1 Теоретическая часть

Заполнители для бетонов и растворов — это природные или искусственные каменные сыпучие материалы, состоящие из отдельных зерен, заполнитель занимает до 85 % от общего объема бетона. В цементных бетонах и растворах заполнители снижают усадку материала и предотвращает появление усадочных трещин. Кроме того, заполнители во многом определяют свойства бетона. В зависимости от размера зерен различают заполнители мелкие (0,14 - 5 мм) и крупные (5 - 70 мм). Мелкий заполнитель — это песок. Крупный заполнитель в зависимости от формы частиц называют щебнем (шероховатые частицы неправильной формы) или гравием (гладкие округлые частицы). Это природные заполнители, добываемые в карьерах и подвергаемые лишь дроблению, просеиванию и промывке.

Щебень - материал, полученный в результате дробления камней из горных пород. Куски щебня имеют остроугольную форму.

По происхождению щебень подразделяется на три вида:

1. известняковый. Наиболее экологически чистый материал, при добыче требует меньше всего затрат.

2. гранитный. Самый дорогой и самый прочный. По прочности не сравнится ни с одним другим горным камнем.

3. Гравийный. Щебень округлой формы может быть морского или речного происхождения. Сегодня его добывают в карьерах и шахтах в больших количествах.

Марки по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1, а марки по дробимости щебня из изверженных пород - в таблице 2.

Таблица 1 - Марки по дробимости щебня из осадочных пород

Марка по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород	Потеря массы при испытании щебня, %
	в сухом состоянии	в насыщенном водой состоянии
1200	До 11 включ.	До 11 включ.
1000	сверх 11 до 13	сверх11 до 13
800	13 - 15	13 - 15
600	15 - 19	15 - 20
400	19 - 24	20 - 28
300	24 - 28	28 - 38
200	28 - 35	38 - 54

Таблица 2 - Марки по дробимости щебня из изверженных пород

Марка по дробимости щебня из изверженных пород	Потери массы при испытании щебня, %
	из интрузивных пород	из эффузивных пород
1400	До 12 включ.	До 9 включ.
1200	Св. 12 до 16	Св. 9 до 11
1000	16 - 20	11 - 13
800	20 - 25	13 - 15
600	25 - 34	15 - 20

Допускается определять марку щебня из осадочных и метаморфических пород как в сухом, так и в насыщенном водой состоянии. При несовпадении марок по дробимости прочность оценивают по результатам испытания в насыщенном водой состоянии. Марки по дробимости щебня из гравия должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 3.

Таблица 3 - Марки по дробимости щебня из гравия

Марка по дробимости щебня из гравия	Потери массы при испытании, %
	щебня из гравия	гравия
1000	До 10 включ.	До 8 включ.
800	Св. 10 до 14	Св. 8 до 12
600	14 - 18	12 - 16
400	18 - 26	16 - 24

По форме зерен щебень подразделяют на три группы (содержание зерен пластинчатой и игловатой форм, % по массе): кубовидная до 15, улучшенная от 15 до 25, обычная от 25 до 35. Смесь зерен щебня кубовидной формы дает наиболее плотную упаковку. Наличие в щебне зерен пластинчатой и игловатой форм приводит к увеличению межзерновой пустотности в смеси. Кубовидные зерна обладают большей прочностью, чем зерна пластинчатой и игловатой форм.

2 Методики проведения эксперемента

2.1 Определение зернового состава щебня

Масса навески для определения зернового состава берется в зависимости от максимальной крупности заполнителя согласно ГОСТ. Объем высушенной до постоянной массы пробы берут в соответствии наибольшим номинальный размер зерен, D, мм. При наибольшем номинальный размер зерен 10, 20, 40, 70, и свыше 70 мм, соответственно берётся масса пробы 5, 10, 20, 50 кг. Пробу просеивают вручную или механически через набор стандартных сит. Отверстия стандартного набор сит : 1,25Д, Д, 0,5(Д+д), д, а также 2,5 и 1,25 мм. Контроль просеивания за 1мин – проход должен быть не более 0,1 % всей пробы. Остатки на каждом сите взвешивают. Рассчитывают частные и полные остатки.

