мол цемента перед подачей его со склада в расходные бункеры бетоносмесительной установки.
При изготовлении низкомарочных бетонов и растворов применение высокоактивных вяжущих приводит к тому, что для обеспечения необходимой прочности требуется небольшое количество вяжущего. Бетонные и растворные смеси до затвердевания получаются легкорасслаивающимися, трудно обрабатываемыми (жесткими). Для устранения этих недостатков необходим повышенный расход цемента или введение в бетонные и растворные смеси тестообразующих добавок, к которым относятся: глиняное тесто, известковое молоко и др. тонкодисперсные суспензии или добавки ПАВ.
Уменьшить расход дефицитных цементов удается применением бесклинкерных вяжущих, активность которых может изменяться в широких пределах в зависимости от технологии изготовления, состава вяжущего и режимов его твердения. Эти вяжущие имеют, как правило, меньшую стоимость по сравнению с клинкерными цементами, несложную технологию изготовления. В качестве сырья могут широко использоваться попутные продукты промышленности. Однако неоднородность сырьевых материалов по химическому и минералогическому составу требует экспериментального уточнения оптимального состава вяжущего при заданных температурах твердения.
В пояснительной записке проекта после описания и обоснования выбора вида и марки вяжущих приводятся подробное описание выбранных вяжущих и их технические характеристики. Качество вяжу-
щих должно отвечать требованиям соответствующих |
ГОСТов. |
Для автоклавных бетонов используется строительная |
известь |
(ГОСТ 9179-97*). |
|
2.5.2. Заполнители
Заполнители являются основными компонентами бетона как по массе, так и по объему (70 ... 90 % объема бетона). Они оказывают влияние на технологические свойства бетонной смеси, процессы твердения и строительно-технические и эксплуатационные свойства бетона. Применение заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом бетона. Кроме того, заполнители улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона – уменьшает де-
38
формации конструкций под нагрузкой, а также ползучесть бетона – необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки.
В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяют гравий или щебень из изверженных, метаморфических и осадочных пород, а также щебень из гравия тех же пород и щебень из доменного шлака. В качестве мелкого заполнителя используется природный кварцевый песок. Кроме природных кварцевых песков в тяжелых и легких бетонах используют искусственные пески, получаемые при дроблении горных пород или искусственных пористых заполнителей.
Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота заполнителя. Зерновой состав показывает содержание в заполнителе зерен разной крупности. Его определяют просеиванием пробы заполнителей через стандартные сита с величиной отверстий 0,14 ... 70 мм и более. Различают рядовой заполнитель, содержащий зерна различных размеров, и фракционированный, когда зерна заполнителя разделены на отдельные фракции, включающие зерна близких между собой размеров, например 5 ... 10 или 20 ... 40 мм. Заполнитель характеризуют наименьшей и наибольшей крупностью, под которыми понимают размеры наименьших или наибольших крупных зерен заполнителя. Зерновой состав называют непрерывным, если в нем встречаются зерна всех размеров – от наименьшего до наибольшего. Если же в заполнителе отсутствуют зерна какого-либо промежуточного размера, то такой зерновой состав назы-
вают прерывистым.
На строительных объектах или заводах сборного железобетона зерновой состав заполнителя подбирают, используя реальные песок и щебень и устанавливая такое соотношение между песком и отдельными фракциями щебня, чтобы кривая зернового состава по возможности приближалась к идеальной. Идеальная кривая подбирается из условия, чтобы количество пустот в смеси и суммарная поверхность зерен требовали минимального расхода цемента для получения определенной подвижности бетонной смеси и прочности плотного бетона.
С зерновым составом непосредственно связана пустотность заполнителя, определяемая возможностью его плотной укладки. На пустотность влияет также форма его зерен. Пустотность заполнителя является важной характеристикой, так как в известной мере определяет расход цемента (чем больше пустот, тем больше требуется цемента для их заполнения) и другие свойства бетона. Пустотность за-
39
полнителей колеблется от 20 до 50 %. В бетоне желательно использовать заполнители, состоящие из нескольких фракций и имеющие наименьшую пустотность.
Прочность заполнителя определяется не только прочностью горной породы, из которой он получен, но и крупностью зерен. При выветривании или дроблении породы разрушение происходит по более слабым местам структуры, с уменьшением размера зерен прочность их как бы повышается. Естественные пески обладают прочностью при сжатии и растяжении, как правило, более высокой, чем прочность раствора или цементного камня. Превосходят по прочности раствор и крупные заполнители из прочных горных пород (гранита, диабаза и др.).
Предельно достижимая прочность бетона тем ниже, чем меньше прочность крупного заполнителя, причем ее значение зависит также и от содержания заполнителя, постепенно увеличиваясь с повышением его количества.
Большое влияние на прочность бетона оказывает чистота за- полнителя. Пылевидные и особенно глинистые примеси создают на поверхности зерен заполнителя пленку, препятствующую сцеплению их с цементным камнем. В результате прочность бетона значительно понижается (иногда на 30 ... 40 %). Корректировать отрицательное влияние грязного или некачественного заполнителя на свойства бетона путем повышения расхода цемента недопустимо.
