Заполнители для бетона

Введение

1 Общие сведения о бетоне

2 Классификация бетонов

3 Заполнители для бетона

4 Мелкий заполнитель

5 Крупный заполнитель

6 Свойства заполнителей

7 Требования к заполнителям

8   Роль  заполнителей

Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение  

 Бетоном называют  искусственный каменный материал, получаемый в результате расширения  рационально подобранной, тщательно  перемешанной и уплотненной смеси  минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых  случаях специальных добавок.  Смесь указанных компонентов  до начала ее затвердевания  называют бетонной смесью.  

 Вяжущее вещество  и вода - активные составляющие  бетона, которые в смеси обволакивают  тонким слоем зерна заполнителя.  Со временем вяжущее вещество  затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в  прочный монолитный камень - бетон.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Общие сведения о бетоне

Готовая бетонная смесь, она же товарный бетон – подвижный состав из четырёх основных компонентов, замешиваемых в определенной пропорции: цемент, щебень, песок, вода. Аналогичная смесь, но без использования щебня, называется цементным раствором, правда в нем применяется песок более крупной фракции (модуль крупности). Весовое соотношение компонентов для приготовления бетонной смеси примерно таково: Цемент -1 часть, Щебень 4 части, Песок – 2 части, Вода – 1/2 части. Например: цемент – 330 кг., щебень – 1250 кг., песок – 600 кг., вода – 180 литров. Естественно, эти цифры весьма приблизительны и на деле зависят от многих факторов таких как: требуемая марка бетона, марка цемента, характеристики щебня и песка, использования пластификаторов других добавок, и т.д. и т.п. 
Например: при использовании цемента м-400, бетон с таким составом покажет марку м-250. При цементе м-500, марка бетона будет уже м-350. Цифры условны! При производстве бетона на бетонном заводе, учитывается не один десяток параметров и характеристик.

Цемент  и вода – главные компоненты бетона. Собственно на них возложена основная функция – связать все компоненты в единую монолитную структуру. Соблюдение правильной пропорции этих двух компонентов (водоцементное отношение) – главнейшая задача в производстве бетона. Важно учесть все нюансы: влажность щебня и песка, их влагопоглощение и т.д. и т.п. Цемент, взаимодействуя с водой (гидратация цемента), способен схватываться и твердеть, образуя так называемый цементный камень. Цементный камень при затвердевании деформируется. Объемная усадка достигает 2 мм/м. Вроде и не много, но из-за неравномерности этих усадочных процессов, возникают внутренние напряжения, появляются микротрещины. Эти микротрещины практически не видны, но прочность и долговечность цементного камня снижается. Для того, чтобы уменьшить эти деформации, в состав вводят заполнители: щебень и песок

Цемент - гидравлическое вяжущее вещество при перемешивании с водой и твердении в течение определенного срока на воздухе или под водой превращается в нерастворимый в воде материал. Для тяжелого бетона применяют портландцемент и его разновидности, а также глиноземистый цемент и другие вяжущие, отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов.  
 
 
 

Марку цемента  назначают в зависимости от проектной  марки бетона по прочности при  сжатии: 

Если марка  цемента выше той, которая рекомендуется  для данного бетона, то надо разбавить  высокоактивный цемент тонкомолотой активной добавкой, чтобы избежать перерасхода  высокомарочного цемента.

Преимуществами  бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетон при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами.

Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура.

Близость коэффициентов  температурного расширения и прочное  сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, как единого целого. В силу этих преимуществ бетоны различных  видов и железобетонные конструкции  из них являются основой современного строительства.  
 
 
 
 

Классификация бетонов

По плотности  бетоны подразделяют на:

1. особо тяжелые - более 2500 кг/мЗ;4
2. тяжелые - 1800 - 2500 кг/мЗ;
3. легкие -500 - 1800 кг/мЗ;I
4. особо легкие (теплоизоляционные) - менее 500 кг/мЗ.

 В зависимости  от структуры бетоны разделяют  на:

1. бетоны плотной структуры, у которых все пространство между зернами заполнителя занимают затвердевшее вяжущее и поры вовлеченного в него воздуха;
2. бетоны поризованной структуры, пространство между зернами заполнителя которых заполнено затвердевшим вяжущим и поризованным пено- или газообразователем;
3. ячеистые бетоны, состоящие из затвердевшего вяжущего и кремнеземистого компонента и пор равномерно распределенных и образованных газо- или пенообразователями;
4. бетоны крупнопористой структуры, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими.

