Глава 3. Тяжелые бетоны

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, мелкого и крупного заполнителей и воды, взятых в определенных пропорциях.

В строительстве наиболее широко используют тяжелые бетоны с плотностью 2100…2500 кг/м³на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, природный песок и др.). Для получения тяжелых бетонов чаще всего используют различные цементы, в основном портландцемент и его разновидности. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит. Между цементным камнем и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия, поэтому заполнители часто называют инертными составляющими. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона при твердении и изменениях влажности окружающей среды и тем самым обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций. Кроме того, применение рационально составленной смеси заполнителей позволяет значительно снизить расход наиболее дорогого компонента – цемента в бетоне (до 10…15 % от массы бетона), что уменьшает стоимость бетона.

Лабораторная работа №5 Определение свойств заполнителей для тяжелого бетона

В тяжелом бетоне применяют крупный и мелкий заполнители. Крупный заполнитель (более 5 мм) подразделяют на гравий и щебень. Мелким заполнителем (менее 5 мм) является в основном природный песок. К заполнителям для бетона предъявляются требования, учитывающие особенности влияния заполнителя на свойства бетона. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота заполнителей.

Природныйпесокпредставляет собой рыхлую смесь зерен, образовавшуюся в результате выветривания горных пород. Песок в зависимости от зернового состава, содержания пылевидных и глинистых частиц подразделяют на два класса:Iкласс─очень крупный, повышенной крупности, крупный, средний и мелкий; II класс─очень крупный, повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.

Для характеристики песка по крупности (табл.3.1) пользуются модулем крупности и полным остатком на сите № 063 (% по массе).

Таблица 3.1. Характеристика песка по крупности

Группа песка по крупности	Полный остаток на сите №063, % по массе	Модуль крупности
Очень крупный Повышенной крупности Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Очень тонкий	Cв.75 75…65 65…45 45…30 30…10 До 10 Не нормируется Не нормируется	Св. 3,5 3,5…3,0 3…2,5 2,5…2 2,0…1,5 1,5…1 1…0,7 До 0,7

Результаты просеивания песка часто представляют графически. На рис.3.1 в виде полосы указана область допустимых значений показателей зернового состава песка для бетона.

Содержание в песке зерен крупностью свыше 10, 5 и менее 0,16 мм, пылевидных и глинистых частиц, а также глины в комках не должно превышать значений указанных в таблице 3.2. Органические примеси (например, гумусовые) допускаются только в очень незначительном количестве, т.к. они сильно снижают прочность и даже разрушают бетон.

Насыпная плотность песка определяется в сухом рыхлом состоянии. Песок, предназначенный для бетона класса B15 (М200) и выше или для бетона в конструкциях, подвергающихся замерзанию в насыщенном водой состоянии, должен иметь насыпную плотность не ниже 1550 кг/м³; в остальных случаях – не ниже 1400 кг/м ³.

Гравиемназывают рыхлый неорганический материал, образовавшийся в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Гравий состоит из более или менее окатанных зерен размером в основном 3…80 мм. В нем могут содержаться зерна высокой прочности, например, гранитные, и слабые зерна пористых известняков. Обычно он содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной смесью или гравелистым песком.

Таблица 3.2. Требования ГОСТа для определения класса и группы песка

Класс и группа песка	Содержание зерен крупностью, %, не более			Содержание пылевидных и глинистых частиц, %, не более	Содержание глины в комках, %, не более
	Свыше 10 мм	Свыше 5 мм	Менее 0,16 мм
Iкласс Очень крупный Повышенной круп-ности, крупный и средний Мелкий	- 0,5 0,5	- 5 5	- 5 10	3 3 5	0,36 0,35 0,50
IIкласс Очень крупный Повышенной круп-ности Крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий	5 5 5 0,5 Не до-пускает-ся	20 20 15 10 Не до-пускает-ся	10 10 15 20 Не нор-мирует-ся	- 10 10 10 Не нор-мирует- ся	- 2 2 2 0,1

В гравии допускается не более 1% глинистых, илистых и пылевидных примесей, количество которых определяют отмучиванием. Для применения в бетоне желательна малоокатанная (щебневидная) форма зерен гравия; малопригодна – окатанная, еще хуже – пластинчатая или лещадная с шириной, в три раза и более превышающей толщину. Гравий не должен содержать зерен пластинчатой и игловатой формы более 35% по массе.

Щебнемназывают крупный заполнитель для бетона, полученный в результате дробления горных пород. Зерна щебня имеют угловатую форму. Желательно, чтобы по форме они приближались к кубу. Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности обычно применяют щебень, а не гравий.

Щебень чище гравия, обычно он не содержит органических примесей. Предельное содержание глинистых и пылевидных примесей допускается: для бетонов всех классов не более 1% в щебне из изверженных пород и 2% в щебне из карбонатных пород для бетонов класса В22,5 и выше, для бетонов класса В20 и ниже – 3% (по массе).

Зерновой состав щебня (гравия) должен располагаться в пределах заштрихованной площади графика зернового состава (рис.3.2). Полные остатки на контрольных ситах при рассеве щебня и гравия должны соответствовать значениям, указанным в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Требования к щебню и гравию по зерновому составу

Диаметр отверстий контрольных сит, мм	Dнаим	0,5(Dнаим+Dнаиб)	Dнаиб	1,25Dнаиб
Полные остатки на ситах, % по массе	90…100	30…80	До 10	До 0,5

При изготовлении бетона большое значение имеют такие характеристики зернового состава крупного заполнителя, как наибольшая и наименьшая крупность. Наибольшая крупность щебня (гравия) определяется размером отверстия сита, на котором полный остаток не превышает 5%; наименьшая крупность определяется размером сита, на котором полный остаток не менее 95%. Пустотность крупного заполнителя не должна превышать 45%.

Гравий (щебень) считается морозостойким, если в насыщенном водой состоянии он выдерживает без разрушения многократное попеременное замораживание при –15⁰С и оттаивание, причем суммарная потеря в массе зерен должна быть не более 10%, а при 50 циклах и больше испытаний на морозостойкость ─ не более 5%. Щебень и гравий по морозостойкости подразделяют на марки:F15,F25,F50,F100,F150,F200,F300,F400.

Прочность крупного заполнителя характеризуют степенью дробления (дробимостью) при испытании в стальном цилиндре на гидравлическом прессе.

С целью радиационно-гигиенической оценки заполнителей бетона контролируют их удельную эффективную активность естественных радионуклидов.