Матеріали для важкого бетону

Міцність, довговічність і інші властивості бетону значною мірою залежать від якості вихідних матеріалів. Залежно від призначення й умов експлуатації бетону в споруді до складових його компонентів висувають відповідні вимоги.

Цемент. Вибір виду й марки цементу визначається заданою міцністю бетону, умовами його твердіння й експлуатації бетонних конструкцій. Для важких бетонів рекомендуються наступні марки цементів:

Марка бетону.	М100	М150	М200	М300	М400	М500	М600
Марка цементу.						550—600

У випадках коли марка цементу вище тої, котра рекомендується для даного бетону, варто застосовувати мікро-наповнювачі - подрібнені гірські породи (вапняки, доломіти й ін.) або промислові відходи (доменні й паливні шлаки, золи й ін.).

При виборі цементу для бетонів, що твердіють у різних тепловологісних умовах, необхідно враховувати мінералогічну сполуку цементу, тонкість помолу й вміст у ньому мінеральних і інших добавок.

Вода.Для приготування бетонних сумішей і поливання бетону застосовують питну або природну воду, що не містить шкідливих домішок, що перешкоджають нормальному схоплюванню й твердінню бетону. До шкідливих домішок ставляться сульфати, мінеральні й органічні кислоти, жири, цукор і ін. Використовувати промислові, стічні й болотні води для схоплення й поливання бетону, як правило, не можна.

Придатність води для бетону встановлюють хімічним аналізом, а також порівняльним випробуванням бетонних зразків на міцність. Вода для схоплення бетону вважається придатною, якщо приготовані на ній зразки бетону терміном 28 діб нормального твердіння мають не меншу міцність, ніж зразки бетону на чистій питній воді.

Пісок. Як дрібний заповнювач для важкого бетону використовують природний пісок, що являє собою пухку суміш зерен крупністю від 0,14 до 5 мм, що виникла в результаті природного руйнування твердих гірських порід.

Залежно від гірської породи, з якої утворився пісок, його хімічний склад може бути різним. Найчастіше зустрічаються піски, що складаються в основному із кварцу з домішками зерен польового шпату й слюди. Рідше зустрічаються піски вапнякові, черепашкові й ін.

Природні піски залежно від умов залягання поділяються на річкові, морські й гірські (яружні). Річкові й морські піски мають округлу форму зерен; гірські містять гострокутні зерна, що забезпечує їхнє краще зчеплення з бетоном. Однак гірські піски звичайно більш забруднені шкідливими домішками, ніж річкові й морські.

Штучні піски одержують подрібненням твердих і щільних гірських порід, а також відвальних металургійних шлаків. Форма зерен подрібнених пісків гострокутна, а поверхня шорсткувата. Вони не містять шкідливих домішок, які часто зустрічаються в природних пісках. Однак подрібнені піски мають високу вартість, і тому їх застосовують для збагачення дрібного природного піску, що служить сировиною для виробництва високоміцних бетонів. Пісок для важкого бетону вибирають з врахуванням його властивостей і вартості, при цьому необхідно прагнути до використання місцевого природного піску.

Якість піску, що застосовується для готування важкого бетону, визначається в основному зерновою сполукою й вмістом шкідливих домішок. Зернова (гранулометрична) сполука піску має велике значення для одержання важкого бетону заданої марки при мінімальній витраті цементу. У важкому бетоні пісок заповнює порожнечі між зернами великого заповнювача, у той же час всі порожнечі між зернами піску повинні бути заповнені цементним тістом. Крім того, цим же тістом повинні бути покриті й поверхні всіх часток. Однак для зменшення витрати цементного тіста варто вживати піски з малої пустотністю й найменшою сумарною поверхнею часток.

Зернова сполука піску характеризується вмістом у ньому зерен різного розміру. Для визначення зернової сполуки піску використовують стандартний набір сит з отворами (мм): 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 і 0,14, через який просівають пісок. Спочатку визначають часкові залишки (в %) на кожному ситі (а_2,5, а_1,25, а_0,63, і т.д.), а потім повні залишки (А_2,5, А_1,25, А_0,63 і т.д.). Повний залишок на будь-якому ситі дорівнює сумі часткових залишків на цьому ситі, і всіх вище розташованих ситах. Так, А_0,63= а_0,63+а_1,25+а_2,5. Величини повних залишків є характеристикою зернової сполуки піску.

