§ 1. Материалы для изготовления тяжелого бетона

Цемент. 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:

Марка бетонов	М150	М200	М250	МЗОО	М350	М400	М450	М500	М600 и выше
Марка цемента	МЗОО	М300-М400	М400	М400-М500	М400-М500	М500-М600	М550-М600	М600	М600

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

Для изготовления морозостойких бетонов, а также бетонов, противостоящих сульфатной коррозии, рекомендуется применять сульфатостойкий портландцемент.

Мелкий заполнитель. В качестве мелкого заполнителя в тяжелом бетоне применяют песок, состоящий из зерен размером 0,14 — 5 мм и имеющий плотность более 1,8 г/см3. 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.

Природные пески представляют рыхлую смесь зерен различных минералов, входивших в состав изверженных (реже осадочных) горных пород (кварца, полевого шпата, кальцита, слюды и др.).

Качество песка, применяемого для изготовления бетона, определяется минеральным составом, зерновым составом и содержанием вредных примесей.

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 состав песка определяют просеиванием высушенной средней пробы (1000 г) через стандартный набор сит* с размерами отверстий 2,5 мм и с сетками № 125; 063; 0315 и 014 (последние имеют квадратные ячейки размером соответственно 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 мм). Мелкие частицы песка (пыль) имеют размер менее 0,14 мм и проходят через сетку № 014.

Зерновой состав песка удобно представить графически, если по горизонтали отложить размеры отверстий сит, а по вертикали — полные остатки на ситах.

Рис. 97. График зернового состава песка: заштрихована область песков, допускаемых для бетона

На рис. 97 в виде заштрихованной области указаны допустимые пределы колебаний зернового состава песков для бетона.

Для оценки крупности песка применяют безразмерный показатель — модуль крупности Мк, который вычисляют как отношение суммы полных остатков на ситах, начиная с сита с отверстиями.

Зерновой состав песка характеризуется также его удельной поверхностью, определяемой с помощью специального прибора — пневматического поверхностемера.

В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный, средний, мелкий и очень мелкий. Для каждой группы песка показатели должны соответствовать величинам, указанным в табл. 32.

Таблица 32 Классификация песков по крупности

Для бетона рекомендуется применять крупный, средний и мелкий песок. Для строительных растворов применяют и очень мелкий песок. Если песок не удовлетворяет

по зерновому составу требованиям стандарта, то его необходимо фракционировать, т. е. рассеивать на две фракции — крупную и мелкую, получаемые разделением исходного песка по граничному зерну, соответствующему размеру отверстий сит 1,25 или 0,63 мм, а затем смешивать эти фракции в соотношении, установленном ГОСТ 8736 — 77.

Мелкие частицы (пыль, ил, глина) увеличивают водопотребность бетонных смесей и расход цемента в бетоне. Поэтому содержание в песке зерен, проходящих через сито с сеткой № 014, должно быть не более 10% по массе, при этом количество пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3% в природном песке и 4% в дробленом (глины не более 0,1 — 0,5%). Глина набухает при увлажнении и увеличивается в объеме при замерзании, снижая морозостойкость. Поэтому содержание глины в песке строго ограничивается, тем более не должно быть комков глины и суглинка.

Песок очищают от мелких частиц путем промывки. 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. Песок считают пригодным для бетона, если жидкость — 3%-ный раствор NaOH над песком — не окрашивается или приобретает окраску светлее эталона (эталон имеет светло-желтый цвет).

В природном песке и гравии могут содержаться и неорганические примеси, которые тоже вызывают химическую коррозию цементного камня. К этой группе примесей относятся сернокислые и сернистые соединения (например, пирит FeS2). Слюда также относится к числу вредных примесей, так как ее листочки легко расслаиваются по плоскостям спайности. Аморфные модификации кремнезема (опал, халцедон и др.) иногда- содержатся в заполнителе. Кремнезем вступает в химическую реакцию со щелочами, имеющимися в цементе (Na20, КгО); при этом образуются вещества, вызывающие расширение и растрескивание бетона.

Песок отличается от крупного заполнителя способностью сильно изменять объемную массу и объем при изменении влажности (рис. 98) от 0 до 25%, что учитывается при объемной дозировке (при приготовлении растворных и бетонных смесей) и приемке песка.

Рис. 98. Изменение объема песка при увлажнении (кривые относятся к пескам различного зернового состава)

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для бетона применяют гравий, щебень и щебень из гравия с размером зерен 5 — 70 мм. При бетонировании массивных конструкций можно применять щебень крупностью до 150 мм.

Зерна гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность. Обычно гравий содержит в том или ином количестве песок, а также вредные примеси — глину, пыль, слюду, гумусовые вещества (органические примеси).

Щебень получают дроблением изверженных, метаморфических, плотных и водостойких осадочных горных пород (плотных известняков, песчаников и др.). Зерна щебня имеют угловатую форму; желательно, чтобы по форме они приближались к кубу. Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности (М500 и выше) обычно применяют щебень, а не гравий.

