Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

К мелким заполнителям относятся пески, которые могут быть природными или искусственными.

Природный песок - это неорганический сыпучий материал, состоящий из зерен размером до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений. По минеральному составу различают пески кварцевые, полевошпатные, карбонатные. Кварцевые пески лучше по качеству. Их чаще применяют для изготовления бетонов и строительных растворов.

По условиям образования различают речные, морские, овражные (горные) пески. Зерна речных и морских песков имеют округлую форму и гладкую поверхность, так как истираются при переносе водой. У овражных и горных песков зерна преимущественно угловатые. В таких песках содержится больше глинистых и органических примесей.

Искусственный песок получают дроблением твердых горных пород, попутных продуктов промышленности (например, шлаков) или специально изготовляют (например, вспученный перлитовый песок). Форма зерен дробленых песков остроугольная, поверхность шероховатая. Эти пески не содержат вредных примесей, которые встречаются в природных песках. В качестве заполнителей для теплоизоляционных и акустических растворов применяют специально изготовленные искусственные пористые пески: вспученный перлитовый - марок по плотности 100, 150 и 200, керамзитовый марки 500...700 и аглопоритовый марки по плотности до 600.

Для определения зернового состава песка используют стандартный набор сит с отверстиями, мм: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16, через которые просеивают навеску песка массой 1 кг. Сначала определяют частные остатки в процентах на каждом сите (а2;5, cti>25> сс0,бз и т. д.), а затем полные остатки А2у, А1Л5; ^о,бз и т. д.).

Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех вышерасположенных. Например, ^о,бз ~ ok),бз + cxi,25 + сс2,5- Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка.

В зависимости от зернового состава и содержания глинистых и пылевидных частиц песок делят на три класса: высшего, первого и второго. В свою очередь по зерновому составу различают песок очень крупный, повышенной крупности крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий

Для приготовления тяжелого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности 2.. .3,25. Использовать для бетона мелкие и тем более очень мелкие пески допускается только после технико-экономического обоснования целесообразности этого.

Для песка высшего класса содержание зерен размером более 10 мм не допускается, зерен размером более 5 мм и менее 0,16 мм должно быть не более 3 %, глинистых и пылевидных частиц - не более 1 %. Для песка первого класса допускается содержание зерен размерами: больше 10 мм - не более 0,5 %, больше 5 мм - не более 5 %, пылевидных и глинистых частиц в природном песке - не более 3 %.

Для монтажных и кладочных тяжелых растворов применяют песок с размером зерен не более 5 мм с модулем крупности 1,5...2 5' для штукатурных растворов используют природный песок групп «очень мелкий», «мелкий» и «средний» (модуль крупности до-2,5

Максимально допустимый размер зерен песка для подготовительных слоев обрызга и грунта не должен превышать 2,5 мм, для отделочного слоя (накрывки) - 1,25 мм.

Присутствие в природном песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижает прочность и морозостойко ь бетонов и растворов. Глинистые и илистые частицы обволакивают зерна песка тонким слоем, препятствуя их сращиванию с цементным камнем. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократной промывкой водой).

Присутствие в песке органических примесей (в виде остатков корней растений, органических кислот) замедляет схватывание и твердение цемента и тем самым снижает прочность бетона и раствора. Для оценки количества органических примесей пробу песка обрабатывают раствором едкого натра NaOH и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет раствора темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.

Песок обладает способностью изменять свой объем и соответственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20...25 %. При влажности 3...10 % плотность песка резко снижается по сравнению с насыпной плотностью сухого песка ( 41), потому что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды и общий объем песка возрастает. При дальнейшем увеличении влажности вода входит в межзерновые пустоты песка, вытесняя воздух, и насыпная плотность песка снова увеличивается. Изменения насыпной плотности песка при изменении влажности необходимо учитывать при дозировке песка по объему.

В качестве крупного заполнителя для бетона используют щебень, гравий и щебень из гравия. В зависимости от плотности зерен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) заполнители (р > 2,0 г/см3), используемые для тяжелого бетона, и пористые (р < 2,0 г/см3), применяемые для легкого бетона.

Гравий - это неорганический зернистый сыпучий материал с зернами размерами свыше 5 мм, получаемый рассевом природных гравийно-песчаных смесей. В гравий входит некоторое количество песка. При содержании песка 25...40 % материал называют песчано-гравийной смесью

Щебень получают дроблением массивных плотных горных пород на куски размерами 5...70 мм. Зерна щебня угловатой формы и с более развитой, чем у гравия, шероховатой поверхностью. Благодаря этому сцепление с цементным камнем у щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона предпочтительно применять щебень, для бетонов средней прочности 15.. .30 МПа - более дешевый местный гравий.

