Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование состава цементного бетона для автомобильных дорог общего пользования. Учебное пособие
.pdf
31
Обработка результатов испытаний
Насыпную плотность цемента
нц
, кг/л (кг/м3), вычисляют по формуле
V
mm
c
нц
1
, (1.4)
где mc – масса мерного сосуда, кг;
m1 – масса мерного сосуда с цементом, кг;
V – объем сосуда, л (м3).
Результаты вычислений заносят в табл. 1.8.
Экспериментально установленное значение насыпной плотности цемента используют при расчете состава дорожного бетона.
Форма заключения по работе
1. Испытанный портландцемент характеризуется прочностью на
сжатие в возрасте 28 сут (активностью) _______ МПа, что соответствует
классу прочности цемента ________;
2. Прочность на растяжение при изгибе __________ МПа;
3. Нормальная густота цементного теста ______ %;
4. Истинная плотность цемента ρц = _____ кг/л;
5. Насыпная плотность цемента ρнц = _____ кг/л.
Контрольные вопросы
1. Что такое портландцемент и портландцементный клинкер?
2. Назовите клинкерные минералы портландцемента и опишите
их влияние на скорость твердения, прочность и долговечность бетона.
3. Приведите требования к минералогическому составу клинкера цемента для бетона дорожных покрытий (ДП). Какие еще виды цемента
допускается использовать в дорожном строительстве?
4. С какой целью при помоле клинкера в состав общестроительных
цементов вводят минеральные добавки? Какие минеральные добавки и в
каком количестве могут содержаться в вещественном составе цемента
для бетона дорожных покрытий.
5. Назовите основные свойства, по которым оценивают качество
портландцемента. Дайте их краткую характеристику.
6. Дайте определение класса прочности цемента.
7. Перечислите классы прочности цемента и подклассы в зависимости от интенсивности набора прочности в начальный период твердения.
32
8. Опишите порядок изготовления образцов для определения прочности цемента на сжатие и условия их хранения.
9. Опишите порядок определения предела прочности на растяжение
при изгибе (схема испытаний, расчетная формула, обработка результатов).
10. Как определяют предел прочности при сжатии (схема испытаний, расчетная формула, обработка результатов)?
11. Дайте определение активности цемента. Как ее устанавливают?
12. Приведите методику определения истинной плотности цемента.
13. Опишите методику определения насыпной плотности.
14. Дайте определение нормальной густоты цементного теста и порядок ее определения. Как и почему нормируют это свойство цемента
для дорожных бетонов?
15. Опишите методику определения сроков схватывания цемента.
Какие требования предъявляют к цементу для дорожных бетонов
по началу схватывания?
16. Поясните, чем обусловлена неравномерность изменения объема
при твердении цемента. Как устанавливают соответствие цемента установленным требованиям по равномерности изменения объема?
Глава 2. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
ДЛЯ ДОРОЖНЫХ БЕТОНОВ
Заполнитель – рыхлая смесь зерен природного или искусственного
происхождения, имеющих определенный размер и плотность не ниже
2000 кг/м3.
В качестве заполнителя используют песок и щебень. В бетоне они
цементируются (скрепляются) вяжущим веществом, образуя камневидное тело, прочность которого значительно зависит от прочности сцепления зерен заполнителя с цементным камнем. Заполнители занимают до
80–90 % объема бетона и поэтому оказывают серьезное влияние на его
технические характеристики (показатели назначения). Заполнитель создает в бетоне жесткий каркас, воспринимает усадочные напряжения и
уменьшает усадку, повышает прочность и модуль упругости бетона, снижает его ползучесть. Кроме того, использование заполнителя позволяет
сократить расход наиболее дорогой составляющей бетона – цемента.
33
По происхождению заполнители для дорожных бетонов подразде-
ляют:
– природные, получаемые путем добычи и переработки (дробления
и рассева) изверженных, осадочных и метаморфических горных пород,
а также попутно добываемых пород и отходов обогащения;
– искусственные, получаемые из отходов промышленности.
Чаще всего искусственные заполнители получают из шлаков –
затвердевших и закристаллизовавшихся после остывания расплавов,
представляющих собой побочный продукт или отход металлургических
и химических производств. Шлаковые заполнители являются продуктом
дробления и рассева отвальных шлаков на специальном дробильносортировочном оборудовании или продуктом специальной обработки
огненно-жидких шлаковых расплавов.
