УДК 666.972.12 (07) ББК 38.33я7 Т48
Рекомендовано Редакційно-видавничим радою університету
Литвиненко В.А. начальник центру випробувань ВАТ «Карагандинський промбудпроект»; Байджанов Д.О. доктор технічних наук, професор кафедри Тсмі КарГТУ;
Ісабеков Т.К. д.т.н. професор, член Редакційно-видавничої ради КарГТУ
УДК 666.972.12 (07) ББК 38.33я7
Ткач Євгенія Володимирівна Рахімов Мурат Аманжоловіч Рахімова Галія Мухамедіевна
Видавництво КарГТУ, 100027, Караганда, б. Миру, 56
Заповнювачі для бетонів і розчинів - це природні або штучні кам'яні сипучі матеріали, що складаються з окремих зерен. Термін «заповнювач» вказує на роль цього матеріалу в бетонах і розчинах: заповнювач займає до 85% від загального обсягу бетону. Вартість звичайних наповнювачів значно менше, ніж вартість в'яжучого. Отже, чим більше в бетоні наповнювачів, тим бетон дешевше.
Однак цим не вичерпується роль наповнювачів. Так, в цементних бетонах і розчинах вони знижують усадку матеріалу і підвищують його тріщиностійкість. Крім того, наповнювачі багато в чому визначають властивості бетону. Наприклад, використовуючи як заповнювач чавунну дріб і залізні руди, отримують особливо важкий бетон, що захищає від іонізуючого випромінювання здійснюватиме, а застосовуючи пемзу, керамзит або спучені шлаки, - легкий бетон, що володіє хорошими теплоізоляційними властивостями.
Залежно від розміру зерен розрізняють заповнювач невеликий і круп
Крупний заповнювач в залежності від форми зерен називають щебенем
- зерна неправильної форми з шорсткою поверхнею або гравієм - зерна округлої форми з гладкою поверхнею.
Заповнювачі як великі, так і дрібні можуть бути:
- природними, що видобуваються в кар'єрах і піддаються тільки розсіву, промиванні і, якщо це необхідно, дроблення;
- штучними, які отримуються з промислових відходів (металургійних шлаків, зол електростанцій і т. П.) Або спеціальною обробкою природного сировини (з глини отримують керамзит, з перліту - спучений перліт
Останнім часом починають використовувати «вторинні» наповнювачі, які виділяються з відслужили свій термін бетонних і залізобетонних конструкцій дробленням і рассевом. Це дуже перспективна як з економічної, так і з екологічної точок зору технологія застосовується при знесенні п'ятиповерхових панельних будинків перших серій.
Основні структурні характеристики заповнювач: межзерновая порожнинність і пористість самих зерен заповнювача.
За щільністю зерен заповнювачі поділяють: на щільні (важкі) і пористі (легкі).
Узагальненою характеристикою, яка враховує і межзерновую пустотность, і внутрішню пористість зерен, служить насипна щільність заповнювача, яка представляє собою масу одиниці об'єму сипучого матеріалу, взятого разом з порожнечами.
Заповнювачі для бетонів і розчинів повинні відповідати наступним вимогам:
- мати певний зерновий склад (співвідношення зерен різного розміру) для того, щоб обсяг пустот між зернами (межзерновая порожнинність) був мінімальний, т. Е. Порожнечі між великими зернами були зайняті більш дрібними;
- поверхня зерен заповнювача повинна забезпечувати хороше зчеплення з твердеющим в'язким, т. Е. По можливості бути шорсткою, і на ній не повинно бути глинистих і пилуватих домішок;
- наповнювачі не повинні містити домішок, негативно діють на твердіння в'яжучого і на подальшу міцність і стійкість бетону і розчину.
У цьому навчальному посібнику, крім теоретичних основ отримання різних видів наповнювачів бетону, опису сировини для виробництва наповнювачів, розгляду типових схем виробництва наповнювачів бетону, докладно наведені класифікація, технічні вимоги та область застосування наповнювачів, технічні режими і способи розробки, підготовки сировини, сушіння, випалу , охолодження, збагачення та складування готової продукції. Також викладені властивості наповнювачів бетону, вплив видів наповнювачів на властивості бетону.
Посібник дозволяє студенту самостійно вибрати технологічне обладнання (оптимальну схему) для конкретної ситуації, зробити необхідні технологічні розрахунки, визначити можливість застосування ка- кого-небудь виду наповнювачів для отримання бетону з певними фізікомеханіческіх властивостями.
1 ПРИЗНАЧЕННЯ ЗАПОВНЮВАЧІВ
Заповнювачі - природні або штучні матеріали певного складу, які в раціонально підібраної суміші з в'язкою речовиною, водою утворюють бетон. Вартість наповнювачів досягає 30 ... 50% від вартості бетонних і залізобетонних конструкцій. Тому вивчення, правильний вибір, раціональне використання, їх виробництво і застосування мають велике значення.
Як відомо, наповнювачі займають в бетоні до 85% обсягу і, отже, дозволяють різко скоротити витрату цементу або інших в'яжучих, які зараз є дорогою і дефіцитною складовою частиною бетону [1,2].
