Заполнитель бетонов - песок

 

4.1. Природный песок

 

Одним из компонентов бетона является песок. Песок – это осадочная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёрен различных горных пород.

Основным минералом песков является кварц, который наиболее устойчив к химическому выветриванию. Смешанные (или полимиктовые) пески состоят из смеси минералов, среди которых, кроме кварца. развиты полевые шпаты, слюды, амфиболы и другие минералы. Среди смешанных песков наибольшее распространение имеют аркозовые пески, содержащие значительный процент полевого шпата.

По происхождению пески бывают морские, речные, эоловые (пустынные), ледниковые. Морские (в том числе дюнные) и речные пески имеют окатанную форму песчинок. Эоловые (пустынные) пески хорошо отсортированы, обеднены легкоистираемыми минералами, имеют желтовато-коричневый цвет. Зёрна крупнее 0,25 мм хорошо окатаны, в мелкозернистой фракции преобладают угловато-окатанные зёрна. Подобные пески мало пригодны для строительных целей.

Речные и морские пески практически не содержат посторонних примесей (например, глины), так как проходят природную стадию очистки водой.

Ледниковые пески образуются при переносе рыхлого материала ледником. При оттаивании льда заключённый в нём обломочный материал проектируется на ложе ледника и даёт начало ледниковым отложениям – моренам. Морены представляют собой валы или гряды, которые опоясывают конец ледника. Морены состоят из совершенно неотсортированной смеси грубообломочного материала, песка и глины.

С таянием ледника связано также образование потоков талых ледниковых вод и приледниковых озёрных водоёмов. В них образуются отложения, которые называются ледниково-речными (или флювиогляциальными) и ледниково-озёрными (или лимногляциальными).

 

Ледниковые пески имеют угловатую, то есть наиболее благоприятную для строительных целей форму зёрен.

При оценке качества песка как строительного материала, учитывают его минеральный и гранулометрический состав, форму зёрен, пористость, наличие примесей (глинистых и пылеватых) и так далее.

Плотность песков составляет 2,64-2,65 г/см³, а средняя плотность – 1800 кг/м³.

 

4.2. Гранулометрический состав песков

 

Крупность зёрен определяют просеиванием песка через стандартный набор сит с диаметром отверстий: 5;. 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Наличие в песке зёрен крупнее 10 мм не допускается. Зёрен размером 5-10 мм должно быть не более 5% по массе.

По крупности пески разделяются на крупные, средние, мелкие и очень мелкие (или тонкие).

Если песок крупный, то это ещё не значит, что он вполне пригоден для бетона. Крупный песок может иметь большой объём пустот, который придётся заполнять цементным тестом. Это увеличивает себестоимость бетона. Поэтому для полной характеристики песка важна величина его пустотности. Песок, отсеянный на ситах двух близких номеров, то есть состоящий из зёрен почти одинаковой крупности, имеет большую пустотность (40-47%). При наилучшем сочетании в песке крупных, средних и мелких зёрен пустотность может быть уменьшена до 30%.

В доброкачественном песке пустотность не должна превышать 38%.

Если в бетоне или растворе цементным тестом заполнить только пустоты между зёрнами песка, то получится малоподвижная, трудная для укладки, очень жёсткая смесь. Необходимо раздвинуть зёрна песка и окружить их цементной оболочкой. Эта оболочка создаёт как бы смазку, которая обеспечивает подвижность растворной или бетонной смеси. В дальнейшем она скрепляет зёрна песка. Чем крупнее песок, тем меньше будет общая площадь поверхности зёрен и расход цемента для создания оболочек. Однако песок, состоящий из одних крупных зёрен, имеет слишком большой объём пустот. Поэтому применять его не следует.

 

4.3. Модуль крупности песков

 

Модулем крупности песков называется взятая в процентном выражении сумма полных остатков вещества, просеянного предварительно на сите с отверстиями размером 5 мм для выделения зёрен гравия (щебня), а затем последовательно на стандартных ситах с ячейками 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм, делённая на 100. Сначала определяют частные остатки в процентах на каждом сите (а2,5; а1,25; а0,63 и так далее), а затем полные остатки (А2,5; А1,25; А0,63 и так далее). Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и на всех вышерасположенных ситах. Например, А0,63 = а0,63 + а1,25 + а2,5. Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка.

