Меню

Крупный заполнитель для цементных бетонов



Крупный заполнитель для цементных бетонов

Крупными заполнителями в бетоне служат гравий, щебень, а также щебень из гравия.
Гравий представляет собой осадочную горную породу в виде скопления зерен размерами 5. 70 мм округлой, окатанной формы и с гладкой поверхностью. В гравий входит некоторое количество песка. При содержании песка 25. 40% материал называют песчано-гравийной смесью.
Щебень получают дроблением массивных плотных горных пород на куски размерами 5. 70 мм. Зерна щебня — угловатой формы и с более развитой, чем у гравия, шероховатой поверхностью. Благодаря этому сцепление с цементным камнем у щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона предпочтительно применять щебень, для бетонов средней прочности (15. 30 МПа) — дешевый местный гравий, а не привозной щебень.
Для характеристики зернового состава крупного заполнителя необходимо знать его наибольшую и наименьшую крупность. Наибольшая крупность заполнителя D соответствует размеру отверстий стандартного сита, на котором полный остаток еще не превышает 10% по массе. Наименьшая крупность d определяется размером отверстий первого из сит, полный остаток на котором превышает 95 %, т.е. через него проходит не более 5 % просеиваемой пробы. Наименьшая крупность обычно равна 5 мм.
Наибольшая крупность заполнителя должна соответствовать размерам бетонируемой конструкции и расстоянию между стержнями арматуры. Чтобы заполнитель при бетонировании равномерно, без зависаний, распределялся в объеме конструкции, его наибольшую крупность назначают с учетом вида и размеров конструкции и густоты армирования.
При изготовлении бетонных плит наибольшая крупность зерен заполнителя должна быть не более половины толщины плиты, для бетонной смеси, укладываемой в скользящую опалубку, — не превышать наименьшего размера поперечного сечения конструкции. В железобетонных конструкциях применяют заполнители с наибольшей крупностью не более наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры. При транспортировании смесей по бетоноводам наибольшую крупность заполнителей устанавливают в зависимости от внутреннего диаметра бетоновода. Для гравия она должна быть не более 0,4 диаметра бетоновода, для щебня — не более 1/3. Крупность заполнителей в бетонных смесях, подаваемых по хоботам и виброхоботам, принимают равной не более 1/3 их диаметра. Кроме того, содержание зерен плоской (лещадной) и игловатой формы ограничивают 5 % по массе, в противном случае ухудшается удобоперекачиваемость смесей, а детали бетононасоса быстро выходят из строя. Лучше использовать в составе перекачиваемых бетонных смесей гравий или щебень неостроконечной (округлой либо кубовидной) формы.
Щебень или гравий применяют, как правило, фракционированным. Обычно используют 2. 3 фракции. Зерновой состав каждой фракции заполнителя или смеси фракций назначают таким, чтобы обеспечить минимальный расход цемента в бетоне.
Щебень или гравий признают удовлетворительными по зерновому составу, если кривая их просеивания попадает в область, ограниченную ломаными линиями.
Бетонные смеси, предназначенные для перекачивания по трубопроводам, характеризуются особым составом заполнителей. В этом составе повышено содержание мелких зерен: доля песка составляет ориентировочно 32. 50% при использовании гравия и 40. 60% — при использовании щебня. Смеси сухих заполнителей, взятых в таком соотношении, обладают минимальной пустотностью.
Содержание вредных примесей, а также глинистых, илистых и пылевидных частиц в крупных заполнителях ограничивают так же, как и в песке.
Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Требования по прочности устанавливают только для крупного заполнителя, поскольку обычно применяемые в качестве мелкого заполнителя кварцевые пески заведомо прочнее бетона: предел прочности при сжатии кварца свыше 1000 МПа, а максимальная прочность бетона по ГОСТ 26633—85 составляет 80 МПа.
Прочность крупного заполнителя нормируют с учетом прочности бетона. Так, марка щебня из естественного камня должна превышать прочность бетона не менее чем в 1.5. 2 раза. Во всех случаях щебень из изверженных горных пород должен быть марки не ниже 80 МПа, из метаморфических пород — не ниже 60, из осадочных пород — не ниже 30 МПа. Содержание в щебне и гравии зерен слабых и выветренных пород — не более 10 % по массе.
Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости. Определяют ее путем циклического замораживания и оттаивания пробы заполнителя в водонасыщенном состоянии. Для предварительной оценки морозостойкости разрешается ускорять испытание путем насыщения пробы в растворе сернокислого натрия и последующего высушивания ее. По морозостойкости крупные заполнители подразделяют на семь марок: 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300. Марка заполнителя по морозостойкости характеризует число циклов замораживания — оттаивания, при котором потеря массы пробы не превышает 5% (исключение составляют марки F15 и F25, для которых установлен предел 10 %).
