Общие сведения

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Заполнители для бетонов и растворов — это природные или ис­кусственные каменные сыпучие материалы, состоящие из отдельных зерен. Термин «заполнитель» указывает на роль этого материала в бе­тонах и растворах: заполнитель занимает до 85 % от общего объема бетона. Стоимость обычных заполнителей значительно меньше, чем стоимость вяжущего. Следовательно, чем больше в бетоне заполните­лей, тем бетон дешевле.

Однако этим не исчерпывается роль заполнителей. Так, в цемент­ных бетонах и растворах они снижают усадку материала и повышают его трещиностойкость. Кроме того, заполнители во многом опреде­ляют свойства бетона. Например, используя в качестве заполнителя чугунную дробь и железные руды, получают особо тяжелый бетон, за­щищающий от ионизирующих излучений, а применяя пемзу, керам­зит или вспученные шлаки — легкий бетон, обладающий хорошими теплоизолирующими свойствами.

В зависимости от размера зерен различают заполнитель:

• мелкий (песок) — зерна 0,16...5 мм;

• крупный — зерна 5...70 мм.

Крупный заполнитель в зависимости от формы зерен называют щебнем — зерна неправильной формы с шероховатой поверхностью или гравием — зерна округлой формы с гладкой поверхностью.

Заполнители как крупные, так и мелкие могут быть:

• природными, добываемыми в карьерах и подвергаемые только рассеву, промывке и, если это необходимо, дроблению;

• искусственными, получаемыми из промышленных отходов (ме­таллургических шлаков, зол электростанций и т. п.) или специальной обработкой природного сырья (из глины получают керамзит, из пер­лита — вспученный перлит и др.).

В последнее время начинают использовать «вторичные» заполни­тели, выделяемые из отслуживших свой срок бетонных и железобе­тонных конструкций дроблением и рассевом. Это очень перспектив­ная как с экономической, так и с экологической точек зрения техно­логия находит применение при сносе пятиэтажных панельных зданий первых серий.

Основные структурные характеристики заполнителя: межзерновая пустотность и пористость самих зерен запол­нителя.

Межзерновая пустотность α — отношение суммарного объема пустот между зернами заполнителя к объему заполнителя в насыпном состоянии V_нас

α=V_пуст/V_нас

Обычно α как для песка, так и для крупного заполнителя находит­ся в пределах 0,4...0,5, т. е. до 50% объема заполнителя составляют пустоты между его зернами.

По плотности зерен заполнители подразделяют: на плотные (тя­желые) с плотностью зерен более 2000 кг/м³ и пористые (легкие), имеющие пористую структуру зерен с плотностью менее 2000 кг/м³ (обычно 1600...400 кг/м³).

Обобщенной характеристикой, учитывающей и межзерновую пустотность, и внутреннюю пористость зерен, служит насыпная плот­ность заполнителя ρ_нас, которая представляет собой массу единицы объема сыпучего материала, взятого вместе с пустотами:

.

Заполнители для бетонов и растворов должны отвечать сле­дующим требованиям:

• иметь определенный зерновой состав (соотношение зерен различного размера) для того, чтобы объем пустот между зерна­ми (межзерновая пустотность) был минимальный, т. е. пустоты между крупными зернами были заняты более мелкими;

• поверхность зерен заполнителя должна обеспечивать хо­рошее сцепление с твердеющим вяжущим, т. е. по возможности быть шероховатой, и на ней не должно быть глинистых и пылеватых примесей;

• заполнители не должны содержать примесей, отрицатель­но действующих на твердение вяжущего и на последующую прочность и стойкость бетона и раствора.

ПЕСОК

Природный песок — рыхлая смесь зерен крупностью 0,16...5 мм, состоящая главным образом из зерен кварца SiO₂; возможна при­месь полевых шпатов, слюды, известняка. Такой песок называют кварцевым. Реже встречаются пески иного состава, например, полевошпатные, известняковые. Насыпная плотность природного пе­ска 1300...1500 кг/м³.

По происхождению природные пески разделяют на горные (ов­ражные), речные и морские.

Горные (овражные) пески образуются в результате выветривания горных пород и последующего переноса продуктов выветривания ветром и ледниками. Угловатая форма и шероховатая поверхность зе­рен способствуют хорошему сцеплению их с вяжущим. Недостаток таких песков — загрязненность глиной и примесь в них гравия.

Речные и морские пески более чистые, но их зерна, как правило, ок­руглой формы в результате длительного воздействия движущейся воды.

Искусственные пески, используемые значительно реже, бывают тяжелые и легкие.

Тяжелые пески, получаемые дроблением плотных горных пород (базальта, диабаза, мрамора), применяют для специальных целей (от­делочные растворы, кислотостойкие растворы и бетоны).

