная густота 26...30%.

Плотность в рыхлом состоянии 1000... 1200 кг/м³, в уплотнен­ном —1400...1800 кг/м³.

Недостатками^., являютаяищниженная по сравнению jlобыкно-_ свиным портландцементом морШЩЙШШ,^ замедленное нараста­ние) Др^асщИр в^щащьн^^щкж, твердения. Твердение ускоряется при повышении температуры и влажности. Бетоны на шлакопорт- ландцементе, подвергаемые тепловлажностной обработке ^при 80...95 °С, набирают более высокую прочность, чем бетоны на порт­ландцементе той же марки, твердеющие в аналогичных условиях.

Шлакопортландцемент применяют для изготовления сборных Щ \ железобетонных изделий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах, для конструкций горячих цехов, в гидротехнических соору­жениях, пбд;^.ергаюшихся сульфатной^агрессии. Из него приготовляют кладочные и штукатурные растворы. Не рекомендуется использовать при зимних бетонных работах.

7.9. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Специальные цементы отличаются от портландцемента и его разновидностей видом исходного сырья, технологией производства, химическим и минералогическим составами, свойствами и областями применения. В эту группу гидравлических вяжущих входят глинозе-

пуццолановое вяжущее вещество,, напрягающий цемент.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969—77). По минералогическо­му составу и техническим свойствам отличается от портландцемента.

Х^инозямистый цемент— быстротвердеющее и высокопрочное вяжущее вещество, получаемое обжигом и последующим тонким из­мельчением сырьевой смеси известняков СаС0₃ и бокситов (А₂0₃).

В состав клинкера входит однокальциевый алюминат СаО • А₂0₃, оп­ределяющий быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. Марки глиноземистого цемента, определяемые по результа­там испытания образцов трехсуточного возраста: 400, 500 и 600. Портландцемент набирает такую прочность только через 28 сут нор­мального твердения. Уже в первые сутки твердения глиноземистый цемент набирает более 50% марочной прочности. При столь быстром твердении он обладает нормальными сроками схватывания: начало схватывания не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч от начала за- творения. Глиноземистый цемент обладает высокой экзотермией — тепловыделение при твердении в 1,5 раза больше тепловыделения портландцемента. Поэтому применять его для бетонирования мас­сивных конструкций не рекомендуется. Однако после полного затвер­дения он может выдерживать нагрев до 900 °С и поэтому его приме­няют для приготовления жаростойких бетонов.

Глиноземистый цемент коррозионно-стоек в сульфатных, мор­ских и углекислых водах. Широкое его применение ограничивается его высокой стоимостью (он в 4 раза дороже портландцемента).

Глиноземистый цемент применяют в специальных сооружени­ях, для изготовления быстротвердеющих и жаростойких бетонов и строительных растворов, при аварийно-ремонтных и монтажных ра­ботах, а также зимнем бетонировании, для изготовления расширяю­щегося и безусадочного цементов.

Смешивать глиноземистый цемент с портландцементом нельзя, так как кроме снижения его прочности, может произойти разрушение этого смешанного вяжущего при твердении.

Расширяющиеся и безусадочные цементы. Цементный ка­мень при твердении на воздухе дает усадку, которая является причи­ной усадочных трещин. Поэтому обычные цементы не могут обеспе­чить водонепроницаемость при заполнении швов между панелями, заделке трещин, гидроизоляции туннелей, стволов шахт и других ра­ботах. Для решения этих проблем созданы безусадочные или расши­ряющиеся цементы (расширение 0,2... 1,0%). Этамцементы отличаются спосо^шетью^1ЕфЖ:л:вердши1? во влкжных условиях незначительно ра<£ш^ давать усадки при твеудении на воздухе.

