 |
Крупный природный заполнитель
|
|
|
|
В качестве крупного заполнителя для изготовления тяжёлого бетона применяют гравий или щебень. Щебень отличается от гравия остроугольной формой и шероховатой поверхностью зёрен. Поэтому сцепление его с цементно-песчаным раствором лучше, чем гравия.
5.1. Прочность крупного заполнителя
Прочность крупного заполнителя является весьма важным фактором прочности бетона. ГОСТ регламентирует прочность гравия и щебня в зависимости от проектной марки бетона. Так, марка щебня по прочности исходной горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна быть в 1,5 раза выше для бетонов марки 300 и в 2 раза выше для бетонов более высоких марок. Кроме того, щебень из изверженных пород во всех случаях должен иметь предел прочности при сжатии не менее 80 МПа, из метаморфических – не менее 60 МПа и из осадочных карбонатных пород – не менее 30 МПа.
Применение щебня с прочностью исходных горных пород ниже указанной допускается в исключительных случаях.
Прочность гравия и щебня определить прямыми испытаниями на сжатие не представляется возможным. В этом случае прочность гравия и щебня оценивается косвенным показателем – величиной дробимости в цилиндре. Для этого пробу заполнителя сдавливают в цилиндре диаметром 75 или 150 мм усилием, соответственно, 5 или 20 т. Затем устанавливают процент раздавленных зёрен, просеивая через сито в зависимости от крупности исходной пробы. По величине дробимости гравий и щебень подразделяют на марки дробимости Др 8, Др 12 и Др 16, где 8, 12 и 16 – процент раздавленных зёрен. Таким образом, чем ниже показатель дробимости, тем прочнее оказывается заполнитель. Для бетона марки 400 и выше марка по дробимости щебня и гравия должна быть не выше Др 8, для бетона марким 300 – не выше Др 12 и для бетона марки 200 и ниже – Др 16.
|
|
|
Содержание зёрен слабых пород в крупном заполнителе для бетона не должно превышать 10%. При более высоком их содержании требуется проведение испытания гравия или щебня в бетоне и соответствующие технико-экономические испытания такого заполнителя.
5.2. Морозостойкость крупного заполнителя
Морозостойкость крупного заполнителя устанавливается прямыми испытаниями. При этом пользуются многократным замораживанием и оттаиванием пробы в насыщенном водой состоянии или ускоренным методом испытания в насыщенном растворе сернокислого натрия. Во втором случае воздушно-сухая проба заполнителя вначале выдерживается в насыщенном растворе сернокислого натрия, затем высушивается при температуре 105-110°С.
Снова насыщается раствором сернокислого натрия и вновь высушивается. Так повторяется до заданного числа циклов. В процессе насыщения и последующего высушивания в порах зёрен откладываются кристаллы сернокислого натрия. При полном высушивании он переходит в безводный, а при последующем насыщении безводный сернокислый натрий превращается в кристаллический, присоединяя воду. Этот процесс гидратации сопровождается увеличением объёма. Расширяющееся вещество давит на стенки пор и разрушает их. Таким образом, сернокислый натрий моделирует действие воды в порах материала при её замораживании и оттаивании. Однако соль сернокислого натрия действует более агрессивно, от 5 до 20 раз быстрее разрушая камень, чем замерзающая вода. Так, каждый цикл испытания щебня в сернокислом натрии приравнивается к 5 циклам замораживания и оттаивания в воде при марке морозостойкости щебня Мрз 15 и 15 циклам – при морозостойкости щебня 300.
Потери щебня в массе, служащие оценкой предела морозостойкости, установлены, соответственно, 10% для Мрз 15 и Мрз 25 и 5% для щебня более высоких марок по морозостойкости. Величина этих потерь в массе установлена для испытания замораживанием-оттаиванием. При ускоренных испытаниях в сернокислом натрии величина этих потерь для щебня Мрз 200 должна быть не более 3% т для щебня Мрз 300 – не более 2%.
|
|
|
5.3. Гравий [ 13 ]
Гравием называется рыхлый материал, который образовался в результате естественного разрушения горных пород. Гравий состоит из более или менее окатанных зёрен размером 3-70 мм. В нём могут содержаться зёрна высокой прочности (например, гранитные) и слабые зёрна пористых известняков. Обычно он содержит примеси пыли, глины, иногда и органические вещества, а также песка. При большом содержании песка такой материал называется песчано-гравийной смесью или гравелистым песком.