Легкие пески получают дроблением пористых горных пород (пем­за, туф) или изготовляют специально. Например, перлитовый песок получают термическим вспучиванием вулканических стекол; керам­зитовый — обжигом глиняного сырья. Эти пески приме­няют для теплоизоляционных и акустических растворов и бетонов.

Оценка качества песка. Поступающий на строительство песок дол­жен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93 и 8735—88 по зерновому (гранулометрическому) составу, наличию примесей и загрязнений.

Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Навеску сухого пес­ка просеивают через набор сит и определяют сначала частные (%) (α_2,5; а _1,25; а _0,63 и т.д.), а затем полные (А_2,5; А _1,25; А _0,63 и т.д.) остатки на каждом сите. Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех ситах большего размера. Так, А _0,63 = а_2,5+а _1,25+ а _0,63, Размеры полных остатков характеризуют зерновой состав песка.

На основании результатов ситового анализа по значениям полных остатков рассчитывают модуль крупности песка:

М_к= (А_2,5+А _1,25+ А _0,63+ А_0,315+А_0,16)/ 100.

В зависимости от М_к и А _0,63 пески подразделяют на группы по крупности (табл. 1). Это важно знать потому, что чем мельче песок, т. е. чем выше его удельная поверхность, тем больше необходимо во­ды для его смачивания (водопотребпость песка) и вяжущего для обмазывания поверхности его частиц.

Таблица 1. Классификация песков по крупности

Для строительных растворов рекомендуется применять пески с модулем крупности не менее 1,2, а для бетонов — не менее 2. Причем зерновой состав песка для бетонов нормируется ГОСТ 10268—80 по остаткам на всех ситах (рис. 1).

Рис. 1. График зернового состава песка:

1 — допускаемая нижняя граница крупности песка (М_к - 1,5); 2 — рекомендуемая нижняя граница крупности песка (М_к = 2,0) для бетонов класса В15 и выше; 3 — рекомендуемая нижняя граница крупности песка (М_к = 2,5) для бетонов В25 и выше; 4 — допускаемая верхняя граница крупности песка (М_к = 3,25) для растворен бетонов (заштрихованная область — пески, допустимые для ис­пользования в растворах и бетонах)

В строительстве часто используют фракционированный песок, разделенный на крупную (5...1,25 мм) и мелкую (1,25...0,16 мм) фракции.

Для бетонов применяют песок крупностью не более 5 мм, для рас­творов, используемых для замоноличивания сборных железобетон­ных конструкций и заполнения швов при монтаже панелей,— также не более 5 мм; для растворов, служащих для кладки кирпича, камней правильной формы и блоков,— не более 2,5 мм; для штукатурных от­делочных растворов — не более 1,25 мм.

Количество мелких зерен в песке, проходящих через сито 0,16 мм, не должно превышать для песка, используемого в строительных рас­творах,— 20 %, а в бетонах — 10 %.

Чем больше в песке мелких зерен, тем больше его удельная поверхность. Для соединения зерен песка в растворе или бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверх­ность каждой песчинки. Поэтому расход цемента будет возрастать с увеличением удельной поверхности песка, т. е. с увеличением количества мелких фракций в песке.

Именно по этой причине не рекомендуется использовать для бе­тонов песок с М_к ниже 2, а для растворов — ниже 1,2.

Присутствие в песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов и растворов. Количе­ство таких примесей определяют отмучиванием (многократной про­мывкой водой). В природном песке пылеватых и глинистых примесей должно быть не более 3 % по массе, причем содержание собственно глины не должно превышать 0,5 %.

Присутствие в песке органических примесей замедляет схватывание и твердение цемента и тем самым снижает прочность бетона или рас­твора. Для оценки количества органи­ческих примесей пробу песка обрабаты­вают раствором NaOH. Щелочь экстрагирует органические вещества из песка. При этом изменяется цвет рас­твора, который сравнивают с цветом эталона. Если цвет раствора темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.

Влажность и насыпная плотность песка. Песок изменяет свой объем и соответственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20 %. При влажности 3...10 % плот­ность песка резко снижается по сравнению с плотностью сухого песка (рис. 2), потому что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды, песчинки агрегируются в комочки и общий объем песка возрастает. При дальнейшем увеличе­нии влажности вода заполняет межзерновые пустоты песка, вытесняя воздух, и плотность песка снова увеличивается. Изменения насып­ной плотности песка при изменении влажности необходимо учиты­вать при дозировке песка по объему.

Рис. 2. Изменение насыпной плотности песка ρ_нас, кг/м³, при из­менении его влажности W, %