8.2. Материалы для тяжелого бетона

К материалам для тяжелого бетона относят вяжущие вещества, воду затворения, заполнители — мелкий (песок) и крупный (гравий или щебень). Качество исходных материалов в значительной степени влияет на свойства бетона: его прочность, морозостойкость, коррозие-стойкость и др. Все материалы можно применять после проверки со­ответствия их качества требованиям ГОСТов.

Цемент. В качестве вяжущих можно применять все виды це­ментов: портландцемент обычный, пластифицирующий, сульфато-стойкий, пуццолановый, шлакопортландцемент и др. При выборе разновидности цемента учитывают характер конструкции, условия ее эксплуатации.

Кроме выбора разновидности вяжущего обосновывают также и его марку в зависимости от требуемой прочности бетона, морозостой­кости, усадки и других свойств. Важно правильно назначить марку цемента. Бетон с наилучшими свойствами и наиболее экономичный (с минимальным расходом вяжущего) можно получить, если марка це­мента будет в 1,5...2,5 раза выше требуемой марки бетона.

Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

Если марка имеющегося цемента выше, рекомендуется ввести в состав минеральную добавку (тонкоизмельченные известняки, доло­миты и др.). Это будет способствовать экономии цемента.

Таким образом, выбор вида и марки цемента зависит от задан­ной прочности бетона, условий его твердения и условий эксплуатации бетонных конструкций.

Вода для бетонов, для поливки твердеющего бетона и промыв­ки заполнителей должна отвечать требованиям СТБ 114—98. Для приготовления бетонных смесей применяют питьевую или природную воду, не содержащую вредных примесей, затрудняющих схватывание и твердение бетона. Водородный показатель воды (рН) не должен быть менее 4 и более 12,5. В воде, применяемой для затворения бе­тонной смеси и поливки бетона, не должно быть окрашивающих при­месей. Допускается содержание сульфатов (в пересчете на SO₄) не более 2700 мг/л и всех солей не более 5000 мг/л.

Сточные и болотные воды, содержащие жиры, растительные масла, кислоты, нефтепродукты, сахар и т.п., нельзя применять для приготовления бетона.

Морскую и другую воду, имеющую минеральные соли, можно использовать только тогда, когда общее количество солей не превышает 2%. Во всех случаях морские соли могут выступать на поверхно­сти бетона и вызывать коррозию стальной арматуры. Питьевую воду можно применять для приготовления бетонов без дополнительных исследований и анализов.

Пригодность природной воды для бетона устанавливают хими­ческим анализом и сравнительными испытаниями бетонных образцов на прочность, изготовленных на данной и на питьевой чистой воде и испытанных в возрасте 28 сут нормального твердения. Воду считают пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньшую, чем образцы на питьевой воде.

Мелкий заполнитель. Мелким заполнителем для бетонов яв­ляется песок. Он должен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93. Песок представляет собой зерновую смесь с размерами зерен от 0,16 до 5 мм. В состав песка могут входить примеси: пылевидные частицы разме­ром 0,16...0,005 мм; глинистые частицы размером менее 0,005 мм и обломки горных пород размером более 5 мм. Химический состав песка зависит от состава горной породы, из которой он образовался в ре­зультате ее выветривания. В природе наиболее распространены кварцевые пески, реже встречаются известняковые, полевошпатовые, ракушечные и др. В кварцевом песке кроме зерен кварца могут нахо­диться зерна полевого шпата, пластинки слюды и зерна других минералов.

Простейшую качественную оценку чистоты песка производят путем растирания в руках горстки влажного песка: чистый песок не пачкает рук. Песок от примесей очищают водой в машинах-пескомойках. Испытание песка для строительных работ проводят по ГОСТ 8735—88.

Зерновой состав песка характеризуется содержанием в нем зе­рен различного размера. Зерновой состав песка определяют просеи­ванием сухого песка через стандартный набор сит.

Таблица 3

Результата определения зернового песка оформляют в соответствующие таблицы или изображают в виде кривой просеивания.

Для бетона рекомендуется применять крупный и средний песок с модулем крупности 2...3,25. В песке, предназначенном для бетонов, допускаются зерна гравия или щебня размером более 10 мм в количе­стве до 0,5% (по массе); зерна размером 5... 10 мм допускаются в коли­честве не более 5% по массе; содержание зерен, проходящих через си­то с сеткой № 016, не должно превышать 10%.

Плотность зерен кварцевого песка 2600...2700 кг/м³. Насыпная плотность песка 1400... 1600 кг/м³ зависит от степени уплотнения, влажности песка, а также от зернового и минералогического состава.

Наименьшая насыпная плотность кварцевых песков соответст­вует влажности 5...7% по массе.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для приготовления тяжелого бетона применяют гравий или щебень. Они должны отвечать требованиям ГОСТ 8267—93.