В зависимости от происхождения различают гравий горный (морены), речной и морской. Горный гравий обычно загрязнён примесями, речной и морской – более чистый. Зёрна морского и речного гравия имеют округлую форму, иногда слишком гладкую поверхность.
Для бетона желательна малоокатанная (щебневидная) форма зёрен гравия. Малопригодна яйцевидная (окатанная) форма. Ещё хуже пластинчатая или лещадная форма с шириной, в три раза и более превышающая толщину. Игловатых и пластинчатых зёрен в составе гравия должно быть не более 15% (по массе).
5.4. Зерновой состав гравия
В зависимости от величины зёрен различают гравий следующих видов:
1) рядовой – 3-70 мм;
2) фракционированный:
– особо мелкий – 5-10 или 3-10 мм;
– мелкий – 5-20 мм;
– средний – 20-40 мм;
– крупный – 40-70 мм.
Крупность гравия определяют, просеивая его через стандартный набор сит с круглыми отверстиями размером 70; 40; 20; 10 и 5 (или 3) мм. При изготовлении
бетона большое значение имеет допускаемая крупность гравия. Она определяется размером отверстия сита, на котором полный остаток не превышает 5% от общей навески. Максимальная крупность зависит от размера бетонируемых конструкций. Для удобной укладки смеси нельзя применять гравий:
1) крупнее ¼ части минимального сечения конструкции;
2) больше минимального расстояния между стержнями арматуры в железобетонных конструкциях. Например, для балки шириной 200 мм можно использовать гравий с наибольшей величиной зёрен 200: 4 = 50 мм. При бетонировании плит, полов и покрытий
|
|
|
используют гравий с максимальной крупностью зёрен, составляющей до ½ толщины плиты.
После просеивания гравия определяют частные остатки на каждом сите, начиная с наибольшего. Затем вычисляют полные остатки. Результаты просеивания гравия наносят на график. По горизонтали откладывают размеры отверстий сит: наибольший для данного гравия (Днаиб), половинный (1/2 Днаиб) и наименьший (5 или 3 мм). По вертикали откладывают полные остатки на ситах. Зерновой состав гравия должен располагаться по возможности в пределах заштрихованной площади.
Для бетона желателен в основном крупный гравий, но с достаточным содержанием средних и мелких зёрен. Подвижность бетонной смеси одинакового состава и с одинаковым количеством воды при крупном гравии больше, чем при мелком. Пустотность гравия не должна превышать 45%.
В гравии допускается не более 1% (по массе) глинистых, илистых и пылевидных примесей, количество которых определяют отмучиванием. Содержание органических примесей в гравии устанавливают колориметрическим методом. Если в гравии количество примесей больше допустимого, то его промывают водой.
5.5 Прочность и морозостойкость гравия
Влажность гравия следует учитывать при определении количества воды, добавляемой в бетонную смесь. На изменение объёма гравия, в отличие от песка, влажность почти не влияет.
Прочность зёрен гравия должна обеспечивать получение бетона, прочность которого на 20-50% превышает заданную.
Количество зёрен слабых пород в гравии допускается для бетона марки 100 и выше не более 10%.
Гравий считается морозостойким, если в насыщенном водой состоянии он выдерживает без разрушения более 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. При этом суммарная потеря в массе зёрен должна быть не более 5%. Морозостойкость требуется от гравия только в том случае, если он предназначен для бетонных сооружений, подвергающихся многократным замораживанию и оттаиванию.
|
|
|
В суровых климатических условиях гравий должен выдерживать не менее 100-200 циклов замораживания и оттаивания, в умеренных – 50 циклов, а в мягких – 15-25.
Допускается и ускоренное испытание на морозостойкость путём попеременного насыщения в растворе сернокислого натрия и высушивания. Требуемое число циклов в этом случае 5 – 10 – 15 соответствует морозостойкости 25 – 50 – 200 при обычном испытании замораживанием и оттаиванием.
5.6. Щебень. Общие сведения [ 65]
Щебень – зернистый сыпучий материал, получаемый путём дробления горных пород, валунов или гравия. Физические свойства, технические и эксплуатационные характеристики делают щебень востребованным для ведения строительных работ материалом. Он используется при укладке асфальта, прокладке автомобильных дорог, производстве бетона, других строительных работах. Разновидности щебня: гранитный, гравийный, доломитовый, известняковый, шлаковый, вторичный. Каждый из этих видов находит свою область применения, но наиболее востребованным остаётся гранитный щебень.