Для изготовления легких бетонов применяют пористые заполнители. Они бывают природные и искусственные. Природные заполнители получают путем дробления пористых горных пород — вулканического туфа, пемзы, известкового туфа, известняка-ракушечника и некоторых других. Они относятся к местным материалам и используются для строительства в районах, незначительно удаленных от месторождения. Более распространены искусственные пористые заполнители, которые подразделяют на специально изготовляемые и заполнители из отходов промышленности.
К специально изготовляемым пористым заполнителям относят керамзит, аглопорит, вспученный перлит, вспученный вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий. Из отходов промышленности используют топливные шлаки и золы.
Керамзит — продукт обжига вспучивающихся глин. Его получают в виде гранул округлой формы размером 5. 40 мм (керамзитовый гравий). При нагреве до температуры 1100. 1200° С в легкоплавкой глине начинаются процессы газовыделения. В этом же температурном интервале глина размягчается. Образующиеся газы вспучивают массу.
Получаемые в результате обжига гранулы керамзита напоминают в изломе структуру застывшей пены. Поры большей частью замкнутые, размером не более 1 мм. Этот легкий и прочный заполнитель с насыпной плотностью не более 600 кг/м3 — основной материал для изготовления легкобетонных конструкций.
Керамзитовый песок получают дроблением некондиционных зерен керамзитового гравия до крупности 0.16. 5 мм либо путем обжига сырья во взвешенном состоянии.
Аглопорит выпускают в виде пористого щебня, гравия или песка и получают при обжиге на спекательных (агломерационных) решетках глиносодержащего сырья, топливных зол или шлаков с добавкой 8. 10% топлива (каменного угля). Высокая температура, развивающаяся при сгорании угля, приводит к спеканию шихты, а образующиеся газы несколько вспучивают массу, что в итоге приводит к получению пористого материала.
Вспученные перлит и вермикулит получают высокотемпературной обработкой сырья, содержащего небольшое количество химически связанной воды. Для изготовления вспученного перлита сырьем служат вулканические стеклообразные породы (перлит, обсидиан), а для вспученного вермикулита — гидрослюды. При температуре около 1000 °С обжигаемая порода размягчается, а образующийся водяной пар вспучивает частицы, увеличивая их в 5. 20 раз. Получаются весьма легкие пористые заполнители — шебень и песок, используемые в основном для производства теплоизоляционного бетона.
Шлаковую пемзу изготовляют путем поризации расплава металлургического шлака при быстром охлаждении его водой. Куски шлаковой пемзы дробят и разделяют на фракции. Это один из самых дешевых пористых заполнителей, но не самый лучший: шлаковая пемза слишком тяжела.
Зольный гравий получают обжигом окатанных гранул, состоящих из пылевидной золы ТЭС с небольшой добавкой топлива. Можно также изготовлять безобжиговый зольный гравий, в котором отдельные частицы золы скреплены в единое целое вяжущим веществом, например портландцементом.
Топливные шлаки образуются в топках при спекании и частичном вспучивании неорганических примесей, содержащихся в угле. Этот материал характеризуется значительной неоднородностью свойств, что ограничивает его применение в качестве пористого заполнителя.
Пылевидная зола теплоэлектростанций (зола-унос) образуется при сжигании размолотого каменного угля. Ее используют как мелкий заполнитель в легких бетонах при условии, что содержание частиц несгоревшего топлива не превышает установленных пределов (как правило, не более 5 % по массе).
Основная характеристика пористого заполнителя — насыпная плотность в сухом состоянии. Для крупного пористого заполнителя установлены марки по насыпной плотности от 250 до 1200 кг/м3, а для пористого песка — от 100 до 1400 кг/м3. Крупные пористые заполнители поставляют раздельно по фракциям 5. 10, 10. 20 и 20. 40 мм.
Прочность определяют путем раздавливания пробы крупного пористого заполнителя в цилиндре. Значения прочности для каждого вида заполнителей различны. У керамзитового гравия, например, она составляет 0,6. 2,5 МПа.
Морозостойкость пористых заполнителей должна соответствовать марке не ниже F15.
Благодаря развитой системе пор заполнители способны поглощать значительное количество воды затворения, причем скорость водопоглощения особенно велика в первые 15. 20 мин, т.е. в момент приготовления и укладки легкобетонной смеси.
Интенсивное впитывание воды в первоначальные сроки связано с наличием крупных пор. В дальнейшем постепенно насыщаются тонкие поры и капилляры.

