| 2. ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
Вопрос о зерновом составе заполнителя был всегда одним из нерешенных вопросов в технологии бетона. С одной стороны, многолетняя практика работы показывала целесообразность применения непрерывного зернового состава, подобранного по различным «идеальным» кривым, с другой стороны — многочисленные опыты доказывали преимущества прерывистой гранулометрии, позволяющей получить бетон наивысшего качества.
До недавнего времени этот спор носил чисто теоретический характер, так как природные смеси содержат, как правило, зерна всех фракций, а разделение заполнителей на фракции применялось лишь в исключительных случаях. В последние годы, в связи с развитием промышленности сборного железобетона и необходимостью обеспечения постоянства зернового состава крупного заполнителя, перед нерудной промышленностью был поставлен вопрос о поставке фракционированного заполнителя.
При непрерывной гранулометрии потребность в мелком щебне (гравии) —3—10 мм— весьма велика (около половины от общего количества требующегося заполнителя). Получение такого большого количества мелкого щебня (гравия) сопряжено со значительными трудностями, а стоимость этого щебня из-за дополнительных операций по дроблению и повышенного количества отходов будет больше стоимости щебня более крупных фракций.
В связи с этим было предложено использовать класс заполнителя 3—10 мм только для весьма тонкостенных элементов, требующих предельной крупности заполнителя 10 мм. Для большинства элементов, в бетоне которых должен применяться щебень (гравий) с предельной крупностью 20 мм, должен использоваться только один класс материала по крупности, а именно: 10—20 мм, а при предельной крупности 40 мм—два класса 10—20 и 20—40 мм. В этом случае потребность в щебне фракции 3—10 мм должна сократиться почти в 2,5 раза и, кроме того, значительно упрощается складирование заполнителей на многих заводах железобетонных изделий и облегчается эксплуатация дозировочных устройств в бетоносмесительных цехах. Это предложение наиболее целесообразно осуществить при применении жестких смесей; в этом случае значительно уменьшается опасность расслоения, которая если судить по известным исследованиям прерывистой гранулометрии, и является основным препятствием для широкого использования прерывистых составов на производстве.
Для проверки свойств бетонов на щебне различного зернового состава были поставлены специальные опыты. Бетонные смеси изготовлялись на заполнителях разного вида и крупности: щебень и гравий Академического карьера, рядовой и мелкий песок (рис. 35) и при разных значениях В/Ц. Во всех случаях подбирав лось оптимальное (с точки зрения прочности бетона и жесткости бетонной смеси) содержание песка в смеси заполнителей. Для опытов были приняты две градации жесткости — 30 сек. (малоподвижная смесь) и 250—300 сек. (особо жесткая смесь) и три значения В/Ц: 0,3, 0,4 и 0,5. Твердение осуществлялось в различных условиях (пропаривание, термальное хранение).
При использовании в опытах песка с Мкр 2,8 и предельной крупностью щебня 20 мм применялся портланд-цемент с активностью
550 кг/см2; остальные опыты проводились на цементе с активностью 395 кг/см2 (соответственно № 3 и № 5 по табл. 8).
Из каждого замеса определялась жесткость смеси на техническом вискозиметре и изготовлялись образцы путем вибрации на лабораторной виброплощадке до состояния полного уплотнения.
Особо жесткие смеси уплотнялись с пригрузкой. Отформованные образцы пропаривались по режиму 3—8—3 или твердели в нормальных условиях. Испытание образцов производилось через 6—12 час. после окончания тепловой обработки или после 7 (в нескольких опытах после 3) дней твердения в нормальных условиях.
Оптимальный зерновой состав крупного заполнителя при составлении смеси из двух или более фракций устанавливался путем подбора смеси с наименьшим объемом межзерновых пустот. Проведенные с этой целью опыты показали, что в довольно широких пределах соотношения отдельных фракций мало сказываются на величине объемного веса и пустотности заполнителя как в свободно насыпанном, так и вибрированном состоянии. Поэтому окончательный выбор соотношения фракций производился в расчете на возможно меньшее содержание мелких фракций в смеси, которые увеличивают удельную поверхность заполнителя и, следовательно, водопотребность, а также повышают его стоимость.
Оптимальные составы приведены в табл. 28.
При обработке результатов были исключены данные тех опытов
(в основном малоподвижные смеси, однофракционный заполнитель), в которых из-за слишком низкого содержания песка бетонная смесь расслаивалась. Во всех остальных случаях расслаивания не наблюдалось.