Выпускают три вида расшйряюЕДихся цементов: водонепрони- ^ ца^ цемент, гйпсоглинЬземистыи'" раешшэяю-

щийся^емент и.безусадочный цемент.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быст- росхватывающий и быстротвердеющий цемент, изготовленный совме­стным помолом глиноземистого цемента — 70...76%, гипса — 20...22% и высокоосновного гидроалюмината кальция (4СаО • А1₂0₃ -12Н₂0) —

10... 11%. Расширяющее воздействие оказывает образующийся при ре­акции с водой минерал эттрингит— ЗСаО* А1₂0₃ -3CaS0₄ -31Н₂0 с

большим увеличением кристаллической фазы в объеме. Цемент яв­ляется гидравлическим вяжущим, сроки схватывания: начало схва­тывания не ранее 4 мин, окончание — не позднее 12 мин. Он имеет марку 500 через 28 сут, но уже через 6 ч твердения набирает проч­ность не менее 7,5 МПа. Отличается высокой плотностью, водонепро­ницаемостью, пониженной морозостойкостью и может применяться только при положительных температурах.

ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, за­делки трещин и стыков в железобетонных конструкциях и т.д.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее. Портландцемент и его разновидности имеют существенный недостаток — они медленно схватываются и медленно твердеют. Гипсовые вяжущие, наоборот, быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают низкой водо­стойкостью. Получить смешанное вяжущее из этих разных по своим свойствам вяжущих было заманчиво.

При твердении смеси гипса с цементом получается неустойчи­вый материал, который через несколько месяцев разрушается. В 60-е годы профессор А.В. Волженский предложил смешанное вяжущее, обладающее достоинствами гипса и цемента и в большей степени лишенное их недостатков, — гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ). Его получают тщательным смешиванием 50...75% полувод­ного гипса, 15...25% портландцемента или шлакопортландцемента и 10...25% активной минеральной добавки.

ГЦПВ характеризуется повышенной водостойкостью, быстрым твердением. Через 2...3 ч вяжущее набирает 40% марочной прочно­сти. Растворы на ГЦПВ имеют прочность при сжатии 20 МПа, морозо­стойкость F25...F50.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие применяют для устрой­ства оснований полов, санитарно-технических кабин, стеновых пане­лей и других изделий.

Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65...75% портландце­мента, 13...20% глиноземистого цемента и 6... 10% гипса. При опреде­ленных условиях твердения в процессе расширения этот цемент создает в арматуре предварительное напряжение, независимо от рас­положения арматуры в железобетонной конструкции. Таким образом, химическая энергия вяжущего вещества используется для получения предварительно напряженных конструкций без применения механи­ческого или термического способов. Расширение НЦ в свободном со­стоянии составляет 3...4%, в ограниченном-— 0,25...0,75%. Этот це­мент характеризуется быстрым схватыванием и быстрым твердением: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, а оконча­ние — не позднее чем через 4 ч после затвердения. Прочность НЦ при сжатии через 1 сут не менее 15 МПа, через 28 сут твердения — 50 МПа.

Напрягающий цемент применяют для газонепроницаемых кон­струкций, хранилищ бензина, подводных и подземных напорных со­оружений, спортивных объектов, так как конструкции на НЦ отлича­ются повышенной трещиностойкостью.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называют минеральным вяжущим веществом, в чем его назначение? 2. Какие вяжущие называют воздушными и гидравличе­скими, в каких условиях их можно применять? 3. Охарактеризуйте глину как вяжущее вещество. 4. Из какого сырья и как получают воз­душную известь? 5. Назовите способы гашения воздушной извести.

6. Какими свойствами обладает воздушная известь и где ее применяют?