Читайте также:  Штукатурить цементом наружные углы

Источник

Глава 5. Заполнители для бетонов и растворов

Общие сведения.

Заполнители для бетонов и растворов — это природные или искусственные каменные сыпучие материалы, занимающие до 85% от общего объема бетона. В цементных бетонах и растворах заполнители снижают усадку материала и повышают его трещиностонкость. Кроме того, заполнители во многом определяют свойства бетона. Например, используя в качестве заполнителя чугунную дробь, железные руды, получают особо тяжелый бетон, защищающий от ионизирующих излучений.

В зависимости от размера зерен различают заполнители мелкие (0,14. 5 мм) и крупные (5. 70 мм). Мелкий заполнитель — это песок. Крупный заполнитель — щебень или гравий.

По происхождению заполнители бывают природные (песок, гравий, природный щебень), добываемые в карьерах и подвергаемые дроблению, просеиванию и промывке; искусственные, получаемые дроблением или переработкой отходов промышленности.

Структура заполнителя — материала, состоящего из отдельных зерен, характеризуется двумя показателями: межзерновой пустотностью и пористостью частиц заполнителя. Обобщенной характеристикой, учитывающей эти два показателя, служит насыпная объемная масса заполнителя, которая представляет собой массу единицы объема сыпучего материала, взятого вместе с пустотами.

По объемной насыпной массе заполнители подразделяются на:

— тяжелые (плотные), имеющие насыпную объемную массу более 1200 кг/куб.м;

— легкие (пористые), имеющие насыпную объемную массу менее 1200 кг/куб.м.

Заполнители должны отвечать следующим требованиям:

§ размер зерен должен быть таков, чтобы объем пустот между ними был минимальный; это достигается в том случае, если пустоты между крупными зернами заняты более мелкими;

· поверхность зерен заполнителя должна обеспечивать хорошее сцепление с твердеющим вяжущим, на поверхности не должно быть глинистых и пылеватых загрязнений;

§ заполнитель не должен содержать примесей, отрицательно действующих на твердение вяжущего и на последующую прочность и стойкость бетона и раствора.

Песок

Природный песок — рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм. Природные пески состоят главным образом из зерен кварца, возможна примесь полевых шпатов, слюды, известняка.

Объемная насыпная масса песков составляет 1300. 1500 кг/куб.м.

Горные (овражные) пески образуются в результате выветривания горных пород и последующего переноса ветром и ледниками.

Они имеют угловатую форму и шероховатую поверхность, что способствует хорошему сцеплению с вяжущим. Недостаток таких песков — загрязненность глиной и примесь гравия в них.

Речные и морские пески более чистые, чем горные, но более мелкие и имеют округлую форму.

Искусственные пески используются значительно реже.

