§ 48. Материалы для тяжелого бетона

Прочность, долговечность и другие свойства бетона в значительной мере зависят от качества исходных мате­риалов. В зависимости от назначения и условий эксплуа­тации бетона в сооружении к составляющим его компо­нентам предъявляют соответствующие требования.

Цемент. Выбор вида и марки цемента определяется заданной прочностью бетона, условиями его твердения и эксплуатации бетонных конструкций. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

Марка бетона	М100	М150	М200	М400	М200	М500	М600
Марка цемента	300	300	400	400	500	550-600	600

В случаях когда марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, следует применять микронаполнители — измельченные горные породы (из­вестняки, доломиты и др.) или промышленные отходы (доменные и топливные шлаки, золы и др.).

При выборе цемента для бетонов, твердеющих в раз­личных тепловлажностных условиях, необходимо учиты­вать минералогический состав цемента, тонкость помола и содержание в нем минеральных и других добавок.

Вода. Для приготовления бетонных смесей и поливки бетона применяют питьевую или природную воду, не со­держащую вредных примесей, препятствующих нормаль­ному схватыванию и твердению бетона. К вредным приме­сям относятся сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др. Использовать промышлен­ные, сточные и болотные воды для затворения и полив­ки бетона, как правило, нельзя.

Пригодность воды для бетона устанавливают химиче­ским анализом, а также сравнительным испытанием бе­тонных образцов на прочность. Вода для затворения бе­тона считается пригодной, если приготовленные на ней образцы бетона в возрасте 28 сут нормального твердения имеют не меньшую прочность, чем образцы бетона на чи­стой питьевой воде.

Песок. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок, который представ­ляет собой рыхлую смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, возникшую в результате естественного разрушения твердых горных пород.

В зависимости от горной породы, из которой образовался песок, его химический состав может быть различным. Наиболее часто встре­чаются пески, состоящие в основном из кварца с примесью зерен полевого шпата и слюды. Реже встречаются пески известняковые, ра­кушечные и др.

Природные пески в зависимости от условий залегания разделя­ются на речные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроуголь­ные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.

Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Форма зерен дробленых песков остроугольная, а поверхность шероховатая. Они не содержат вредных примесей, которые часто встречаются в природных песках. Однако дробленые пески имеют высокую стои­мость, и поэтому их применяют для обогащения мелкого природного песка, служащего сырьем для производства высокопрочных бетонов. Песок для тяжелого бетона выбирают с учетом его свойств и стои­мости, при этом необходимо стремиться к использованию местного природного песка.

Качество песка, применяемого для приготовления тя­желого бетона, определяется в основном зерновым со­ставом и содержанием вредных примесей. Зерновой (гра­нулометрический) состав песка имеет большое значение для получения тяжелого бетона заданной марки при ми­нимальном расходе цемента. В тяжелом бетоне песок заполняет пустоты между зернами крупного заполните­ля, в то же время все пустоты между зернами песка должны быть заполнены цементным тестом. Кроме того, этим же тестом должны быть покрыты и поверхности всех частиц. Однако для уменьшения расхода цемент­ного теста следует употреблять пески с малой пустотно- стью и наименьшей суммарной поверхностью частиц.

Зерновой состав песка характеризуется содержанием в нем зерен различного размера. Для определения зер­нового состава песка используют стандартный набор сит с отверстиями (мм): 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14, через который просеивают навеску песка. Сначала определяют частные остатки (в %) на каждом сите (а₂,5, «1,25, «о.бз ит.д.), а затем полные остатки (Л2,5, А^ь, Л₀,₆з и т.д.). Полный остаток на любом сите равен сумме частных ос­татков на этом сите и всех вышерасположенных ситах. Так, Ло.ез^Оо,63+01,25+^2,5- Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка.

На основании результатов ситового анализа песка можно рассчитать модуль крупности зерен М_к по фор­муле:

Мк = {/4_2i5 + A_t 25 + Л_{0 Г)3} -f- j4₀,3ie> + ^0,14)/100.