7. Дайте классификацию гипсовых вяжущих. 8. Назовите характер­ные свойства строительного гипса и область применения. 9. Что такое гидравлическая известь, что придает ей способность твердеть в воде? 10. Назовите особенности и виды магнезиальных вяжущих. 11. Какие разновидности жидкого стекла вы знаете, где применяют жидкое стекло? 12. Что такое портландцемент и из каких сырьевых материа­лов его изготовляют? 13. Расскажите о способах производства порт­ландцемента. 14. Охарактеризуйте минералы портландцементного клинкера. 15. Назовите периоды твердения портландцемента и крат­ко охарактеризуйте каждый из них. 16. Расскажите о свойствах и применении портландцемента. 17. Назовите основные разновидности портландцемента. 18. Укажите особенности пластифицированного и гидрофобного портландцементов. 19. Расскажите о цементах с мине­ральными активными добавками: пуццолановом и шлакопортланд- цементе, их достоинства и недостатки. 20. Перечислите специальные виды цемента.

 

ГЛАВА 8. БЕТОНЫ

8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНАХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Бетон — это искусственный камень, полученный в результате твердения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей.

Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона. После затворения бетонной смеси водой образовавшееся це­ментное тесто обволакивает зерна заполнителей, придавая подвиж­ность бетонной смеси, а после затвердевания связывает их в искусст­венный камень — бетон.

Мелкий заполнитель — песок и крупный заполнитель — ще­бень или гравий образуют жесткий скелет, или остов, бетона.

Заполнители в бетоне занимают 80...85% объема, придают бето­ну прочность, уменьшают его усадку и экономят расход вяжущих материалов.

Бетон как строительный материал был известен еще древним строителям. В Древнем Риме бетон использовали при возведении ку­полов, сводов, триумфальных арок, массивных сооружений, применяя в качестве вяжущего глину, гипс, известь, асфальт. Затем использо­вание его в строительстве почти прекратилось, и только в конце XIX в. в связи с изобретением портландцемента снова стали широко применять бетон для строительства различных инженерных сооружений.

Применение бетона как эффективного строительного материала было подготовлено трудами русских ученых Н.А. Белелюбского, И.Г. Малюги. Вопросам общей технологии и теории бетонов, исследо­ванию физико-механических свойств их различных видов, защите бе­тонов от коррозии, повышению долговечности, способам производства зимних бетонных работ посвящены исследования ряда ученых — С.А. Миронова, Н.А. Попова, В.М. Москвина, К.Д. Некрасова, А.Е. Десова, Г.И. Горчакова, Ф.М. Иванова и др.

В настоящее время бетоны относятся к самым массовым по применению в строительстве материалам благодаря их высокой прочности, надежности и долговечности при работе в конструкциях зданий и сооружений.

Бетон — один из основных конструкционных материалов. Его широко используют в гражданском, промышленном, гидротехниче­ском, жилищном, дорожном и других видах строительства. Из бетона изготовляют самые разнообразные по форме и размерам бетонные и железобетонные строительные изделия и конструкции. Согласно ГОСТ 25192—82 бетоны классифицируют по следующим признакам: по средней плотности, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре, условиям твердения, по назначению. По плотности бетоны подразде­ляют на особо тяжелые (плотностью более 2500 кг/м³), тяжелые (1800...2500 кг/м³), легкие (500... 1800 кг/м³) и особо легкие (теплоизо­ляционные) (менее 500 кг/м³).

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе: цементных вяжущих (приготовляемые на клинкерных цементах), известковых вяжущих (силикатные бетоны), шлаковых вяжущих (шлакобетон), гипсовых вяжущих (гипсобетон) и специальных вяжущих (асфальто­бетон — на битумных вяжущих, бетонополимеры — на минеральном вяжущем, пропитанном мономерами или полимерами с их после­дующим отверждением).

По виду заполнителей бетоны подразделяют на: плотных, по­ристых и специальных заполнителях (барит, чугунный скрап, сталь­ная стружка и др.). 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 бетонов — специальные заполнители. В зависимости от крупности зерен заполнителя различают бетоны мел­козернистые (размер зерен до 10 мм) и крупнозернистые (размером 10...150 мм).