Основными физическими свойствами щебня из природного исходного материала являются: лещадность, прочность, морозостойкость, водонасыщение, зерновой состав, форма зёрен, радиоактивность.
Одной из главных характеристик, определяющих качество щебня, является лещадность – параметр, обозначающий уровень плоскостности щебня. Чем этот параметр меньше, тем качественнее считается материал. При изучении этого параметра в щебне нормируют
содержание зёрен разной формы: игловатой, пластинчатой, кубовидной. Содержание зёрен лещадной и игловатой форм в крупном заполнителе не должно превышать 35%.
При использовании щебня кубовидной формы можно получить наиболее плотную утрамбовку смеси. Наличие зёрен игловатой или пластинчатой формы приведёт к увеличению в ней пустотности и, соответственно, потребует увеличения расхода вяжущего вещества. Кроме того, зёрна кубовидной формы изначально обладают большей прочностью, что, в результате, делает использование этого вида щебня более целесообразным с экономической точки зрения.
Форма щебня зависит:
1) от состава горных пород, поступающих на дробление;
2) от структурно-текстурных особенностей горных пород;
3) от типа камнедробильной машины.
5.7. Интрузивные породы, используемые для получения щебня [ 47 ]
Магматические породы образовались в результате застывания магмы. В зависимости от условий образования магматические породы разделяются на две группы:
1) интрузивные (или глубинные), образовавшиеся на больших глубинах в условиях высоких температур и давлений, медленного и равномерного остывания магмы. В подобных условиях формируются разновидности пород с полнокристаллическим строением и равномерным распределением минеральных составляющих в массе породы;
|
|
|
2) эффузивные (излившиеся) – возникли на поверхности земли в условиях низкой температуры и атмосферного давления при быстрой отдаче тепла и быстром выделении газообразных веществ из лавы. В результате образуются в породе многочисленные поры, которые сохраняются и после затвердевания. Породы отличаются неполнокристаллическим строением и неоднородным сложением.
Интрузивные (глубинные породы) имеют высокие показатели прочности, среднюю плотность, а также незначительную пористость. С последней связаны низкое водопоглощение, высокие теплопроводность и морозостойкость.
1. Граниты. Сложены полевыми шпатами (40-60%), кварцем (20-40%) и тёмноцветными минералами (биотитом, роговой обманкой) – от 5 до 20%. Для гранитов характерна зернистая структура и массивная текстура. Мелкозернистые разности отличаются более высокой плотностью и прочностью, чем крупнозернистые. Они меньше подвержены процессам выветривания. Предел прочности при сжатии у них колеблется от 100 до 250 МПа, при растяжении – от 2 до 7,5 МПа. Плотность гранитов в среднем 2,9 г/см3, а средняя плотность – 2500-2800 кг/м3. Граниты малопористы (пористость 0,5-1,0%). Отличаются высокими морозостойкостью и сопротивляемостью истиранию. Граниты легко поддаются механической обработке. резко
2. Сиениты – средние породы, содержащие до 65% кремнезёма. В отличие от гранитов в них отсутствует свободный кварц. Сиениты содержат до 50-70% полевых шпатов и около 25% цветных минералов (роговой обманки и биотита). Из-за отсутствия кварца они являются более мягкими и одновременно более вязкими породами. Последнее обусловлено значительным содержанием в сиенитах роговой обманки. Предел прочности при сжатии составляет 150-180 МПа, а средняя плотность – 1600-2800 кг/м3. Сиениты встречаются реже гранитов, что снижает их значение как заполнителя бетонов.
3. Диориты – являются средними породами, состоящими из плагиоклаза (до 75%) и роговой обманки (25%). Могут присутствовать биотит, пироксены. Окраска тёмно-серая, тёмно-зелёная до чёрной. Зернистая структура и массивная текстура. Высокая прочность при сжатии (180-300 МПа). Большие плотность и средняя плотность – до 2900 кг/м3. Отличаются повышенной вязкостью и достаточной устойчивостью к выветриванию.
4. Габбро – основные породы, содержащие ль 40 до 52% кремнезёма. Наиболее распространены массивные полнокристаллические породы серого, тёмно-серого и тёмно-зелёного цвета. Сложены плагиоклазами, пироксеном и роговой обманкой. Габбро – тяжёлые
породы с почти одинаковой истинной плотностью и средней плотностью около 3100 кг/м3. Прочность при сжатии 200-250 МПа, высокая вязкость.
