Заполнители для бетона и асфальтобетона. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНА И АСФАЛЬТОБЕТОНА

Учебное пособие

Тюмень

ТИУ

2023

3

ВВЕДЕНИЕ

Данное пособие подготовлено в соответствии с программой дисциплины «Строительные материалы». Его цель – дать обучающимся системные знания в области теории, технологии и практического применения плотных и пористых заполнителей при получении искусственных конгломератов на основе вяжущих веществ.

Бетоны и асфальтобетоны являются сложными материалами, состоящими из вяжущего вещества, заполнителей, наполнителей, добавок и других составляющих в зависимости от вида конгломерата. Заполнители занимают 70-80 % от общего объема и взаимодействуя с вяжущим, формируют его макроструктуру. От вида и свойств заполнителей существенно зависят свойства и долговечность искусственного камня. Умение ориентироваться в многообразии плотных и пористых заполнителей, анализировать их свойства и правильно выбирать материал для конкретных условий нагружения и эксплуатации является крайне важным навыком, формирующимся при изучении дисциплины «Строительные материалы».

Образовательные задачи, решаемые пособием, включают:

-изучение заполнителей, применяемых в строительной практике в настоящее время, и возможностей улучшения их свойств в будущем;

-изучение способов ресурсо-и энергосбережения при получении и применении заполнителей для бетона и асфальтобетона с соблюдением требований промышленной экологии и охраны окружающей среды.

4

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Бетон - искусственный камневидный строительный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из крупного и мелкого заполнителя, вяжущего, воды и в необходимых случаях добавок.

По виду заполнителей бетоны подразделяют на бетоны на заполнителях:

-плотных;

-пористых;

-специальных (например, металлическая дробь, вспененный гранулированный полистирол). Вид заполнителя и его свойства определяют физикомеханические свойства бетона. Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Классификация заполнителей для бетона приведена в таблице 1.1.

5

6

7

2. ПЛОТНЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНА

Наибольший объём в бетонах и растворах занимает заполнитель. Поэтому выбору качества и разновидности заполнителя всегда уделяется большое внимание.

Сырьём для заполнителей и наполнителей служат природные каменные материалы (минералы и горные породы).

Заполнители получают путём разработки месторождений рыхлых горных пород в виде песка или гравия, природного щебня. Широко используют дроблёные горные породы: щебень, высевки, песок и каменную муку.

Песок. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок, который представляет собой рыхлую смесь зерен крупностью от 0,16 до 5 мм, возникшую в результате естественного разрушения плотных прочных 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 цементным камнем. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.

Искусственные пески получают дроблением плотных прочных 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 прочности 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 пустотностью и наименьшей суммарной поверхностью частиц.

8

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 0,16, через которые просеивают навеску песка. Сначала определяют частные

ме частных остатков на этом сите и на всех вышерасположенных ситах.

рактеристикой зернового состава песка.

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

(2.1)

В соответствии с ГОСТ 8736-2014 по зерновому составу и модулю крупности пески делят на группы (таблица 2.1).

Для приготовления тяжелого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности св. 2 до 3. Использовать для бетона мелкие и очень мелкие пески допускается только после техникоэкономического 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.

9

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 увеличивают суммарную поверхность заполнителя, при этом повышается водопотребность бетонной смеси, в результате чего снижается прочность бетона. Кроме того, глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Поэтому для приготовления тяжелых бетонов допускается применять природные пески с содержанием пылевидных и глинистых частиц не более 3 %, а дробленые пески - не более 5 %. Для уменьшения содержания указанных примесей песок промывают водой в специальных машинах - пескомойках.

Органические примеси (остатки растений, перегной и т.п.) снижают прочность цементного камня и могут быть 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. Испытуемый 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. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) могут вызывать коррозию бетона. Их содержание в песке в пересчете на S03 не 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) плотных горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но имеет гладкую поверхность, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.

Щебень - рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных плотных горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5-70 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции. Отсеянные частицы размером менее 3 мм используют в качестве песка. Щебень отличается от гравия остроуголь-

10