К шлаковым относятся заполнители:
– из металлургических шлаков, образующихся при взаимодействии топлива, пустой породы, содержащейся в руде, и плавней. Их подразделяют на доменные шлаки, шлаки черной и цветной металлургии;
– из электротермофосфорных (фосфорных) шлаков – побочного
продукта производства фосфора методом возгонки в электропечах.
Технологии получения заполнителей из металлургических и фосфорных шлаков во многом схожи. В зависимости от способа выгрузки, охлаждения и кристаллизации различают шлаки отвальные и литые. Отвальные
шлаки получают путем разработки застывших отвалов, в которые были выгружены расплавы. Литые шлаки получают в результате обработки огненно-жидких расплавов: их сливают в специальные траншеи или на литьевые площадки, выдерживают на открытом воздухе в течение нескольких
часов. При этом расплав кристаллизуется и остывает до 800 °С. Затем его
обрабатывают водой для появления трещин, дробят и сортируют по размерам.
Качество заполнителей из литых шлаков сопоставимо с качеством заполнителей из плотных магматических горных пород (гранита и др.).
Минералогический состав и связанные с ним свойства заполнителя
определяются минералогическим составом горных пород и отходов промышленности, из которых они получены. Это следует учитывать при выборе заполнителей для получения дорожного бетона.
По крупности заполнители для дорожного бетона подразделяют:
– мелкий (песок) с частицами крупностью до 4 мм;
– крупный (щебень) крупностью свыше 4 мм.
34
К заполнителям предъявляют требования, учитывающие особенности влияния их свойств на показатели назначения бетона. Важнейшими
показателями качества заполнителя являются их чистота (отсутствие или
незначительное содержание вредных примесей), форма зерен, зерновой
(гранулометрический) состав, прочность и др.
К вредным примесям и компонентам относятся:
– пылевидные и глинистые частицы размером менее 0,063 мм.
Такие частицы имеют высокую удельную поверхность. С этим связано существенное повышение водопотребности бетонных смесей, что сопровождается снижением прочности и морозостойкости бетона и компенсируется
повышением расхода цемента. Наиболее вредны глинистые частицы.
Они, покрывая зерна заполнителя тонким слоем, ослабляют его сцепление
с цементным камнем. Вследствие этого снижается прочность бетона;
– глина в комках, отличающаяся низкой прочностью, способностью
хорошо впитывать и удерживать воду. Это приводит к ухудшению качества бетона (снижению его прочности и морозостойкости);
– органические примеси (гуминовые кислоты), накапливающиеся в
песке и гравии вследствие фильтрации через их толщу поверхностных
вод и вызывающие значительное замедление твердения цемента и снижение прочности бетона;
– слюды, гидрослюды и другие слоистые силикаты, асбест, уголь и др.,
снижающие прочность и долговечность бетона;
– сульфаты (гипс, ангидрит), а также аморфные разновидности диоксида кремния, растворимого в щелочах (халцедон, опал), и др., отрицательно сказывающиеся на процессе твердения цементного камня, вызывающие ухудшение качества поверхности и внутреннюю коррозию бетона;
– галогеносодержащие минералы (пирит, марказит, пирротин и др.
сульфиды, сульфаты), вызывающие коррозию арматуры в бетоне.
Зерновой (гранулометрический) состав характеризуют относитель-
ным содержанием в заполнителе зерен различного размера, выраженным в
процентах. Его определяют с использованием ситового метода − путем
рассева мелкого и крупного заполнителя на стандартном наборе сит, в результате которого зерна по размерам подразделяются на группы (фракции).
Рассев (просеивание) – ручная или механическая сортировка сыпучего материала по размерам зерен при помощи набора сит.
35
Под фракцией понимают зерна, выделяемые из пробы заполнителя
двумя находящимися рядом ситами из стандартного набора. Фракцию
обозначают размерами ячеек двух соседних сит:
− меньшего размера d, на котором зерна заполнителя при рассеве
задерживаются;
− большего размера D, через которое зерна заполнителя при рассеве
проходят.
Стандартный набор сит − набор, состоящий из сит с квадратными
ячейками, крышки и поддона. Размеры и форма ячеек в стандартных ситах
установлены нормативной документацией на заполнитель каждого вида.
После дополнительной обработки на специальном оборудовании могут быть получены заполнители (песок, щебень) повышенного качества:
– фракционированные – разделенные на две или более фракций;
– обогащенные – с улучшенным зерновым составом и меньшим содержанием зерен слабых пород, пылевидных и глинистых частиц.