5. Дуниты, перидотиты и пироксениты – ультраосновные породы. Содержат менее 40% кремнезёма и близки по своим свойствам. Породы сложены преимущественно оливином. Пироксениты нацело образованы пироксенами. Породы отличаются зернистой структурой и массивной текстурой. Средняя плотность 3000-3400 кг/м3.
5.8. Эффузивные породы, используемые для получения щебня
Излившиеся (или эффузивные) породы являются аналогами глубинных. Наличие неполнокристаллической и стекловатой структур, а также часто пористой текстуры неблагоприятно отражается на их стойкости к выветриванию и стабильности прочностных показателей.
1. Кварцевые порфиры и липариты – излившиеся аналоги гранитов. Кварцевые порфиры относятся к древним, а липариты – к молодым вулканическим породам. От гранитов отличаются порфировой структурой с наличием в мелкозернистой или стекловатой массе породы вкрапленников, то есть крупных кристаллов полевого шпата. Кварцевые порфиры окрашены в красновато-бурые тона и являются плотными породами со средней плотностью 2400-2600 кг/м3. Предел прочности при сжатии изменяется от 130 до 180 МПа в зависимости от содержания кварца и вулканического стекла, значительно повышаясь при увеличении первого и одновременном снижении второго в массе породы.
Липариты – более лёгкие и пористые по сравнению с кварцевыми порфирами породы белого, светло-серого цвета. Содержат небольшие вкрапления полевых шпатов, а также повышенное количество нераскристаллизованного вулканического стекла.
2. Бескварцевые порфиры (ортофиры) и трахиты. Чалясь, соответственно, древними и молодыми излившимися аналогами сиенитов, у ортофиров сильно изменён минеральный состав в связи с появлением в нём вторичных минералов: каолинита, карбонатов, хлоритов и других. Они уплотняют породу, заполняя её пустоты и способствуя образованию вторичной мелкозернистой структуры.
Бескварцевые порфиры окрашены в серовато-зелёный или красновато-бурый цвета. Трахиты – пористые и сильно шероховатые породы белой, серой и желтоватой окраски с ясно выраженной порфировой структурой. Соотношение вкрапленников (полевых шпатов) и вулканического стекла в породе сильно варьирует. Встречаются плотные зернистые разновидности со средней плотностью от 2200 до 2600 кг/м3. Вместе с тем развиты и сильно пористые разности, напоминающие пемзу.
Предел прочности при сжатии обеих пород невысок и составляет 60-70 МПа.
3. Порфириты и андезиты. Это плагиоклазовые излившиеся аналоги диоритов, соответственно, древнего и молодого возраста. Отличаются пористой текстурой и порфировой структурой. Вкрапленники – плагиоклаз и роговая обманка – характеризуются повышенной выветрелостью и наличием вторичных силикатов – серицита, хлорита и других. Заполняя поры, они окрашивают их в сероватые и зеленоватые тона. Свежие порфириты являются плотными породами со средней плотностью 2500-3000 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 160-250 МПа. Андезиты – менее выветрившиеся серые, желтовато-серые или буроватые пористые породы. Сложены пироксенами или роговой обманкой и плагиоклазом, которые встречаются в виде вкрапленников в основной массе плотной или пористой мелкозернистой породы. Средняя плотность андезитов 2700-3100 кг/м3, предел прочности при сжатии от 140 до 250 МПа. Широкий разброс её значений зависит от пористости. Высокие показатели прочности относятся главным образом к плотным разновидностям андезитов.
4. Диабазы. Это излившиеся древние аналоги габбро. Отличаются от габбро структурными и текстурными особенностями. Диабазы имеют скрытокристаллическую структуру. Они
окрашены в зелёные и зеленовато-серые тона. В связи с большим содержанием железо-магнезиальных силикатов диабазы отличаются значительной вязкостью, высоким пределом прочности при сжатии (от 300 до 450
МПа). Средняя плотность равна 2700-2900 кг/м3. Имеет средние значения твёрдости и обрабатываемости.