По зерновому составу пески делят на крупные, сред­ние, мелкие и очень мелкие:

Группа песка Полный остаток М_н

на сите № 0,63, %

Крупный. Более 50 Более 2,5

Средний 30—50 2,5—2

Мелкий 10—30 2—1,5

Очень мелкий Менее 10 1,5—I

Для оценки зернового со­става песка и его пригодно­сти для изготовления бето­на результаты просеивания (по полным остаткам) нано­сят на график (рис. 46). Пе­

⁵ сок считается пригодным для приготовления бетона, если

ва располагается в пределах

заштрихованной площади. Кроме того, в песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен раз­мером более 10 мм, а зерен размером 5—10 мм не долж­но быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не долж­но превышать 10 %.

Для приготовления тяжелого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности 2—3,25. Использовать для бетона мелкие и тем более очень мел­кие пески допускается только после технико-экономиче­ского обоснования целесообразности их применения.

Средняя плотность песка зависит от его пустотности и влажности. Чем ниже пустотность песка, тем выше его средняя плотность, поэтому по величине последней мож­но оценить качество зернового состава песка. Обычно средняя плотность сухого кварцевого песка в рыхлом со­стоянии колеблется в пределах 1500—1550 кг/м³, в уп­лотненном — 1600—1700 кг/м³. Кроме того, средняя плот­ность песка в определенной мере характеризует структу­ру самих зерен. Например, пески, состоящие из плотных, прочных и морозостойких зерен, имеют повышенную сред­нюю плотность (не менее 1550 кг/м³). Такие пески при­меняют для приготовления высокопрочных и морозостой­ких бетонов.

Наименьшая средняя плотность кварцевого песка соответствует его влажности 5—7 % • Это обстоятельст­во следует учитывать при обычной дозировке песка, а также при его приемке.

Качество песка для бетона определяют не только зер­новым составом-, но и содержанием вредных примесей (глинистые и пылевидные частицы, органические приме­си, сернистые и сернокислые соединения), количество ко­торых не должно превышать установленных стандартом пределов.

Глинистые и пылевидные частицы увеличиваю^ суммарную по­верхность заполнителя, при этом повышается водопотребность бетон­ной смеси, вследствие чего снижается прочность бекона. Кроме того, глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерн_а песка, ухудша­ют сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Поэтому для приготовления тяжелых бетонов разрешается приме­нять природные пески с содержанием пылевидных _и глинистых час­тиц, определяемых отмучиванием, не более 3 %, а дробленые пески — не более 5 %. Для уменьшения содержания указанных примесей пе­сок промывают водой в специальных машинах — п^комойках.

Органические примеси (остатки растений, переь_ной и т. п.) сни­жают прочность цементного камня и могут явитьс_я источником его разрушения. Степень загрязнения песка органическими примесями устанавливают колориметрическим методом — обработкой пробы песка 3 %-ным раствором едкого натра. Если после обработки песка цвет раствора не окажется темнее эталона (цвет крепкого чая), то песок признают пригодным для бетона. Испытуемой песок считают также пригодным, если прочность образцов раствора из него не меньше прочности образцов с тем же песком, но промытым снача­ла известковым молоком, а затем водой. Сернистое и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона. Их содержание в песке в пересчете на S0_{3 Н}е должно пре­вышать 1 % по массе.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполни­теля для приготовления тяжелого бетона Применяют гра­вий или щебень.

Гравий — рыхлая смесь зерен округлой формы раз­мером 5—70 мм, образовавшихся в результате естествен­ного разрушения (выветривания) твердых горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и мор­ским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, ныли и органи­ческих веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепле­ния его можно дробить на щебень.

Щебень — рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а так­же кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зе­рен различных размеров (5—70 мм) подергают рассеву на отдельные фракции. Отсеянные частицы размером ме­нее 3 мм используют в качестве песка. 1Дебеиь отлича­ется от гравия остроугольной формой и Шероховатой по­верхностью зерен, в связи с чем сцепление его с цемент­но-песчаным раствором лучше, чем гравяя. Содержание в щебне вредных органических примесей незначительно.