Прочность природных заполнителей зависит от прочности исход-
ной горной породы, прочность искусственных заполнителей – от прочности перерабатываемого отхода (шлака). Косвенно ее оценивают по результатам испытаний пробы зерен заполнителя на сжатие (раздавливание) в стальном цилиндре и характеризуют маркой по дробимости.
В настоящем учебном пособии рассмотрены методики оценки качества заполнителей, требования к которым установлены государственными стандартами и учитываются при проектировании состава бетона
для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог.
2.1. Оценка качества мелкого заполнителя
для дорожного бетона
2.1.1. Виды песка для дорожного бетона
и показатели его качества
В качестве мелкого заполнителя применяют природные, дробленые
(в том числе песок из отсевов дробления горных пород) и шлаковые пески.
Песок природный – неорганический сыпучий материал с крупно-
стью зерен до 4 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчаногравийных месторождений.
36
В зависимости от условий образования природные пески разделяются на речные, морские, горные (овражные) и др. Речные и морские
пески отличаются округлой формой зерен и очень гладкой поверхностью, вследствие чего прочность их сцепления с цементным камнем невысокая. Горные пески содержат остроугольные зерна, что обеспечивает
лучшее их сцепление с бетоном. Но при этом для них характерно значительное загрязнение вредными примесями.
Наиболее широко применимы повсеместно распространенные природные кварцевые пески, отличающиеся высокой прочностью зерен, что позволяет использовать их для получения бетонов практически всех классов.
Песок дробленый – неорганический сыпучий материал с крупно-
стью зерен до 4 мм, полученный из отсева дробления горных пород при
производстве щебня и отходов металлургической и других видов промышленности, а также при дроблении горных пород и гравия с использованием специального дробильно-размольного оборудования.
Дробленый песок дороже природного. Поэтому его часто используют
для улучшения зернового состава мелкозернистых природных песков.
Шлаковый песок – материал с крупностью зерен менее 4 мм, получаемый из отсевов дробления отвальных металлургических шлаков или
специальной обработкой огненно-жидких шлаковых расплавов металлургического и химического производств.
Общие требования к природному песку регламентированы
ГОСТ 32824, к песку дробленому – ГОСТ 32730, к песку шлаковому –
ГОСТ 32826.
Дополнительные требования к качеству песка установлены
ГОСТ Р 59300, ГОСТ 26633 и другой нормативно-технической документацией. Их учитывают при оценке пригодности песка к использованию
в производстве бетона для устройства слоев оснований и покрытий автомобильных дорог.
Показатели, которыми характеризуют качество песка разных видов,
приведены в табл. 2.1.
В данном параграфе рассматриваются методики лабораторной
оценки перечисленных показателей качества природного и дробленого
песка (за исключением определения марки по дробимости).
37
Таблица 2.1
Показатели качества песка разных видов
Показатели качества песка
Вид песка
природный
дробленый
шлаковый
Зерновой (гранулометрический) состав
и модуль крупности
+ + +
Содержание пылевидных и глинистых
частиц
+ + +
Содержание глины в комках
+ + –
Содержание металлических примесей
– – +
Истинная плотность
+ + +
Насыпная плотность
+ + +
Пустотность
+ + +
Наличие органических примесей
+ + –
Марка по дробимости
– + –
Влажность
+ + +
Примечание. Знаки "+" и "–" обозначают, что данный показатель используют
и не используют для характеристики качества песка соответственно.
Марку по дробимости дробленого песка устанавливают по резуль-
татам испытаний фракции от 4 до 8 мм, выполненных по методике
ГОСТ 32817. Марка по дробимости должна быть не ниже 400.
2.1.2. Подготовка песка к лабораторным испытаниям
Отбор проб для проведения контрольных испытаний следует осуществлять в соответствии с правилами, установленными ГОСТ 32728. В результате
выполненных действий получают
лабораторную пробу
− пробу песка, пред-
назначенную для проведения всех лабораторных испытаний
.
Из лабораторной пробы готовят единичную пробу песка, предназна-
ченную для сокращения до требуемого количества мерных проб для проведения испытаний.
Мерная проба – количество песка, используемое для получения одного результата в одном испытании.
Большинство испытаний (за исключением определения наличия органических примесей и влажности) проводят на пробах подготовлен-
ного песка, т.е. высушенного до постоянной массы.
38
Под постоянной массой понимают массу, определяемую по резуль-
татам последовательно проводимых взвешиваний после высушивания
при температуре (110±5) °С через равные промежутки времени, но не
менее 1 ч, которая изменяется не более чем на 0,1 %.