5. Базальты – это молодые аналоги габбро. Базальты представляют собой чёрную плотную застывшую лаву. Находятся в скрытокристаллическом или аморфном состоянии с зернистым строением и стекловатой массой. Она заполняет промежутки между зёрнами различных размеров. Наблюдаются также порфировые разновидности базальтов. В базальтах часто встречаются различные включения (ксенолиты), которые снижают их качество, как строительных материалов. Базальты являются твёрдыми и одновременно хрупкими труднообрабатываемыми породами. Их прочность варьирует в широких пределах: от 110 до 500 МПа. В связи с большим содержанием стекла прочность может резко падать. Плотность составляет 3,1-3,3 г/см3, а средняя плотность – 3000-3500 кг/см3. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты, не содержащие оливин.
6. Вулканические туфы и лавы. Вулканические туфы образуются путём цементации и уплотнения вулканических пеплов и другого твёрдого материала. Цементом служит вулканический пепел, кремнезём, глина и продукты разложения пепла. Они различны по строению и характеризуются непостоянными химическими и физико-химическими свойствами.
Туфовые лавы образуются при быстром вспенивании излившихся лав при резком падении давления и одновременном примешивании к ней разнообразного вулканического материала. Средняя плотность 750-1400 кг/м3, плотность около 2,6 г/см3. Пористость от 40 до 70%, теплопроводность 0Ю55-0,62 Вт/(м·К).
5.9. Осадочные породы, используемые для получения щебня
По условиям образования осадочные породы делятся на три группы: обломочные, химические и органогенные. Между ними существуют переходные разновидности смешанного генезиса.
1. Валуны (валунный камень) состоят из грубоокатанных обломков, обработанных и перенесённых водой или ледником. Размер обломков свыше 100 мм. По генезису валунный камень может быть ледниковым, речным, морским, озёрным. Петрографический состав различный.
2. Брекчии – компактные породы, состоящие из угловатых обломков щебня, которые сцементированы каким-либо материалом. Петрографический состав этих обломков отличается однородностью. Угловатая форма обломков обеспечивает хорошее сцепление их с природным цементом. Поэтому раздробленные продукты вполне могут служить заполнителем бетонов.
3. Конгломераты – сцементированные природным цементом скопления гальки, гравия, мелких валунов. Отличаются от брекчий пестротой петрографического состава, широким диапазоном прочности (от 5 до 160 МПа) и изменением плотности в интервале 1500-2900 кг/м3. По сравнению с брекчиями конгломераты отличаются меньшей прочностью, так как окатанный обломочный материал довольно слабо связывается с цементом.
4. Известняки. Имеют химическое и органическое происхождение. Обычно эти два фактора присутствуют совместно. Известняки сложены кальцитом. Структура зернистая, кристаллическая или органогенная. В зависимости от текстуры средняя плотность известняков изменяется в пределах 1600-2000 кг/м3, снижаясь до 1000 кг/м3 у сильнопористых и кавернозных разностей. Пористость прочно сцементированных известняков не превышает десятых долей процента, а у слабосцементированных – достигает 15-20% и выше. Предел прочности при сжатии от 10 до 200 МПа. Окраска известняков разнообразная: белая, серая, желтоватая – до чёрной, в зависимости от примесей.
5. Доломиты. Цвет белый, серый, тёмно-серый, чёрный, буроватый. Структура кристаллически-зернистая, реже органогенная. Камневидные доломиты характеризуются
средней плотностью от 2700 до 2900 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 60-150 МПа, которые изменяются в более узких пределах, чем у известняков.
Щебень доломитов является прекрасным заполнителем бетонов.
5.10. Метаморфические породы, используемые для получения щебня [ 47 ]
Метаморфические горные породы образовались под воздействием высоких температур и давления, химически активных газообразных веществ и горячих растворов, циркулирующих в породах.
1. Гнейсы – светлоокрашенные серый, красноватые и других оттенков кристаллически-зернистые породы. Образовались при метаморфизме кислых (типа гранита) магматических пород. Средняя плотность 2400-2800 кг/м3, наибольший предел прочности при сжатии от 100 до 200 МПа. При большом содержании слюды в породе гнейс не может быть использован для получения щебня в качестве заполнителя бетонов.
2. Кварциты. При метаморфизме кварцевых песков и песчаников образуются кварциты. Это очень плотные и твёрдые мелко- и среднезернистые породы белого, серого, чёрного, красноватого цвета. Имеют массивную или сланцеватую текстуру. Наряду с кварцем (до 95-99%) они могут содержать различные примеси: слюды, гематит, хлориты и другие. Предел прочности при сжатии 100-400 МПа, а средняя плотность 2800-3000 кг/м3. Гнейсы отличаются слабым сцеплением с вяжущим, большой хрупкостью и трудно обрабатываются.