Оптимальное содержание песка в составе бетонной смеси выбиралось по величинам коэффициента расхода цемента Красх (отношение расхода цемента в кг/м3 и прочности бетона в кг/см2). Минимальная величина Красх для данного значения В/Ц соответствовала оптимальному содержанию песка. Как и следовало ожидать, отсутствие мелких фракций в крупном заполнителе потребовало почти во всех случаях большего содержания песка в бетоне. Поэтому расход крупного заполнителя снизился на 5—10%.
Для того чтобы проследить, в какой степени удаление мелких фракций из заполнителя сказывается на свойствах бетона и бетонной смеси, были построены на основе данных, отвечающих оптимальным составам бетона, графики зависимости прочности бетона и расхода цемента при постоянной жесткости от цементноводного отношения (рис. 36). Для построения зависимостей Rб = f(Ц/В) использовались данные о прочности образцов после 7-дневного твердения в нормальных условиях.
Проведенные опыты показали, что при крупном (Мкр = 2,8— 2,9) или среднем песке (Мкр = 1,9) исключение из состава крупного заполнителя с предельной крупностью 20 и 40 мм фракции 3—10 мм не вызывает снижения прочности бетона и в отдельных случаях даже повышает ее. При мелком песке (Мкр = 1,02) и предельной крупности заполнителя 20 мм применение однофракционного щебня вызывает снижение прочности бетона, особенно при малоподвижных смесях. Прочность бетона, особенно при малоподвижных смесях, снижалась также и при применении однофракционного заполнителя фракции 20—40 мм. Аналогичные выводы были сделаны и при сравнении данных по прочности пропаренных образцов.
Что касается влияния фракционного состава крупного заполнителя на жесткость бетонной смеси, то, как показали опыты (рис. 37), исключение мелких фракций практически не вызывает увеличения расхода цемента для получения той же жесткости и в большинстве случаев даже несколько снижает его.
Окончательное суждение о целесообразности использования в бетоне заполнителя, лишенного мелких фракций, было получено путем сопоставления расходов цемента, необходимых для получения равных прочностей бетона при одинаковой жесткости смеси. Для такого сопоставления по полученным кривым зависимости Rб=f(Ц/B) и Ц=f(Ц/B) были построены зависимости прочности бетона от расхода цемента при постоянной жесткости смеси (рис. 38 и 39).
Из этих рисунков следует, что отсутствие в заполнителе с предельной крупностью 20 и 40 мм фракции 3—10 мм или дает небольшую экономию цемента до 10%, или, по крайней мере, не вызывает перерасхода цемента, за исключением смесей на очень мелком песке (Мкр—1). Перерасход цемента при очень мелком песке ощутим для малоподвижных смесей, для которых он доходит до 20% и мало заметен для жестких смесей, при которых он не превышает 5%. Исключение при предельной крупности заполнитель 40 мм обеих фракций 3—10 и 10—20 мм и использование только фракции 20—40 мм нерационально, так как в этом случае имеет место перерасход цемента до 20%.
Таким образом, проведенные опыты показали целесообразность исключения фракции щебня или гравия 3—10 мм из состава жесткой смеси при использовании песков средней крупности с модулем крупности не менее 2. Для более мелких песков решение вопроса о выборе количества фракций крупного заполнителя и о необходимости соответствующего обогащения песка должно быть сделано на основании предварительных опытов. Во всех случаях при применении заполнителя, лишенного мелких фракций, следует обязательно производить предварительные подборы состава бетонной смеси для нахождения оптимального (по прочности бетона и жесткости бетонной смеси) содержания песка.
Экономические расчеты, проведенные А. И. Дайном, показали, что исключение фракции 3—10 мм из состава бетонной смеси за счет меньшей стоимости более крупных фракций и большего содержания песка может обеспечить экономию около 2 руб. на 1 м3 бетона. Кроме того, в связи с ликвидацией дополнительной стадии дробления высвободятся капитальные вложения в размере примерно 0,7 млн. руб. на 1 млн. м3 бетона. Наконец, уменьшение потребности в фракции 3—10 мм будет способствовать значительному сокращение затрат труда на предприятиях нерудной промышленности.
Жесткие бетонные смеси в производстве сборного железобетона
д-р техн. наук В.И.Сорокер, инж. В.Г.Довжик
Москва 1958
|