Качество крупного заполнителя характеризуется зер­новым составом, формой зерен и содержанием вредных примесей. Кроме того, качество щебня и гравия должно удовлетворять определенным требованиям по прочности и морозостойкости.

Зерновой состав крупного заполнителя оказывает большое влияние на качество бетона. При выборе зерно­вого состава крупного заполнителя для бетона необхо­димо исходить из основного требования — получить наи­меньший объем пустот в крупном заполнителе, а следо­вательно, снизить расход цемента в бетоне заданной марки.

В зависимости от размера зерен гравий и щебень под­разделяют на фракции 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зер­на всех размеров — от наибольшего до наименьшего для данной фракции.

Для приготовления бетона более экономичен предель­но крупный гравий или щебень, так как при этом из-за меньшей суммарной поверхности зерен снижается рас­ход цемента. Однако наибольшая крупность зерен запол­нителя ограничивается размерами бетонируемых конст­рукций и расстояниями между стержнями арматуры. На­пример, наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более ^]/з наименьшего размера бетони­руемой конструкции или не более ³Д наименьшего рас­стояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Для тонкостенных густоармнровйнных конструкций следует использовать заполнитель крупно­стью до 20 мм, а для более массивных конструкций — до 40 и даже до 70 мм. Содержание зерен крупнее уста­новленного наибольшего размера допускается не более 5 % по массе гравия или щебня.

Зерновой состав крупного заполнителя определяют просеиванием средней пробы массой 10 кг через стан­дартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм и последующим взвешиванием остатков на каж­дом сите. Затем вычисляют в процентах частные и полные остатки и устанавливают наибольшую D_nаиб и наимень­шую £>наим крупность зерен заполнителя. За наибольшую крупность зерен принимают размер отверстия того верх­него сита, на котором полный остаток превышает 5 %, а за наименьшую — размер отверстия первого снизу си­та, полный остаток на котором составляет не менее

95%. Кроме того, вычисля­ют значения 0,5 (Д_Мим+

+D_наиб) И 1,25 _Dнаиб-

Для оценки зернового состава крупного заполни­теля по результатам просеи­вания строят кривую (рис.

47). Крупный заполнитель признают пригодным для приготовления бетона, если кривая его зернового соста­ва располагается в пределах заштрихованной площади.

Объем пустот в гравии не должен превышать 45, а в щебне —50 %. Для уменьшения пустотности заполнителя следует смеши­вать в надлежащих соотношениях отдельные фракции зерен или вводить в него недостающие фракции.

Для приготовления бетона более выгодны щебень, форма зерен которого близка к кубической, и гравий яй­цевидной или шаровой формы. Содержание в гравии или щебне лещадных или игловидных зерен не должно пре­вышать 15 % по массе. Глинистые и пылевидные части­цы в составе гравия и щебня считаются, как и в песке, вредными примесями. Содержание в гравии глинистых и пылевидных частиц, определяемых отмучиванием, не . должно превышать 1 % по массе. В щебне из извержен­ных и метаморфических горных пород, предназначенном для бетона марок ниже М 300, содержание глинистых и пылевидных частиц не должно превышать 2 %, а для бе­тона марок М 300 и выше — 1 %. Органические примеси снижают качество крупного заполнителя, поэтому их со­держание устанавливают, как и для песка, колориметри­ческим методом.

Прочность зерен крупного заполнителя оказывает су­щественное влияние на прочность приготовленного на нем бетона. В свою очередь, марка щебня по прочности за­висит от прочности исходной горной породы, Для тяже­лых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5—2 раза выше заданной марки бетона. Предварительно пригодность гравия и щебня для бетонов различных марок оценивают по степени их дробимости при раздавливании в стальном время следует предусматривать мероприятия по рыхлению смерз­шихся заполнителей, а также по их оттаиванию и подогреву.