3. Мраморы – возникают в процессе перекристаллизации известняков и доломитов. Чаще всего они проявляются на контакте карбонатных пород с интрузиями или возникают при региональном метаморфизме. Мраморы представляют собой равномерно-зернистые или слоистые породы. Окрашены в разнообразные цвета от светлых до чёрных с различными оттенками в зависимости от содержания примесей. К главным породообразующим минералам относятся кальцит и доломит с возможными примесями, в том числе кварца. Особенно вреден пирит, легко разлагающийся на воздухе с образованием серной кислоты и сильно ухудшающий физико-химические свойства мрамора и его окраску. Средняя плотность мрамора 2600-2800 кг/м3, а предел прочности при сжатии достигает 100-120 МПа. Доломитовый мрамор значительно твёрже кальцитового.
4. Яшмы – продукт метаморфизма кремнистых пород. Сложены мелкозернистым (скрытокристаллическим) халцедоном. Отличаются полосчатой тёмно-красной, желтовато-зелёной, чёрной окраской. Являются очень твёрдыми, крепкими и однородными породами.
5.11. Зерновой состав, прочность и морозостойкость щебня
К крупности, зерновому составу, прочности и морозостойкости предъявляют те же требования, что и к гравию. Щебень чище гравия, он обычно не содержит органических примесей. Предельное содержание глинистых и пылеватых примесей допускается:
1) для бетонов марки 300 и выше – 1% в щебне из изверженных пород и 2% в щебне из карбонатных пород;
2) для бетонов более низких марок, соответственно, 3 и 2% по массе.
Для обычного бетона можно применять щебень можно применять только из пород, прочность которого выше заданной марки бетона, а именно:
1) необходимая прочность исходной каменной породы (в насыщенном водой состоянии) RЩ > 2 RБ для бетона марки 300 и выше;
2) RЩ > 1,5 RБ для бетона более низких марок.
Для бетона в конструкциях, которые подвергаются насыщению водой и замораживанию, желательно применять щебень с водопоглощением не более 3% (по массе), а без замораживания – не более 5%.
5.12. Вредные примеси в крупном заполнителе
Вредные примеси в крупном заполнителе оказываются те же, что и в песке. Допустимое содержание пыли и глинистых частиц зависит от марки бетона и вида крупного заполнителя. Так, в гравии и щебне из гравия глины и пыли допускается не более 1%, в щебне из изверженных и метаморфических пород, предназначенном для бетона марки ниже 300 – 2%, а предназначенном для бетона марки 300 и выше – 1%. Для щебня из карбонатных пород предельное содержание пыли и глины ограничено 3% для бетона марки ниже 300 и 2% - для бетона марки 300 и выше [ 38 ].
Особый вред приносят глинистые и пылевидные частицы, покрывающие плотным слоем зёрна заполнителя. В этом случае они не только повышают водопотребность бетонной смеси, но и препятствуют хорошему сцеплению зёрен с цементным камнем. В результате понижаются прочность и плотность бетона.
Органические примеси в гравии и щебне (в последнем они присутствуют редко) допускаются в том же пределе, что и для песка.
Допустимое содержание пород и минералов, отнесённых к вредным примесям в заполнителях бетонов:
1) аморфные разновидности кремнезёма, растворимого в щелочах (опал, халцедон, кремень) не более 50 ммоль/л;
2) сера, сульфиды, кроме пирита (марказит, пирротин и другие) и сульфаты (гипс, ангидрит и другие) в пересчёте на SO3 – не более 1,5% по массе для крупного заполнителя и 1,0% по массе – для мелкого заполнителя;
3) пирит в пересчёте на SO3 – не более 4% по массе;
4) слоистые силикаты (слюды, гидрослюды, хлориты и другие, являющиеся породообразующими минералами) – не более 15% по объёму для крупного заполнителя и 2% по массе – для мелкого заполнителя;
5) магнетит, гидрооксиды железа (гётит и другие), апатит, нефелин, фосфорит,
являющиеся породообразующими минералами, - каждый в отдельности – не более 10%, а в сумме – не более 15% по объёму;
6) галоиды (галит, сильвин и другие), включающие водорастворимые хлориды, в пересчёте на ион хлора – не более 0,1% по массе для крупного заполнителя и 0,15% по массе – для мелкого заполнителя;
7) свободное волокно асбеста – не более 0,25% по массе;
8) уголь – не более 1% по массе.
ЛЁГКИЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ БЕТОНА
6.1. Лёгкие заполнители [ 38 ]
Лёгкие заполнители отличаются высокой пористостью. Поэтому они имеют низкие среднюю плотность и прочность. Многие из них обладают подверженностью агрессивному воздействию воды и мороза.
Номенклатура и свойства лёгких заполнителей весьма разнообразны. В основу разделения их на группы и виды положены происхождение, средняя плотность и крупность зёрен.
Средняя плотность является ведущим признаком оценки физико-механических свойств лёгких заполнителей. По её величине все лёгкие заполнители подразделяются на 12 марок: от 100 до 1200, при этом марка 1200 допускается только для песка. По величине крупности зёрен различают песок с крупностью зёрен до 5 мм и щебень (гравий) с зёрнами крупностью 5-40 мм. При этом песок рекомендуется иметь двух фракций: до 1,2 мм и 1,2-5 мм, а щебень (гравий) – трёх фракций: 5-10; 10-20 и 20-40 мм.
Для приготовления лёгких бетонов используют следующие лёгкие пористые заполнители:
1) пористые горные породы: пемзу, щебень из вулканических туфов и лав, из известковых туфов, из ракушечников и так далее;
2) широко распространённые отходы промышленности:
- топливные (котельные) шлаки, то есть отходы от сжигания угля в промышленных и других топках;
- гранулированные доменные шлаки, применяемые в бетоне в качестве пористого мелкого заполнителя;
- зольный гравий из золы ТЭЦ;
3) специально изготовленные (искусственные) пористые заполнители:
- керамзит, получаемый в результате вспучивания глин, глинистых сланцев и тому подобного сырья при особом (ускоренном) режиме обжига. Это керамзитовый гравий, щебень и песок;
- шлаковая пемза (термозит) – пористые доменные шлаки, вспученные под действием водяного пара и раздробленные на щебень и песок;
- агломерированные шлаки, получаемые спеканием зол или топливных шлаков на особых спекательных устройствах (аглопорит);
- вспученные при обжиге горных пород (перлит, шунгизит).
6.2. Общие особенности свойств лёгких заполнителей
Лёгкие (пористые) заполнители должны иметь среднюю плотность (объёмную массу) в рыхло насыпанном состоянии менее 1000 кг/м3. Чаще всего они имеют среднюю плотность 500-800 кг/м3. Это примерно вдвое меньше, чем у обычного песка и гравия. Вследствие большой пористости прочность лёгких заполнителей значительно меньше, чем у обычного песка и гравия.
При расчёте составов лёгкого бетона используют понятие средняя плотность заполнителя в куске, то есть плотность самих зёрен лёгкого заполнителя с учётом их пористости. Плотность зёрен заполнителя, в зависимости от вида заполнителя, может колебаться от 0,7 до 1,8 г/см3.
Истинная плотность пористых заполнителей составляет 2,6-2,7 г/см3. Общая пористость равна 40-75%. Большинство пор обычно сообщаются между собой и открыты для доступа воды. Закрытая пористость не превышает 10-20%. Пустотность лёгких пористых заполнителей зависит от зернового состава. Она составляет 30-45%, как для обычного песка и щебня. В лёгких бетонах используют крупный пористый заполнитель (то есть гравий или щебень) стандартных фракций 5-1ё0; 10-20; 20-40 мм. Используют также лёгкий песок, который получается дроблением крупных фракций заполнителя или обжигом. цилиндре диаметром 150 мм порции материала высотой 100 мм до осадки поршня на 20 мм. При этом получают условную прочность материала (дробимость). Действительная прочность зёрен заполнителя превышает условную для керамзита в 3-5 раз, для аглопорита – в 20-30 раз.
Для оценки влияния лёгкого заполнителя на расход воды и на другие свойства бетонной смеси используют понятие о его водопотребности. Наиболее показательная полная водопотребность. Она учитывает не только влияние поверхности заполнителя на цементное тесто, но и водопоглощение из цементного теста. Последнее зависит от состава бетона и обычно составляет 50-70% от полного водопоглощения. Водопотребность лёгкого песка и щебня после их изготовления. Водопотребность лёгких заполнителей колеблется в широких пределах. Она может достигать для песка 30%, а для щебня – 20%.
6.3. Пемза и вулканические шлаки
Природные пористые заполнители вулканического происхождения представляют собой изверженные породы. В ряде случаев целесообразна перевозка их в другие районы и даже на большие расстояния, если это оправдано технико-экономическими расчётами. К пористым горным породам, используемым для получения заполнителей бетона, относятся пемзы, шлаки и туфы.