В зависимости от структуры бетоны подразделяются на бетоны плотной структуры, у которых пространство между зернами запол­нителя наполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного в него воздуха или газа, в том числе образующимися за счет примене­ния добавок, регулирующих пористость в объеме не более 7%; бетоны поризованной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя не полностью заполнено или совсем не заполнено мел­кими заполнителями и затвердевшим вяжущим, поризованными до­бавками, регулирующими пористость в объеме более 7%; ячеистые бетоны, у которых основную часть объема составляют равномерно распределенные поры в виде ячеек, полученные с помощью газо- или пенообр аз ов ате л ей.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердеющие: в естественных условиях, в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении и в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

По назначению бетоны подразделяются на конструкционные (для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений) и специальные (жаростойкие, химические, декоративные, радиационно- защитные, теплоизоляционные и др.).

8.2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

К материалам для тяжелого бетона относят вяжущие вещества, воду затворения, заполнители — мелкий (песок) и крупный (гравий или щебень). Качество исходных материалов в значительной степени влияет на свойства бетона: его прочность, морозостойкость, коррозие- стойкость и др. Все материалы можно применять после проверки со­ответствия их качества требованиям ГОСТов.

Цемент. В качестве вяжущих можно применять все виды це­ментов: портландцемент обычный, пластифицирующий, сульфато- стойкий, пуццолановый, шлакопортландцемент и др. При выборе разновидности цемента учитывают характер конструкции, условия ее эксплуатации.

Кроме выбора разновидности вяжущего обосновывают также и его марку в зависимости от требуемой прочности бетона, морозостой­кости, усадки и других свойств. Важно правильно назначить марку цемента. Бетон с наилучшими свойствами и наиболее экономичный (с минимальным расходом 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~~ Марка цемента 300 300 400 400 500 1550-6001 600~

Если марка имеющегося цемента выше, рекомендуется ввести в состав минеральную добавку (тонкоизмельченные известняки, доло­миты и др.). Это будет способствовать экономии цемента.

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

Вода для бетонов, для поливки твердеющего бетона и промыв­ки заполнителей должна отвечать требованиям СТБ 114—98. Для приготовления бетонных смесей применяют питьевую или природную воду, не содержащую вредных примесей, затрудняющих схватывание и твердение бетона. Водородный показатель воды (рН) не должен быть менее 4 и более 12,5. В воде, применяемой для затворения бе­тонной смеси и поливки бетона, не должно быть окрашивающих при­месей. Допускается содержание сульфатов (в пересчете на S0₄) не

более 2700 мг/л и всех солей не более 5000 мг/л.

Сточные и болотные воды, содержащие жиры, растительные масла, кислоты, нефтепродукты, сахар и т.п., нельзя применять для приготовления бетона.

Морскую и другую воду, имеющую минеральные соли, можно использовать только тогда, когда общее количество солей не превы­шает 2%. Во всех случаях морские соли могут выступать на поверхно­сти бетона и вызывать коррозию стальной арматуры. Питьевую воду можно применять для приготовления бетонов без дополнительных исследований и анализов.

Пригодность природной воды для бетона устанавливают хими­ческим анализом и сравнительными испытаниями бетонных образцов на прочность, изготовленных на данной и на питьевой чистой воде и испытанных в возрасте 28 сут нормального твердения. Воду считают пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньшую, чем образцы на питьевой воде.

Мелкий заполнитель. Мелким заполнителем для бетонов яв­ляется песок. Он должен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93. Песок представляет собой зерновую смесь с размерами зерен от 0,16 до 5 мм. В состав песка могут входить примеси: пылевидные частицы разме­ром 0,16...0,005 мм; глинистые частицы размером менее 0,005 мм и обломки горных пород размером более 5 мм. Химический состав песка зависит от состава горной породы, из которой он образовался в ре­зультате ее выветривания. В природе наиболее распространены кварцевые пески, реже встречаются известняковые, полевошпатовые, ракушечные и др. В кварцевом песке кроме зерен кварца могут нахо­диться зерна полевого шпата, пластинки слюды и зерна других минералов.

