Влияние качества песка на качество бетона
Качество бетонных конструкций, качественное устройство бетонных полов в первую очередь зависит от свойств применяемого бетона. Рассмотрим, как влияют характеристики песка на конечные свойства бетона.
Песок характеризуется следующими паспортными характеристиками:
- Модуль крупности;
- Насыпная плотность;
- Содержание глинистых и пылевидных частиц.
Вспомогательным параметром, для дальнейшего изложения, является собственная плотность песка. Так как речной песок состоит на 95% из кварцевого песка, то можно считать, что собственная плотность равна плотности диоксида кремния Пс = 2,7 т/м 3 .
Суть изготовления любого бетона заключается в заполнении пустот между частицами наполнителя клеевой массой. Для портландцементбетонов клеевой массой является цементное тесто. В процессе заполнения пустотности консистенция бетона меняется от влажной до текучей. На конечную прочность бетона влияет как собственные прочности наполнителей, так и прочность «клея» — созревшего цементного камня. Прочность цементного камня имеет ярко выраженную зависимость от соотношения между массой цемента (Ц) и воды (В) в составе цементного теста. Оптимальное значение — Ц/В = 2,5-3,3 (В/Ц=0,4-0,3).
Приблизительная зависимость марочной прочности цемента М500 от отношения массы цемента и воды имеет следующий вид:
при Ц/В = 2,5: Rсж = 500х2,5/2 = 625,
при Ц/В = 3,0: Rсж = 500х3/2 = 750,
при Ц/В = 1,5: Rсж = 500х1,5/2 = 375.
Следовательно, прочность (качество) цементного клея находится в прямой зависимости от водоцементного отношения. Кроме того, от содержания воды в цементном тесте зависит и величина усадочных напряжений, так как избыточная вода, испаряясь, создает пустотность в цементном камне.
Величина объемной пустотности для наполнителей и цементного теста рассчитывается по формуле:
где Н – насыпная плотность дробленного минерала, С – собственная плотность минерала.
Для дальнейшего изложения будем придерживаться одного состава цементного теста:
Ц/В = 2,5, плотность теста 1,9кг/л.
Такой состав теста позволяет получать цементный клей достаточно высокого качества с одной стороны и, при введении пластификаторов, имеет высокую подвижность с другой стороны.
Как было отмечено ранее в первом приближении (без учета коэффициента раздвижки) составление рецептуры бетона сводится к заполнению пустотности наполнителя (песка) цементным тестом заданного качества. Далее – заполнение пустотности щебня цементно-песчанным тестом.
Пустотность песка в зависимости от насыпной плотности можно рассчитать по формуле 2 .
Объем и массу цементного теста рассчитаем по следующему алгоритму:
1. Объем теста равен пустотности песка.
2. Масса теста равна произведению его объема и плотности.
3. Масса цемента равна массе теста, деленного на 1,4.
4. Расход цемента на 1м 3 пескобетона равен произведению массы цемента и коэффициента раздвижки 1,05.
Таблица 1. Расход цемента в зависимости от насыпной плотности песка.
| Насыпная плотность сухого песка, тн/м 3 | Пустотность, м 3 | Объем теста, л | Масса теста, кг | Масса цемента, кг | Расход цемента на 1м 3 пескобетона, кг |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,35 | 0,50 | 500 | 950 | 679 | 713 |
| 1,45 | 0,46 | 460 | 874 | 624 | 655 |
| 1,55 | 0,43 | 430 | 817 | 584 | 613 |
| 1,65 | 0,39 | 390 | 741 | 529 | 555 |
Следует подчеркнуть, что все составы пескобетона в табл.1 имеют одинаковую марочную прочность, но будут различаться по объемной усадке – она пропорциональна расходу цемента и по срокам начала схватывания – примерно обратно пропорциональны квадрату расхода цемента. Минимальную ожидаемую марочную прочность можно оценить как произведение результата формулы 1 и коэффициента 0,8. Для цемента М500 и Ц/В = 2,5 имеем: М = 625х0,8 = 500.
В предыдущих вычислениях из трех параметров песка учитывался только один – насыпная плотность. Было сделано два допущения: песок не содержит пыли и имеет «хороший» модуль крупности. Для приближения к реальной картине необходимо учесть и эти два параметра. О пагубном влиянии пылевидных и глинистых частиц на прочностные свойства бетона и увеличении трещинообразования (устройство бетонных полов) можно рассказывать очень долго. Попробуем учесть его в расчетах.
Процесс образования цементного теста из воды и сухого цемента можно разделить на две последовательные стадии:
Смачивание водой поверхности частиц цемента.
Заполнение водой пустот между частицами цемента.
