поиск











Rambler's Top100

Материалы > Сыпучие и вяжущие материалы
Материалы и их характеристики.

Введение.



В последние годы при производстве бетонных и железобетонных изделий имеет место дефицит высококачественных крупных заполнителей (щебня и гравия).
В качестве крупного заполнителя для производства тяжелого бетона применяются в основном природные каменные материалы, в частности, магматические глубинные (гранит, габбро и др.), магматические излившиеся (базальт, диабаз и др.), осадочные (плотные известняки, песчаники кремнистые и др.) и метаморфические (кварцит) породы. Однако в последние годы все большее применение находит щебень из отходов промышленности (различных шлаков), попутно добываемых и вскрышных пород
Использование отходов промышленности, попутно добываемых и вскрышных пород в качестве заполнителей в бетонах обеспечивает их утилизацию и освобождает для нужд промышленности или сельского хозяйства значительные территории, занимаемые в настоящее время отвалами, позволяет расширить сырьевую базу производства бетонных и железобетонных изделий, позволяет заменить привозной крупный заполнитель местными материалами, снижает транспортные расходы, приводит к сокращению стоимости материалов для производства бетонных смесей, бетонных и железобетонных изделий.
Следует отметить, что в настоящее время значительно возрастают требования к бетонным и железобетонным изделиям возрастают технические требования к ним, расширяется номенклатура продукции из бетона. В частности, наряду с прочностью к бетонным и железобетонным изделиям предъявляются все увеличивающиеся требования по их долговечности (морозостойкости, водонепроницаемости и пр.)
Рациональное и грамотное применение разнообразных заполнителей в бетоне позволяет в определенной степени решить эти задачи. В настоящей работе представлены результаты исследований влияния щебня из кристаллических сланцев, получаемых при вскрышных работах на Лебединском горно-обогатительном комбинате.
Основной целью работы являлась разработка рекомендаций по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа при производстве бетонных смесей и бетонов. При этом были решены следующие частные задачи:
- выполнены испытания щебня из кристаллических сланцев и определена возможность применения их в качестве заполнителей в бетонах;
- исследовано влияние щебня из кристаллических сланцев на основные свойства бетонных смесей и бетонов;
- рассмотрено влияние щебня из кристаллических сланцев на структуру и пористость бетонов;
- определены основные эксплуатационные характеристики бетонов (морозостойкость, водонепроницаемость и пр.);
- установлено влияние щебня из кристаллических сланцев на некоторые физико-механические характеристики бетонов (призменная прочность на сжатие, прочность на растяжение, модуль упругости).
На основании выполненных исследований были разработаны "Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев при производстве бетонных смесей и бетонов".

I. Материалы и их характеристики

  


Для проведения опытно-экспериментальных исследований были использованы следующие материалы:
1. Портландцемент марки ПЦ 400 Д 20, выпускаемой ОАО "Мальцовский цемент" (г. Брянск). Нормальная густота цемента составляла 27%. Сроки схватывания: начало - 2 ч 15 мин, конец - 4 ч 45 мин. Минералогический состав цемента следующий, в %: С3S - 58; C2S - 21; C3A - 7; C4AF - 14. Ложное схватывание у цемента отсутствовало.
2. Мелкий заполнитель - песок кварцевый Орешкинского месторождения. Результаты физико-механических испытаний песка по ГОСТ 8735-88 представлены в таблице 1.1. Как видно, указанный песок относится к средним, его модуль крупности Мкр=2,4, полный остаток на сите размером 0,63 мм равен 42,5%. Пустотность в рыхло-насыпном состоянии составляет 44%, содержание пылистых и глинистых примесей, определяемых отмучиванием равно 1,8%. Указанный песок соответствует требованиям ГОСТ 8736-94 и ГОСТ 26633-91 и может применяться при производстве бетонов.
3. Крупный заполнитель В качестве крупных заполнителей в работе применялись щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа ОАО "Дорстройматериалы" фракции 5-20 мм и щебень из гравия кремнеземистых пород Вяземского месторождения фракции 5-20 мм. Результаты испытаний крупных заполнителей по ГОСТ 8269.0-97 представлены в таблице 1.2.
3.1. Щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа производства ОАО "Дорстройматериалы".
Щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа производства ОАО "Дорстройматериалы" фракции 5-20 мм по зерновому составу соответствует требованиям ГОСТ 8267-93. Показатель удельной эффективной активности естественных радионуклидов в кристаллических сланцах Лебединского ГОКа производства ОАО "Дорстройматериалы" составляет 205Бк/кг, что соответствует I классу и допускает использование его в строительстве без ограничений На предприятии-изготовителе все получаемое сырье (кристаллический сланец) подвергается испытаниям при входном контроле на соответствие стандарту предприятия СТП 00186803-6.10-42-2002, разработанному на Лебединском ГОКе.
Отличительной особенностью исследуемого щебня по сравнению с заполнителем Вяземского месторождения является повышенная "истинная" плотность исходной горной породы - 2850 кг/м3 и высокая пустотность - 54%. Содержание пылевидных частиц незначительно. Морозостойкость заполнителя превышает марку F 200, что делает возможным его применение для бетонов конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости. Прочность щебня по дробимости составляет 120 МПа, что достаточно велико. Однако следует отметить повышенное содержание в щебне зерен пластинчатой и игловидной формы - 44,5%. В соответствии с ГОСТ 8267-93 щебень Лебединского ГОКа относится к 4-й группе (предельное содержание лещадных зерен - не более 50%)

Химический состав кристаллических сланцев:

Компоненты
Содержание, в %
SiO2
60,21
TiO2
0,63
Al2O3
15,36
Fe2O3
2,84
FeO
5,78
MgO
3,76
CaO
1,17
Na2O
0,37
K2O
4,42
SO3
2,48
п.п.п.
4,4
S сульф.
1,24

3.2. Щебень Вяземского месторождения
Щебень из гравия кремнеземистых твердых пород Вяземского месторождения фракции 5-20 мм широко применяется в г. Москве для производства бетонных смесей и бетонов класса В 7,5 - В 25. По зерновому составу он соответствует требованиям ГОСТ 8267-93.
Содержание пылистых и глинистых частиц составляет 1,9%. Пустотность щебня - 42%. Содержание зерен пластинчатой и игловидной формы - 13,5%. Прочность зерен щебня по дробимости составляет 80 МПа. Морозостойкость щебня превышает марку F 200. По своим техническим характеристикам щебень соответствует требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91.
4. Вода водопроводная, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-79.
5. Химическая добавка - суперпластификатор С-3 ТУ 6-36-02-04-229-626-90.
Суперпластификатор С-3 (СП) является аналогом зарубежных суперпластификаторов типа "Майти 100" (Япония), сикамент, мельмент (Германия), не уступая им по качеству.
Добавка С-3 в количестве 0,2 - 0,7% от массы цемента позволяет получать самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, а при снижении расхода воды затворения - бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба этих эффекта частично, т.е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличить прочность бетона за счет снижения расхода воды.
Наиболее эффективные области применения СП - производство железобетонных изделий (плит, панелей, напорных труб и т.д.) и массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных железобетонных сооружений, изготовление бетонных полов и покрытий с высокими эксплуатационными свойствами и внешним видом.


Эффекты от применения добавки


Увеличение текучести бетонных и растворных смесей в 6 - 7 раз, что позволяет бетонировать густоармированные и обычные конструкции.
Снижение водопотребности бетонной смеси на 15% для получения равноподвижного бетона. Повышение прочности (на 10-15 МПа) плотности и однородности бетона, улучшение его структуры.


Увеличение сцепления нового бетона со старым.


Получение гладкой высококачественной лицевой поверхности изделий различной формы. Увеличение водонепроницаемости, морозо- и коррозионной стойкости бетона в 2 - 4 раза. Эффект пластификации при введении С-3 позволяет снизить расход цемента на 20%, а также длительность тепловлажностной обработки или срок распалубовки конструкций, твердеющих в естественных условиях, время передачи натяжения арматуры на бетон для преднапряженных элементов.
Легко смешивается с другими добавками (гидрофорбизаторы, ускоряющие, замедляющие, воздухововлекающие и др.), не вступая в химическую реакцию с ними и сохраняя свои свойства.
В процессе эксплуатации не оказывает вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. Разрешен Минздравом РФ для использования в железобетонных конструкциях, в том числе контактирующих с питьевой водой (трубы, резервуары накопительные и др.).


Способы применения:


1. Смешивание с цементом и песком при приготовлении сухих растворных смесей.
2. Добавление порошка непосредственно в бетоносмеситель с водой затворения.
3. Растворение в воде до 15 - 39% концентрации и затем добавление приготовленного раствора в бетоносмеситель после введения основной массы воды.


Дозировка:


0,25 - 0,7% от массы цемента (250 - 700 грамм на 100 кг цемента) в зависимости от области применения;литьевая технология: 0,5 - 0,7% от массы цемента. Бетонирование сводится к применению литой смеси, которая легко заполняет форму или опалубку и образует ровную гладкую поверхность, не требующую отделки;штукатурные растворы:
0,1 - 0,3% от массы цемента (100 - 300 грамм на 100 кг цемента). Использование СП для оштукатуривания наклонных и вертикальных поверхностей возможно при его добавлении не более 0,3% от массы цемента. При концентрации СП более 0,3% возможно сползание раствора.Суперпластификатор С-3 - жидкость темно-коричневого цвета, или светло-коричневый порошок, легко растворимый в воде. В сухом виде упакован в мешки. Срок годности для сухого (при исключении прямого попадания воды) и жидкого практически не ограничен.

Сравнительная эффективность использования оптимальной дозировки
суперпластификатора С-3 в бетоне
NN
Расход материалов на 1 м3, кг
осадка конуса, см
align="center" R б, МПа
Экономия цемента

цемент
песок
щебень
вода
С-3(%)
1
400
510
1260
200
---
4
30,0
эталон
2
320
680
1260
160
2,24(0,7)
4
30,0
80
3
520
400
3260
200
---
4
40,0
эталон
4
400
610
1260
160
2,8(0,7)
4
40,0
120
5
460
460
1260
200
---
4
34,5
эталон
6
400
560
1260
180
2,0(0,5)
4
34,5
60
7
480
450
1200
240
---
10
30,0
эталон
8
340
700
1200
170
2,24(0,7)
10
30,0
140
9
575
355
1200
240
---
5
30,0
эталон
10
400
650
1200
170
2,8(0,7)
10
36,0
175
11
520
430
1160
260
---
5
30,0
эталон
12
360
700
1160
180
2,52(0,7)
15
30,0
160
13
575
375
1160
260
---
15
34,5
эталон
14
400
660
1160
180
2,8(0,7)
15
34,5
175

Таблица 1.1. Результаты испытаний мелкого заполнителя

Заполнитель
остатки*, %, на ситах размером
Модуль крупности,
Мкр
Истинная плотность, кг/м3
Средняя насыпная плотность, кг/м3
Пустотность, %
Содержание глинистых и пылистых частиц, %
5
2,5
1,25
0,63
0,32
0,16
дно
Песок кварцевый
1,5
1,5
5,5
7,0
9,7
16,7
25,8
42,5
37,7
80,2
17,3
97,5
2,5
100
2,4
2630
1480
43,7
1,8


Таблица 1.2. Результаты физико-механических испытаний крупных заполнителей

NN
п/п
Наименование заполнителя
Остатка, % на ситах размером, мм
Истинная плотность,
кг/м3
Насыпная
средняя плотность, кг/м3
Пустот-ность, %
Содержание зерен пластинчатой и игловидной формы, %
Содержание пылистых и глинистых примесей, %
Проч
ность
по дроби-мости,
МПа
Морозо-стойкость, циклы,
не менее
20
10
5
дно
1



2


Щебень Лебединского ГОКа
Щебень Вяземского ГОКа
8,8



2,7
67,2



53,8
21,1



36,1
2,9



7,7
2850



2540
1310



1430
54



42
44,5



1,5
0,8



1,9
120,0



80,0
200



200

II. Исследование влияния особенностей щебня на свойства бетонных смесей и бетонов.

  


Для исследования влияния особенностей щебня из кристаллических сланцев на свойства бетонных смесей и бетонов были выполнены соответствующие эксперименты.
Методика проведения экспериментов была следующей. Перемешивание компонентов бетонной смеси осуществлялось в лабораторном бетоносмесителе. Удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси и средняя плотность определялись по ГОСТ 10181-2000. Уплотнение образцов размером 100 100 100 мм либо 100 100 400 производилось на виброплощадке с амплитудой 0,4-0,5 мм, частотой 50 Гц. Твердение образцов происходило в камере при температуре 20 2 С и относительной влажностью 90-95%. Испытания бетонных образцов на сжатие производилось по ГОСТ 10180-90.Было проведено 3 группы опытов. В опытах 1-й группы использовался щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа. В опытах 2-й группы использовался щебень из кремнеземистых пород Вяземского ГОКа. Подвижность смесей в опытах 1-й и 2-й группы соответствовала марке П-3 по ГОСТ 7473-94 (12-15 см осадки конуса). В опытах 3-й группы в состав смеси вводилась добавка С-3 в количестве 0,5% от массы цемента.
Составы смесей и результаты испытаний бетонных образцов на сжатие в возрасте 7 и 28 суток представлены в таблице 2.1 и на рис.2.1 и 2.2.
Как видно, применение щебня из кристаллических сланцев по сравнению со щебнем из кремнеземистых пород привело к увеличению средней плотности бетонной смеси с 2395-2400 до 2495- 2520 кг/м3 или примерно на 4-5%.
При одном и том же цементно-водном отношении прочность бетона на щебня из кристаллических сланцев (9,3 - 19,4 МПа в возрасте 7 суток и 15,2 - 33,4 МПа в возрасте 28 суток) и на щебне из кремнеземистых пород (соответственно 15,2 - 33,4 и 14,2 - 28,8 МПа) практически одинаковаВведение в состав смесей суперпластификатора С-3 (см опыты 5, 6,7 и 8) позволило сократить начальное водосодержание примерно на 15% и повысило удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси с 12 - 13 см до 20 см осадки конуса. При этом прочность бетона возросла с 19,4- 19,5 МПа в возрасте 7 суток и с 28,8-33,4 МПа в возрасте 28 суток соответственно до 28,6-29,8 и 39,8-41,6 МПа. При этом следует отметить, что если в возрасте 7 сут. прирост прочности бетона на разных заполнителях за счет введения добавки был практически одинаковым, то в возрасте 28 сут. прирост прочности бетона на щебне из кристаллических сланцах составлял 20%, а на щебне из кремнеземистых пород он составлял около 40%.
Это обусловлено, по-видимому, тем, что с повышением прочности бетона до 35-40 МПа повышается роль заполнителей, в частности, форма их зерен. Повышенная лещадность щебня из кристаллических сланцев может ограничить их применением бетонами класса В 7,5 - В 25.
Для снижения влияния лещадности щебня из кристаллических сланцев на прочность бетона целесообразно при проектировании составов бетонов несколько увеличить содержание песка в смеси заполнителей.
Замена щебня из кремнеземистых пород на щебень из кристаллических сланцев не оказала влияние на кинетику роста прочности бетона. Так прочность бетона в возрасте 7 суток у бездобавочных смесей составляет 0,58-0,68 от прочности в возрасте 28 суток. У смесей с добавками аналогичный показатель составляет 0,71- 0,75.
Таким образом применение крупного заполнителя из кристаллических сланцев взамен щебня из кремнеземистых пород не оказывает существенного влияния на свойства бетонных смесей и прочность бетонов класса В 7,5 - В 25.
Важной технологической характеристикой бетонных смесей является "живучесть", т.е. способность сохранять подвижность в течение времени. В работе были выполнены опыты по исследованию влияния вида применяемого щебня на "живучесть" смесей. Для этого немедленно после приготовления бетонных смесей определялась их подвижность, а затем она контролировалась через каждые 30 мин. в течение 1,5 час.
Составы смесей указаны в таблице 2.1, п. 3 и 6. Результаты испытаний представлены на рис.2.3.
Как видно, на щебне из кремнеземистых пород происходит более быстрое падение подвижности, чем на смеси из кристаллических сланцев. Это обусловлено, по-видимому, более высокой "истинной" плотностью и меньшей пористостью кристаллических сланцев.


Copyright © АПЕКСОФТ, 2007.