Пески делят на природные и дробленые. Природный песок представляет собой неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разруше­ния скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений. Природные пески в зависимо­сти от условий залегания подразделяют на речные, морские и горные. или овражные. Зерна речного и морского песка округлые и гладкие, так как истираются при переносе водой. Они более чистые, т.е. в них содержится меньше глинистых и пылевидных частиц, чем в горном песке. В морском песке часто имеются примеси известняковых зерен, обломки раковин, остатки водорослей, что снижает его качество и мо­жет понизить прочность бетонов. Зерна горного песка остроугольные и шероховатые, что обеспечивает хорошее сцепление его с вяжущим веществом. Но в горных песках содержится много глинистых и пыле­видных частиц. Промывка песка сложна и дорога.

На качество бетона большое влияние оказывает зерновой (гра­нулометрический) состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, илистых и органических. Содер­жание их устанавливают методом отмачивания, методом мокрого просеивания или фотоэлектрическим методом. Он основан на сравне­нии степени прозрачности чистой воды и суспензии, полученной при

промывке песка. Пылевидные, глинистые и илистые примеси увели­чивают поверхность заполнителя, они обволакивают зерна песка, чем затрудняют сцепление вяжущего с его поверхностью, вызывают уве­личение расхода вяжущего. Таких примесей в песке для бетона должно быть не более 3%, в том числе не более 0,15% глин. Глинистые и пылевидные частицы в песке повышают водопотребность бетонных смесей и приводят к снижению прочности и морозостойкости бетона.

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. Испытание песка для строительных работ проводят по ГОСТ 8735—88.

Зерновой состав песка характеризуется содержанием в нем зе­рен различного размера. Зерновой состав песка 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 отверстиями диаметрами 5; 2,5 мм и сита проволочные со стандарт­ными квадратными ячейками № 125; 063; 0315; 016.

Пробу песка просеивают через сита с круглыми отверстиями диаметром 5 мм. Из пробы песка, прошедшего через указанное сито, отвешивают 1000 г песка и просеивают через набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2,5 и с сетками № 125; 063; 0315; 016 ручным или механизированным способом.

Остатки песка щ, г, на каждом сите взвешивают и вычисляют

их значение в процентах от пробы по формуле (частные остатки — а-)

^ai ⁼⁼ (щ/гп)100,

где т — масса песка,г.

Затем находят полный остаток, %, на- каждом сите по

формуле:

где 5> ^а125 ••• ^ai — 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

М_к = (А_{2 5} # А₁₂₅ + А_0>63 + А_{0 315} * Щ0 /100,

где А_{2 5}; А_{г 25}... А₀₁₆ — полные остатки на ситах, %.

Чем выше модуль крупности, тем крупнее песок. Фиксируют также полный остаток на сите No 063. По этому остатку и модулю крупности судят о группе песка (табл. 8.1).

 

Результат определения зернового песка оформляют в соответст­вующие таблицы или изображают в виде кривой просеивания.

Для бетона рекомендуется применять крупный и средний песок с модулем крупности 2...3,25. В песке, предназначенном для бетонов, допускаются зерна гравия или щебня размером более 10 мм в количе­стве до 0,5% (по массе); зерна размером 5... 10 мм допускаются в коли­честве не более 5% по массе; содержание зерен, проходящих через си­то с сеткой Nq 016, не должно превышать 10%.

Плотность зерен кварцевого песка 2600...2700 кг/м³. Насыпная плотность песка 1400... 1600 кг/м³ зависит от степени уплотнения, влажности песка, а также от зернового и минералогического состава.

Наименьшая насыпная плотность кварцевых песков соответст­вует влажности 5...7% по массе.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для приготовления тяжелого бетона применяют гравий или щебень. Они должны отвечать 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, на­пример гранитные, и слабые зерна пористых известняков. Гравий по условиям залегания делится на речной, морской и горный (овраж­ный). Горный гравий обычно загрязнен примесями, речной и мор­ской — более чистые. Вода истерла зерна речного и морского гравия и придала им округлую форму и гладкую поверхность. Зерна овражно­го гравия малоокатанные (щебневидные), что улучшает сцепление его с цементно-песчаным раствором.

