§ 48. Материалы для тяжелого бетона
К материалам для тяжелого бетона относят вяжущие, воду затворения, заполнители — мелкий (песок) и крупный (гравий или щебень). Все материалы можно применять только после проверки соответствия их качества требованиям ГОСТов.
Вяжущие. В качестве вяжущих применяют все виды цементов, выпускаемых нашей промышленностью. В проекте конструкции должен быть указан вид цемента и его марка. Обычно цемент выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к бетону по прочности, морозостойкости, усадке и другим свойствам. Важно правильно назначить марку цемента. Бетон с наилучшими свойствами и наиболее экономичный можно получить, если марка цемента будет примерно в 1,5—2,5 раза выше требуемой марки бетона. Если марка имеющегося цемента выше, рекомендуется ввести в его состав минеральную добавку; это приведет к экономии цемента.
Вода. Применяемая для затворения бетона вода не должна содержать вредных примесей, которые препятствуют его схваты-ванию и твердению. Без проверки применяют питьевую воду. Не-пригодная для питья вода должна отвечать следующим требо-ваниям: она должна быть не кислой — водородный показатель (рН) — не менее 4; содержание сульфатов (в пересчете на S04) — не более 2700 мг/л, а всех солей — не более 5000 мг/л. Запрещается применять болотные, сточные воды и воды, загрязненные маслами.
Заполнители. В качестве мелкого заполнителя применяют песок природный (речной, озерный, морской или горный) или искусственный, полученный дроблением горных пород. Песок содержит частицы размером от 0,14 до 5 мм. Частицы менее 0,14 мм относятся к глинистым или пылевидным примесям.
Качество песка для бетона должно соответствовать нормам ГОСТ по зерновому составу, крупности и содержанию вредных примесей (органических, сернокислых и сернистых соединений и слюды, а также глинистых частиц).
Зерновой (гранулометрический) состав песка является наилучшим, если песок содержит зерна разных размеров, причем более мелкие зерна располагаются в пустотах между более крупными, а в целом обеспечивается наименьший объем пустот, требующих заполнения цементным тестом при изготовлении плотного бетона.
Цементное тесто необходимо также для обмазки песчинок, чтобы получить удобоукладываемую бетонную смесь. Поэтому чем меньше суммарная поверхность всех песчинок, тем меньше вяжущего будет израсходовано на создание этой обмазки.
Гранулометрический состав песка оценивают путем просеивания его через стандартный набор сит. Для просеивания песка применяют сита № 5; 2,5; 1,25; 063; 0315; 014. Перед просевом частицы крупнее 5 мм удаляют. При просеве на каждом сите получают остаток в граммах. Вычислив его в процентах от веса всей пробы, определяют частные остатки, а складывая последовательно частные остатки, начиная с остатка на самом крупном сите, получают полные остатки А (в %)• По полным остаткам строят кривую просеивания и наносят ее на стандартный график (рис. 43), на котором в заштрихованной области находятся зерновые составы песков, допускаемых для бетона. Если кривая просеивания исследуемого песка попадает в незаштрихованную область, значит зерновой состав этого песка неудовлетворителен и его применение вызовет перерасход цемента. В таких случаях песок рекомендуется рассеивать на 2 фракции — крупную и мелкую.
За наибольшую крупность песка принимают размер того сита, на котором впервые остается до 5% от веса всей пробы. Для оценки крупности песка применяют безразмерный показатель — модуль крупности (Мкр). Его вычисляют, деля на 100 сумму пол-пых остатков на ситах от № 2,5 до № ,014 (пыль в сумму не входит):
Характеристикой зернового состава является также удельная поверхность песка, которую определяют по стандартной методике на пневматическом поверхностемере. В зависимости от зернового состава песок разделяется на 4 группы, характеристика которых приведена в табл. 19. Для бетона рекомендуется применять крупные и средние пески с модулем крупности 2—3,25.
Пустотность песка может колебаться в больших пределах — от 30 до 45%- Лучшими являются пески с малой пустотностью. Пустотность песка можно уменьшить, прибавляя к нему мелкие
отходы от дробления камня, щебня или применяя фракциони-рованные пески:
крупный с частицами размером от 1,25 или от 0,63 до 5 мм;
мелкий с частицами размером от 0,14 до 1,25 или до 0,63 мм.
Фракции дозируют отдельно в соотношении, дающем наилучшую кривую просеивания смеси.
