4778

1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Исаев

Заполнители для тяжёлого бетона

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине

«Строительные материалы» по направлению подготовки 08.03.01

Строительство

направленность (профиль) Автомобильные дороги, Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций, Водоснабжение и водоотведение,

Теплогазоснабжение и вентиляция, Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство, Организация инвестиционно-строительной деятельности,

Промышленное и гражданское строительство

Нижний Новгород

ННГАСУ

2022

2

УДК 691.22

Исаев, А.В. / Заполнители для тяжёлого бетона : учебно-методическое пособие / А.В. Исаев; Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. − 33 с. −

Текст : электронный.

В пособии приводятся основные требования и стандартные методики испытаний плотных заполнителей для тяжёлых бетонов, описывается поря-

док выполнения лабораторных работ.

Пособие предназначено обучающимся в ННГАСУ по дисциплине

«Строительные материалы» по направлению подготовки 08.03.01 Строи-

тельство.

© А.В. Исаев, 2022 © ННГАСУ, 2022

3

4

Введение

В бетоне заполнители занимают до 80 % объёма и оказывают суще-

ственное влияние на его свойства.

Введение в бетон заполнителей позволяют резко сократить расход це-

мента, являющегося наиболее дорогим компонентом. Кроме того, заполни-

тели улучшают технические свойства бетона. Жёсткий скелет из заполните-

лей повышает модуль упругости бетона (уменьшает деформации конструк-

ций под нагрузкой), снижает его усадку и ползучесть. При этом неправильно говорить, что заполнители повышают прочность тяжёлого бетона, так как она определяется не только прочностью заполнителей, но и прочностью це-

ментного камня и прочностью сцепления его с заполнителями.

Качество заполнителей существенно влияет на технические свойства тяжёлых бетонов, особенно высокопрочных. Стоимость заполнителей со-

ставляет (30 − 50) %, а иногда и более, от стоимости железобетона, поэтому экономически выгодно применять там, где это возможно, более дешёвые местные материалы.

Правильный выбор заполнителей для бетона, их разумное использова-

ние является одной из важнейших задач технологии бетона.

В зависимости от размеров зёрен заполнители подразделяют на мелкий

(строительный песок) и крупный (щебень и гравий).

Строительный песок – сыпучий каменный материал, состоящий из зё-

рен крупностью от 0,16 до 5 мм. Для изготовления тяжёлых бетонов могут применяться пески:

-природный по ГОСТ 8736 [5];

-из отсевов дробления горных пород по ГОСТ 31424 [9];

-из доменных и ферросплавных шлаков чёрной металлургии по ГОСТ

5578 [1];

- мелкозернистые золошлаковые смеси по ГОСТ 25592 [6].

5

В данном пособии рассматриваются только наиболее часто применяе-

мые природные пески.

Природные пески образуются в результате естественного разрушения горных пород. В зависимости от условий залегания они бывают речными,

морскими и горными (овражными). Речные и морские пески имеют округлую форму зёрен; горные пески содержат остроугольные зёрна, что обеспечивает их лучшее сцепление с цементным камнем, однако, они обычно больше за-

грязнены глинистыми и пылевидными примесями, чем речные и морские.

Гравий – совокупность окатанных обломков горных пород размером от 5 до 70 (150) мм. Природный гравий – это продукт естественного разру-

шения горных пород. Гравий получают путём рассева песчано-гравийных смесей (ПГС), представляющих собой природную смесь песка (не менее 5 %

по массе) и гравия (не менее 10 % по массе).

Щебень − сыпучий каменный материал, состоящий из остроугольных обломков размером от 5 до 70 (150) мм. Он образуется при выветривании горных пород (природный щебень − применяется редко) или в результате их дробления и последующего рассева. Последний подразделяют на щебень из горных пород, щебень из гравия (валунов) и щебень из отсевов дробления.

В данном учебном пособии рассматриваются только указанные круп-

ные заполнители, на которые распространяются ГОСТ 8267 [2] и ГОСТ

31424 [9]. Кроме них в тяжёлом бетоне могут применяться:

-щебень из доменных и ферросплавных шлаков чёрной металлургии по ГОСТ 5578 [1];

-щебень из шлаков ТЭЦ по ГОСТ 26644 [8];

-щебень из дроблёного бетона и железобетона по ГОСТ 32495 [10].

Иногда в качестве заполнителя в тяжёлом бетоне применяют более де-

шёвые песчано-гравийную смесь ПГС или обогащённую песчано-гравийную смесь ОПГС.

6

1 Цель работы

1.1 Целью работы является испытание строительного песка и щебня или гравия с определением их основных свойств и технических характери-

стик, а также установление их соответствия требованиям национальных стандартов.

1.2 Так как в течение четырёх учебных часов, отведённых програм-

мой на эти работы, невозможно выполнить все испытания песка и щебня

(гравия), то некоторые испытания заполнителей в данном методическом по-

собии не приводятся.

