Бетон на пористих заповнювачах

 

5). Коли крива розсіювання виходить зліва від граничної лінії , це означає, що пісок неприпустимо дрібний, оскільки утворює сильно розвинуту питому поверхню, і щоб пов'язати всі зерна цементним клеєм, потрібна перевитрата цементу,    хоча   міжзернова   пустотність    внижена   до    30...35 %.

У такому разі треба вирішити, що вигіднішеї збагатити цей пісок крупнішими фракціями, подрібнивши та просіявши гірські породи, доставити крупний пісок з інших родовищ чи піти на перевитрату цементу. Коли крива розсіювання виходить праворуч від граничної лінії 4, це означає, що пісок неприпустимо крупний, оскільки утворює міжзер-нову пустотність (до 42...43 %) і для її заповнення знову потрібно перевитратити цемент. У такому разі слід також вирішити, що вигідніше: збагатити цей пісок дрібнішими фракціями, подрібнивши крупні, доставити дрібний пісок з інших родовищ чи вдатися до перевитрати цементу. У кожному з цих варіантів рішення приймається після техніко-економічних обгрунтувань.

Гравій — це сипкий матеріал, утворюваний в результаті природного руйнування (вивітрювання) вивержених чи осадових гірських порід.

За походженням розрізняють  гравій яровий (гірський), річковий та морський. Яровий гравій більше забруднений домішками.

За розмірами зерен розрізняють гравій: рядовий — ЗО...70 мм; фракціонований особливо дрібний — 5...10 (3...10); фракціонований дрібний — 5...20;  середній — 20...40;  крупний — 40...70  мм.

Зерна гравію розмірами 5...70 мм мають  округлу, обкатану форму з гЛаденькою поверхнею. Поряд з міцними зернами (граніт, діорит) у ньому можуть бути слабкі зерна пористих вапняків, а також домішки пилу, глини, піску. Якщо вміст піску 25...40 %, то матеріал називають піщано-гравійною сумішшю.

Для бетону найпридатнішою є малообкатана форма зерен, гірша — яйцевидна, ще гірша — пластинчаста, чи подова, й голчаста. Голчастих та пластинчастих часточок у гравії для бетону не повинно бути більше ніж 15 % за масою, оскільки більший вміст істотно ослаблює бетон. Гладенька поверхня зерен погіршує адгезію в'яжучого до заповнювача, а також сприяє зниженню міцності.

Під час виготовлення бетону велике значення має максимально допустима  крупність зерен гравію, яка визначається розміром вічок сита, повний залишок  на якому не перевищує 5 % загальної  наважки. Установлюється максимальна крупність залежно від конкретних розмірів бетонованого об'єму та густоти його армування з таким розрахунком, щоб бетонна суміш при ущільненні вільно заповнювала гей об'єм, проходячи між стержнями арматури. Якщо для бетонування масивних споруд з рідкою арматурою

 

використовують бетонозмішувачі місткістю понад 2000 л, то можна брати гравій крупністю' до 150 мм.

Щебінь — це сипкий матеріал, одержуваний  подрібненням гірських порід, які мають  границю міцності при стиску від 20 до 120 МПа. Зерна щебеню мають кутасту форму й більш розвинуту, ніж у гравію, шорстку поверхню, а тому міцність зчеплення з цементним каменем у щебеню вища, ніж у гравію.

Для виробництва щебеню подрібнюють: вивержені породи — гра ніт, діабаз, діорит; щільні осадові породи — вапняк, доломіт;   метаморфічні кварцити. При дрібненні на сучасних кар'єрах його поді-, ляють на фракції    5... 10 мм,  10...20,   20...40,   40...70  мм.   У разі потреби (на замовлення споживача) складають суміш з двох-трьох фракцій.

Якщо немає достатніх гірських масивів, щоб організувати видобуток щебеню, можна виробляти його подрібненням крупного гравію еа щебінь. У цьому разі виключаються затрати на ведення буровибухових робіт.

У крупних заповнювачах також обмежують  вміст глинястих, му-   листих та пилуватих часточок, тобто зерен розміром менш як 0,05 мм. Шкідлива роль цих домішок, як і органічних, така сама, як і в піс-

ку. У складі гравію таких часточок не повинно бути більш як 1...2 %, щебеню — не більш як 1...3 % за масою, у тому числі глини в грудках — не більш як 0,25 % . Міцність крупних заповнювачів має бути явно вищою за міцність проектованого бетону. Наприклад, міцність щебеню має перевищувати міцність бетону принаймні в 1,5—2 рази. У всякому разі границя міцності щебеню на стиск для вивержених порід повинна бути не нижчою ніж 80 МПа, для метаморфічних 60, для осадових >30  МПа.