 По назначению  бетоны подразделяют на:

1. конструкционные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаментные блоки, колонны, балки, плиты и др.);
2. гидротехнические - для возведения плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;
3. бетон для стен зданий и легких перекрытий,
4. дорожный - для устройства дорожных и аэродромных покрытий; специальные - химически стойкие, жаростойкие, декоративные, особотяжелые для биологической защиты, бетонополимеры, полимербетоны и др.

   По виду вяжущего выделяют:

цементные (наиболее распространенные)

силикатные (известково-кремнеземистые)

гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и т.п.),

специальные - применяемые  при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.)

По  виду заполнителя  различают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.).

В правильно  подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8-15%, а заполнителей - 80-85% (по массе).

В виде заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (например, дробленные и гранулированные металлургические шлаки), характеризующиеся сравнительно невысоким уровнем издержек производства.

Добавки для бетонов

Регулирующие  свойства бетонных смесей: пластифицирующие; стабилизирующие; водоудерживающие; улучшающие перекачиваемость; регулирующие сохраняемость бетонных смесей; замедляющие схватывание ускоряющие схватывание; поризующие (для легких бетонов): воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие

Регулирующие твердение бетона: замедляющие твердение, ускоряющие твердение

Повышающие  прочность и (или) коррозионную стойкость, морозостойкость  бетона и железобетона, снижающие проницаемость  бетона: водоредуцирующие, кольматирующие, газообразующие, воздухововлекающие, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии стали).

Придающие бетону специальные  свойства: противоморозные (обеспечивающие твердение при отрицательных температурах); гидрофобизирующие.    
 
 
 
 
 
 

Заполнители для бетона 

 Заполнители  (песок, щебень или гравий) занимают  до 80 - 85 % объема бетона и образуют  его жесткий скелет препятствующий  усадке. Применяя заполнители с  различными свойствами, можно получать  бетоны с разнообразными физико-механическими  показателями, например, легкие, жароупорные  и пр.

По  происхождению заполнители  подразделяют на три  группы:

1) природные,  в том числе из попутно добываемых  пород и отходов обогащения; 2) из отходов промышленности; 3) искусственные  (специально приготовленные).

Природные материалы и материалы  из отходов промышленности, получаемые без изменения их химического состава и фазового состояния, характеризуются соответственно происхождением и петрографическим наименованием горных пород или видом отходов. Например, изверженные глубинные (интрузивные) породы — гранит, сиенит, диорит; доменные отвальные шлаки. Природные заполнители бетона должны быть долговечными, твердыми и без излишнего количества глины, суглинка, ила, слюды, сланца, черта (кремнистого сланца), щелочей и органических веществ. Заполнитель должен тщательно выбираться.

Искусственные заполнители характеризуются видом сырья (природное, из отходов или их смесь) и технологией производства (способ обработки). Например, получаемые из природного сырья обжигом со вспучиванием— керамзит; получаемые поризациеи расплава доменных шлаков — шлаковая пемза.

Для изготовления легких бетонов применяют пористые заполнители. Они бывают природные  и искусственные. Природные заполнители  получают путем дробления пористых горных пород — вулканического туфа, пемзы, известкового туфа, известняка-ракушечника  и некоторых других. 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 заполнители  из отходов промышленности.

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

Мелкий  заполнитель 

Мелкий заполнитель-песок. Для приготовления тяжелых бетонов применяют природные пески, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород, а также искусственные, полученные путем дробления твердых горных пород и из отсевов. Качество песка, применяемого для изготовления бетона, определяется минеральным составом, зерновым составом и содержанием вредных примесей.  В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,16 до 5мм и имеющий плотность более 1,8 г/см3.  

Природные пески  представляют рыхлую смесь зерен  различных минералов, входивших  в состав изверженных (реже осадочных) горных пород (кварца, полевого шпата, кальцита, слюды и др.). Природные  пески разделяются наречные, морские  и горные (овражные). Речные и морские  пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление  с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.  

 Искусственные  пески получают дроблением твердых  и плотных горных пород, а  также отвальных металлургических  шлаков. Дробленые пески имеют  высокую стоимость, и поэтому,  их применяют для обогащения  мелкого природного песка в  бетоне.