Искусственные тяжелые пески, получаемые дроблением плотных горных пород, применяют для изготовления отделочных растворов, кислотостойких растворов и бетонов.

Искусственные легкие пески получают дроблением пористых горных пород (пемза, туф). Наибольшее распространение получил перлитовый песок.

Зерновой состав песка определяется на стандартном наборе сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,314 и 0,14 мм. Сначала определяют частные остатки (в %) на каждом сите (а2,5; а1,25; а0,63 и т.д.), затем полные остатки (А2,5; А1,25; АО,63 и т.д.). Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех вышерасположенных ситах.

Читайте также:  Mapei очиститель керамической плитки от цементных остатков

На основании результатов ситового анализа можно рассчитать модуль крупности:

По зерновому составу пески делятся на крупные, средние, мелкие и очень мелкие.

Группа песка Модуль крупности Полный остаток на сите N 0,63,%
Крупный Более 2,5 Более 50
Средний 2,5…2 30…50
Мелкий 2. 1,5 10. 30
Очень мелкий 1,5…1 Менее 10

Для строительных растворов рекомендуется применять пески с модулем крупности более 1,2, а для бетонов — более 2.

В строительстве часто используют фракционированный песок, разделенный на крупную (5. 1,25 мм) и мелкую (1,25. 0,14 мм) фракции.

Для бетонов применяют песок крупностью не более 5 мм, для растворов, используемых для замоноличивання сборных железобетонных конструкций и заполнения швов при монтаже панелей — песок крупностью не более 5 мм; для растворов, служащих для кладки кирпича, камней правильной формы и блоков, — песок крупностью не более 2,5 мм; для штукатурных отделочных растворов — песок крупностью не более 1,25 мм.

Количество мелких зерен в песке, проходящих через сито 0,14 мм, не должно превышать для песка, используемого в строительных растворах, 20% ив бетонах 10%. Для соединения частиц песка в растворе или бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверхность каждой песчинки. Таким образом, расход цемента будет возрастать с увеличением удельной поверхности песка, т.е. с увеличением количества мелких фракций в песке. Поэтому не допускается использовать для бетонов песок с Мк ниже 2 и для растворов с Мк ниже 1,2.

Присутствие в песке пылеватых и глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов и растворов.

Если в песке присутствуют органические примеси, они вредно влияют на процесс твердения цемента; большое количество примесей может сильно понизить прочность бетона или раствора.

Песок обладает способностью изменять свой объем и объемную насыпную массу при изменении влажности в пределах от 0 до 20. 25%. Сильное снижение объемной насыпной массы при влажности 3…10% по сравнению с сухим песком происходит потому, что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды и общий объем песка возрастает.

Крупные заполнители

В качестве крупного заполнителя для бетона используют гравий и щебень.

По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующий фракции: 5. 10, 10. 20, 20. 40, 40…70; для массивных конструкций допускается использовать фракции 70. 150. В строительстве применяют крупный заполнитель в виде смеси фракций, обеспечивающей минимальную межзерновую пустотность, или в виде отдельных фракций при условии последующего их смешения в заданных соотношениях.

К тяжелым заполнителям относят: гравий, получаемый из природных залежей; его обработка заключается в сортировке по фракциям и промывке; щебень, получаемый дроблением горных пород, крупных фракций гравия и плотных металлургических шлаков.

Чтобы щебень и гравий не снижали прочность и долговечность бетона, они не должны содержать выше установленных норм пылеватые, глинистые, илистые и органические примеси. Глина в виде комков в щебне и гравии не допускается.

Для тяжелых бетонов нормируется прочность крупного заполнителя, но во всех случаях прочность заполнителя должна быть выше прочности бетона. То же относится и к морозостойкости заполнителя.

Пористые заполнители для легких бетонов получают главным образом искусственным путем. Из природных пористых заполнителей применяют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков. Из

искусственных пористых заполнителей широко применяют керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит и перлит.