Щебень — неорганический зернистый сыпучий материал с зер­нами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов или некондиционных отходов горных предприятий.

Полученную 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 изверженных пород, а также из плот­ных осадочных пород— известняка, доломита и видоизмененных пород — кварцита. Куски щебня имеют остроугольную форму и шероховатую поверхность, поэтому его сцепление с цементно- песчаным раствором более прочное, чем у гравия. Содержание в щебне вредных органических примесей незначительно.

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 и смеси фракций от 5 до 20 мм. В каждой фракции должны быть зерна всех размеров — от наибольшего (D) до наименьшего (d) для данной фракции. Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как благодаря его мень­шей суммарной поверхности зерен требуется меньше цемента для по­лучения прочного бетона.. Наибольшая крупность зерен заполнителя зависит от размеров бетонируемой конструкции и расстояния между стержнями арматуры. Так, для балок, колонн, рам наибольший раз­мер зерен должен быть не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры, а для плит — не более 1/2 толщины плиты; для бетонирования тонкостенных густоармируемых конструкций исполь­зуют заполнитель крупностью до 20 мм; для массивных конструк­ций — до 40 мм, для гидротехнических сооружений — 70 мм и более. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера до­пускается не более 5% по массе крупного заполнителя.

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

Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в пределах, указанных в табл. 8.2.

 

 

Для приготовления бетона наиболее выгодна форма зерен: 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.

Марки прочности: 1400, 1200, 1000, 800, 400 и 300.

Морозостойкость щебня и гравия характеризуют числом циклов замораживания 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, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона. Их содержание в пересчете на S0₃ не должно превышать 1%

по массе.

Хорошим зерновым составом считается тот, в котором имеются зерна разной величины, так как при этом пустотность заполнителя оказывается наименьшей.

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

Пробу гравия (щебня) 5 или 10 кг просеивают ручным или ме­ханическим способом через сита, собранные последовательно в ко- ⁴ лонку, начиная снизу с сита с отверстиями наименьшего размера. Продолжительность просеивания должна быть такой, чтобы при кон­трольном интенсивном 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-, %, по формуле:

^ai ⁼ (^mi I ^т)Ю0,

где m- — масса остатка на данном сите, г; т — масса пробы, г.

Затем определяют полные остатки на каждом сите (в % от мас­сы пробы), равные сумме частных остатков на данном и всех ситах с большими размерами отверстий, и устанавливают наибольшую D и наименьшую d крупность зерен заполнителя. За наибольшую круп­ность зерен гравия (щебня) принимают размер отверстия верхнего си-

та, на котором полный остаток превышает 5% навески. Наименьшая крупность зерен гравия (щебня) соответствует размеру отверстия пер­вого снизу сита, полный остаток на котором составляет не менее 95%. Кроме того, вычисляют значения 0,5(с£ + D) и 1,25D. Результаты про­сеивания крупного заполнителя наносят на график, откладывая по горизонтали размеры отверстий сит: d\ 0,5(<i + D); D; 1,25D\ по верти­кали откладывают полные остатки на ситах (в %). Данные зернового состава заполнителя должны рас­полагаться в пределах заштрихо­ванной площади (рис. 8.1). Объем пустот в гравии не должен превы­шать 45, а в щебне— 50%. Для уменьшения пустотности заполни­теля смешивают в определенных соотношениях отдельные фракции зерен.

Предварительно пригодность гравия и щебня для бетонов раз­личных классов оценивают по сте­пени их дробимости при сжатии в стальном цилиндре. По этому пока­зателю крупный заполнитель подразделяют на марки: Др 8; Др 12; Др 16 и Др 24 (цифры показывают предельное количество в % по мас­се мелких зерен диаметром менее 5 мм, образовавшихся при раздав­ливании пробы материалов). Так, для бетона класса В25 и выше ре­комендуется щебень или гравий марки Др 8, а для бетона класса В15 и ниже — Др 12.