Щебень из гравия изготовляют дроблением гравия, гальки или валунов. В этом щебне содержится не менее 80 % дробленых зерен, т. е. таких, поверхность которых околота более чем наполовину. По свойствам щебень из гравия занимает промежуточное положение между щебнем и гравием.

Зерновой состав крупного заполнителя характеризуют его наибольшей и наименьшей крупностью. Наибольшая крупность заполнителя D соответствует размеру отверстий стандартного сита, на котором полный остаток еще не превышает 10 % по массе. Наименьшая крупность d определяется размером отверстий первого из сит, полный остаток на котором превышает 95 %, т. е. через него проходит не более 5 % просеиваемой пробы. Наименьшая крупность обычно равна 5 мм.

Наибольшая крупность заполнителя должна соответствовать размерам бетонируемой конструкции и расстоянию между стержнями арматуры. Это позволяет равномерно, без зависаний распределять бетонную смесь в опалубке или форме.

При изготовлении бетонных плит наибольшая крупность зерен заполнителя должна быть не более половины толщины плиты, для тонкостенных конструкций - не более 1/3-1/2 толщины изделия. В железобетонных конструкциях применяют заполнители с наибольшей крупностью не более 3/4 наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры.

При транспортировании смесей по бетоноводу наибольшую крупность заполнителей устанавливают в зависимости от его внутреннего диаметра. Для гравия она должна быть не более 0,4 диаметра бетоновода, для щебня - не более 1/3. Крупность заполнителей в бетонных смесях, подаваемых по хоботам и виброхоботам, принимают равной не более 1/3 их диаметра.

Щебень и гравий применяют, как правило, фракционированными. Зерновой состав каждой фракции заполнителя или смеси фракций назначают таким, чтобы обеспечить минимальный расход цемента в бетоне.

Содержание зерен лещадной формы для щебня 1-й группы должно быть не более 15 %, 4-й группы - 35...50 % по массе. Содержание пылевидных и глинистых частиц для щебня из изверженных и метаморфических пород должно быть не более 1 % по массе, для щебня из гравия, валунов и осадочных пород - не более 3 % и зависит от марки по дробимости.

Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Требования по прочности устанавливают только для крупного заполнителя, поскольку чаще всего применяемые в качестве мелкого заполнителя кварцевые пески заведомо прочнее бетона.

Прочность крупного заполнителя нормируют с учетом прочности бетона. Так, марка щебня из естественного камня должна превышать прочность бетона не менее чем в 1,5...2 раза. Во всех случаях щебень из изверженных горных пород должен иметь прочность не ниже 80 МПа, из метаморфических - не ниже 60 МПа, из осадочных - не ниже 30 МПа. Содержание в щебне и гравии зерен слабых и выветренных пород - не более 10 % по массе.

Прочность исходной горной породы определяют испытанием образцов выпиленных в виде цилиндра или куба с размером ребра 40...50 мм на сжатие в насыщенном водой состоянии. Прочность крупного заполнителя определяют косвенно путем определения дробимости при сжатии (раздавливании) в стальном цилиндре.

Содержание зерен слабых пород в крупном заполнителе в зависимости от марки по дробимости для гравия и щебня из гравия должно быть не более 10... 15 % по массе, для щебня - 5... 15 %.

Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости. Определяют морозостойкость щебня и гравия попеременным замораживанием и оттаиванием в насыщенном водой состоянии, а также ускоренным методом - замораживанием в растворе сернокислого натрия. По степени морозостойкости гравий и щебень разделяют на марки: F15, 25, 50, 100, 150, 200, 300 и 400.

Пористые заполнители бывают природные и искусственные. Природные заполнители получают путем дробления горных пород, например вулканического туфа, пещы, известняка-ракушечника. Они относятся к местным материалам и используются для строительства в районах, незначительно удаленных от месторождения. Более распространены искусственные пористые заполнители, которые подразделяют на специально изготовляемые и полученные из отходов промышленности.

К специально изготовляемым пористым заполнителям относят керамзит, аглопорит, вспученный перлит и вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий. Из отходов промышленности используют топливные шлаки и золы.

Керамзит - продукт обжига вспучивающихся глин. Его получают в виде гранул округлой формы размером 5...40 мм (керамзитовый гравий) с пористой сердцевиной и плотной спекшейся оболочкой. Благодаря такому строению прочность керамзита сравнительно высокая (до 6 МПа) при небольшой средней плотности (250...600 кг/м3). Получают керамзит быстрым обжи-гом во вращающихся печах легкоплавких глинистых пород (в виде сырцовых гранул) с большим содержанием окислов же-леза и органических примесей до их вспучивания. Гранулы керамзита напоминают в изломе структуру застывшей пены. Применяют керамзит для изготовления легкобетонных конструкций и теплоизоляционных засыпок.

Керамзитовый песок получают дроблением некондиционных зерен керамзитового гравия до размеров 0,16...5 мм либо путем обжига сырья во взвешенном состоянии.

Аглопорит выпускают в виде пористого щебня, гравия или песка и получают спеканием (агломерацией) сырьевой шихты из глинистых пород, топливных зол или шлаков с добавкой 8... 10 % топлива (каменного угля) или топливосодержащих отходов. Высокая температура, развивающаяся при сгорании угля, приводит к спеканию шихты, а образующиеся газы вспучивают массу, что способствует получению пористого материала. Полученный корж разламывают, охлаждают до температуры 80... ... 120 °С, дробят и сортируют на щебень и песок. Средняя плотность аглопоритового щебня-от 500 до 900 кг/м3, песка -от 600 до 1100 кг/м3.

Шлаковая пемза - пористый щебень, получаемый в результате вспучивания расплавленных металлургических шлаков путем их быстрого охлаждения водой или паром. Это один из самых дешевых пористых заполнителей, но не самый эффективный: шлаковая пемза сравнительно тяжелый заполнитель (марки от 300 до 1000).

Пористый песок в зависимости от зернового состава делят на три группы: 1-я - для конструкционно-теплоизоляционных бетонов; 2-я - для конструкционных; 3-я - для теплоизоляционных бетонов.

Вспученные перлитовые песок и щебень - пористые зерна белого или светло-серого цвета - получают путем быстрого (1...2 мин) нагрева до температуры 1000... 1200 °С вулканических стеклообразных горных пород (таких, как перлиты, обсидианы, витрофиры, пехштейны), содержащих 1...10 % химически связанной воды. Обжиг дробленого материала ведут в шахтных или вращающихся печах. Вспучивание породы с увеличением объема в 5... 15 раз происходит в момент перехода в пи-ропластическое состояние при нагревании за счет воздействия водяного пара при удалении химически связанной воды. Полученные песок и щебень (плотностью от 80 до 500 кг/м3) применяют в качестве теплоизоляционных засыпок, для производства теплоизоляционных изделий и легких бетонов.

Топливные шлаки образуются в топках при спекании и частичном вспучивании неорганических примесей, содержащихся в угле. Этот материал характеризуется значительной неоднородностью свойств, что ограничивает его применение. В качестве крупного заполнителя в легких бетонах могут использоваться плотные шлаки, не подверженные самораспаду с ограниченным содержанием частиц несгоревшего топлива и других примесей.

Пылевидная зола ТЭС образуется при сжигании размолотого каменного угля. Ее используют как мелкий заполнитель в бетонах и растворах при условии, что содержание частиц несгоревшего топлива не превышает установленных пределов.

Основная характеристика пористого заполнителя - средняя плотность в сухом состоянии. В зависимости от средней плотности (кг/м3) гравий, щебень и песок делят на марки: 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 и 1100. Крупные пористые заполнители поставляют раздельно по фракциям: 5... 10; 10...20 и 20...40 мм.

В зависимости от прочности, определенной при испытании сдавливанием в цилиндре, гравий и щебень подразделяют на марки по прочности от П15 (прочность при сдавливании в цилиндре - до 0,5 МПа) до П400 (прочность при сдавливании в цилиндре - более 10 МПа). У керамзитового гравия, например, она составляет 0,6.. .2,5 МПа.

Морозостойкость пористых заполнителей должна соответствовать марке не ниже F15 при потере массы не более 8 %.

Благодаря развитой системе пор заполнители способны поглощать значительное количество воды затворения, причем скорость водопоглощения особенно велика в первые 15...20 мин, т. е. в момент приготовления и укладки бетонной смеси. Интенсивное впитывание воды в первоначальные сроки обусловлено поглощением воды крупными порами заполнителя. В дальнейшем постепенно насыщаются тонкие поры и капилляры.

Быстрый отсос воды зернами заполнителя и развитая шероховатая поверхность делают легкобетонные смеси недостаточно удобоукладываемыми. Поэтому при изготовлении легких бетонов особенно эффективно применение гидрофобно-пластифи-цирующих добавок.

В пористых заполнителях для армированных бетонов содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на S03 должно быть не более 1 % по массе.

Структура аглопоритового и шлакопемзового щебня должна быть устойчивой против силикатного распада.