Змістовий модуль 2

4.2.1. Заповнювачі із природних щільних порід; сировинна

база, класифікація порід, характеристика метаморфічних,

осадових, органогенних порід, пісків та їх властивостей.

Для виробництва заповнювачів застовують природні кам’яні гірські породи, які поділяють на три генетичні групи: магматичні породи; осадові породи; метаморфічні породи.

Магматичні гірські породи за хімічним складом поділяються на кислі (SiO₂>65%), середні (SiO₂=65...56%) і основні (SiO₂< 55%).

До кислих порід належать граніти - глибинні породи, що містять в собі: польові шпати до 70%, кварц - більш 20%, слюди - біля 5% з густиною 2600…2700 кг/м³, водопоглинанням не більш 0,5%, міцністю при стиску 200..250 МПа.

До середніх магматичних порід належать глибинні породи - діорит, сієніт та їх вилиті аналоги - андезит, трахіт, які активно реагують з лугами, що є причиною їх обмеженого використання у бетонах. Ці породи кислотостійкі. Діорит і сієніт відрізняються від граніту відсутністю кварцу. Границя міцності при стиску діориту - до 250 МПа, сієніту - до 180 МПа.

До вивержених основних гірських порід належать глибинні породи: габро, і вилиті - базальт і діабаз, які відрізняються високими міцністю 300...350 МПа і густиною 3000 кг/м³.

Осадові породи, уламкові, представлені покладами піску і гравію, що широко використовують як заповнювачі для бетону.

В якості дрібного заповнювача для важких бетонів застосовують пісок з насипною густиною більше 1200 кг/м³, які поділяють на природні і подрібнені. За мінералогічним складом розрізняють кварцові, польовошпатні, карбонатні піски. Пісок і гравій льодовикового походження, невідсортовані, залягають у вигляді піщано-гравійних сумішей і забруднені глинистими домішками. Гравій - це сипкий матеріал, що утворився в результаті вивітрювання вивержених чи осадових гірських порід. Розрізняють гравій гірський, річковий і морський. Зерна гравію розмірами 5...70 мм мають округлу форму з гладенькою поверхнею, що погіршує адгезію цементу до заповнювача. Коли вміст піску становить 25...40%, то матеріал називають піщано-гравійною сумішшю.

Для важкого бетону найбільш придатною є малообкатана форма зерен заповнювача, менш придатна - пластинчаста і голчаста, вміст якої у гравії для бетону не повинен бути більше 15% за масою.

У виробництві заповнювачів для бетону значне місце займають вапняки і доломіти. Щільні кристалічні вапняки мають міцність до 200 МПа при середній густині 2700 кг/м³, є стійкими до дії лугів у середовищі портландцементного каменю і добре зчеплюються з ним у бетоні. Доломіт утворюється мінералами кальцитом і магнезитом.

Для виробництва заповнювачів застосовують метаморфічні гірські породи: гнейси - метаморфізовані граніти, які відрізняються від звичайних гранітів шаруватою будовою, кварцити, високоміцна гірська порода із зрощених кристалів кварцу.

Мармури утворилися внаслідок перекристалізації вапняків, складаються з кристалів кальциту, з домішками доломіту, відрізняються високою міцністю 300 МПа, при подрібненні утворюють зерна з шорсткою поверхнею, яка забезпечує добре зчеплення з цементним каменем бетону.

Пісок - дрібний заповнювач, у бетоні з цементним тістом сприяє утворенню мезоструктури матеріалу. Для важкого бетону застовують пісок з насипною густиною більше 1400 кг/м³, який містить щільні, міцні зерна з середньою густиною біля 2000 кг/м³. Зерновий склад піску характеризується вмістом зерен різної крупності і визначається просіюванням середньої проби 2 кг крізь набір сит: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Після просіювання піску визначають у відсотках до загальної маси наважки часткові залишки. Повні залишки розраховують підсумовуючи часткові залишки на даному ситі і залишки на усіх ситах з більш крупними отворами.

Зерновий склад піску характеризується модулем крупності: М_кр – відношенням суми повних залишків на ситах діаметром від 2,5 мм до 0,16 мм до 100 %. При застосуванні пісків рекомендованого зернового складу з М_кр=2,2...2,75 забезпечується виготовлення бетону проектної марки. Зерновий склад піску зумовлює його пустотність. Збільшення насипної густини призводить до зменшення пустотності природного піску: при насипній густині 1500...1600 кг/м³, пустотність становить 30...40%.

Вміст у піску пилуватих і глинистих домішок визначається за допомогою відмивання піску водою за стандартною методикою. Вміст відмитих домішок у природному піску (ДСТУ БВ. 2.7-32-95) не повинен перевищувати 3%, у збагаченому - 2%, у подрібненому - 5%. Вміст глини у грудках не повинен перевищувати 0,5%, а у збагаченому піску - не більше 2,5 %.

При виготовленні відповідальних конструкцій, таких як труби, мости, вміст глинистих часток не дозволяється.

Вміст органічних домішок у піску визначають за допомогою колориметричної проби; пісок заливають 3% розчином NaОН і після перемішування залишають на 24 години. Залежно від вмісту органічних домішок розчин набуває жовтуватого або коричневого кольору, який порівнюють з кольором еталону; в піску допускається не більше 1% органічних домішок.

Вміст у піску аморфного кремнезему, рудних мінералів, слюди, сірчанокислих і сірчаних речовин визначається за допомогою петрографічних випробувань. ГОСТ 8735 передбачає визначення хімічним методом потенційної реакційної здатності піску при взаємодії його з лугами цементу. Пробу піску в суміші з розчином NaОН, витримують у термостаті при температурі 80⁰С протягом 24 годин, а потім визначають масу розчиненого кремнезему. Реакційна здатність заповнювача визначається випробуванням його у цементному розчині: формують зразки розмірами 4x4x16 см і протягом тривалого часу визначають їх можливі деформації.