Окончательно пригодность крупного заполнителя для бетона требуемой прочности устанавливают испытанием образца из бетона на данном заполнителе.

Гравий имеет преимущества перед щебнем: он встречается в природе в раздробленном состоянии и дробить приходится только крупные куски. Кроме того, бетонная смесь на гравии имеет большую подвижность из-за меньшего трения между зернами заполнителя и цементным раствором. К достоинствам щебня можно отнести хорошее сцепление его с цементным раствором при затвердевании, что обес­печивает требуемую прочность бетона и меньшую загрязненность вредными примесями.

При выборе крупного заполнителя (гравия или щебня) исходят из их стоимости и других экономических показателей. Для приготов­ления высокопрочных бетонов рекомендуется применять щебень.

8.3. СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ

Бетонной смесью называют смесь вяжущих, заполнителей, затворителей и, при необходимости, добавок до ее укладки. Свойства бетонной смеси определяют качество и свойства полученного из нее бетона. Основными свойствами бетонной смеси являются удобоукла- дываемость и нерасслаиваемость.

Удобоукладываемость — реолого-технологический показатель бе­тонной смеси, который характеризует способность бетонной смеси запол­нять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием собственной, массы или механических воздействий. Удобоукладывае­мость бетонной смеси оценивают подвижностью или жесткостью.

Jttode^ — свойство бетон­

ной смеси растекаться под действием собственной массы. Для определения подвижности бетонной смеси служит стандартный конус (ГОСТ 10181.1—81).

Это металлическая форма открытая с__

обеих сторон в виде усеченного конуса⁴^- высотой 300 мм, диаметром нижнего ос­нования 200 м, верхнего — 100 мм (рис. 8.2). Форму-конус смачивают из­нутри водой и устанавливают на пло­скую горизонтальную поверхность. Затем через верхнее отверстие ее заполняют бетонной смесью в три приема, каждый раз слой уплотняется 25-кратным шты­кованием металлическим стержнем диаметром 16 и длиной 650 мм. Избыток, смеси срезают кельмой вровень с краями формы. Форму медленно поднимают вертикально вверх за ручки и устанав­ливают рядом с отформованным бетон­ным конусом. Бетонный конус, освобож­денный от формы, оседает под действием собственной массы.

Мерой подвижности служит величина а, см,

которую измеряют линейкой. Чем больше осадка конуса, тем подвиж­нее бетонная смесь. Согласно СТБ 1035—96 в зависимости от показа­теля удобоукладываемости бетонные смеси подразделяют на пять групп: сверхжесткие, жесткие, низкопластичные, пластичные и ли­тые. Группы подразделяются на марки.

Жесткость (Ж) — свойство бетонной смеси растекаться и за­полнять форму под действием вибрации. Для определения жесткости бетонной смеси служит технический вискозиметр, который состоит изцилиндрической формы высотой 200 мм с внутренним диаметром 240 мм с закрепленным на ней устройством для измерения осад­ки бетонной смеси в виде на­правляющего штатива, штанги и металлического диска с шестью отверстиями (рис. 8.3).

Прибор закрепляют на вибро­площадке и помещают в него форму-конус, которую заполняют тремя слоями бетонной смеси, уплотняя ее 25-кратным штыко­ванием каждого слоя. Затем форму-конус удаляют, на поверхности бетонного конуса устанавливают диск и включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из двух отвер­стий диска. В этот момент вы­ключают секундомер и вибро­площадку.

,Мр£МЯ.вибрирования (выражается Fj^L-gBДЯеж?_г-пущз^тргтрм жест^сти ^оето Марки бетонных смесей по удобоуклады-

ваемости и соответствующие им значения жесткости и подвижности приведены в табл. 8.3.