Интегральной технологической характеристикой, позволяющей оценить влияние заполнителя на свойства бетонной смеси, является водопотребность. Она оценивается по специальной методике сравнением водопотребности цементного теста, растворных и бетонных смесей при одинаковой подвижности. Чем выше водопотребность заполнителя, тем больше расход воды и цемента для получения бетона с определенными заданными свойствами. В результате испытаний различных заполнителей было установлено, что водопотребность ВП песка составляет 4 ... 14 %, а крупного заполнителя – 1 ... 10 %. Крупнозернистые пески имеют ВП = 4 ... 6 %, пески средней крупности – 6
... 8 %, мелкозернистые пески – 8 ... 10 % и очень мелкие пески – более 10 %. Стандартный вольский песок имеет ВП = 4 %. Водопотребность гравия 1 ... 4 %, щебня из плотных изверженных пород – 2 ...
6 %, щебня из карбонатных пород (с учетом водопоглощения) – 5 ...
10 %.
Песком называют природную или искусственную минеральную
40
смесь с размером 5 ... 0,14 мм. Частицы меньшего размера представляют собой пыль и глину. Для тяжелого бетона применяют преимущественно природные пески, представляющие собой обломки различных минералов и горных пород. Наиболее распространенными и пригодными для бетона являются кварцевые пески.
Благодаря высокой прочности зерен они могут применяться для бетона любых марок. Пески, состоящие из зерен осадочных и рыхлых изверженных пород, известняков, доломитов и т. д., применяют лишь после соответствующих лабораторных исследований и при техникоэкономическом обосновании.
Для получения дробленых песков используют изверженные, метаморфические или плотные осадочные горные породы, а также гравий. В зависимости от прочности исходной горной породы и гравия эти пески делят на четыре марки: 1000, 800, 600 и 400.
Основные свойства бетона зависят от сцепления цементного камня с заполнителями, на величину которого в значительной степени влияют форма и характер поверхности заполнителей, наличие глины и песка. Сцепление увеличивается при остроугольной форме зерен песка и шероховатой поверхности, что характерно для горного (овражного) песка. Морской или речной песок имеет скатанные зерна, однако он в меньшей степени загрязнен и не требует промывки.
Глинистые и пылевидные частицы благодаря высокоразвитой по-
верхности существенно увеличивают водопотребность бетонных смесей и, обволакивая зерна песка, уменьшают его сцепление с цементным камнем. Кроме того, наиболее мелкие пылеватые частицы песка (<0,08 мм) снижают морозостойкость бетона. Содержание в песке зерен размером менее 0,14 мм не должно превышать 10 %, а содержание примесей, определяемых отмучиванием, – 3 % по массе. Вредными примесями в песке являются слюда и соединения, вызывающие химическую коррозию бетона, – сульфиты и сульфаты, гумусовые и другие органические включения, а также аморфные разновидности кремнезема.
Органические примеси (например, гумусовые) допускаются только в очень незначительном количестве, так как они (особенно органические кислоты) понижают прочность и даже разрушают цемент. Для определения их наличия песок обрабатывают 3%-ным водным раствором едкого натра (при соотношении раствора к песку 1:1), затем отстаивают в течение 1 сут. Раствор после обработки должен иметь светло-желтый цвет. Этот метод называют колориметрическим (опре-
41
деление по цвету).
Крупность песка и его зерновой состав влияют на расход це-
мента и плотность бетона. Цементное тесто идет на заполнение пустот в смеси заполнителей и обволакивание их оболочкой, выполняющей роль смазки и цементирующей отдельные зерна в прочный конгломерат. Поэтому чем меньше объем пустот и меньше поверхность зерен песка, тем экономнее будет использовано в бетоне цементное тесто. Крупность песка характеризуется модулем крупности Мк, под которым понимают сумму полных остатков при просеивании мелкого заполнителя на ситах с размером отверстий 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм, деленную на 100:
Мк=(А2,5 +А1,25 +А0,63 +А0,315 +А0,14 )/100.
Полный остаток Аi – это сумма остатков («частных») на данном сите и на более крупных ситах, входящих в комплект для просеивания. По крупности пески делят на крупные, средние и мелкие
(табл. 4).
Наряду с крупностью песка важнейшее значение имеет и его пус-
тотность, или объем межзернового пространства. В хороших пес-
ках пустотность колеблется от 30 до 38 %. В песках, состоящих из зерен практически одинакового размера, пустотность может повыситься до 40 ... 47 %. Пригодность песка для бетонов по зерновому составу определяют построением кривой просеивания, которая должна лежать в области, установленной стандартом (рис. 4).
Применение песков, зерновой состав которых не соответствует стандарту, допускается только при соответствующем техникоэкономическом обосновании. Пески с модулем крупности 1,5 ... 2 допускается использовать в бетонах с прочностью до 20 МПа; с модулем крупности 2,5 и более рекомендуются для бетонов c прочностью 30 МПа и выше.
Обладая более развитой поверхностью, мелкие пески увеличивают водопотребность бетона и расход цемента на 8 ... 20 % для обеспечения проектной марки бетона. C целью обеспечения необходимого зернового состава применяют пески, полученные предварительным смешиванием отдельных фракций в требуемых соотношениях. Для улучшения зернового состава природных песков к мелким пескам добавляют крупные фракции природного или дробленого песка, а также крупный песок из отсевов дробления, а для понижения модуля круп-
42