Для смачивания поверхности частиц цемента (цементной пыли) необходимо около 15% воды от массы цемента. И эта величина тем больше, чем сильнее измельчен цемент. Вода как бы обволакивает пленкой каждую частицу, равномерно распределяясь на ее поверхности. Чем сильнее измельчен цемент, тем больше общая площадь поверхности каждого грамма цемента и тем больше требуется воды на ее смачивание. Площадь поверхности частицы цемента пропорциональна квадрату ее диаметра, а масса частицы пропорциональна кубу диаметра. Отсюда следует, что общая площадь поверхности частиц отнесенная к их массе обратно пропорциональна характерному диаметру частицы:
Этот закон распространяется и на любой другой измельченный материал. В том числе на песок и на пыль, которая в нем содержится.
Характерный диаметр частицы цемента Dц равен 40мкм. Характерный диаметр пыли, содержащейся в наполнителе Dп равен 5мкм. Отношение водопотребности на стадии смачивания равно отношению удельных площадей поверхности. По формуле 3, получаем:
То есть для смачивания поверхности пыли необходимо в восемь раз больше воды, чем для смачивания поверхности цемента. В абсолютном выражении: 15х8 = 120% воды от массы пыли.
Даже если считать, что на вторую стадию образования теста будет расходоваться равное удельное количество воды, то мы все равно получим весьма тревожную цифру:
при заданном Ц/В=2,5 (В/Ц=0,4= 40%), получаем:
8х15% + (40% — 15%) = 145% воды от массы пыли.
Дополнительно внесенная в бетон вода
будет снижать прочностные свойства цементного камня согласно формуле 1 !
Для наглядности возьмем третий состав из Табл.1 и пересчитаем его для песков одинаковой плотности, но с различным содержанием пылевидных частиц.
насыпная плотность песка – 1,55тн/м 3 ,
расход цемента – 613кг/м 3 , начальное Ц/В = 2,5,
активность цемента – М500, пескобетоны имеют равную подвижность.
Таблица 2. Снижение прочности цементного камня в зависимости от содержания пыли.
| Содер-жание пыли, % | Масса пыли на 1м 3 бетона, кг. | Дополнительный расход воды на 1м 3 бетона, кг. | Общее кол-во воды на 1м 3 бетона, кг | Ц/В реальное | Марочная прочность цементного камня, кг/см 2 | Ожидаемая марочная прочность бетона, кг/см 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 245,2 | 2,50 | 625 | 500 | |||
| 1 | 15,5 | 22,5 | 267,7 | 2,29 | 573 | 458 |
| 2 | 31 | 45 | 290,2 | 2,11 | 528 | 422 |
| 3 | 46,5 | 67,5 | 312,7 | 1,96 | 490 | 392 |
| 4 | 62 | 90 | 335,2 | 1,83 | 458 | 366 |
Падение прочности на сжатие для пескобетонов одинакового состава, но с разным содержанием пыли, согласно Табл.2 может составлять до 27%. Причем эту разницу нельзя компенсировать простым увеличением расхода цемента! Компенсация возможна только за счет снижения количества воды затворения и, следовательно, уменьшения подвижности бетона.
Кроме падения прочности, увеличение количества воды из-за повышенного содержания пыли, значительно увеличивает вероятность образования трещин на ранних стадиях твердения бетона. Этот фактор чрезвычайно важен при устройстве бетонных полов – стяжек пола.
Модуль крупности – величина весьма туманная. Вдаваться в подробное рассмотрение не имеет большого смысла. Но о самом песке рассказать стоит отдельно. Точнее о размерах его частиц. Как видно из формулы 3 характерный диаметр частиц песка будет влиять на водопотребность бетона, и, следовательно формуле 1, на качество цементного клея (прочность цементного камня). Вот только в отличие от пыли, заполняться пустотность песка будет не водой, а цементным клеем. Следовательно, отрицательное влияние будет давать только одна стадия – смачивание водой поверхности частиц песка.
Оценим влияние характерного размера частиц песка на прочностные характеристики равноподвижных бетонов по формуле 3 и формуле 1 , аналогично задаче с пылью.
Условия расчетов такие же, как и в Табл.2 , содержание в песке пыли – 0%, характерный диаметр частиц цемента – 40мкм (0,04мм), насыпная плотность песков одинаковая — 1,55тн/м 3 .
