Строительство. Бетоны

Заполнители бетона

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В песке, как правило, имеются примеси, нежелательные в бетоне. Поэтому стандартами ограничивается их содержание.

Наличие в песке пылевидных, глинистых и илистых примесей (частиц размером менее 0,05 мм) определяется обычно отмучиванием, состоящим в отмывке песка водой по определенной стандартной методике. Навеску сухого песка в сосуде заливают водой и выдерживают 2 ч, периодически перемешивая. Через 2 мин после перемешивания верхний слой воды над песком сливают, добавляют чистую воду и продолжают промывку песка, сливая загрязненную и добавляя чистую воду до тех пор, пока вода над песком после перемешивания не будет оставаться прозрачной.

Допускается ускоренное определение содержания отмучиваемых частиц пипеточным методом, который также состоит в промывке песка водой, но отличается тем, что измеряется не потеря в массе пробы песка, а содержание пылевидных и глинистых частиц, перешедших в воду. Для этого загрязненную воду (суспензию) после промывки песка набирают в пипегку определенной вместимости и выливают в чашку. Затем воду выпаривают в сушильном шкафу при температуре 105 ... 110°С и взвешивают оставшийся в чашке порошок. Содержание в песке отмучиваемых частиц вычисляют исходя из отношения объема отобранной в пипетку суспензии ко всему ее объему.

Кроме того, существует метод определения содержания в песке наиболее мелких глинистых частиц размером менее 0,005 мм. Этот метод близок к описанному пипеточному, но отличается тем, что суспензия, получаемая перемешиванием навески песка с дистиллированной водой и небольшой добавкой раствора аммиака, отстаивается в течение 1,5—2 ч для осаждения более крупных частиц, и лишь после этого отбирается проба суспензии с глинистыми частицами.

При значительном содержании в песке отмучиваемых примесей возможно снижение прочности и долговечности бетона. Особенно нежелательны глинистые пленки, оболочки на зернах песка, нарушающие сцепление с ними цементного камня. Опасны также глинистые примеси в виде комков из-за подверженности их значительному разбуханию при увлажнении и усадке при высыхании.

Содержание глины в комках определяют при визуальной разборке тонкого слоя крупных фракций песка на листе стекла стальной иглой после его увлажнения (комки увлажненной глины отличаются от песчинок вязкостью).

Согласно ГОСТ 8736—85, содержание отмучиваемых примесей в природном песке не должно превышать 3% (по массе), в обогащенном— 2%, а в дробленом допускается 5%. Содержание глины в комках допускается не более 0,5%i в обогащенном — не более

0,25%.

ГОСТ 10268—80 предусматривает требования к пескам в зависимости от вида бетона и условий эксплуатации конструкций. В частности, для подводного бетона гидротехнических сооружений допускается содержание пылевидных и глинистых частиц до 5%, для надводного —3%, для зоны с переменным уровнем воды — 2%. Для бетона ряда конструкций (труб, мостов, гидротехнических сооружений) содержание глины в комках не допускается.

В песках большинства месторождений, особенно в слоях, залегающих близко к' почвенному слою, возможны органические примеси — продукты разложения веществ растительного и животного происхождения. Эти примеси (гумусовые кислоты) препятствуют нормальному твердению цементного камня, особенно в первые дни, резко снижая прочность бетона.

Содержание органических примесей в песке определяют с помощью колориметрической (цветовой) пробы. Песок в стеклянном мерном цилиндре заливают 3%-ным раствором едкого натра и после перемешивания оставляют на 24 ч. В зависимости от содержания органических примесей раствор окрашивается в желтоватый или коричневый цвет. Этот цвет сравнивают с цветом специально приготовленного эталона. Песок признается пригодным для бетона, если окраска раствора над ним светлее эталона.

Эталон приготовляют, добавляя к 195 мл 3%-ного водного раствора едкого натра 5 мл 2%-ного раствора танина в 1%-ном растворе этилового спирта. Эталонный раствор взбалтывают и оставляют на 24 ч, после чего он готов для сравнения, причем только свежеприготовленный.

В некоторых странах в качестве эталона используют стекло светло-желтого цвета.

Необходимо иметь в виду, что некоторые органические примеси могут сильно окрашивать раствор едкого натра, но не вредны для бетона. Поэтому иногда песок и при окраске раствора темнее эталона может быть применен для приготовления бетона, но только после предварительного специального исследования.

Сущность такого исследования состоит в проверке влияния органических примесей, содержащихся в песке, на прочность бетона. Для этого на исследуемом песке готовят две бетонные смеси одинакового состава, ио в одной из них применяют песок, промытый в известковом молоке (нейтрализующем органические кислоты), а затем в воде, в другой — промытый только в воде (органические примеси водой не отмываются, но промывка нужна для того, чтобы две пробы песка ничем, кроме содержания органических примесей, не отличались). Сравнение прочности бетона на этих двух пробах песка показывает, действительно ли вредны содержащиеся в песке органические примеси.

Содержание в песке аморфных разновидностей кремнезема, эудных минералов, слюды, а также сернокислых и сернистых соединений определяется петрографическим исследованием с разборкой зерен под микроскопом и использованием для распознавания минералов химических реактивов или иных методов.

Аморфные разновидности кремнезема, как указывалось выше, реагируют со щелочами цемента и могут явиться причиной разрушения бетона вследствие объемного расширения новообразований. Со щелочами взаимодействуют, в частности, следующие минералы-и горные породы: опал, халцедон, кремний, некоторые стекловатые излившиеся породы.

Опал представляет собой аморфный минерал состава Si02-«H20.

Содержит 1 ... 15% химически связанной воды. Бесцветен, иногда белый, серый, со стеклянным блеском, характерной опале-сценцией (связанное с названием этого минерала специфическое явление «игры цвета»).

Халцедон — скрытокристаллическая разновидность кремнезема Si02)  тонковолокнистого строения, белого, серого, голубого или красноватого цветов.

Кремни-сланцеватые осадочные породы, содержащие опал, халцедон и кварц с глинистыми и известковыми примесями.

Если петрографический анализ указывает на наличие в заполнителе вышеназванных и им подобных минералов или горных пород, необходимо провести специальное исследование заполнителя на реакционную способность.

ГОСТ 8735—75 предусматривает определение химическим методом потенциальной реакционной способности песка к взаимодействию со щелочами цемента.    Пробу    песка с раствором едкого натра выдерживают в термостате при температуре 80°С в течение 24 ч, а затем определяют    массу    растворившегося кремнезема. 2сли в условиях опыта она превышает установленный стандартом |редел, то песок относят к потенциально реакционноспособному. 3 этом случае   необходима   специальная   проверка   песка   в бетоне.

Действующие стандарты не предлагают определенной методики проверки, но содержат указания на необходимость исследования с учетом условий эксплуатации сооружений (ГОСТ 10268—80). Реакционная способность заполнителя может быть выявлена испытанием его в цементном растворе, для чего формуют из це-ментно-песчаного раствора образцы-балочки (призмы) и в течение продолжительного периода (до года) определяют их возможные деформации. На реакционную способность заполнителя указывают деформации расширения образцов. Поскольку расширение связано с деструкцией (т. е. с явлениями нарушения целостности структуры), реакционная способность заполнителей проявляется также в снижении прочности образцов или в отставании прироста прочности от установленного при испытании контрольных образцов на том же цементе и нормальном кварцевом песке.

Температурно-влажностный режим хранения образцов назначают с учетом условий эксплуатации конструкций, причем с целью интенсификации возможных реакций для более раннего их проявления целесообразно повысить температуру и влажность среды. Если приходится использовать заполнитель, содержащий реак-ционноспособные разновидности кремнезема, то особые требования предъявляются к цементу. В подобных случаях допускаются к применению цементы с содержанием щелочей не более 0,6% в пересчете на Na20.

Содержание и допустимость присутствия в песке других вредных примесей определяются аналогичным образом.

Нестойкие рудные минералы, в частности оксиды железа, вследствие дальнейшего окисления и гидратации могут вызвать появление внутренних напряжений в бетоне, а также бурых пятен на поверхности конструкций.

Чешуйки слюды вредны, поскольку не сцепляются с цементным камнем и являются в бетоне как бы зачаточными трещинами, где при нагрузке неизбежна концентрация напряжений.

Сернокислые и сернистые соединения, содержащиеся в заполнителе, могут вызвать коррозию бетона и стальной арматуры.

Соединения серы в песке встречаются главным образом в виде гипса или пирита. Гипс (CaS04-2H20), вступая в реакцию с трехкальциевым алюминатом портландцемента и водой, образует так называемую «цементную бациллу»—гидросульфоалюминат кальция. Эта реакция сопровождается значительным увеличением объема новообразований, вызывает расширение бетона и трещино-образование. Пирит (серный или железный колчедан FeS2) в бетоне со временем окисляется и взаимодействует с водой с образованием гидроксида железа и серной кислоты, что сопровождается увеличением объема и коррозией.

По ГОСТ 10268—80 для бетона гидротехнических и транспортных сооружений массовая доля сернокислых и сернистых соединений в песке не должна превышать 1%.

Изменение объема свободно насыпанного песка в зависимости от его влажности ( 5.3) необходимо учитывать при дозировке песка для бетонной смеси и в других случаях, когда применяется влажный песок, в частности при его добыче или обогащении гидроспособом.

Учет влажности песка очень важен. Во-первых, по содержанию воды в песке необходимо скорректировать (уменьшить) расход воды на замес. Во-вторых, следует увеличить расход песка. При дозировании песка по массе поправка гораздо меньше, чем при дозировании по объему. Опыт показывает, что неучтенное изменение влажности песка только на 1 % может привести к изменению подвижности бетонной смеси на 4 см или снизить предел прочности бетона на 2 МПа, а в ряде случаев и более.

Обычно контроль влажности песка ведется в соответствии со стандартной методикой периодическим отбором и высушиванием проб (см. гл. 2). Однако продолжительность такого испытания нередко снижает его ценность, поскольку влажность песка может изменяться от замеса к замесу. Поэтому скорость и непрерывность контроля влажности песка в процессе приготовления бетонной смеси имеет первостепенное значение.

В последние годы разработаны и уже нашли практическое применение способы непрерывного контроля влажности песка непосредственно перед дозированием с автоматическим регулированием расхода материалов. Особенно удобны бесконтактные методы, позволяющие непрерывно контролировать влажность песка, например на ленте движущегося конвейера, с помощью радиоактивных изотопов (по замедлению влагой потока быстрых нейтронов) или радиоволн сверхвысокой частоты.