При проведении испытаний (за исключением определения содержания в песке пылевидных и глинистых частиц и содержания глины в комках) в помещении лаборатории должны соблюдаться следующие условия:
− температура воздуха (21±4) °С;
− относительная влажность воздуха не более 80 %.
2.1.3. Определение зернового состава и модуля крупности
Зерновой состав песка определяют по методике ГОСТ 32727.
Сущность метода заключается в распределении и разделении зерен
песка путем просеивания мерной пробы через стандартный набор сит и
определении остатков на каждом сите.
Остатки песка, образовавшиеся на каждом из контрольных сит,
называют частными. Их выражают в граммах и в процентах.
Аппаратура:
− весы электронные по ГОСТ Р 53228 с наибольшим пределом взве-
шивания не менее 6000 г и ценой деления не более 1 г;
− набор сит с квадратными ячейками размером 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2;
4 и 8 мм;
− поддоны и крышки для сит;
− сушильный шкаф, обеспечивающий циркуляцию воздуха и поддержание температуры в интервале (110±5) °С, либо другое оборудование для сушки, которое не вызывает изменения размера зерен и обеспечивает аналогичный режим сушки;
− противни металлические.
Определение содержания в песке частиц крупнее 4 и 8 мм
Отбирают лабораторную пробу песка массой не менее 6000 г. Высу-
шивают ее до постоянной массы, взвешивают и просеивают через сита с
квадратными ячейками размерами 8 и 4 мм (рис. 2.1, а). Сита располагают в порядке уменьшения размеров их ячеек: с наибольшим размером
ячеек − верхнее, с наименьшим размером ячеек – нижнее (на поддоне).
39
а) б)
Рис. 2.1. Рассев песка на стандартном наборе сит:
а – определение содержания в песке зерен крупнее 4 и 8 мм;
б – определение зернового состава песка;
1 – поддон; 2 – сита из стандартного набора;
числа 8; 4; 2; 1; 0,5; 0,25 и 0,125 – размер ячеек
в ситах с квадратными отверстиями, мм
Просеивание может выполняться ручным или механическим способом.
После просеивания необходимо осуществлять контрольное встряхивание каждого сита вручную над чистым листом бумаги. При использовании механического способа процесс просеивания считается законченным, если при встряхивании в течение одной минуты масса проходимого
через сито песка не превышает 0,1 % массы просеиваемой пробы.
При ручном просеивании процесс считается законченным в случае отсутствия видимого падения частиц песка.
В процессе просеивания песок разделяется следующим образом:
‒ частный остаток на сите с ячейками размером 8 мм, т.е. зерна круп-
нее 8 мм;
‒ частный остаток на сите с ячейками размером 4 мм, т.е. зерна фрак-
ции свыше 4 до 8 мм;
− зерна, прошедшие через сито с отверстиями размером 4 мм,
т.е. зерна мельче 4 мм (содержимое поддона).
40
Остатки на ситах и на поддоне взвешивают с точностью до целого числа.
Результаты приводят в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Результаты определения содержания в песке частиц крупнее 4 и 8 мм
Наименование показателя
Размер отверстий контрольных сит, мм
8
4
Масса лабораторной пробы
песка m, г
Масса остатка mi, г
Частный остаток, %
Обработка результатов испытаний
По результатам взвешивания с точностью до 0,1 % вычисляют содержание в песке, % по массе, частиц размером крупнее 8 мм (Гр8) и частиц размером свыше 4 до 8 мм (Гр4):
100
4
4
m
m
Гр
; (2.1)
100
8
8
m
m
Гр
, (2.2)
где m4 – масса частного остатка на сите с ячейками размером 4 мм, г;
m8 – масса частного остатка на сите с ячейками размером 8 мм, г;
m – масса лабораторной пробы, г.
Результаты определения содержания частиц крупнее 8 мм и частиц
размером свыше 4 до 8 мм (частные остатки, %) записывают в табл. 2.2
и используют в комплексной оценке качества песка при установлении
его класса.
Определение зернового состава
Зерновой состав определяют испытанием песка, из которого исключены пылевидные и глинистые частицы. Для определения зернового состава песка необходимо предусмотреть два учебных занятия.
На первом занятии от песка, оставшегося в поддоне после просеивания через сита с ячейками размерами 4 и 8 мм, формируют мерную пробу
массой не менее 1000 г; ее промывают. Противень с промытым песком
помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]