Строительные материалы

разведке и в отдельных случаях при необходимости; в большинстве случаев прочность щебня, как и гравия, оценивается испытанием на дробимость по ГОСТ 8269. Для щебня из гранитных пород требования ГОСТ 8267 приведены в табл. 9.2.

Щебень из изверженных пород марок 800 и выше, согласно ГОСТ 8269.0, может применяться в качестве крупного заполнителя для всех видов тяжелого бетона сборных и монолитных конструкций, причем для бетонов марки М 300 (класса В 25) и выше марка щебня должна быть выше марки бетона не менее чем в 2 раза.

Т а б л и ц а 9.2

Гравий керамзитовый, керамзит гравиеподобный и другие пористые заполнители в отличие от плотных маркируются по прочности (дробимости) и по насыпной плотности, поскольку они предназначены для получения легких бетонов. Легкость - их главное достоинство. Но прочность пористых заполнителей тоже важна, поэтому, согласно стандарту, каждой марке по насыпной плотности должна соответствовать определенная прочность. Требования СТБ 1217 к керамзитовому гравию и керамзиту гравиеподобному приведены в табл. 9.3.

Прочность пористых заполнителей оценивается косвенно по методике согласно ГОСТ 9758.

201

Т а б л и ц а 9.3

Марки и требования к прочности керамзита

Щебень аглопоритовый по СТБ 1217 подразделяется на марки по насыпной плотности и прочности. Каждой марке должна соответствовать прочность на сдавливание в цилиндре по методике ГОСТ 9758 не менее установленного минимума. Выборочно эти требования приведены в табл. 9.4.

202

Задания

Задание 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ КРУПНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

Насыпной плотностью заполнителя называется отношение его массы ко всему занимаемому объему, включая межзерновую пустотность.

Насыпная плотность является важной характеристикой заполнителей, особенно пористых, основная маркировка которых производится по этому показателю. Знание насыпной плотности необходимо для расчета массовой доли заполнителя, если известен его объем. При определении вместимости складских помещений, бункеров исходя из требуемой массы заполнителя при расчете состава бетона, дозировании заполнителей также необходимо знать эту характеристику. Насыпную плотность определяют путем взвешивания заполнителя данной фракции, высушенного до постоянной массы, в мерном сосуде.

Следует иметь в виду, что результат определения насыпной плотности заполнителя зависит от вместимости и формы мерного сосуда и от соотношения размеров сосуда и зерен заполнителя. При данной крупности зерен, чем меньше размеры сосуда, тем относительно меньшей будет степень заполнения его объема зернистым материалом. Поэтому действующие нормы предусматривают использование стандартных мерных цилиндрических сосудов различной вместимости для заполнителей разной крупности. Для определения насыпной плотности природного гравия или щебня с наибольшей крупностью зерен 10 мм ГОСТ 8269 предусматривает ис-

203

пользование мерного сосуда вместимостью 5 л; с наибольшей крупностью 20 мм – 10 л; 40 мм – 20 л. Для пористых заполнителей крупностью до 10 мм, согласно ГОСТ 9758, вместимость сосуда – 2 л; 20 мм – 5 л; 40 мм – 10 л. Форма мерных сосудов во всех случаях цилиндрическая, высота равна диаметру.

Приборы и материалы

1.Весы настольные циферблатные.

2.Шкаф сушильный.

3.Крупный заполнитель: щебень гранитный и аглопоритовый, гравий природный и керамзитовый.

4.Цилиндры мерные вместимостью 5, 10, 20, 50 л.

Методика испытаний

Насыпную плотность определяют следующим образом. Высушенный до постоянной массы заполнитель насыпают с высоты 100 мм в предварительно взвешенный мерный сосуд до образования над верхом сосуда конуса. Затем, не сдвигая сосуд (во избежание уплотнения заполнителя), стальной линейкой движением к себе, от себя или от середины влево и вправо срезают конус, и сосуд с заполнителем взвешивают.

Насыпную плотность заполнителя в кг/м3 вычисляют по формуле

где m2 – масса мерного сосуда с заполнителем, г (кг); m1 – масса мерного сосуда, г (кг);

V – вместимость мерного сосуда, л (м3).

Насыпную плотность определяют два раза, при этом каждый раз берут новую порцию заполнителя.

За результат принимают среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний.

Студенты определяют насыпную плотность природного гравия и гранитного щебня, керамзитового гравия и щебня аглопоритового.

204

Результаты испытаний

Результаты испытаний крупных заполнителей заносят в табл. 9.1 и сравнивают между собой по насыпной плотности. Анализируют, почему гравий тяжелее щебня, почему природные заполнители тяжелее искусственных. Для керамзитового гравия и аглопоритового щебня устанавливают их марки по плотности, пользуясь табл. 9.3, 9.4.

Т а б л и ц а 9.5

Результаты определения насыпной плотности крупных заполнителей

Сравнить насыпную плотность испытанных заполнителей и дать объяснение.

Задание 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЗЕРЕН ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

Плотность зерен заполнителя представляет собой отношение массы пробы сухого щебня или гравия к суммарному объему его зерен.

205

Объем зерен заполнителя определяют по разнице в результатах взвешивания пробы на воздухе и в воде. Так как взвешивание в воде сопряжено с возможностью ее проникания в поры зерен заполнителя, последний заранее насыщают водой.

Плотность зерен заполнителя в г/см3 или кг/м3 вычисляют по формуле

где m – масса пробы заполнителя в сухом состоянии, г (кг);

m1 – масса пробы заполнителя в водонасыщенном состоянии (результат взвешивания на воздухе), г (кг);

m2 – результат взвешивания той же пробы в воде, г (кг); ρв – плотность воды, принятая равной 1 г/см3 (1000 кг/м3).

Приборы и материалы

1.Весы настольные циферблатные.

2.Весы с приспособлением для гидростатического взвешивания.

3.Шкаф сушильный.

4.Сосуд для насыщения заполнителя.

5.Сита из стандартного набора.

6.Щетка металлическая.

Методика испытаний

Пробы крупного заполнителя объемом в 1 л высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу.

Затем их насыщают водой, опуская в воду комнатной температуры на 2 ч для того, чтобы в процессе гидростатического взвешивания исключить проникание воды в поры. Поскольку этот процесс длительный, для ускорения лабораторной работы студентам предлагаются заранее приготовленные пробы заполнителей, взвешенные в сухом состоянии и затем насыщенные водой. Насыщенные водой заполнители вынимают из воды, удаляют влагу с их поверхности мягкой влажной тканью, взвешивают на настольных весах, а затем на гидростатических, помещая заполнители в сетчатый (перфори-

206

рованный) стакан, погруженный в воду. При гидростатическом взвешивании пористых заполнителей, если они даже в насыщенном водой состоянии легче воды, может случиться, что результат взвешивания m2 (масса пробы в воде) окажется отрицательным, и заполнитель потянет рычаг весов не вниз, а вверх. В этом случае в расчетную формулу следует подставить m2 со знаком минус, т. е. абсолютные значения m1 и m2 сложить.

Результаты испытаний

Плотность зерен заполнителя вычисляют по формуле (9.2) и заносят в табл. 9.6.

Т а б л и ц а 9.6

Результаты определения плотности зерен заполнителей

Сравнить численные значения плотности зерен испытанных заполнителей и дать объяснение.

207

Задание 3. РАСЧЕТ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

Методика испытаний

Зная насыпную плотность ρн и среднюю плотность зерен ρз, можно для каждого из испытанных заполнителей рассчитать пустотность в процентах по формуле

где ρн и ρз в кг/м3.

Проделав этот расчет, следует сравнить пустотность гравия и щебня. Как правило, пустотность щебня больше, что связано с формой его зерен. Взаимная укладка угловатых зерен щебня оказывается менее компактной, чем округлых зерен гравия.

Повышенная пустотность щебня – фактор негативный: при прочих равных условиях он приводит к необходимости повышенного расхода цемента для получения плотного бетона. С другой стороны, преимущество щебня перед гравием состоит в лучшем сцеплении с ним цементного камня, что является решающим фактором при получении высококачественных бетонов.

При сравнении межзерновой пустотности пористых заполнителей следует также обратить внимание на то, что у керамзитового гравия она меньше, у аглопоритового больше.

Затем следует проанализировать свойства зерен испытуемых заполнителей. Данные из задания № 2 можно использовать для оценки водопоглощения заполнителей за время их пребывания в воде.

Водопоглощение по массе, %,

Водопоглощение по объему, %,

208

(Обозначения величин приведены в задании 2.)

Пористые заполнители – керамзит и аглопорит, естественно, имеют гораздо большее водопоглощение, чем природный гравий и гранитный щебень – материалы весьма плотные. При приготовлении легкобетонных смесей это обстоятельство следует учитывать при дозировании воды и при выборе технологических приемов. В частности, бетонные смеси на пористых заполнителяхпослеприготовлениядолжны быть как можнобыстрее уложены, в противном случаеводопоглощениезаполнителей приведетк ухудшениюудобоукладываемости бетонныхсмесей, и, какследствие, кснижениюпрочности бетонов.

Пористость зерен заполнителей в процентах определяется по формуле

где ρ – плотность вещества заполнителей (истинная плотность), кг/м3. Определение плотности вещества (истинной плотности) производится путем истирания материала в тонкий порошок с последующим определением объема жидкости, вытесняемой навеской порошка. Поскольку студенты уже ознакомились с этой методикой в ходе других лабораторных работ, здесь можно принять значения

ρ, сообщаемые преподавателем.

Рассчитав пористость зерен заполнителей, следует сравнить полученные результаты и оценить эффективность технологии производства пористых заполнителей, в частности, керамзитового гравия. Чем больше пористость заполнителя, тем меньше материалоемкость, энергоемкость производства, себестоимость; с другой стороны, выше эффективность его применения в легких бетонах, так как бетоны получаются более легкими, с меньшей теплопроводностью.

Дальнейший анализ экспериментальных данных позволяет оценить пористость зерен заполнителей качественно. Коэффициент насыщения пор

показывает, какая часть общей пористости зерен заполнителя открыта и в данных условиях доступна заполнению водой. Очевидно,

209

что с точки зрения эксплуатационных свойств легких бетонов предпочтительна закрытая пористость заполнителя.

Результаты испытаний

Результаты определения структурных характеристик заносят в табл. 9.7.

Т а б л и ц а 9.7

Структурные и гидрофизические характеристики пористых заполнителей

210