На основании результатов ситового анализа можно рассчитать модуль крупности зёрен М по формуле:

 

В зависимости от зернового состава песков изменяется и модуль крупности

 

 

 

 

Таблица. – Характеристика песка по крупности

Группа песка	Модуль крупности	Полный остаток на сите 0,63 мм
Крупный	2,5 – 3,5	50 – 75
Средний	2,0 – 2,5	35 – 50
Мелкий	1,5 – 2,0	20 – 35
Очень мелкий (тонкий)	1,0 – 1,5	Менее 20

 

Зерновой состав песка для изготовления бетона определяют также по графику.

Для этого по горизонтали откладывают размеры отверстий контрольных сит (в мм), по вертикали – полные остатки на ситах (в %). Полученные точки соединяют ломаной линией, которую называют кривая зернового состава песка. Если кривая лежит в пределах заштрихованной области стандартного графика, то песок пригоден для работы: для приготовления раствора, бетона. Если же кривая выходит за пределы заштрихованной области, то песок нужно обогатить, отсеивая ненужные фракции, или промыть его. Как и промывку, обогащение часто производят в карьере.

Для приготовления тяжёлого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности 2,0-3,5.

4.4. Средняя плотность песка

 

Средняя плотность песка (объёмная масса) зависит от его пустотности и влажности и определяется в сухом рыхлом состоянии (называемом стандартным). Песок, который предназначен для бетона марки 200 и выше или для бетона в конструкциях, которые подвергаются замерзанию в насыщенном водой состоянии, должен иметь среднюю плотность не ниже 1550 кг/м³. В остальных, более простых случаях, средняя плотность должна быть не ниже 1400 кг/м³.

При встряхивании песок уплотняется и его плотность может увеличиваться до 1600-1700 кг/м³. Самый большой объём песок занимает при влажности 5-7%. С повышением или понижением влажности объём песка уменьшается. Это свойство следует учитывать при его приёмке и дозировке (по объёму) при приготовлении бетона.

Так как в карьере песок имеет различную влажность и при хранении на открытом воздухе влажность его непрерывно изменяется, то при производстве бетонных работ необходимо систематически определять среднюю плотность и влажность песка и корректировать состав бетона.

 

4.5. Прочность и долговечность песка [ 38 ]

 

Прямые методы оценки прочности и долговечности (морозостойкости) песчинок отсутствуют. Эти показатели можно получить сравнительными испытаниями бетона на заведомо качественном и исследованном песках. Кроме того, прочность и долговечность песка может быть приближённо оценена величиной насыпной плотности песка. Истинная плотность (удельная масса) минеральной части различных песков близка между собой. Так, истинная плотность кварцевых песков составляет 2,65 г/см³, полевошпатовых – 2,6-2,7 г/см³. Близкой оказывается и истинная плотность известняковых песков. Близки также и величины пустотности песков, если последние удовлетворяют требованиям стандарта по своему зерновому составу. Таким образом, при столь равных условиях средняя плотность (объёмная масса) песка должна характеризовать степень плотности песчинок. И чем она будет выше, тем плотнее, а, следовательно, и прочнее и долговечнее песчинки. Это подтверждается практикой. Даже имеются рекомендации применять для бетонов высокой прочности с особыми требованиями по морозостойкости пески со средней плотностью (объёмной массой) 1550 кг/м³ и более.

 

14

 

 

4.6. Пылевидные и глинистые примеси в песке

 

Большое влияние на прочность бетона оказывает чистота заполнителя.

Пылевидные и глинистые частицы адсорбируют на своей сильно развитой поверхности большое количество воды. В результате ухудшаются формовочные свойства бетонной смеси или требуется более высокий расход воды.