На підставі результатів ситового аналізу піску можна розрахувати модуль крупності зерен М_к за формулою:

За зерновою сполукою піски ділять на великі, середні, дрібні й дуже дрібні:

Група піску	Повний залишок на ситі № 0,63, %	Мк
Великий	Більше 50	Більше 2,5
Середній	30—50	2,5—2
Дрібний	10—30	2—1,5
Дуже дрібний	Менш 10	1,5—1

Для оцінки зернової сполуки піску і його придатності для виготовлення бетону результати просівання (за повними залишками) наносять на графік (мал. 46). Пісок вважається придатним для готування бетону, якщо крива його зернової сполуки розташовується в межах заштрихованої площі. Крім того, у піску для бетонів і розчинів не допускається наявність зерен розміром більше 10 мм, а зерен розміром 5-10 мм не повинно бути більше 5 % по масі. Кількість дрібних часток, що пройшли через сито з отворами 0,14 мм, не повинне перевищувати 10 %.

Для готування важкого бетону рекомендуються великі й середні піски з модулем крупності 2-3,25. Використовувати для бетону дрібні й тим більше дуже дрібні піски допускається тільки після техніко-економічного обґрунтування доцільності їхнього застосування.

Середня щільність піску залежить від його пустотності й вологості. Чим нижча пустотність піску, тим вища його середня щільність, тому по величині останньої можна оцінити якість зернової сполуки піску. Звичайно середня щільність сухого кварцового піску в пухкому стані коливається в межах 1500—1550 кг/м³, в ущільненому — 1600—1700 кг/м³. Крім того, середня щільність піску в певній мірі характеризує структуру самих зерен. Наприклад, піски, що складаються із щільних, міцних і морозостійких зерен, мають підвищену середню щільність (не менш 1550 кг/м³). Такі піски застосовують для готування високоміцних і морозотривких бетонів.

Рис. 46. Графік зернового складу піску.

Найменша середня щільність кварцового піску відповідає його вологості 5-7 %. Цю обставину варто враховувати при звичайному дозуванні піску, а також при його прийманні.

Якість піску для бетону визначають не тільки зерновою сполукою, але й вмістом шкідливих домішок (глинисті й пилоподібні частки, органічні домішки, сірчисті й сірчанокислі сполуки), кількість яких не повинна перевищувати встановлених стандартом меж.

Глинисті й пилоподібні частки збільшують сумарну поверхню заповнювача, при цьому підвищується водопотреба бетонної суміші, внаслідок чого знижується міцність бетону. Крім того, глинисті домішки, обволікаючи тонким шаром зерна піску, погіршують зчеплення їх із цементним каменем і знижують міцність бетону. Тому для готування важких бетонів дозволяється застосовувати природні піски з вмістом пилоподібних і глинистих часток, обумовлених відмулюванням, не більше 3 %, а дроблені піски - не більше 5 %. Для зменшення вмісту зазначених домішок пісок промивають водою в спеціальних машинах - піскомийках.

Органічні домішки (залишки рослин, перегній і т.п.) знижують міцність цементного каменю й можуть виявитися джерелом його руйнування. Степінь забруднення піску органічними домішками встановлюють колориметричним методом — обробкою проби піску 3 % - вим розчином їдкого натрію. Якщо після обробки піску колір розчину не виявиться темніше зразка (колір міцного чаю), то пісок визнають придатним для бетону. Випробуваний пісок уважають також придатним, якщо міцність зразків розчину з нього не менше міцності зразків з тим самим піском, але промитим спочатку вапняним молоком, а потім водою. Сірчані й сірчанокислі сполуки (гіпс, сірчаний колчедан і ін.) сприяють корозії бетону. Їхній вміст у піску в перерахуванні на SО₃ не повинен перевищувати 1 % по масі.