Керамзит — гранулы округлой формы с пористой сердцевиной и плотной спекшейся оболочкой. Прочность керамзита — до 6 МПа, объемная масса — 150. 800 кг/куб.м. Получают керамзит быстрым обжигом во вращающихся печах легкоплавких глинистых пород с большим содержанием окислов железа и органических примесей.

Керамзит выпускают в виде гравия с гранулами размером 5…40мм и песка (зерна менее 5 мм). Марки керамзита от 150 до 800.

Шлаковая пемза (термозит) — пористый щебень, получаемый вспучиванием расплавленных металлургических шлаков путем их быстрого охлаждения водой или паром. Марки шлаковой пемзы 400,600 и 800. Прочность — 0,4…2 МПа.

Аглопорит — пористый заполнитель в виде щебня, гравия, получаемый спеканием сырьевой шихты из глинистых пород и топливных отходов• Марки аглопорита от 400 до 1000.

Вспученный перлитовый песок и щебень — пористые зерна белого или светло-серого цвета, получаемые путем быстрого нагрева вулканических горных пород, содержащих небольшое количество (3. 5%) гидратной воды. При обжиге исходная порода увеличивается в объеме в 5. 15 раз, а пористость образующихся зерен достигает 85…90%.

Глава 6. Бетоны

Общие сведения

Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания бетонной смеси. Бетонной смесью называется перемешанная до однородного состояния пластичная смесь, состоящая из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Состав бетонной смеси подбирается таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал определенными свойствами (прочностью, морозостойкостью, объемной массой и др.).

Бетон состоит из большого количества зерен заполнителя, связанных затвердевшим вяжущим веществом.

Рисунок 3. Структура бетона (частицы крупного и мелкого заполнителя – светлые, цементный камень – черный)

Заполнитель занимает примерно 80…85% объема бетона. В качества заполнителей обычно применяют песок, гравий, щебень или отходы промышленности (дробленые металлургические шлаки).

Особо тяжелый бетон имеет объемную массу более 2500 кг/куб.м, т.е. тяжелее большинства горных пород, а особо легкие теплоизоляционные — менее 500 кг/куб.м. Прочность бетонов достигает 100 МПа. Бетон — огнестойкий материал, а в настоящее время получены бетоны, стойкие к самым разнообразным агрессивным воздействиям.

Читайте также:  Растворы цементные марка 100 характеристик

Бетоны в зависимости от объемной массы принято делить на:

o особо тяжелые — с объемной массой более 2500 кг/куб.м, получаемые на тяжелых заполнителях (железные руды, чугунная дробь, обрезки стали);

o тяжелые — с объемной массой от 2200 до 2500 кг/куб.м, заполнителями в которых служат плотные горные породы (гранит, известняк);

o облегченные — с объемной массой от 1800 до 2200 кг/куб;

o легкие — с объемной массой 500. 1800 кг/куб.м.;

o особо легкие (теплоизоляционные) — с объемной массой менее 500 кг/куб.м.

По виду применяемого вяжущего бетоны подразделяются на

· цементные (вяжущее — портландцемент),

· силикатные (известково — кремнеземистое вяжущее),

· гипсовые (гипсовые вяжущие).

Бетоны бывают на органических вяжущих: на битуме — асфальтобетон и на синтетических смолах — полимербетон.

Бетонная смесь представляет собой пластично-вязкую массу, сравнительно легко принимающую любую форму и затем самопроизвольно переходящую в камневидное состояние.

Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Все эти компоненты влияют на вязко-пластичные свойства смеси.

Так же существенно влияет на свойства бетонной смеси вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и пластичнее бетонная смесь.

Очень важное свойство бетонной смеси – способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях и вновь загустевать при прекращении воздействий. Это свойство называется тиксотропией.

На практике вязко-пластичные свойства бетонной смеси оценивают по показателям ее удобоукладываемости. Удобоукладываемость — свойство бетонной смеси легко укладываться в форму и уплотняться под воздействием различных способов уплотнения, не расслаиваясь в процессе укладки. Удобоукладываемость оценивается по показателям подвижности и жесткости.