Заполнитель должен состоять из зерен разного размера (разных фракций), при этом количество крупных, средних и мелких зерен (т.е. зерновой состав заполнителя) устанавливается  на основе проверенных рекомендаций таким образом, чтобы зерна меньшего размера располагались в пустотах между крупными. Чем компактнее расположены зерна заполнителей, тем меньше объем пустот. Зерновой (гранулометрический) состав песка определяют просеиванием высушенной средней пробы (1000 г) через стандартный набор сит с размерами отверстий 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Мелкие частицы песка (пыль) имеют размер менее 0,16 мм. В песке зерен гравия от 5 до10 мм допускается не более 5%, зерен крупнее 10 мм - не должно быть.

Для оценки крупности  песка применяют безразмерный показатель - модуль крупности, который вычисляют  как отношение суммы полных остатков на ситах, ко всей пробе, принятой за 100.

В зависимости  от зернового состава песок разделяют  на крупный, средний, мелкий

Мелкие частицы (пыль, ил, глина) увеличивают водопотребность бетонных смесей и расход цемента в бетоне. Поэтому содержание в песке зерен, проходящих через сито 0,16 мм, должно быть не более 10% по массе, при этом количество пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3%. Глина набухает при увлажнении и увеличивается в объеме при замерзании, снижая морозостойкость.

Песок очищают  от мелких частиц путем промывки. 

Классификация песков по крупности

В природном  песке и в гравии могут содержаться  органические примеси (например, продукты разложения остатков растений), в частности, органические гумусовые кислоты, которые  понижают прочность бетона и даже разрушают цемент. Наличие органических примесей определяют колориметрическим (цветовым) методом.  

 Глинистые  и пылевидные частицы, органические  примеси, сернистые и сернокислые  соединения являются вредными  примесями в песке. Глинистые  примеси, обволакивая тонким слоем  зерна песка, ухудшают сцепление  их с цементным камнем и  снижают прочность бетона. Органические  примеси (остатки растений, перегной  и т. п.) снижают прочность цементного  камня и могут явиться источником  его разрушения. Сернистые и сернокислые  соединения (гипс, серный колчедан  и др.) спос обствуют коррозии бетона.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Крупный заполнитель

 Крупный заполнитель: для тяжелого бетона это гравий или щебень 

 Гравий - рыхлая смесь зерен округлой формы размером 5-70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых , горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.  

 Щебень - рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5 - 70 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции. В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5-10, 10 - 20, 20 - 40 и 40 –70мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров - от наибольшего до наименьшего для данной фракции.  

 Для приготовления  бетона более экономичен предельно  крупный гравий или щебень, так  как при этом снижается расход  цемента. Но наибольший размер  зерен крупного заполнителя должен  быть не более 1/3 наименьшего  размера бетонируемой конструкции  или не более 3/4 наименьшего  расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается  применение до 50 % зерен крупного  заполнителя наибольшей крупности,  равной половине толщины плиты.  Содержание зерен крупнее установленного  наибольшего размера допускается  не более 5% по массе гравия  или щебня.  

 Содержание  в гравии или щебне лещадных  или игловидных зерен не должно  превышать 15 % по массе.  

 Для тяжелых  бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород,  имеющих прочность в 1,5 - 2 раза  выше заданной марки бетона. Содержание  в щебне зерен слабых, выветрившихся  пород не должно превышать  10%по массе. Проверяется также  морозостойкость гравия и щебня.  Окончательно пригодность гравия  или щебня для бетона требуемой  марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.

Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Требования по прочности устанавливают только для крупного заполнителя, поскольку  обычно применяемые в качестве мелкого  заполнителя кварцевые пески  заведомо прочнее бетона: предел прочности  при сжатии кварца свыше 1000 МПа, а  максимальная прочность бетона по ГОСТ 26633—85 составляет 80 МПа. 
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 быть марки не ниже 80 МПа, из метаморфических пород — не ниже 60, из осадочных пород — не ниже 30 МПа. Содержание в щебне и гравии зерен слабых и выветренных пород — не более 10 % по массе. 
Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости. Определяют ее путем циклического замораживания и оттаивания пробы заполнителя в водонасыщенном состоянии. Для предварительной оценки морозостойкости разрешается ускорять испытание путем насыщения пробы в растворе сернокислого натрия и последующего высушивания ее. По морозостойкости крупные заполнители подразделяют на семь марок: 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300. Марка заполнителя по морозостойкости характеризует число циклов замораживания — оттаивания, при котором потеря массы пробы не превышает 5% (исключение составляют марки F15 и F25, для которых установлен предел 10 %).