Цементний камінь при твердінні зазнає об'ємні деформації. Усадка його досягає 2 мм / м. З огляду на нерівномірність усадочних деформацій виникає внутрішня напруга і тріщини. Дрібні тріщини можуть бути не видимі неозброєним оком, але вони різко знижують міцність і довговічність цементного каменю. Заповнювач створює в бетоні жорсткий скелет, сприймає усадці напруження і зменшує усадку звичайного бетону приблизно в 10 разів у порівнянні з усадкою цементного каменю. Жорсткий скелет з високоміцного заповнювача збільшує міцність і модуль пружності бетону (тобто зменшує деформації конструкцій під навантаженням), зменшує повзучість (тобто пластичні незворотні деформації бетону при тривалій дії навантаження).
Легкі пористі заповнювачі зменшують щільність бетону і його теплопровідність, роблять можливим застосування такого бетону в конструкціях і для теплоізоляції.
Спеціальні особливо важкі і гідратів наповнювачі роблять бетон надійним захистом від проникаючої радіації (на атомних електростанціях і т.п.).
Цей неповний перелік визначає призначення наповнювачів, які є дуже важливою складовою частиною бетонів, впливають на їх властивості та техніко-економічну ефективність.
1.1 Класифікація заповнювачів
Основними ознаками стандартизованої класифікації різноманітних наповнювачів для бетону (ГОСТ 25137-82) є: походження, крупність зерен, характер форми зерен, щільність, дані яких представлені в таблиці 1.
За походженням заповнювачі поділяють на три групи:
1) природні, в тому числі з попутно видобуваються порід і відходів про-
чення; 2) з відходів промисловості; 3) штучні (спеціально при-
Природні матеріали та матеріали з відходів промисловості, одержувані без зміни їх хімічного складу і фазового стану, характеризуються відповідно походженням і петрографічним найменуванням гірських порід або видом відходів. Наприклад, виверження вулканів глибинні (інтрузивні) породи - граніт, сієніт, діорит; доменні відвальні шлаки. спокуса-
недержавні наповнювачі характеризуються видом сировини (природне, з відходів або їх суміш) і технологією виробництва (спосіб обробки). Наприклад, одержувані з природної сировини випалюванням зі спучуванням - керамзит; одержувані поризацією розплаву доменних шлаків - шлаковая пемза.
Таблиця 1 - Класифікація заповнювачів
За крупності зерен заповнювачі поділяють на: 1) великі - з зернами (шматками) понад 5 мм (щебінь, гравій); 2) дрібні - з розміром зерен до 5 мм (пісок).
За характером форми зерен розрізняють: 1) наповнювачі, що мають незграбну (неправильну) форму. одержують подрібненням (щебінь, пісок з відсіву дроблення і ін.); 2) наповнювачі, що мають округлу форму зерен (гравій, природний пісок та ін.).
Заповнювачі відносять до щільних або пористих залежно від щільності їх зерен, яка становить відповідно понад і до 2,0 г / см 3.
Класифікаційної характеристикою заповнювача також може бути його насипна щільність, яка для великих пористих заповнювачів не повинна перевищувати 1200 кг / м 3. а для пористих пісків - 1400 кг / м 3.
Вид наповнювачів є одним з ознак класифікації бетонів, відповідно до якого розрізняють бетони на щільних, пористих і спеціальних заповнювачах.
Самі ж наповнювачі розподіляють у відповідності з основним призначенням: для важких, легких, дрібнозернистих бетонів, для спеціальних бетонів (жаростійких, хімічно стійких, декоративних, радіаційно-захисних, теплоізоляційних і ін.).
1.2 Основні властивості наповнювачів і методи їх випробувань Насипний щільністю заповнювача називають відношення його маси до
всього займаного обсягу, включаючи простір між зернами. Визначають насипну щільність наступним чином. висушений до
постійної маси заповнювач насипають з висоти 100 мм в попередньо зважений мірну посудину до освіти над верхом судини конуса. Потім, не зрушуючи посудину (щоб уникнути ущільнення заповнювача), лінійкою зрізають конус і посудину з заповнювачем зважують. Насипна щільність заповнювача (кг / м 3):
де т 2 - маса мірної посудини з заповнювачем, кг; т 1 - маса мірної посудини, кг; V - місткість мірної посудини, м 3.
Для випробування щебеню і гравію залежно від їх крупності стандарти передбачають використання мірних судин місткістю 5. 50 л, для піску - 1л.
Насипна щільність - важлива характеристика наповнювачів, особливо пористих, основне маркування яких проводиться за цим показником. Знання насипної щільності необхідно для розрахунку масової частки заповнювача, якщо відомий його обсяг, або, навпаки, для визначення місткості складських приміщень, бункерів, виходячи з необхідної маси заповнювача, при розрахунку складу бетону, дозуванні наповнювачів і т. Д.
Іноді насипну щільність заповнювача визначають в ущільненому стані. В цьому випадку мірний посуд з заповнювачем піддають вібрації на лабораторному вібромайданчику, заповнювач у міру ущільнення досипають в посудину доверху. Результати перевищують стандартну насипну щільність заповнювача на 5. 25% і відображають здатність даного заповнювача до ущільнення (наприклад, при вібрації бетону) за рахунок більш компактного укладання зерен.
Щільність зерна заповнювача являє собою відношення маси проби сухого щебеню або гравію до сумарного обсягу його зерен.
Обсяг зерен заповнювача визначають за різницею в результатах зважування проби на повітрі і в воді. Оскільки зважування у воді пов'язане з можливістю її проникнення в пори зерен заповнювача, останній заздалегідь насичують водою.
Щільність зерна заповнювача (г / см 3):