Гравий — неорганический зернистый сыпучий материал круп­ностью свыше 5 мм, получаемый рассевом природных гравийно-песчаных смесей. Зерна гравия имеют округлую форму и гладкую по­верхность. В нем могут содержаться зерна высокой прочности, на­пример гранитные, и слабые зерна пористых известняков. Гравий по условиям залегания делится на речной, морской и горный (овраж­ный). Горный гравий обычно загрязнен примесями, речной и мор­ской — более чистые. Вода истерла зерна речного и морского гравия и придала им округлую форму и гладкую поверхность. Зерна овражно­го гравия малоокатанные (щебневидные), что улучшает сцепление его с цементно-песчаным раствором.

Щебень — неорганический зернистый сыпучий материал с зер­нами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов или некондиционных отходов горных предприятий. Полученную смесь зерен различных размеров (5...70 мм) рас­сеивают на отдельные фракции. Отсеянные частицы размером менее 3 мм используют в качестве песка. Щебень дробят на камнедробилках из гранита, диабаза и других изверженных пород, а также из плот­ных осадочных пород— известняка, доломита и видоизмененных пород — кварцита. Куски щебня имеют остроугольную форму и шероховатую поверхность, поэтому его сцепление с цементно-песчаным раствором более прочное, чем у гравия. Содержание в щебне вредных органических примесей незначительно.

Щебень и гравий выпускают в виде следующих основных фрак­ций: от 5 до 10 мм; свыше 10 до 20 мм; свыше 20 до 40 мм; свыше 40 до 70 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм. В каждой фракции должны быть зерна всех размеров — от наибольшего (D) до наименьшего (d) для данной фракции. Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как благодаря его мень­шей суммарной поверхности зерен требуется меньше цемента для по­лучения прочного бетона. Наибольшая крупность зерен заполнителя зависит от размеров бетонируемой конструкции и расстояния между стержнями арматуры. Так, для балок, колонн, рам наибольший раз­мер зерен должен быть не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры, а для плит — не более 1/2 толщины плиты; для бетонирования тонкостенных густоармируемых конструкций исполь­зуют заполнитель крупностью до 20 мм; для массивных конструк­ций — до 40 мм, для гидротехнических сооружений — 70 мм и более. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера до­пускается не более 5% по массе крупного заполнителя.

Согласно ГОСТу качество крупного заполнителя зависит от формы зерен и содержания вредных примесей, от зернового или гра­нулометрического состава, от прочности и морозостойкости.

Для приготовления бетона наиболее выгодна форма зерен: для гравия — яйцевидная или шаровая; для щебня — близкая к кубу или тетраэдру. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в гравии или щебне не должно превышать 15% по массе. Прочность гравия и щебня характеризуют маркой, определяемой по дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре.

Марки прочности: 1400, 1200, 1000, 800, 400 и 300.

Морозостойкость щебня и гравия характеризуют числом циклов замораживания и оттаивания, при котором потери (в % по массе щеб­ня и гравия) не превышают установленных норм — 10%. По этому признаку они подразделяются на восемь марок— F15; F25; F50; F100; F150; F200; F300 и F400.

Содержание пылевидных и глинистых частиц (размером менее 0,05 мм) в щебне и гравии М800 не более 1%; М600...М800 — не более 1% для изверженных и метаморфических горных пород, а для осадочных— М600...М1200 — 2% и М200...М400 — 3% по массе. Содержание глины в комках не более 0,25%. Сернистые и сернокис­лые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона. Их содержание в пересчете на SO₃ не должно превышать 1%

по массе.

Хорошим зерновым составом считается тот, в котором имеются зерна разной величины, так как при этом пустотность заполнителя оказывается наименьшей.

Испытания гравия и щебня проводят по ГОСТ 8269—87. Зерно­вой состав щебня (гравия) определяют путем рассева пробы на стан­дартном наборе сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм .

Окончательно пригодность крупного заполнителя для бетона требуемой прочности устанавливают испытанием образца из бетона на данном заполнителе.

Гравий имеет преимущества перед щебнем: он встречается в природе в раздробленном состоянии и дробить приходится только крупные куски. Кроме того, бетонная смесь на гравии имеет большую подвижность из-за меньшего трения между зернами заполнителя и цементным раствором. К достоинствам щебня можно отнести хорошее сцепление его с цементным раствором при затвердевании, что обес­печивает требуемую прочность бетона и меньшую загрязненность вредными примесями.

При выборе крупного заполнителя (гравия или щебня) исходят из их стоимости и других экономических показателей. Для приготов­ления высокопрочных бетонов рекомендуется применять щебень.