Придатність крупного заповнювача  для бетону, як і піску, також визначають у лабораторних умовах за комплексом показників: істинна, середня та насипна густина, міжзернова пустотність, вологість, водопоглинання, вміст пилуватих, мулистих, глинястих часточок та органічних домішок, міцність зерен, вміст голчастих та пластинчастих часточок, зерновий склад. У разі потреби з урахуван- ₄ ням цільового призначення бетону визначають міцність вихідної гірської породи, стираність, опір удару та морозостійкість.

П'ять перших показників потрібно також знати для проектування  складу бетону;

Зерновий склад крупного заповнювача, так само, як і піску, істотно впливає на властивості бетонної суміші та бетону. Оптиміза-ція зернового складу має грунтуватися на такій умові: одержати найменший об'єм міжзернових пустот, тобто забезпечити мінімальну витрату розчинової частини, а отже, й цементу.

Гравій (щебінь) просіюють крізь набір сит, розміри отворів яких послідовно 1,25Dнб, Dнб, 0,5 (D_Нб + Dнб), D_НМ (індекс нб означає найбільший діаметр, км —найменший), і визначають часткові й повні залишки на кожному ситі, виражаючи їх у процентах за масою до просіюваної проби. Маса проби становить 5, 10, 20, 30, 50 кг при найбільшій крупності 10, 20, 40, 70 мм. Якщо немає сит з вічками, діаметр яких дорівнює 1,25D_нб і 0,5 (D_Нб + Dнм), то користуються ситами стандартного набору, розміри вічок яких найближчі до потрібних. Зви-

 

чайно пробу просіюють  крізь  набір сит з  вічками 70,   40,  20,   10 і 5 мм.

Далі обчислюють часткові залишки,   %:

 

 

де m_i — маса залишку на даному ситі, кг; — сума часткових залишків на всіх ситах, кг.

За значеннями часткових залишків обчислюють повні залишки  на кожному ситі,    %:

де   а_п -+- ...+ сц — часткові залишки на всіх ситах з більшими вічками плюс залишок на даному ситі. Результати заносять у табл. 6.3.

 

 

 

Далі встановлюють найбільшу  £>_Нб і найменшу О_им крупність зерен гравію (щебеню). За С_нб беруть розмір вічок того верхнього сита, на якому повний залишок не перевищує 5 %, а за D_Нм — розмір вічка нижнього сита, на  якому повний залишок становить не менш

 

як 95 %. Обчислюють також 1,25 Dнв і 0,5 (Dнб + Dнм). Зерновий склад фракцій чи їхніх сумішей має перебувати в таких межах: при D_нм повний залишок на ситі А і становить 90... 100%; за масою; при 0,5 (І)„б + D„„) — ЗО...80; при Д,б — До 10; при 1,25£„_б — до 0,5 %.

Остаточну оцінку придатності крупного заповнювача за зерновим складом дають після нанесення конкретних числових значень Dвб, Dнм та повних залишків на стандартний графік (рис. 6.2).   Якщо   лінія   зерно-

 

 

 

вого складу розміщується в заштрихованій  частині, то гравій (щебінь) придатний  для бетону. Якщо лінія виходить за ЇЇ межі, то ви никає ситуація, аналогічна описаній для піску. У даному разі доцільно розглянути можливість збагачення крупного заповнювача за рахунок варіювання вмісту окремих його фракцій, але також з урахуванням техніко-економічних показників.

Вода для бетону

Воду під час бетонних робіт  використовують для приготування бетонних сумішей та поливання відкритих  поверхонь тверднучоге в літній час монолітного бетону. Іноді  виникає потреба застосувати  її для промивання заповнювачів. Для  всіх цих робіт без попередньої перевірки придатна питна вода. Річкова, озерна та вода із штучних водойм придатна також, якщо вона не забруднена в неприпустимих межах стічними викидами, солями, мастилами тощо. У морській воді у великій кількості містяться розчинні солі, сульфат-іони, хлор-іони.

Можна застосовувати воду, яка показує  слабкокислу чи слабко-лужну реакцію, що визначається значенням водневого  показника рН у межах 4,0... 12,5, і  відповідає технічним умовам. "На застосування стічних вод, крім того, потрібно одержати дозвіл санепідемстанції.

Шкідливі домішки у воді можуть перешкоджати нормальному тужавінню й твердненню цементу або спричинювати появу в бетоні сполук, що знижують його міцність та довговічність.

Органічні речовини у воді, особливо такі, що містять цукор та феноли, сповільнюють процес гідратації цементу й знижують міцність бетону. Вміст кожного з них не повинен перевищувати 10 мг/д води.

 

Домішки нафтопродуктів, мастил, жирів, осідаючи на поверхні цементних зерен, сповільнюють гідратацію їх, а вкриваючи заповнювачі, перешкоджають їхньому зчепленню з цементним каменем і знижують міцність бетону. Тому на поверхні води замішування не повинно бути плівок цих домішок.