Подвижность пластичных смесей характеризуется величиной осадки стандартного конуса. Для этого стандартный конус заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой стыкованием. Избыток смеси срезают, конус снимают и измеряют осадку бетонной смеси. Величина осадки в сантиметрах служит показателем подвижности смеси.

Рисунок 4. Определение удобоукладываемости смеси.

Жесткость бетонных смесей оценивают с помощью технического вискозиметра. За характеристику жесткости принимается время вибрации, в течение которого бетонный образец в виде конуса займет горизонтальное положение в форме.

Жесткость бетонных смесей определяется по времени вибрации в секундах необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости. Прибор представляет собой цилиндрический сосуд, на котором закреплен штатив. Прибор закрепляют на виброплощадке и внутри цилиндра устанавливают стандартный конус. Конус заполняют бетоном в три слоя. Затем форму-конус снимают и на поверхность бетона опускают металлический диск. После этого включают вибратор. Время, в течение которого бетон распределится в цилиндре равномерно и начнется выделяться цементное тесто, принимается за показатель жесткости.

Рисунок 5. Прибор для определения удобоукладываемости бетонной смеси

Применяют особо жесткие, жесткие, малоподвижные, подвижные и литые бетонные смеси.

Все бетонные смеси должны обладать связностью — способностью не расслаиваться, разделяясь на отдельные компоненты при транспортировании и укладке.

Свойства бетона.

Основные свойства бетона — прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, огнестойкость.

Прочность бетона при сжатии значительно (в 10…20 раз) выше, чем при растяжении и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон подвергается сжимающим напряжениям.

При нормальной температуре и постоянной влажности бетона рост прочности продолжается очень длительное время, но скорость набора плотности со временем затухает. Прочность бетона характеризуется его массой.

Для тяжелых бетонов установлены марки: М50, М75, М100, М150, М200, М250, M30G, М350, М400, М450, М500, М600, М700 и М800.

Прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. На прочность бетона главным образом влияет затвердевший цементный камень и прочность его сцепления с заполнителем. Чем выше марка цемента, тем прочнее цементный камень.

Кроме того, на прочность цементного камня сильно влияет соотношение цемента и воды. Чем больше будет избыточной воды, тем больше будет пор в цементном камне ниже его прочность.

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется качеством поверхности заполнителя. Если поверхность шероховатая, то прочность бетона будет большей, чем в случае гладкого заполнителя. Зависимость прочности бетона от вышеперечисленных факторов может быть выражена формулой:

где Rб — прочность бетона, кгс/кв. см; Rц — марка цемента; Ц/В — цементно-водное отношение; А коэффициент, зависящий от вида бетона и качества заполнителей.

Усадка бетона. При твердении бетона на воздухе происходит усадка — сокращение размеров, которая может достигать 0,3. 0,5 мм на 1 м длины изделия из бетона. Основная причина усадки бетона — усадка твердеющего цементного теста, поэтому чем больше в бетоне цемента, тем больше его усадка и вероятность растрескивания.

Пористость и морозостойкость бетона. Чтобы уменьшить пористость бетона, нужно уменьшить количество воды по отношению к цементу и снизить общее содержание цементного теста в бетоне.

В среднем пористость бетона составляет 5…7%. При такой пористости бетон водонепроницаем, но для легких нефтепродуктов и газов проницаемость бетона значительна.

Морозостойкость бетона зависит от количества пор и от их характера (открытые и закрытые).

Для получения морозостойкого бетона необходимо применять морозостойкие заполнители, снижать до минимума содержание воды в бетоне, но при этом обеспечивая максимально плотную укладку бетонной смеси с помощью вибраторов или других механизмов.

Огнестойкость. Под огнестойкостью бетона понимают его способность сохранять прочность при кратковременном воздействии высоких температур, например при пожаре. При кратковременном нагреве бетон прогревается на небольшую глубину, причем содержащаяся в нем вода испаряется, понижая температуру бетона.

При длительном действии высоких температур в бетоне могут произойти необратимые химические изменения, сопровождающиеся потерей прочности.

Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 1307 ;

Источник