Строительство. Бетоны

Заполнители бетона

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Многие из вышеописанных испытаний заполнителей условны и не всегда дают надежные сведения об ожидаемом эффекте их использования в бетоне. Включены же эти испытания в действующие стандарты главным образом потому, что методы их проведения сравнительно просты и доступны производственным лабораториям для систематического массового контроля качества материалов. Это в основном так называемые экспресс-методы для оперативного контроля, очень полезного и необходимого, хотя часто поверхностного и не совсем точного.

В то же время стандарты предполагают проведение при необходимости испытаний заполнителей в бетоне как более надежных. Например, по ГОСТ 10268—80 в случае получения неудовлетворительных результатов при испытании заполнителя на морозостойкость проверяют морозостойкость бетона на этом заполнителе.

 Исследование заполнителей в бетоне предусмотрено стандартами для выявления их стойкости в среде цементного камня, коррозионного действия и в других случаях. Испытание в бетоне дает важную дополнительную информацию, особенно в сочетании с другими методами. В частности, определив плотность зерен заполнителя р3 по формулам (2.1) или (2.5) и р3ц-т по формулам (2.2) или (2.3), можно найти относительный объем открытых пор, которые в бетоне заполняются цементным тестом

Относительный объем открытых пор в некоторых заполнителях достигает 20 ... 25 %, поэтому расчет состава бетона без учета дополнительной потребности в цементном тесте может привести к уменьшению выхода бетонной смеси из замеса и изменению свойств по сравнению с требуемыми.

Очень важной технологической характеристикой заполнителей является их водопотребность, т. е. расход воды, физически связываемой заполнителем в бетонной смеси (необходимой для смачивания поверхности заполнителя и заполнения открытых пор). Даже кварцевый песок с плотными зернами обладает значительной водопотребностью, тем более пористые заполнители.

Нередко в технологии бетона рекомендуют добавлять воду исходя из водопоглощения заполнителей в обычных стандартных условиях за 10 ... 15 мин или же принимать 50 %-ную или иную долю стандартного водопоглощения за 1 ч. Такие приемы ненадежны. Значительно надежнее испытание заполнителя в бетоне.

Б. Г. Скрамтаевым и Ю. М. Баженовым был предложен метод определения водопотребности заполнителей, основанный на подборе смесей одинаковой подвижности с испытуемым заполнителем и без него. Для определения водопотребности песка готовят цемент-но-песчаный раствор состава 1 : 2 (по массе) и добавляют воду до тех пор, пока расплыв конуса на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4—81  не окажется таким же, как расплыв цементного теста нормальной густоты без песка.

В ГОСТ 9758—86 эта методика включена с небольшими изменениями для определения водопотребности пористого песка.

Подобным образом определяют водопотребность крупного заполнителя. В этом случае подвижность бетонной смеси подбирают такую же, как подвижность растворной смеси.

Если заполнители характеризуются высоким водопоглощением, то рекомендуется подвижность смесей определять дважды: сразу после приготовления замеса и через 30 мин. Во втором случае при необходимости добавляют воду, компенсируя поглощенную заполнителем. Таким образом определяют водопотребность заполнителя, включая его водопоглощение в бетонной смеси за 30 мин.

Методика определения водопотребности пористых заполнителей, основанная, как и вышеописанные, на сопоставлении смесей одинаковой подвижности, была разработана А. А. Аракеляном.

С точки зрения формирования структуры цементного камня в бетоне наибольший интерес представляет водопоглощение заполнителя за время от момента затворения водой бетонной смеси до конца схватывания. От того, сколько воды останется в цементном тесте к концу периода формирования структуры, зависят прочность и другие важнейшие свойства бетона.

Методика, разработанная в МИСИ им. В. В. Куйбышева Г. И. Горчаковым и его сотрудниками, основана на сравнении периода формирования структуры бетона на данном заполнителе и цементе с периодом формирования структуры цементного теста, приготовленного на том же цементе.

В первую очередь исследуют цемент: готовят тесто при разных В/Ц и определяют скорость прохождения ультразвука. Сначала она мала и незначительно изменяется со временем, но наступает момент (чем больше В/Ц, тем позже), когда скорость ультразвука резко увеличивается (цементное тесто превращается в цементный камень). Фиксируя этот момент, строят эталонный график зависимости продолжительности периода формирования структуры цементного теста от В/Ц. Затем готовят бетонную смесь на испытуемом заполнителе и по скорости прохождения через нее ультразвука определяют продолжительность периода формирования структуры, что позволяет найти по эталонному графику истинное водоцементное отношение цементного теста (цементного камня) в бетоне.

Зная истинное В/Ц и общий расход воды, легко найти долю воды, приходящейся на заполнитель. Столько воды надо будет добавлять в бетонную смесь в дополнение к тому расходу, который необходим для получения в бетоне цементного камня требуемой прочности.

Часто заполнитель приходится испытывать в бетоне для оценки его прочности, поскольку описанные выше стандартные методы недостаточно ее характеризуют.

ГОСТ 10268—80, устанавливая минимальные марки по прочности щебня и гравия для тяжелых бетонов, предусматривает в ряде случаев определение пригодности заполнителей по результатам их испытания в бетоне. Методика испытания стандартом не оговорена. Обычно заполнитель считают пригодным, если бетон требуемой прочности получается при нормируемом расходе цемента.

Способ испытания крупного заполнителя в бетоне, разработанный в НИИЖБе, предполагает предварительный расчет по формулам водоцементного отношения для получения бетона требуемой прочности на цементе известной (и достаточно высокой) активности. По этому способу испытывают бетонные образцы с различным расходом испытуемого заполнителя. В одной серии опытов бетонную смесь почти максимально насыщают крупным заполнителем, расходуя 900 ... 950 л/м3 («контактное» расположение заполнителя), в другой — испытуемого заполнителя дается меньше — не более 750 л/м3 («плавающее» расположение). Если в обоих случаях расчетная прочность бетона будет достигнута, то заполнитель можно применять в бетоне данной марки без ограничений. Если же прочность бетона окажется ниже требуемой, то заполнитель признают непригодным. Наконец, если требуемая прочность бетона достигается при «плавающем» расположении заполнителя, но не достигается при «контактном», то расход такого заполнителя для получения бетона требуемой прочность ограничивают.

Согласно ГОСТ 22263—76, щебень и песок из пористых горных пород предписано испытывать в бетоне по следующей методике. Готовят три бетонных замеса заданных стандартом составов, отличающихся расходом цемента. По результатам испытания образцов строят график зависимости предела прочности и плотности бетона от расхода цемента. По этому графику определяют расход цемента, необходимый для получения бетона с требуемыми свойствами, и если он не выше нормативного, заполнитель признают пригодным.

Рациональный метод оценки качества крупного заполнителя предложил А. И. Ваганов в 1954 г. применительно к керамзиту. Сущность его состоит в нахождении опытным путем зависимости прочности бетона на данном крупном заполнителе от прочности его растворной части (т. е. от прочности того же бетона, но без испытуемого заполнителя). Эта зависимость показывает роль крупного заполнителя в формировании прочности бетона и дает возможность установить, для каких марок бетонов данный заполнитель целесообразно использовать ( 2.4). А. И. Ваганов установил, что связь между прочностью бетона на данном крупном заполнителе и прочностью растворной части бетона не зависит от состава раствора, В/Ц, продолжительности твердения и других технологических факторов. Все эти факторы, конечно, влияют на прочность раствора, но таким же образом влияют и на прочность бетона, так что зависимость, изображенная на  2.4, инвариантна качеству растворной части и связана лишь с содержанием и свойствами испытуемого в бетоне крупного заполнителя.

В своих опытах А. И. Ваганов отдельно готовил и испытывал образцы из раствора и бетона. В обоих замесах выдерживались постоянные для каждой серии опытов соотношения цемента и песка, В/Ц, но в бетоне несколько увеличивался расход воды с учетом поглощения ее крупным заполнителем (керамзитом). Однако нельзя точно предсказать расход воды, впитываемой заполнителем из бетонной смеси, поэтому добавка воды в бетонную смесь может привести к существенным погрешностям: раствор в отдельных образцах и растворная часть в бетоне могут оказаться не идентичными. В этом был один из недостатков методики. Кроме того, методика не давала количественной оценки прочности заполнителя, поскольку А. И. Ваганов пытался объяснить получение бетона той или иной прочности благоприятным или неблагоприятным соотношением деформативных свойств керамзитового заполнителя и раствора. Собственную прочность керамзита в то время считали заведомо малой, ориентируясь на результаты его испытания в цилиндре

С. М. Ицковичем в 1961 г. была разработана методика испытания пористых заполнителей в бетоне, развивающая идею А. И. Ваганова. В данном случае бетонные и растворные образцы каждой серии Бетонную смесь после тщательного перемешивания и выдержки (для стабилизации процесса водопоглощения испытуемого крупного заполнителя) делят на две части, из одной формуют бетонные образцы — кубы, а другую просеивают через сито, отделяя от крупного заполнителя растворную часть бетонной смеси для формования растворных образцов. При такой технологии идентичность качества раствора в образцах и в бетонной смеси обеспечивается более надежно, чем при раздельном приготовлении.

Показаны результаты испытания в бетоне искусственного пористого заполнителя — аглопорита. Часть опытных точек расположилась на графике выше диагонали, т. е. прочность аглопоритобетона оказалась выше прочности входившего в его состав раствора. Другая часть опытных точек — в области высоких показателей прочности — расположилась ниже диагонали, т. е. прочность аглопоритобетона оказалась ниже прочности раствора.

Данный график не только иллюстрирует эффективность применения испытанного заполнителя в бетонах той или иной заданной прочности, но и дает возможность найти фактический предел прочности заполнителя R3. Последний соответствует точке на графике, где опытная кривая пересекает диагональ при равной прочности бетона и раствора.

Цель всех ранее описанных методов состояла лишь в определении пригодности заполнителя для получения бетона требуемой прочности. Предлагаемая методика позволяет получать количественное выражение прочности заполнителя в бетоне, объективную характеристику заполнителя, которую можно использовать при расчете ожидаемой прочности бетона.

Испытав таким же образом заполнители разной прочности, можно получить на графике ряд подобных кривых и далее использовать этот график в качестве номограммы, облегчающей испытание новых заполнителей. При этом достаточно изготовить и испытать на прочность одну серию образцов из бетона и раствора, чтобы по кривой, на которую попадает нанесенная на номограмму опытная точка, определить искомую прочность заполнителя. Такая методика испытания пористых заполнителей на прочность в бетоне предусмотрена ГОСТ 9758—86 и рекомендована для определения качества заполнителя в лабораториях потребителей и при оценке качества сырья, предназначенного для получения пористых заполнителей.

При получении данных для  2.5 в замесах бетонной смеси во всех опытах (каждая серия опытов 'дала на графике одну точку) выдерживалось постоянным объемное содержание крупного заполнителя. Возможен и другой подход: с определением прочности бетона при различном содержании в нем заполнителя.

Во ВНИИЖелезобетона исследован бетон с различным содержанием крупного заполнителя (керамзита): 0,3 и 0,5 соответственно при объемной доле раствора 0,7 и 0,5. Приведенными на  2.6 данными можно воспользоваться для определения прочности примененного в опытах керамзита: она соответствует точке пересечения кривых. Действительно, если изменение дозировки крупного заполнителя при данной прочности раствора не влияет на прочность бетона, то прочность заполнителя равна прочности раствора.

По методике, разработанной в Куйбышевском инженерно-строительном институте, керамзит испытывают в гипсобетонных образцах разного возраста и получают зависимость предела прочности бетона от времени твердения. Аналогичную зависимость получают для чисто гипсовой отливки (без керамзита). Точка пересечения на графике двух кривых соответствует прочности керамзита ( 2.7).

В ВНИИнеруд разработала методика испытания тяжелого щебня или гравия в бетоне, состоящая в сравнении прочности бетона на данном заполнителе с прочностью раствора при таких же В/Ц, т. е. в сущности и эта методика базируется на вышеизложенной идее.

Для расчета свойств бетона бывает необходимо знать такие характеристики заполнителей, как  модуль упругости, теплопроводность. Определение их непосредственным испытанием отдельных зерен затруднительно и не дает надежных результатов. С. М. Иц-ковичем разработана методика определения этих свойств в бетоне, состоящая в том, что испытывают образцы из бетона на данном заполнителе и из раствора, отсеянного из части бетонного замеса, а затем производят расчет по теоретическим формулам.

Помимо описанных выше имеется ряд других показателей качества заполнителей. Это предусмотренные стандартами стойкость заполнителей против распада, содержание слабых зерен, пылевидных, илистых, глинистых и органических примесей, минерало-петро-графический состав и др.