2 Порядок выполнения работы

2.1 Испытания песка и щебня (гравия) выполняются студентами в те-

чение двух занятий, то есть четырёх учебных часов.

Испытания выполняются отдельными звеньями по 3-5 студентов.

Каждому звену выдаётся задание по определению одного или нескольких свойств заполнителей. В конце занятия студенты обмениваются результа-

тами испытаний, и каждый заносит их в рабочую тетрадь, после чего уста-

навливает соответствие фактических показателей техническим требованиям,

предъявляемым к заполнителям.

7

3 Методика выполнения работы

3.1 Испытания песка для строительных работ

3.1.1 Испытания песка для строительных работ проводят по ГОСТ 8735

[4], регламентирующему определение одиннадцати различных показателей,

важнейшими из которых являются:

-зерновой состав и модуль крупности,

-содержание глины в комках,

-содержание пылевидных и глинистых частиц,

-наличие органических примесей.

К справочным можно отнести такие технические показатели, как ис-

тинная плотность (хотя по этому показателю к песку как заполнителю в тя-

жёлые бетоны есть ограничения – см. п. 4.1), насыпная плотность, пустот-

ность, влажность. В песке, также как и в других строительных материалах,

удельная эффективная активность естественных радионуклидов (Аэфф)

должна быть не более, Бк/кг:

- 370 – при применении его во вновь строящихся жилых и обществен-

ных зданиях;

- 730 – для дорожного строительства в пределах территории населён-

ных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении произ-

водственных зданий и сооружений;

- 1500 – для дорожного строительства вне населённых пунктов.

ГОСТ 8735 не предусматривает определение потребителем реакцион-

ной способности песков по отношению к цементному камню, однако следует учитывать, что применение реакционноспособных песков может привести к катастрофическим последствиям – разрушению конструкции через не-

сколько лет после изготовления, то есть в процессе эксплуатации объекта.

8

3.1.2 Отбор проб

Процесс отбора проб песка для испытаний должен обеспечивать полу-

чение пробы, в максимальной степени отражающей свойства всей партии песка. Для этого из различных мест с различной глубины или через опреде-

лённое время с конвейера отбирают точечные пробы, из которых составляют объединённую пробу не менее 10 кг. Затем методом квартования отбирают лабораторную пробу, масса которой должна быть не менее чем в два раза больше суммарной массы, необходимой для проведения испытаний.

Для каждого испытания из лабораторной пробы отбирают аналитиче-

скую пробу, а из неё отбирают навески в соответствии с методикой испыта-

ний.

Студенты используют для испытаний пробу, подготовленную кафед-

рой.

3.1.3 Общие требования к проведению испытаний

3.1.3.1 Пробы взвешивают с погрешностью до 0,1 % массы.

3.1.3.2 Пробы для навески песка высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре (105 ± 5) оС до тех пор, пока, разница между результатами двух взвешиваний будет не более 0,1 % массы. Каждое последующее взвешивание производят после высушивания не менее 1 ч и охлаждения не менее 45 мин.

3.1.3.3 Результаты испытаний рассчитывают с точностью до второго знака после запятой, если не даны другие указания.

3.1.3.4 За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение параллельных определений, предусмотренных для соответствую-

щего метода.

9

3.1.3.5 Температура помещения, в котором проводят испытания, а

также воды и песка перед началом испытаний должна быть (25 ± 10) оС.

3.1.4 Определение зернового состава и модуля крупности песка

Зерновой (гранулометрический) состав песка имеет большое значение для получения бетона заданной прочности при минимальном расходе це-

мента. В тяжёлом бетоне песок служит для заполнения пустот между зёрнами крупного заполнителя, в то же время все пустоты между зёрнами песка должны быть заполнены цементным тестом. Кроме того, этим же тестом должны быть покрыты зёрна песка и крупного заполнителя. Для уменьшения расхода цементного теста следует применять пески с малой пустотностью и наименьшей суммарной поверхностью частиц.

Чем крупнее песок, тем меньше его удельная поверхность – отношение суммарной площади поверхности всех частиц материала к их общей массе –

Sуд (выражается в квадратных метрах на килограмм или в квадратных санти-

метрах на грамм). Песок, состоящий только из крупных частиц, имеет мень-

шую удельную поверхность, но повышенную пустотность. Поэтому луч-

шими являются полифракционные пески средней крупности. Применение та-

ких песков обеспечивает получение бетона плотной структуры при наимень-

шем расходе цемента.

Зерновой состав песка характеризуется процентным содержанием в нём зёрен различного размера. Для определения зернового состава песка при-

меняют ситовой анализ.

Сначала определяется содержание в песке зёрен гравия.

Высушенную до постоянной массы пробу песка в количестве не менее

2 кг просеивают сквозь сита с круглыми отверстиями диаметром 5 мм и 10

мм. Остатки на ситах взвешивают и вычисляют процентное содержание в