Пемза – это пористое вулканическое стекло, которое образовалось в результате вспучивания и застывания магмы, выброшенной при извержении вулканов. Обычно возникновение пемзы связано с деятельностью подводных вулканов. Выход магмы из недр на поверхность сопровождается резким спадом давления. При этом растворённые в расплаве газы выделяются в виде пузырьков. Одновременное охлаждение приводит к увеличению вязкости магмы. В результате магма застывает в виде пористой массы губчатого или волокнистого строения.
Производство пемзовых заполнителей состоит в разработке карьеров, дроблении и сортировке материала.
Размеры пор в пемзе от долей миллиметра до 3 мм. Форма пор вытянутая или неправильная. Пористость зёрен достигает 85%. Насыпная плотность пемзового песка различных месторождений составляет 600-1100 кг/м3, щебня – 400-900 кг/м3; плотность зёрен от 0,5 до 1,9 г/см3. Предел прочности при сжатии пемзы составляет 2,5-40 МПа. Пемза имеет ячеистую текстуру. Теплопроводность пемзы 0,12-0,20 Вт/(м·К). Пемза негигроскопична, характеризуется достаточной морозо- и огнестойкостью.
Наиболее часто лёгкие разновидности пемзы используют в качестве заполнителей для теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных лёгких бетонов.
Вулканические шлаки – образовались из жидкой магмы основного состава, выбрасываемой при бурном извержении в воздух. Песок, щебень, а также крупные глыбы вулканического шлака (вулканические бомбы) перерабатываются в заполнители частичным дроблением и фракционированием.
Внешне вулканические шлаки похожи на топливные. Они имеют тёмную окраску от красноватой до чёрной. Текстура крупнопористая, ноздреватая.
Лёгкий бетон, заполнителем в котором служит пемза, называется пемзобетоном. По назначению различают пемзобетоны:
1) теплоизоляционный, применяемый главным образом в многослойных ограждающих конструкциях;
2) конструктивно-теплоизоляционный, используемый преимущественно в однослойных стеновых панелях;
3) конструктивный, предназначенный для несущих конструкций зданий и сооружений.
Средняя плотность пемзобетона 500-1800 кг/м3, прочность при сжатии 0,5-30 МПа, коэффициент теплопроводности 0,15-0,7 Вт/(м·К). По сравнению с обычным (тяжёлым) бетоном пемзобетон характеризуется меньшим (примерно в 2 раза) модулем упругости.
6.4. Туф вулканический
Под общим названием «туф» понимают довольно разнообразные горные породы. Наиболее многочисленными представителями являются те, которые точнее называют вулканическим туфом. Это рыхлые или сцементированные в более или менее твёрдую массу породы, которые образовались:
1) из рыхлых продуктов вулканических извержений;
2) отчасти возникли из грязевых лавовых потоков;
3) в некоторых случаях из смеси этих вулканических продуктов с морскими осадками.
Если туф состоит преимущественно из осколков стекла, то его называют стекловатым.
Туфы, сложенные преимущественно из отдельных кристаллов или их обломков, называют кристаллическими.
Большинство действующих вулканов расположено по берегам морей или на островах, поэтому нередко рыхлые продукты извержений падают в море, где они смешиваются с морскими отложениями. Таким путём формируются смешанные отложения, которые иногда называют туффитами. В подобных условиях в туф попадают остатки морских животных. Насыпная плотность щебня 600-800 кг/м3, песка – 700-1000 кг/м3. Некоторые виды туфов недостаточно водостойки и морозостойки вследствие слабых связей между зёрнами в их структуре. Применение таких туфов в качестве заполнителей для бетона не допускается.
В нашей стране добыча лёгких вулканических пород для производства строительных материалов составляет 36% от необходимого количества.
6.5. Ракушечник
Ракушечник (ракушняк) – камень, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков. Ракушечник легко поддаётся различной обработке. Широко применяется в строительстве. Щебень и песок из ракушечника является хорошим заполнителем для лёгких бетонов.
За счёт воздушных пузырьков внутри ракушечника, материал имеет довольно небольшую плотность и очень низкую теплопроводность. Она в 2-3 раза ниже теплопроводности обычного бетона.
Морозостойкость ракушечника может достигать 50-70 циклов по
|
|
|