По результатам просеивания определяют частный остаток на каждом сите

,[%] (6)

где m_i – масса остатка на данном сите, кг;

– сумма частных остатков на всех ситах, кг.

Определяют полные остатки на каждом сите в процентах массы пробы

А = а₇₀ + … + а_i, [%] (7)

где а₇₀ + … + а_i - сумма частных остатков на данном сите и всех ситах с боль-

шими размерами отверстий плюс остаток на данном сите, %.

Затем устанавливают наибольшую D_наиб и наименьшую D_наим крупность зёрен щебня. За наибольшую крупность зёрен щебня принимают размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток не превышает 5 %, а за наименьшую крупность размер отверстия нижнего сита, полный остаток на котором составляет не менее 95 %. Вычисляют значения 0,5 · (D_наиб + D_наим) и 1,25 D_наиб. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в пределах, указанных в таблице 5.

Таблица 5 – Зерновой состав щебня

Размер контрольных сит	Dнаим для фракций с наименьшим размером зёрен, мм		0,5 · (Dнаиб + Dнаим)		Dнаиб	1,25 Dнаиб
	5 (3)	10 и более	одной фракции	смеси фракций
Полный остаток на сите по массе, %	95 - 100	90 - 100	40 - 80	50 – 70	0 - 10	0

Качество зернового состава щебня оценивают значением полных остатков в % на ситах с контрольными отверстиями D_наим, 0,5 · (D_наиб + D_наим), D_наиб, 1,25 D_наиб.

Рисунок 1 – Состав зернового состава щебня (гравия) в бетоне

2.2 Определение содержания в щебне пластинчатых и игловатых зёрен

Наличие в щебне значительного количества игловатых и пластинчатых зерен отрицательно сказывается на прочности бетона, так как подобные зерна имеют пониженную прочность на изгиб, создают в нем пространства, неравномерно заполненные цементным раствором, и ухудшают укладываемость бетонной смеси.

Игловатыми называют такие зерна, у которых длина, как минимум, в три раза превышает ширину и высоту. Пластинчатыми (лещадными) называют зерна, у которых высота, как минимум, в три раза меньше длины и ширины.

Для определения содержания в крупном заполнителе игловатых и пластинчатых зерен используют остатки на ситах, полученные при определении зернового состава щебня. При этом от фракции 5-10 мм берут 0,25 кг; 10-20 мм - 1 кг; 20-40 мм - 5 кг и 40-70 мм - 15 кг. При наличии в испытуемом щебне какой-либо фракции в количестве, меньшем 5 % по массе, содержание зерен игловатой и пластинчатой формы в этой фракции не определяют.

Взвешенную пробу рассыпают на лабораторном столе и визуально отбирают из нее игловатые и пластинчатые зерна. В сомнительных случаях соотношение размеров зерен определяют при помощи штангенциркуля или линейки. Зерна игловатой и пластинчатой формы взвешивают.

Содержание в каждой фракции щебня зерен игловатой и пластинчатой формы вычисляют по формуле

П = [m₁/(m₁ + m₂)]100 , [%] (9)

где m₁ – масса зёрен пластинчатой и игловатой формы, кг;

m₂ – масса остальных зёрен, кг.

Содержание зёрен пластинчатой формы определяют как среднее арифметическое результатов испытаний каждой фракции.

Щебень по форме зёрен подразделяют на 3 группы в зависимости от содержания зёрен пластинчатой и игловатой формы: кубовидная форма, с содержанием указанных зёрен до 15 %; улучшенная, с содержанием указанных зёрен до 25 %; обычная, с содержанием указанных зёрен до 35 %.

2.3 Определение содержания в гравии органических примесей

Испытанию подвергают фракции гравия с наибольшей крупностью зерене 20 мм. Дл испытания берут среднюю пробу этой фракции в воздушно-сухом состоянии массой 1 кг и просеивают сквозь сито с диаметром отверстий 20 мм. Прошедшим сквозь сито гравием наполняют мерный цилиндр вместимостью 250 мл до уровня 130 мл, после чего заливают в цилиндр 3%-ный раствор едкого натра до деления 200 мл. В остальном методика испытания та же, что и при испытании песка (см. лабораторную работу № 9).

Цвет раствора едкого натра при обработке гравия не должен быть темнее эталона.