Качество крупного заполнителя определяется минеральным составом и свойствами исходной породы (ее прочностью и морозостойкостью), зерновым составом заполнителя, формой зерен и содержанием вредных примесей. Прочность исходной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна не менее чем в 1,5 — 2 раза превышать марку бетона.

В районах с развитой металлургической промышленностью экономически выгодно применять щебень, полученный в результате дробления и рассева тяжелых отвальных или специально отлитых доменных и мартеновских шлаков. Щебень из шлака должен иметь устойчивую структуру. Распад шлака может вызываться гашением зерен свободной извести. Основные доменные шлаки при медленном охлаждении могут распадаться вследствие перехода содержащегося в них двухкальциевого силиката из одной формы в другую: P-C2S переходит в с увеличением объема. Возможен также «железистый» или «марганцевистый» распад вследствие перехода закисей этих металлов в окиси с увеличением объема.

Щебень из шлака должен удовлетворять общим требованиям в отношении зернового состава. Не допускаются в нем посторонние примеси топливных шлаков и зол, колошниковой пыли и т. д.

В зависимости от дробимости при сжатии в цилиндре щебень подразделяют на следующие марки по прочности: М1400, М1200, Ml000, М800, М600, М400, М300 и М200. Щебень Ml400 и Ml200 может содержать зерна слабых пород* в количестве не более 5%, щебень Ml000, М800, М600, М400 — не более 10%, щебень М300 и М200 — не более 15% (по массе). Содержание в гравии и щебне из гравия зерен слабых пород не должно превышать 10% по массе.

Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости. Установлены следующие марки щебня и гравия по морозостойкости: Мрз15, Мрз25, Мрз50, Мрз100 Мрз150, Мрз200 и Мрз300. Марка обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором потеря в массе пробы крупного заполнителя не превышает 5% (для марок 15 и 25 циклов допускается потеря массы до 10%).

Зерновой состав крупного заполнителя устанавливают с учетом наибольшего £>Наиб и наименьшего DBsma. размеров зерен щебня ил» гравия. Наибольший размер зерен при бетонировании железобетонных балок, колонн, рам должен быть не более 3Д наименьшего расстояния между стержнями арматуры, а для плит перекрытий и покрытий — не более 7г толщины плиты.

Наименьшая крупность соответствует размеру отверстия самого мелкого из сит, через которое проходит не более 5% просеиваемой пробы; обычно наименьшая крупность равна 5 (3) мм.

В зависимости от крупности зерен щебень, гравий и щебень из гравия подразделяют на четыре фракции: 5 — 10 мм, 10 — 20 мм, 20 — 40 мм и 40 — 70 мм. Щебень, гравий и щебень из гравия могут поступать в виде смеси двух или большего числа фракций. По соглашению между поставщиком и потребителем может применяться щебень фракций 3 — 10 мм, 10 — 15 мм (или 5 — 15), 15 — 20 мм.

В зависимости от формы зерен ГОСТ 8267 — 75 устанавливает три группы щебня из естественного камня: кубовидную, улучшенную и обычную. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в них не превышает соответственно 15, 25 и 35% по массе. К пластинчатым и игловатым зернам относят такие, в которых толщина или ширина меньше длины в 3 и более раза.

Содержание пылевидных глинистых и илистых частиц в щебне допускается в зависимости от вида исходной породы и марки щебня по прочности. Их допустимое количество не должно превышать указанного в табл. 33.

Таблица 33 Допускаемое содержание мелких частиц в щебне для бетона

Количество пылевидных, глинистых и илистых частиц, определяемое отмучиванием, в гравии и щебне из гравия допускается для марок по дробимости Др 8, Др12 и Др16 не более 1%, в том числе содержание глины в комках — до 0,25%.

Содержание органических примесей в крупном заполнителе проверяют, пользуясь той же методикой, которая применяется для песка. Гравий и щебень из гравия при обработке водным раствором едкого натра не должны придавать раствору окраску темнее эталона.

Водопотребность является важной технологической характеристикой заполнителя. Зерна заполнителя поглощают воду и адсорбируют ее на своей поверхности, поэтому необходимо регулировать количество воды затворения с учетом «смачивания» заполнителя, чтобы получить нужную удобоукладываемость бетонной смеси.

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению вяжущего вещества. Для затворения бетонной смеси применяют водопроводную питьевую воду, а также природную воду (рек, естественных водоемов), имеющую водородный показатель рН не менее 4, содержащую не более 5000 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л (в пересчете на SO/').

Морскую воду с содержанием солей не более 3,4% разрешается применять для затворения и поливки бетона на портландцементе при бетонировании массивных неармированных конструкций в тех случаях, когда допускается появление выцветов (высолов) на поверхности сооружения.

Допускается применение оборотной воды и конденсата из камер пропаривания при содержании в них остатков смазки не более 0,1% по массе — после экспериментальной проверки в бетоне.

Не допускается применять болотные, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки.