поиск











Rambler's Top100

Материалы > Сыпучие и вяжущие материалы
Материалы и их характеристики (продолжение)

III. Исследование влияния особенностей крупного заполнителя на структуру и основные эксплуатационные характеристики


Особенности заполнителей (их зерновой состав, прочность, морозостойкость, форма зерен, шероховатость и загрязненность поверхности, наличие примесей оказывают существенное влияние на процессы структурообразовния бетонов, величину и характер пористости, которая, в свою очередь, определяет такие эксплуатационные характеристики бетонов, как морозостойкость, водонепроницаемость и др. Поэтому в работе было выполнены опыты по исследованию влияния особенностей заполнителя из кристаллических сланцев на структуру и основные эксплуатационные свойства бетонов (пористость, морозостойкость и водонепроницаемость). Определение параметров пористости (водопоглощение по массе - Wm, объем открытых пор - Wо, показатель условного размера пор (лямбда) и показатель однородности пор по размеру (альфа)) определялись в соответствии с ГОСТ 12730.4-79 по кинетике водонасыщения.
Испытания на морозостойкость осуществлялись по ГОСТ 10060.2-95 третьим методом путем попеременного замораживания при -50 С и оттаивания в 5% растворе хлористого натрия - NaCl. Водонепроницаемость бетонов определялась по ГОСТ 12730.5-84 прил. 4 по прибору "Агама-2". Составы смесей и результаты испытаний представлены в таблицах 3.1 и 3.2. Анализ результатов испытаний показывает, что величина водопоглощения бетонов по массе изменяется от 4,5 до 7,2%. При этом водопоглощение бетонов на щебне из кристаллических сланцев не превышает или несколько ниже, чем водопоглощение бетонов на щебне из кремнеземистых пород. Величина открытой пористости (водопоглощение по объему) у бетонов на различных заполнителях практически одинакова (11,3-16,8% у бетонов из кристаллических сланцев и 10,8-18,0% у бетонов на щебне из кремнеземистых пород).
Увеличение расхода цемента в бездобавочных смесях с 240-252 кг/м3 до 390-410 кг/м3 привело к снижению объема открытых пор с 6,7-7,2% до 5,5-6,4%. Введение пластифицирующей добавки С-3 в количестве 0,5% от массы цемента, понижающей начальное водосодержание смеси на 17-19%, снизило объем открытых пор с 13,7-15,2 до 10,8-11,3% или примерно на 25-30%. На величину показателя условного размера пор и показателя однородности пор по размеру - замена щебня из кремнеземистых пород щебнем из кристаллических сланцев сказалась незначительно. Показатель условного размера на щебне из кристаллических сланцев составил 3,2-5,2, а на щебне из кремнеземистых пород 4,1-4,7. Показатель однородности пор по размерам на разных заполнителях составил 0,4-0,5. Таким образом, замена щебня из кремнеземистых пород на щебень из кристаллических сланцев не оказывает существенного влияния на показатели структурной пористости бетонов. Полученные в работе показатели структурной пористости бетона в соответствии с классификацией, представленной в работе[2], позволяют отнести их к материалам крупнопористой структуры средней плотности и однородности. Такие материалы должны обладать и соответствующими эксплуатационными характеристиками (морозостойкостью, водонепроницаемостью).
Определение фактических значений морозостойкости и водонепроницаемости показало следующее. Бетоны исследуемых составов с расходом цемента примерно 400 кг/м3, бездобавочные и с добавкой суперпластификатора С-3 выдержали не менее 5 циклов попеременного замораживания при -50 С и оттаивания в 5% растворе хлористого натрия. При этом потери прочности не превышали 5%. Т. е. испытанные бетоны по морозостойкости соответствовали марке не менее F 200. Вид применяемого щебня (из кристаллических сланцев или из кремнеземистых пород) в исследованных пределах не оказал существенного влияния на морозостойкость бетонов. Испытания на водонепроницаемость показали, что указанные выше составы бетонов выдерживают давление 0,8-1,0 МПа, что соответствует маркам W 8 - W 10 по водонепроницаемости, в зависимости от наличия добавки - суперпластификатора. Вид применяемого щебня на водонепроницаемости не сказался

Примечание:


1. Перед чертой - прочность бетона, МПа; после черты - изменение прочности, %.
2. Составы бетонов указаны в таблице 3.1.


Таблица 3.1. Влияние крупного заполнителя на структуру и свойства бетонов

NN состава
Вид щебня*
Расход материалов, в единицах массовой доли цемента
Подвиж-ность смеси,
см О. К.
Средняя
плотность
смеси кг/м3
Водопоглоще-ние по массе,
Wm, %
Параметры пористости
цемент
песок
щебень
вода
С-З
Wo, %
(лямбда)
(альфа)
1
Л
1
3,25
4,78
0,83
-
16,4
2500
6,7
16,8
5,2
0,5
2
В
1
3,27
4,79
0,87
-
16,0
2360
7,2
18,0
4,7
0,5
3
Л
1
1,83
2,69
0,54
-
15,0
2490
5,5
13,7
3,9
0,4
4
В
1
1,83
2,71
0,54
-
14,5
2370
6,4
15,2
4,6
0,5
5
Л
1
1,95
2,73
0,44
0,005
15,0
2520
4,5
11,3
3,2
0,5
6
В
1
1,95
2,69
0,49
0,005
14,0
2370
4,6
10,8
4,1
0,4


Таблица 3.2. Влияние крупного заполнителя на основные эксплуатационные характеристики бетонов

NN
составов
Прочность бетона, МПа изменение прочности, % количество циклов
Водонепрони-цаемость, МПа
0
2
3
5
1


31,6/0


32,7/+3,5
33,7/+7
31,3/-2
0,8
2
32,2/0
33,2/+3,1
31,7/-3
30,5/-5
0,8
3
35,9/0
35,7/-0,5
36,2/+2
34,8/-3
1,0
4
37,6/0
38,0/+1,1
37,2/-1
38,7/+3
1,0

IV. Определение физико-механических характеристик бетонов


Бетон является неоднородным материалом. Основные физико-механические характеристики бетонов (прочность на сжатие, растяжение, изгиб, деформативные свойства) определяются свойствами составляющих материалов (прочностью цементного камня, мелкого и крупного заполнителя), их концентрацией в бетоне, особенностями контактной зоны (формой зерен заполнителя, загрязненностью и шероховатостью его поверхности и пр.).
Под нагрузкой в бетоне, вследствие неоднородности его структуры, возникает вторичное поле растягивающих напряжений [3,4]. Когда величина вторичных растягивающих напряжений либо вызываемые ими деформации превышают предельные, то наступает разрушение материала. Повышение неоднородности материала увеличивает величину вторичных напряжений и приводит к снижению прочности.
Применение заполнителей неправильной формы (пластинчатой или игловидной) может повысить неоднородность бетона, что приведет к снижению его прочности. Кроме того, если крупный заполнитель имеет кубическую или сферическую форму, то в бетоне он работает на сжатие. А заполнитель пластинчатой или игловидной формы под нагрузкой в бетоне может работать на изгиб или растяжение. Поскольку прочность каменных материалов на изгиб и растяжение значительно ниже прочности на сжатие, то это приведет к снижению прочности бетона.
Применительно к заполнителю из кристаллических сланцев, характеризующихся наличием зерен пластинчатой и игловидной формы нужно отметить следующее. Их истинная плотность составляет примерно 2850 кг/м3, что выше, чем у щебня из кремнеземистых пород. Поэтому, можно предполагать, что прочность горных пород и минералов, из которых состоят кристаллические сланцы выше, чем у кремнеземистых пород. Косвенным подтверждением этого является то, что прочность щебня из кристаллических сланцев составляет 120 МПа, а у кремнеземистых пород - 80 МПа.
Взаимодействие этих двух факторов (наличие зерен неправильной формы в сочетании с их повышенной прочностью) привело к тому, что при практически одинаковом начальном водосодержании и расходе цемента прочность бетонов классов В 7,5 - В 25 на сжатие на щебне из кристаллических сланцев оказалась практически такой же, как на щебне из кремнеземистых пород.
Однако неоднородность структуры бетона может существеннее сказаться на прочности бетона на растяжение, изгиб, на его деформативности.
Поэтому в работе были определены такие физико-механические показатели бетонов, как прочность на растяжение, призменная прочность и модуль упругости.
Прочность бетона на растяжение определялась раскалыванием в соответствии с ГОСТ 10180-90, призменная прочность и модуль упругости - по ГОСТ24452-80.
Составы смесей и результаты испытаний представлены в таблице 4.1.
Как видно, величина призменной прочности для бетона на щебне из кристаллических сланцев составляет 0,75 от кубиковой. У бетона на щебне из кремнеземистых пород этот показатель равен 0,84. Обычно величина призменной прочности составляет 0,75 - 0,85 от кубиковой [3].
Прочность бетона на растяжение при раскалывании составила 0,054 от кубиковой независимо от вида применяемого крупного заполнителя.
Следует отметить, что при практически одинаковой прочности на сжатие модуль упругости бетона на щебне из кристаллических сланцев, равный 2,86 104 МПа, примерно на 12% меньше, чем у бетонов на щебне из кремнеземистых сланцев (3,22 104 МПа).
В целом физико-механические характеристики бетонов на щебне из кристаллических сланцев близки к нормативным по СНиП 2.03.01-84.

Таблица 4.1. Основные физико-механические характеристики бетонов

NN состава
Вид щебня*
Расход материалов,
Ц:П:Щ:В:С-З
Подвиж-ность смеси,
см О. К.
Средняя
плотность
смеси кг/м3
Прочность бетона, МПа
Модуль упругости
Ex10-4 МПа

Rкуб

Rпр
Rкуб
цемент
песок
щебень
вода
С-З
кубов
призм
растяжение
1
2
Л
В
1
1
1,95
1,92
2,73
2,67
0,49
0,50
0,005
0,005
9,0
9,5
2520
2370
40,1
41,6
30,0
34,9
2,15
2,24
2,86
3,22
0,054
0,054
0,75
0,84

Заключение


1. Испытания щебня из кристаллических сланцев фракции 5-20 мм, получаемого из вскрышных пород на Лебединском ГОКе, показали, что по своим основным показателям (зерновому составу, содержанию зерен пластинчатой и игловидной формы, содержанию пылистых и глинистых частиц, прочности и морозостойкости) он соответствует требованиям ГОСТ 8269-93 и может быть использован в качестве крупного заполнителя в бетонах.
2. Применение щебня фракции 5-20 из кристаллических сланцев классов В 7,5 - В 25 взамен щебня из кремнеземистых пород при практически одном и том же расходе цемента не оказывает существенного влияния на свойства бетонной смеси (подвижность, живучесть) и прочность бетонов.
3. Бетоны исследованных составов на щебне из кристаллических сланцев имеют крупнопористую структуру средней плотности и однородности.
4. Бетоны на щебне из кристаллических сланцев обладают высокой морозостойкостью (до F 200 включительно) и водонепроницаемостью (от W 8 до W 10 включительно); вид применяемого щебня на эксплуатационные характеристики бетонов практически не сказался.
5. Основные физико-механические характеристики бетонов (кубиковая и призменная прочность на сжатие, растяжение, модуль упругости, практически такие же, как у бетонов на щебне из кремнеземистых пород. На осн
овании выполненных исследований были разработаны "Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах".

  

1. Общие положения

1.1. Настоящие "Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах" разработаны на основании комплекса научно-исследовательских работ, выполненных ЗАО НИПТИ "Стройиндустрия".
1.2. Щебень из кристаллических сланцев получают при переработке вскрышных пород на Лебединском ГОКе с последующей сортировкой, дроблением и фракционированием в дробильно-сортировочных комплексах ОАО "Дорстройматериалы".
1.3. Щебень из кристаллических сланцев рекомендуется для применения в качестве крупного заполнителя при производстве тяжелых бетонов:
- класса по прочности: В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 22,5; В 25
- марки по морозостойкости: F 50; F 75; F 100; F 150; F 200
- марки по водонепроницаемости: W 2; W 4; W 6; W 8.


2. Материалы и требования к ним.


2.1. В качестве вяжущих для приготовления бетонных смесей рекомендуются портландцементы марок ПЦ 400 либо ПЦ 500, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 26633-91.
2.2. В качестве мелкого заполнителя рекомендуется кварцевый песок с модулем крупности не менее 2,0, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 26633-91.
2.3. В качестве крупного заполнителя рекомендуется применение щебня из кристаллических сланцев фракции 5-20 мм или 20-40 мм, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91, истинная плотность которого не должна превышать 2850 кг/м3, с содержанием зерен пластинчатой и игловидной формы не более 45%, прочность щебня по дробимости рекомендуется не менее 100 МПа.
2.4. Вода для приготовления бетона должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79.
2.5. В состав бетонных смесей рекомендуется введение химических добавок, например, суперпластификатора С-3, лигносульфанатов технических различных модификаций и других веществ, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 24211-94.




3. Доставка, хранение и подача материалов


3.1. Доставка, хранение и подача материалов производится в соответствии со СНиП 3.09.01-85.
3.2. Щебень из кристаллических сланцев рекомендуется хранить по фракциям на открытых складах бункерного или полубункерного типа.
3.3. При хранении щебня из кристаллических сланцев не допустимо его смешивание со щебнем других пород.


4. Приготовление бетонной смеси


4.1. Приготовление бетонной смеси осуществляется в бетонном узле предприятия в соответствии с требованиями СНиП 3.09.01-85.
4.2. Заполнитель, подается в расходные бункера БСУ в соответствии с существующей на предприятии технологией.
4.3. Дозирование цемента, песка, щебня, воды и добавок производится в соответствии с существующей на предприятии технологией.
4.4. Номинальные расходы материалов на приготовление 1 м3 бетонной смеси производится в соответствии с ГОСТ 27006-86. Корректировка составов бетонных смесей осуществляется по результатам производственных испытаний.
4.5. Для снижения влияния зерен пластинчатой и игловидной формы при проектировании составов бетонных смесей на щебне из кристаллических сланцев рекомендуется увеличение доли песка в смеси заполнителей на 5-15%.
4.6. Перемешивание бетонной смеси осуществляется в соответствии с существующей на предприятии технологией.
4.7. На процессы транспортирования, укладки и твердения бетонных смесей и бетонов щебень из кристаллических сланцев существенного влияния не оказывает.


5. Контроль качества материалов, технологического процесса и готовой продукции


5.1. Контроль качества цемента производится по ГОСТ 310.1-76 - ГОСТ 310.3-76 и ГОСТ 310.4-84; определяются сроки схватывания, нормальная густота, активность цемента - от каждой партии; исполнитель - лаборатория
. 5.2. Контроль качества кварцевого песка осуществляется по ГОСТ 8735-88; определяются зерновой состав, модуль крупности, насыпная плотность, влажность, содержание пылистых и глинистых примесей - от каждой партии; исполнитель - лаборатория.
5.3. Контроль качества щебня осуществляется по ГОСТ 8269.0-97 и включает в себя определение зернового состава, содержания зерен пластинчатой и игловидной формы, содержания пылистых и глинистых примесей, наличие глины в комках, прочности по дробимости, морозостойкости, влажности, средней плотности - от каждой партии; исполнитель - лаборатория.
5.4. Контроль качества добавок заключается в определении их плотности и концентрации - от каждой партии, исполнитель - лаборатория.
5.5. Контроль качества приготовления бетонной смеси осуществляется лабораторией не менее 2-х раз в смену; проверяются: " точность дозировки компонентов - визуально по дозаторам или по распечатке на ЭВМ " продолжительность перемешивания - секундомером " удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси - по ГОСТ 10181-2000 -2 раза в смену; исполнитель - лаборатория.
5.6. Объем вовлеченного воздуха определяется по ГОСТ 10181-2000 - 1 раз в месяц; исполнитель - лаборатория.
5.7. Прочность бетона на сжатие определяется по ГОСТ 10180-90 на образцах-кубах размером 100 100 100 мм 1 раз в смену, исполнитель - лаборатория.
5.8. Морозостойкость бетона определяется по ГОСТ 10060.0-95 - ГОСТ 10060.2-95 - 1 раз в 6 месяцев, исполнитель - лаборатория.
5.9. Водонепроницаемость бетона определяется по ГОСТ 12730.5-84 1 раз в 6 месяцев, исполнитель - лаборатория.


6. Охрана труда и техника безопасности


6.1. При производстве изделий должны соблюдаться общие правила охраны труда и техники безопасности при производстве бетонных и железобетонных изделий.


Copyright © АПЕКСОФТ, 2007.