2.4 Определение содержания в щебне (гравии) пылевидных, илистых и глинистых частиц

Пылевидные, илистые и глинистые частицы – вредные примеси в крупном заполнителе, так как, покрывая поверхность зерен заполнителя, они препятствуют сцеплению его с цементным камнем и этим снижают прочность и морозостойкость бетона. Суммарное содержание этих примесей определяют методом отмучивания.

Пробу щебня (гравия) высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы. От сухой пробы берут навеску 5 кг при наибольшей крпности зерен щебня (гравия) 40 мм и 10 кг при наибольшей крупности зерен 70 мм. Отобранную пробу щебня (гравия) помещают в сосуд для отмучивания, который имеет несколько большие размеры, чем сосуд для отмучивания песка. Высота сосуда 350 мм, внутренний диаметр 230 мм. Пробу заливают водой до верхнего сливного отверстия и выдерживают в таком состоянии до полного размокания глинистой пленки на зернах щебня (гравия) или комков глины, если они имеются в пробе. Затем в сосуд с щебнем (гравием) доливают воду в таком количестве, чтобы высота слоя над пробой была не менее 200 мм, энергично перемешивают содержимое сосуда деревянной мешалкой и оставляют в покое на 2 минуты. После этого через 2 нижних отверстия сосуда сливают полученную при промывании щебня (гравия) суспензию с таким расчетом, чтобы над пробой остался слой суспензии не менее 30 мм. Затем щебень вновь заливают водой и испытание повторяют до тех пор, пока после промывки вода не будет прозрачной. Закончив промывку, пробу высушивают до постоянной массы.

Содержание в щебне отмучиваемых частиц П_отм, %, вычисляют с точностью до 0,1 % по формуле

П_отм = [(m – m₁)/m]100,[ %] (10)

где m – массы пробы до отмучивания, г;

m₁ – масса пробы после отмучивания, г.

Содержание в щебне отмученных частиц вычисляют как среднее арифметическое двух определений.

В щебне из изверженных и метаморфических горных пород, предназначенном для бетонов, содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 1 %. В щебне из осадочных горных пород марок до 400 и от 400 до 1200 содержание этих частиц е должно превышать соответственно 3 и 2 %.

3 Результаты эксперимента

Таблица 4 – Определение зернового состава щебня

Размер отверстий сит, мм	Частные остатки, аi		Полные остатки, Аi,%		Днаим		Днаиб
	г	%
70 40 20 10 5	0 1400 1470 3360 3610	0 14,2 14,9 34,1 36,7	0 14,2 29,1 63,2 99,9	5		70

∑=9840

Таблица 5 – Определение марки по дробимости щебня

Наименование материала	Масса навески до испытания, г	Масса остатка на сите,г	Др, %	Марка по дробимости	Марка по прочности
Гранитный щебень	3585	3290	8,23	Др 16	М 1400

Таблица 6 – Определение формы зерна щебня

Наименование материала	Масса пробы,г	Mпл+игл, г	Mост, г	П, %	Форма
Гранитный щебень	1000	203	797	25	улучшенная

Вывод: таким образом, мы изучили методики определения основных показателей качества щебня, расчетов основных показателей качества, научились анализировать полученные экспериментальные данные, оценивать качество заполнителей и устанавливать возможность их использования для бетонов и растворов.

Зерновой состав щебня определяли определяли значением полных остатков в % на ситах с контрольными отверстиями D_наим, 0,5 · (D_наиб + D_наим), D_наиб, 1,25 D_наиб.

Для определения содержания в щебне пластинчатых и игловатых зёрен использовали остатки на ситах, полученные при определении зернового состава щебня. При этом от фракции 5-10 мм берут 0,25 кг; 10-20 мм - 1 кг; 20-40 мм - 5 кг и 40-70 мм - 15 кг. При наличии в испытуемом щебне какой-либо фракции в количестве, меньшем 5 % по массе, содержание зерен игловатой и пластинчатой формы в этой фракции не определяют.

Лабораторная работа № 11

«Изучение свойств бетонной смеси и бетона»

Цель работы: изучить основные свойства бетона и бетонной смеси, определить на практике подвижность бетонной смеси, средней плотности бетонной смеси, и прочность бетона на сжатие.