Крупний заповнювач. Як крупний заповнювач для приготування важкого бетону застосовують гравій або щебінь.

Гравій — пухка суміш зерен округлої форми розміром 5—70 мм, що утворилися в результаті природного руйнування (вивітрювання) твердих гірських порід. Гравій може бути гірським (яружним), річковим і морським. Гірський гравій має шорсткувату поверхню й містить звичайно домішки піску, глини, пилу й органічних речовин. Річковий і морський гравій чистіший ніж гірський, але зате із гладкою поверхнею, що погіршує зчеплення із цементно-піщаним розчином. Для поліпшення зчеплення його можна дробити на щебінь.

Щебінь — пухка суміш, одержувана подрібненням більших шматків різних твердих гірських порід, а також цегляного бою, шлаків і ін. Отриману суміш зерен різних розмірів (5—70 мм) піддають розсіву на окремі фракції. Відсіяні частки розміром менш 3 мм використовують як пісок. Щебені відрізняється від гравію гострокутною формою й шорсткуватою поверхнею зерен, у зв'язку із чим зчеплення його із цементно-піщаним розчином краще, ніж гравію. Вміст у щебені шкідливих органічних домішок незначний.

Якість крупного заповнювача характеризується зерновою сполукою, формою зерен і вмістом шкідливих домішок. Крім того, якість щебеню і гравію повинне задовольняти певні вимоги по міцності й морозостійкості.

Зернова сполука крупного заповнювача значно впливає на якість бетону. При відборі зернової сполуки великого заповнювача для бетону необхідно виходити з основних вимог – одержати найменший об'єм порожнеч у великому заповнювачі, а отже, знизити витрати цементу в бетоні заданої марки.

Залежно від розміру зерен гравій і щебінь поділяють на фракції 5-10, 10-20, 20-40 і 40-70 мм. У кожній фракції гравію або щебенів повинні бути зерна всіх розмірів – від найбільшого до найменшого для даної фракції.

Для готування бетону більш економічні максимально великий гравій або щебінь, тому що при цьому через меншу сумарну поверхню зерен знижується витрата цементу. Однак найбільша крупність зерен заповнювача обмежується розмірами бетонуючих конструкцій і відстанями між стрижнями арматур. Наприклад, найбільший розмір зерен великого заповнювача повинен бути не більше ¹/₃ найменшого розміру бетонучої конструкції або не більше ³/₄ найменшої відстані між стрижнями арматур. При бетонуванні плит допускається застосування до 50 % зерен великого заповнювача найбільшої крупності, рівній половині товщини плити. Для тонкостінних густо-армованих конструкцій варто використовувати заповнювач крупністю до 20 мм, а для більш масивних конструкцій — до 40 і навіть до 70 мм. Вміст зерен крупніших встановленого найбільшого розміру допускається не більше 5 % по масі гравію або щебенів.

Зернова сполука крупного заповнювача визначають просіванням середньої проби масою 10 кг через стандартний набір сит з розмірами отворів 70, 40, 20, 10 і 5 мм і наступним зважуванням залишків на кожному ситі. Потім обчислюють у відсотках приватні й повні залишки й установлюють найбільшу і найменшу крупність зерен заповнювача. За найбільшу крупність зерен приймають розмір отвору того верхнього сита, на якому повний залишок перевищує 5%, а за найменшу — розмір отвору першого сита знизу, повний залишок на якому становить не менш 95%. Крім того, обчислюють значення 0,5 (D_найм+ D_найб) і 1,25 D_найб.

Для оцінки зернової сполуки крупного заповнювача по результатах просівання будують криву (мал. 47). Крупний заповнювач визнають придатним для готування бетону, якщо крива його зернової сполуки розташовується в межах заштрихованої площі.

Рис. 47. Графік зернового складу гравію.

Об'єм порожнеч у гравії не повинен перевищувати 45, а в щебені – 50%. Для зменшення пустотності заповнювача варто змішувати в належних співвідношеннях окремі фракції зерен або вводити в нього необхідні фракції.

Для готування бетону більш вигідний щебінь, форма зерен якого близька до кубічного, і гравій яйцеподібної або кульової форми. Вміст у гравії або щебенях голкоподібних зерен не повинен перевищувати 15% за масою. Глинисті й пилоподібні частки в складі гравію й щебенів вважаються, як і в піску, шкідливими домішками. Вміст у гравії глинистих і пилоподібних часток, обумовлених відмулюванням, не повинен перевищувати 1% по масі. У щебені з вивержених і метаморфічних гірських порід, призначеному для бетону марок нижче М 300, вміст глинистих і пилоподібних часток не повинен перевищувати 2 %, а для бетону марок М 300 і вище – 1 %. Органічні домішки знижують якість крупного заповнювача, тому їхній вміст встановлюють, як і для піску, колориметричним методом.

Міцність зерен великого заповнювача впливає на міцність виготовленого на ньому бетону. У свою чергу, марка щебенів за міцністю залежить від міцності вихідної гірської породи. Для важких бетонів варто застосовувати щебені, одержувані з гірських порід, що мають міцність в 1,5—2 рази вище заданої марки бетону. Попередню придатність гравію й щебенів для бетонів різних марок оцінюють за ступенем їх подрібненості при роздавлюванні в сталевому циліндрі. За цим показником крупний заповнювач поділяють на марки: Др8, Др12, Др16 і Др24. Величини 8, 12, 16 і 24 показують граничну кількість (в % за масою) дрібних зерен діаметром менш 5 мм, що утворилися при роздавлюванні проби матеріалів. Наприклад, для бетону марки М 300 і вище рекомендуються щебынь або гравій марки Др8, а для бетону марки М 200 – Др12. Міцність бетону знижується при наявності в щебені або гравії зерен слабких, вивітрених порід, у зв'язку із чим їх вміст не повинне перевищувати 10 % за масою.

Остаточно придатність гравію або щебеню для бетону необхідної марки встановлюють за результатами випробування бетону на даному заповнювачі.

Морозостійкість гравію й щебенів визначають поперемінним заморожуванням і відтаванням у насиченому водою стані, а також прискореним методом – заморожуванням у розчині сірчанокислого натрію. За ступенем морозостійкості гравій і щебінь поділяють на марки: Мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200 і 300.

Видобування, переробка й зберігання заповнювачів. Природні заповнювачі перед застосуванням очищають від шкідливих домішок, дроблять і розсіюють на фракції й т.д. Цей процес називають збагаченням. Заповнювачі збагачують звичайно в місцях їхнього видобування (у кар'єрах).

Гравій і пісок добувають, розробляючи піщано-гравійні родовища головним чином по берегах рік і природних водойм способами гідромеханізації й екскаваторами. Суміш піску й гравію поділяють у водному середовищі у вібраційних або барабанних сортуваннях (грохотах) на необхідні фракції й одночасно промивають для видалення пилоподібних, глинистих і інших домішок. Великі фракції гравію й валуни дроблять на щебені.

Щебені одержують на спеціальних дробильно-сортувальних заводах, розташовуваних поблизу кам'яних кар'єрів. Дроблять шматки гірських порід і крупні зерна гравію в щокових, валкових або молоткових дробарках. Для сортування щебенів по фракціях застосовують плоскі вібраційні грохоти.

Транспортують заповнювачі залізничним (на платформах, у піввагонах-гондолах і думпкарах), автомобільним (в автосамоскидах) і водним (у трюмних і палубних баржах) транспортом. Вивантажують їх із транспортних засобів різними механізмами - розвантажниками.

Заповнювачі зберігають на спеціально відведених відкритих площадках або на складах, обладнаних естакадами, підземними галереями й т.д., у штабелях роздільно за видами і фракціями. У процесі транспортування, розвантаження й зберігання необхідно стежити за тим, щоб не відбувалося змішування заповнювачів різних видів, а також забруднення їх сторонніми домішками. У зимовий час варто передбачати заходи щодо розпушування замерзлих заповнювачів, а також по їхньому відтаванню й підігріву.

Дата добавления: 2014-12-08