Содержание в песке органических примесей определяют ка-чественным цветовым (колориметрическим) методом. Для этого пробу оставляют в покое на 24 ч. Если через 24 ч цвет раствора над песком изменится, значит в песке есть органические примеси: при светло-желтом цвете раствора их мало, при красно-коричневом—много. Из смеси едкого натра, танина и спирта для сравнения приготовляют эталонный раствор. Пески, дающие окраску темнее, чем у эталонов, считают непригодными для бетона.
Количество пылевидных и глинистых частиц определяют от-мучиванием, промывая песок до полного осветления воды. По потере в весе вычисляют содержание пыли и глины в процентах. Песок природный должен содержать этих примесей не более 3% по весу, песок дробленый — не свыше 5%.
Пески, содержащие слюду, серный колчедан (пирит) или гипс, проверяют на содержание этих примесей; слюда допускается в количестве до 1 % по весу, пирит (и гипс) — до 1 % по весу в пересчете на S03.
Дробленый песок можно получать только из горных пород с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии не менее 400 кГ/сл12.
При изменении влажности песка значительно изменяются его объем и объемный вес (рис. 44). Количественно это изменение для крупного, среднего и мелкого песка различно, а характер изменения одинаков. Когда сухой песок начинает увлажняться, вода образует пленки на поверхности песчинок, эти пленки раздвигают песчинки, и объем песка увеличивается; при дальнейшем увлажнении пленки сливаются, песчинки снова сближаются, а песок уменьшает свой объем. Это явление наблюдается только для песка. Наибольший объем и наименьший объемный вес песок имеет при влажности 4—7%.
В качестве крупного заполнителя для бетона применяют щебень или гравий.
Щебень получают дроблением изверженных, метаморфических и плотных осадочных горных пород, а также кирпича и доменных шлаков. Гравий — природный материал, состоящий из окатанных зерен с гладкой поверхностью.
К качеству крупного заполнителя предъявляют требования по прочности и морозостойкости, зерновому составу и содержанию вредных примесей.
Минимальный размер зерен крупного заполнителя— 5 мм, максимальный — 70 мм.
При изготовлении бетона крупный заполнитель рассеивают на ряд фракций — от 5 до 10; от 10 до 20; от 20 до 40; от 40 до 70 мм, которые в бетонную смесь дозируют отдельно.
Зерновой состав крупного заполнителя подбирают, учитывая его наибольшую /)наиб и наименьшую крупность, которые в свою очередь зависят от характера бетонируемой конструкции (ее размеров, расстояния между стержнями арматуры и др.) .
Наибольшую крупность зерен и наименьшую крупность зерен фнаим ) щебня (гравия) определяют в результате просеивания пробы крупного заполнителя через стандартный набор сит. Наибольшую крупность зерен устанавливают по наи-большему размеру отверстия сита, на котором полный остаток не превышает 5%. Под наименьшей крупностью щебня (гравия) понимается размер отверстия первого из сит, через которое про-ходит не более 5% просеиваемой пробы.
Наилучшей является смесь из зерен разных фракций, имеющая минимальную пустотность. На рис. 45 в заштрихованной области представлены наилучшие зерновые составы крупного заполнителя для обычного бетона. Ниже заштрихованной зоны расположена область крупного щебня (гравия), выше — мелкого.
Схемы машин для просева и промывки гравия а — цилиндрический грохот (барабан); б — плоский грохот
Прочность крупных заполнителей в насыщенном водой состоянии должна быть в 1,5—2 раза выше марки бетона. Во всех случаях порода, из которой готовят щебень, должна иметь марку по прочности не ниже 800 (изверженная), 600 (метаморфическая) и 300 (осадочная).
Прочность крупного заполнителя определяют по стандартной методике путем сжатия его зерен в стальном цилиндре.
По степени морозостойкости крупные заполнители делят на марки: 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300.
Морозостойкость гравия (щебня) должна быть не ниже заданной марки морозостойкости бетона. Ее оценивают по потере в весе пробы материала после определенного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Щебень и особенно гравий могут содержать вредные примеси-—глину, пыль, слюду, органические примеси. Допускаемое содержание глинистых и пылевидных примесей, определяемое отмучиванием, зависит от вида заполнителя, а также марки бетона и должно быть в пределах 1—3%.
Гравий,загрязненный примесями сверх допустимой нормы, промывают и сортируют по крупности частиц на гравиесортиров-ках (рис. 46).
Щебень лучше, чем гравий, сцепляется с цементным камнем и дает более прочный бетон. Но бетонная смесь на щебне при равных условиях имеет меньшую подвижность, чем на гравии. В бетонах невысоких марок целесообразнее применять местный гравий, чем привозной щебень. Для бетонов марок 400 и выше применяют только щебень.
