Книги по строительству

 Свойства бетона

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Форма и текстура зёрен

Наряду с петрологическими характеристиками заполнителя  важными являются его внешние данные, в частности форма и текстура поверхности зерен. Форму трехмерных тел довольно сложно описать, и поэтому целесообразно дать определения требуемым геометрическим характеристикам   таких   тел.    Окатанность,    или    округленность,    зерен характеризует их относительную острогранность или угловатость. Степень окатанности зерен определяется в основном прочностью и истираемостью исходной горной породы, а также износом, которому уже подвергались сами зерна. Форма зерен дробленого заполнителя зависит от типа исходной горной породы, типа используемой камнедробилки и степени измельчения материала, т. е. отношения размера кусков горной породы до дробления к размеру зерен заполнителя   после дробления. Удобная классификация возможных форм зерен заполнителя дается BS812: 1960 (табл. 3.1).

В США иногда применяется следующая классификация зерен заполнителя в зависимости от их формы:

хорошо окатанные    — первоначальные грани отсутствуют;

частично окатанные —значительный износ, площадь граней уменьшена

частично остроугольные   —частичный   износ,   однако   грани   остались без

изменения;

остроугольные          — незначительные признаки износа.

Так как степень заполнения объема зернами одной фракции зависит от их формы, то угловатость зерен заполнителя можно охарактеризовать в зависимости от объема пустот уплотненной пробы заполнителя. Стандартом BS 812: 1960 показатель угловатости устанавливается 67 минус процентное объемное содержание зерен в пробе заполнителя, насыпанной по стандартной методике в соответствующую емкость. Для испытаний используют зерна, размер которых соответствует одной из следующих фракций заполнителя  (в мм):   12,7—19,05;   9,53—12,7;   6,35—9,53; 4,77—6,35. При определении показателя угловатости число 67 означает процентное содержание зерен в пробе максимально окатанного гравия. Таким образом, показатель угловатости показывает, насколько пустотность испытываемого заполнителя превышает пустотность максимально окатанного гравия (т. е. 33%). Чем выше показатель угловатости, тем больше угловатость заполнителя. Показатель угловатости используемых заполнителей находится в пределах от 0 до 11.

Косвенное доказательство зависимости пустотности от формы зерен заполнителя может быть получено из рассмотрения графика на рис. 3.1, построенного по результатам исследований Шергольда. Испытываемая проба представляла собой смесь заполнителей двух типов: угловатой и окатанной формы, которые перемешивали в различных соотношениях. Можно видеть, как возрастание количества зерен окатанной формы в пробе снижает пустотность заполнителя.

Другим показателем формы зерна крупного заполнителя является степень его сферичности, которая может быть выражена отношением поверхности зерна к его объему. Степень сферичности зерен определяется характером напластования и спайности исходной горной породы; при получении заполнителя из естественного камня; на степень сферичност?! зерен также влияет тип применяемого дробильного оборудования. Зерна, которые характеризуются высоким значением отношения поверхности зерна к его объему, способствуют снижению удобоукладываемости бетонной смеси. К зернам этого типа относят зерна пластинчатой и угловатой формы, которые отрицательно влияют на долговечность бетона, так как склонны располагаться ориентированно в одной плоскости с образованием при этом под ними пустот, заполненных водой или воздухом.

Присутствие в крупном заполнителе зерен лещадной (пластинчатой) и игловатой формы в количестве более 10—15% (по весу) обычно считают нежелательным, хотя точные ограничения нигде не записаны1.

Процентное содержание (по весу) в заполнителе зерен лещадной формы называют показателем пластинчатости заполнителя. Аналогичным образом получил название и показатель угловатости заполнителя. Некоторые зерна являются одновременно и пластинчатыми и игловатыми и, следовательно, включаются в обе категории.

Содержание пластинчатых и игловатых зерен определяют при помощи простых измерительных приборов, описанных в BS 812: 1960. Отбор этих зерен из пробы заполнителя основан на довольно условном предположении. Считают, что зерно имеет пластинчатую форму, если его толщина составляет менее чем 0,6 от средней крупности фракции, к которой пластинчатое зерно принадлежит. Аналогичным образом зерна, длина которых более чем в 1,8 раза превышает среднюю крупность фракции, считают игловатыми. Средняя крупность фракции определяется как среднее арифметическое размеров отверстий двух ближайших сит, через одно из которых зерна данной фракции проходят, а на втором сите эти зерна остаются, при этом для получения более точных результатов используют нестандартные для заполнителей сита с отверстиями следующих размеров: 50,8; 38,1; 25,4; 12,7; 9,53; 6,35 мм.

Классификация зерен по их текстуре составлена на основе анализа характера поверхности зерен, которая может быть глянцевой или матовой, гладкой или шероховатой и т. д. При этом учитывается и характер шероховатости. Характер поверхности зерен зависит от твердости, крупности зерен, вида пористости исходной горной породы (твердые, плотные и мелкозернистые горные породы обычно имеют гладкую поверхность излома), а также от влияния различных сил, оказывающих воздействие на поверхность зерен. Оценка шероховатости поверхности зерен визуальным способом является достаточно надежной, однако во избежание недоразумений в табл. 3.2 приводится классификация BS 812: 1960.

Райтом разработан следующий способ измерения шероховатости поверхности. Испытуемое зерно помещают в смолу и при определенном увеличении исследуют границу раздела между зерном и затвердевшей смолой. При этом определяют разность между длиной контура сечения зерна и длиной ломаной прямой, составленной из серии хорд. Эту разность принимают за степень шероховатости. Несмотря на полученные многочисленные результаты, этот метод из-за своей трудоемкости не находит широкого применения.

По-видимому, форма и характер поверхности заполнителя оказывают значительное влияние на прочность бетона, причем на прочность при изгибе это влияние больше, чем на прочность при сжатии. Влияние формы и текстуры является важным особенно у высокопрочных бетонов. В табл. 3.3 приведены некоторые данные Каплана, которые позволяют ориентировочно судить о степени влияния ряда факторов на прочность бетона. Влияние формы и текстуры заполнителя на интенсивность роста прочности бетона еще полностью не изучено, вероятно более шероховатая поверхность зерен обеспечивает лучшее сцепление между заполнителями и цементным камнем. Кроме того, большая площадь поверхности угловатого   заполнителя   способствует     ^ возникновению больших сил сцепления. Форма крупного заполнителя в целом оказывает  значительное  влияние на удобоукладываемость    бетона. На рис. 3.2, воспроизведенном   из статьи Каплана, показана зависимость между угловатостью крупного заполнителя и коэффициентом уплотнения  приготовленного на нем бетона. Возрастание угловатости   заполнителя от минимума до максимума снизило бы коэффициент уплотнения на 0,09,  однако  практически установить  существование четкой зависимости между этими двумя факторами вряд ли  возможно,  поскольку одновременно и   другие   свойства заполнителей также влияют на удобоукладываемость   бетонной   смеси. Судя по экспериментальным данным, текстура зерен не оказывает решающего влияния на удобоукладываемость.