Мельчайшие частицы пыли и глины препятствуют хорошему сцеплению заполнителей с цементным камнем. В области поверхности образуется вначале сильно обводнённая зона, которая затем переходит в рыхлую и малопрочную. В эксплуатационных условиях она неизбежно является очагом развития всех разрушающих бетон процессов механического, физического и химического характера. Особенно опасно высокое содержание глины. Она имеет склонность к обратимому разбуханию и усадке при изменении влажности среды. Предельное допустимое стандартом содержание пыли и глины в природном песке не должно превышать 3%, а в дроблёном песке – 5%. При более высоком содержании этих мельчайших фракций песок промывают или обогащают кондиционными фракциями.

 

4.7. Сернистые и другие вредные примеси в песке

 

Наряду с мельчайшими фракциями пыли и глины вредное влияние на бетон оказывают: слюда; рудные и содержащие серу минералы; опаловидные породы; ракушечник в морских и речных песках; органические примеси.

Слюды, которые способны мелко расщепляться по спайности и которые имеют плохое сцепление с цементным камнем, снижают прочность и морозостойкость бетона. При наличии слюды в песке необходимо контрольными испытаниями бетона установить степень вредного влияния её и определить рациональное использование такого песка.

Минералы, содержащие серу (например, пирит), под действием щелочной среды в бетоне или под влиянием атмосферных факторов, могут разлагаться. В результате образуется сульфатная среда, которая вызывает коррозию цементного камня. В качестве сульфатов в песке могут присутствовать самостоятельные минералы – гипс и ангидрит.

Разрушения, которые вызываются действием сульфатных вод, связанные с наличием в песке гипса и других сульфатов и сульфидов, носят название гипсовой коррозии. Наиболее опасно взаимодействие сульфатов с трёхкальциевым гидроалюминатом. В результате образуется труднорастворимый сульфоалюминат

кальция, который кристаллизуется с 31 молекулой воды. Объём его при этом увеличивается в 2,5 раза по сравнению с трёхкальциевым алюминатом [ 38 ].

В 20-х годах ХХ столетия было обращено внимание на незатухающее расширение бетона некоторых гидротехнических и других сооружений, которые подвергались систематическому действию воды. При этом образовывалась сетка трещин на поверхности конструкций. Анализ этих деформаций бетона позволил установить, что они порождались химическим воздействием щелочей цемента с заполнителями, содержащими активный кремнезём в виде опаловидных минералов. Химические процессы вызывают процессы физико-химического характера. Следствием последних является расширение бетона.

При высокощелочном цементе в бетоне в водных условиях образуется насыщенный щелочной раствор. Если заполнитель бетона содержит активный кремнезём типа опала, то последний начинает энергично взаимодействовать со щелочами. В результате образуются соединения силикатов натрия и калия – растворимые стёкла. Таким образом, между водной средой и раствором в порах бетона образуется разность концентраций растворимых веществ. Поскольку цементный бетон обладает свойством полупроницаемости, то в его порах немедленно развивается осмотическое давление. Жидкое стекло может вызывать в бетоне давление до 3 МПа. Это превышает предел прочности бетона при растяжении и неизбежно вызывает образование трещин.

 

Органические примеси в песке представляют гуминовые кислоты. Со щелочными металлами гуминовые кислоты образуют легкорастворимые в воде соли. Так, с оксидом кальция они образуют в цементом бетоне вещества типа сахаратов кальция, которые не способны к твердению. Это отрицательно отражается на качестве бетона: снижает его прочность, замедляет твердение. Если песок содержит много органических примесей, то они вступают в соединение с едким натром.

Для бетона, который применяется в наиболее ответственных сооружениях, следует использовать пески, которые при обработке 3%-ным раствором едкого натра не окрашиваются. При светло-жёлтой окраске раствора песок пригоден только для неответственных конструкций. При тёмной окраске (тёмно-жёлтой, красной или коричневой) песок без промывки не пригоден. Прочность бетона, приготовленного на таком песке, может получиться более чем на 25% ниже.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: