Технология заполнителей бетона. Учебно-методическое пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

А.А.Макаева

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки

270800.62 Строительство

Оренбург

2012

УДК 691(075.8)

ББК 38.3я73

М15

Рецензент - кандидат технических наук, доцент А.И.Кравцов

Макаева, А.А.

М15 Технология заполнителей бетона : учебно-методическое пособие /

А.А.Макаева; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург : ОГУ, 2012. – 100 с. ISBN 978-5-7410-1109-6

В учебно-методическом пособии рассмотрены методики и порядок расчётов основных показателей плотных и искусственных пористых запол-

нителей, приведены краткие сведения о классификации и свойствах запол-

нителей бетона. Содержатся сведения о применяемом оборудовании.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по про-

граммам высшего профессионального образования по направлению

270800.62 Строительство различных форм обучения.

УДК 691(075.8)

ББК 38.3я73

2

Содержание

Введение……………………………………………………………...............................5

1Определение свойств песка………………………………………………….………8

1.1 Определение истинной плотности песка…………………………………………8

1.2 Определение насыпной плотности и пустотности песка……….………............13

1.3 Определение зернового состава мелкого заполнителя для бетона………………………………………………………………………...........15

1.4 Определение содержания пылевидных и глинистых частиц………….……….20

1.5 Определение влажности песка…………………………………………………...28

1.6 Определение водопотребности песка……………………………………………29

2Определение основных свойств крупного

заполнителя щебня (гравия)…………………………………………………..……...31 2.1 Определение истинной плотности горной породы и зерен щебня (гравия)……………………………………………………………...…..31 2.2 Определение средней плотности и пористости

горной породы зерен щебня (гравия)………………………………………..………35

2.3Определение насыпной плотности и пустотности гравия (щебня)……………39

2.4Определение зернового состава………………………………………………….43

2.5Определение содержания пылевидных и глинистых частиц…………………..47

2.6Определение содержания глины в комках………………………………………52

2.7Определение содержания зерен пластинчатой (лещадной)

и игловатой формы………………… …………………………………………..……54

2.8Определение водопоглощения горной породы щебня (гравия)………………..58

2.9Определение влажности щебня (гравия)………………………………………...59

2.10Определение морозостойкости…………………………………………………60

2.11Определение дробимости……………………………………………………….64

2.12Определение истираемости в полочном барабане…………………………….69

3 Определение основных свойств керамзитового песка и керамзитового гравия……………………………………………………………..….73

3

3.1 Определение зернового состава………………………………………………….74

3.2. Определение истинной плотности………………………………………………78

3.3Определение средней плотности зерен крупного заполнителя………………...80

3.4Определение средней плотности зерен гравия в кварцевом песке…………….83

3.5.Определение средней плотности зерен заполнителя в цементном тесте……..85

3.6Определение насыпной плотности………………………………………………87

3.7Определение объема межзерновых пустот и пористости зерен заполнителя…………………………………………………………………......90

3.8Определение влажности…………………………………………………………..91

3.9Определение водопоглощения крупного заполнителя………………………….92

3.10Определение содержания расколотых зерен в гравии………………………...94

3.11Определение прочности заполнителя сдавливанием в цилиндре…………….95

Список использованных источников………………………………………………..98

4

Введение

Учебно-методическое пособие «Технология заполнителей бетона» предназна-

чено для закрепления теоретических разделов курса при выполнении лабораторных работ, приобретения навыков решения конкретных практических задач. Приводятся методики испытаний различных видов заполнителей, которые позволяют оценить их пригодность в растворах и бетонах в зависимости от назначения. Качественные ха-

рактеристики заполнителей определяют испытаниями, установленными государст-

венными стандартами. Поскольку стоимость заполнителей достигает от 30 % до 50 % стоимости бетонных и железобетонных конструкций, то правильный выбор и ра-

циональное применение заполнителей имеют большое значение для получения эко-

номичных бетонов с требуемыми свойствами [1].

Заполнители - природные или искусственные материалы определенного зер-

нового состава, которые в рационально составленной смеси с вяжущим веществом и водой образуют бетон. Они занимают в бетоне до 80 % объема и, следовательно, по-

зволяют резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наибо-

лее дорогой и дефицитной составной частью бетона. Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения и уменьшает усадку обычно-

го бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня, увеличивает прочность и модуль упругости бетона, уменьшает ползучесть. Легкие пористые за-

полнители уменьшают плотность бетона и его теплопроводность, делают возмож-

ным применение такого бетона в ограждающих конструкциях, для теплоизоляции.

Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной за-

щитой от проникающей радиации (на атомных электростанциях и т. п.). Этот непол-

ный перечень определяет назначение заполнителей, которые являются очень важной составной частью бетонов, влияют на их свойства и технико-экономическую эффек-

тивность [2].

Наиболее значимая, с точки зрения использования в строительстве, состав-

ляющая часть заполнителей – нерудные материалы.

Нерудные строительные материалы, включая плотные заполнители, а также

5

пористые природные заполнители – неорганические зернистые сыпучие строитель-

ные материалы, получаемые из горных пород, в том числе из попутно добываемых пород и отходов обогащения горно-обогатительных предприятий и применяемые в строительстве без применения их химического состава и фазового состояния [3].

В Оренбургской области в качестве плотного крупного заполнителя чаще ис-

пользуется щебень из габбро-диабазовых пород Крутороженского месторождения,

разведанные запасы которого составляют 60 млн.т. Породы характеризуются высо-

кой плотностью и прочностью. На большинстве участков прочность составляет от

1000 до 1200 кгс/см2, а на некоторых достигает 1400 кгс/см2 [4]. Они относятся к глубинным (интрузивным) изверженным породам, а по химическому составу явля-

ются – кислыми.

Широко применяется гравий, получаемый рассевом песчано-гравийных сме-

сей (ПГС), месторождения которых размещаются главным образом в поймах рек.

Из-за недостаточного сцепления гравий, как правило, не применяется в бетонах с пределом прочности выше 30 МПа. Крупные фракции гравия используют для дроб-

ления на щебень. В ряде случаев гравий благодаря округлой форме зерен предпочти-

тельнее щебня, например, если по условиям производства работ необходимо полу-

чить подвижную, наиболее удобоукладываемую бетонную смесь.

В качестве мелкого заполнителя при производстве строительных работ прак-

тически повсюду используется кварцевый песок, обладающий универсальными свойствами, и месторождения которого имеются повсеместно. Чем больше песка вводится в смесь, тем большей (при прочих равных условиях) оказывается вязкость растворной части (вязкость необходима для поддержания крупного заполнителя во взвешенном состоянии во избежание расслаивания бетонной смеси), тем меньшим будет расход цемента. Однако чрезмерное содержание песка приводит к снижению прочности бетона. Поэтому содержание песка должно быть оптимальным. Перспек-

тивным направлением, уже осуществляемым в промышленности нерудных материа-

лов, является фракционирование песка, т. е. разделение его по крупности зерен на фракции.

6

Из искусственных пористых заполнителей в стройиндустрии области наибо-

лее распространён керамзит. В сравнении с другими утеплителями он обладает ря-

дом преимуществ: не подвергается со временем разложению, в этом материале не живут грызуны, обладает высокими огнестойкостью, звукоизоляционной способно-

стью, водостойкостью и другими положительными свойствами. Благодаря своим отличным теплоизоляционным свойствам керамзит нашел широкое применение в качестве пористого заполнителя при производстве легких бетонов. В этом качестве он не имеет серьезных конкурентов. С целью улучшения теплотехнических характе-

ристик бетона на основе керамзита Московским институтом материаловедения и эффективных технологии предложен материал, состоящий из монофракционного керамзита, окатанного в клеящем веществе. Структура такого бетона напоминает плотную пространственную шаровую упаковку [5]. Вариантов использования в строительстве керамзита и его разновидностей достаточно много. Из общего объёма выпуска искусственных пористых заполнителей более трёх четвертей приходится на керамзитовые [1].

В предлагаемом учебно-методическом пособии именно этим видам заполни-

телей уделено особое внимание.

7

1 Определение свойств песка

В соответствии с ГОСТ 8736 – 93 [6] различают следующие виды песка.

Природный песок – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до

5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений без использования или с использованием специального обогатительного оборудования.

Дробленый песок – песок с крупностью зерен до 5 мм, изготавливаемый из скальных горных пород и гравия с использованием специального дробильно-

размольного оборудования.

Фракционированный песок – песок, разделенный на две или более фракций с использованием специального оборудования.

Песок из отсевов дробления – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и из отходов обогащения руд черных и цветных металлов и неметаллических ископаемых и других отраслей промышленности.

Определение основных свойств песка производится в соответствии с ГОСТ

8735 – 93 [7].

1.1 Определение истинной плотности песка

1.1.1 Пикнометрический метод

1.1.1.1 Сущность метода

Истинную плотность определяют путем измерения массы единицы объема высушенных зерен песка.

1.1.1.2 Аппаратура

Пиконометр вместимостью 100 мл по ГОСТ 22524-77.

Весы по ГОСТ 24104-2001.

Эксикатор по ГОСТ 25336-82.

8

Шкаф сушильный.

Ванна песчаная или водяная баня.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Кислота серная по ГОСТ 2184-77.

Кальций хлористый (кальций хлорид) по ГОСТ 450-77.

1.1.1.3 Подготовка к испытанию

Из аналитической пробы песка берут навеску около 30 г, просеивают ее через сито с отверстиями диаметрам 5 мм, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе над концентрированной серной кислотой пли безводным хлоридом кальция. Высушенный песок перемешивают и делят на две части.

1.1.1.4 Проведение испытания

Каждую часть навески всыпают в чистый высушенный и предварительно взвешенный пикнометр, после чего взвешивают его вместе с песком. Затем наливают в пикнометр дистиллированную воду в таком количестве, чтобы пикнометр был заполнен примерно на 2/3 его объема, перемешивают содержимое и ставят его в слегка наклонном положении на песчаную ванну или водяную баню.

Содержимое пикнометра кипятят в течение от 15 до 20 мин для удаления пузырьков воздуха; пузырьки воздуха могут быть удалены также путем выдерживания пикнометра под вакуумом в эксикаторе.

После удаления воздуха пикнометр обтирают, охлаждают до температуры помещения, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают. После этого пикнометр освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и снова взвешивают. Все взвешивания производят с погрешностью до 0,01 г.

1.1.1.5 Обработка результатов

Истинную плотность песка ( ) в г/см3 вычисляют по формуле:

9

где m – масса пикнометра с песком, г; m1 – масса пустого пикнометра, г;

m2 – масса пикнометра с дистиллированной водой, г;

m 3 – масса пикнометра с песком и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г;

в – плотность воды, равная 1 г/см3.

Расхождение между результатами двух определений истинной плотности не должно быть более 0,02 г/см3. В случаях больших расхождений проводят третье определение и вычисляют среднее арифметическое двух ближайших значений.

Примечания

1. При испытании указанным методом песка, состоящего из зерен пористых осадочных пород, их предварительно измельчают в чугунной или фарфоровой ступке до крупности менее

0,16 мм и проводят далее определение в описанной выше последовательности.

2. Допускается вместо взвешивания пикнометра с дистиллированной водой в процессе каждого испытания определять один раз вместимость пикнометра и пользоваться ее значением при всех испытаниях.

В этом случае определение вместимости пикнометра и все испытания проводят при установившейся температуре (20 ± 1) °С. Вместимость пикнометра определяют по массе дистиллированной воды в пикнометре, плотность которой принимают равной 1,0 г/см3. В этом случае истинную плотность песка вычисляют по формуле:

10