Особливо важливо знати про  наявність у воді розчинних солей  і зокрема таких, які містять сульфат-іони ЗО   та хлор-іони СІ. Розчинені солі при підвищеній концентрації кристалізуються в порах цементного каменю й утворюють на поверхні бетону висоли, які псують зовнішній вигляд. Тому сумарний вміст солей у воді замішування не повинен перевищувати 5 г/л. Сульфат-іони спричинюють корозію цементного каменю, яка призводить до його руйнування, а хлор-іони спричинюють корозію також і сталевої арматури. Вміст сульфат-іонів не повинен бути вищим ніж 2,7 г/л, а хлор-іонів — 1,2...3,5 г/л.

У сумнівних випадках придатність води можна перевірити порівняльним випробуванням міцності зразків, виготовлених на цій та на питній воді.

4.2. Бетонна суміш і  добавки до неї

Бетонна суміш — це складна багатокомпонентна система, яку утворюють: зерна цементу, що реагують з водою замішування; заповнювачі, що утворюють скелет майбутнього бетону; вільна вода й повітря, втягнуте під час перемішування та укладання суміш

Існують три фази суміші: тверда, рідка  та газоподібна.

Фізико-хімічна взаємодія між  дисперсними часточками твердої  фази та водою (у цементному тісті) забезпечує всій системі певну зв'язність, і тому вона може розглядатися як фізичне тіло з притаманними йому властивостями. З часом і під впливом зовнішніх факторів це тіло змінює свій стан від рідкого до твердого за схемою: пластичне . в язке - пружне. Головну роль у змінюванні стану суміші відіграє цементне тісто, а в ньому — властивості в'яжучого. Структурна в’язкість цементного тіста залежить від концентрації твердої фази у водній суспензії. У процесі випробування цементу це виражається показником нормальної густоти тіста (НГ) — умовним ступенем пластичності, потрібним для наступних випробувань, а в технології бетону — відношенням В/Ц.

Тут корисно простежити: якщо для  гідратації цементу стехіометрично потрібно 15...20 % води за масою залежно від мінералогічного складу й тонкості помелу, для нормальної густоти треба — 24.,.ЗО %, то для бетонної суміші — практично 40...70 % (В/Ц = 0,4...0,7). Потреба щодо надлишків води диктується лише реологічними умовами перемішування та ущільнення.

Під час бетонування для забезпечення потрібної якості бетону після його затвердіння бетонна суміш повинна мати консистенцію, яка відповідає умовам її укладання. Мірою-консистенції є так звана легкоукладальність — здатність бетонної суміші заповнювати

форму чи опалубку з найменшими затратами  зовнішньої енергії. Це найважливіший технологічний показник. Щоб оцінити легкоукладальність суміші, розроблено технічні характеристики: рухливість і жорсткість. Рухливість суміші (П) виражають у сантиметрах осадки суміші ((Ж), яку визначають за допомогою стандартного конуса (рис. 6.3). Якщо суміш після зняття стандартного конуса не осідає, тобто якщо ОК = = 0, то використовують спеціальний прилад для визначення жорсткості (Ж) в секундах (рис. 6.4).

Методи визначення легкоукладальності суміші докладніше розглянуто у відповідних стандартах та у вказівках до лабораторних робіт.                   

                                                                                    

 

 

Жорсткі суміші характеризуються відносно невеликим вмістом води. Для їх формування потрібна механічна дія, наприклад вібрування з привантаженням чи вібропрокатуванням, які можливі лише в умовах заводів залізобетонних виробів. Водночас, використовуючи жорсткі суміші, можна знижувати витрату цементу. Отже, проектування бетонних робіт також потребує техніко-економічного обгрунтування.

Рухливі суміші містять води більше й тому легше ущільнюються вібруванням, використовуються переважно при  монолітному бетонуванні.

Важливий показник суміші — її зв'язність, яка перешкоджає розшаруванню. Розшарування суміші призводить до неоднорідності структури бетону, а отже, до неоднорідності за міцністю. Відбувається

розшарування внаслідок седиментації, яка виявляється на стадії рідкопластичного стану Відомо, що всі предмети матеріального  світу на нашій планеті перебувають у гравітаційному полі, у тому числі й бетонна суміш з компонентів .різної густи: и. Внаслідок дії .. поштовхів, струшування, вібрації щільні зерна заповнювачів, пере- буваючи в мастилі з цементного тіста й води, осідають унизу, а найлегший компонент вода вичавлюється вгору. Практично виключити седиментацію неможливо (хіба лише в умовах невагомості). Зниження частки піску в суміші заповнювачів і витрати води замішування при використанні пластифікаторів сприяє зниженню розшаровуваності до мінімальних значень.

Отже, назвемо фактори, які регулюють легкоукладальність та перозшаровуваність бетонної суміші: витрата води; вид цементу; об'єм цементного тіста; об'єм розчинової частини; характер заповнювачів (щебінь або гравій); наявність пластифікуючої добавки.