Таблица 3. Влияние характерного размера частиц песка на прочность равноподвижных бетонов.
| Характерный диаметр частиц песка, мм. | Дополнительный расход воды, кг. (0,04/D)х1550х0,15 | Общее кол-во воды на 1м 3 бетона, кг | Ц/В реальное | Марочная прочность цементного камня, кг/см 2 | Ожидаемая марочная прочность бетона, кг/см 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,1 | 93 | 338,2 | 1,81 | 452,5 | 362 |
| 0,3 | 31 | 276,2 | 2,22 | 555 | 444 |
| 0,5 | 19 | 264,2 | 2,32 | 580 | 464 |
| 0,7 | 13 | 258,2 | 2,37 | 592,5 | 474 |
| 0,9 | 10 | 255,2 | 2,40 | 600 | 480 |
| 1,1 | 8,5 | 253,7 | 2,42 | 605 | 484 |
| 1,3 | 7,2 | 252,4 | 2,43 | 607,5 | 486 |
Особенно подчеркнем, что характерный диаметр частиц песка (зерна) значительно меньше среднего диаметра зерна. Так для песка с модулем крупности 2,45 и средним диаметром зерна 1,33мм, характерный диаметр (рассчитывается по средней площади частицы) составляет 0,7мм.
Для оценок можно использовать соотношение:
Характерный диаметр = 0,6…0,8 X средний диаметр зерна
активность цемента – М500, пескобетоны имеют равную подвижность.
В свою очередь, средний диаметр зерна достаточно тесно связан с модулем крупности песка. Для приемлемого 10%-го падения прочности бетона (прочность бетона на «хорошем» песке составляла М500), характерный диаметр зерна должен составлять более 0,4мм, следовательно: средний диаметр – более 0,6мм (по соотношению 4) .
Данная величина среднего диаметра характерна для песков с величиной модуля крупности 2,2. С возрастанием величины модуля крупности увеличивается средний диаметр зерна, что приводит к падению пластичности раствора (пескобетона), а, если раствор является составной частью крупнозернистого бетона, то понижается способность заполнять пустотность между зернами щебня (гравия), что приводит к увеличению коэффициента раздвижки при расчете состава крупнозернистого бетона (уменьшению расхода щебня). Поэтому величина модуля крупности песка ограничена сверху и должна составлять не более 2,8. Оптимальные значения модуля крупности лежат в пределах 2,4-2,7.
Пусть простят меня поклонники точных расчетов – я не стал пересчитывать поправки на изменение объема пескобетонов при увеличении воды и поправки на естественные влажности песков и бетонов и т.д. Я предпочел оставить картину более качественной и прозрачной.
С другой стороны, количественные расчеты остались достаточно точными и дают хорошее представление о влиянии характеристик песка на свойства бетона. Так же, я ограничился расчетами пескобетонов, хотя расчет крупнозернистых бетонов можно выполнить по точно такому же алгоритму, с учетом чуть большего коэффициента раздвижки зерен песка и лещадности щебня.
ООО «ТэоХим» выполняет устройство бетонных полов Эластобетон: упрочненных (объемный топпинг), полимерцементных, мозаичных.
источник
Песок характеризуется следующими паспортными характеристиками:
• содержание глинистых и пылевидных частиц [1 — 5].
Роль мелкого заполнителя в формировании структуры искусственного конгломерата особенно проявляется в тощих составах. Когда на прочность искусственного камня оказывает влияние зерновой состав заполнителя, определяющий плотность укладки зерен и число контактов их друг с другом в монолите. Мелкие пески имеют в единице объема большое количество контактов, чем более крупные пески, но «каждое зерно в них скрепляется с другими меньшим числом связей [1, 3]. В результате чего структура получается менее прочной и жесткой.
Рассмотрим, как влияют крупность песка на прочностные свойства раствора.
Для оценки влияния крупности песка на прочностные характеристики цементно-песчаного раствора формовались образцы размером 70,7 Х 70,7 Х 70,7 мм из растворной смеси, содержащей: портландцемент – 500 г, вода – 210 мл, песок – 1500 г. Образцы твердели 28 суток при температуре плюс 20 – 22 оС, первые сутки в ванне с гидрозатвором и оставшиеся (2, 6 и 27) сутки в воде.
Для контрольного состава использовался стандартный монофракционный песок, соответствующий требованиям ГОСТ 6139-2003 [6], который имел: полный остаток на сите № 09 – 0,5 %, полный остаток на сите № 0,5 – 98 %; влажность – 0,2 %, потери при прокаливании – 0,5 %; количество глинистых и илистых частиц – 0,8 %.
В качестве вяжущего в работе использовался портландцемент производства ООО «Искитимцемент» (Новосибирская область) марки ЦЕМ II/А-Ш 32,5. Минеральный состав его, % мас.: С3S -60, C2S – 16, C3A – 7,3, C4AF – 14. Удельная поверхность его составила 300 м2/кг. Химический состав цемента, % мас: SiO2 – 20,7; Al2O3 – 6,3; Fe2O3 – 4,6; CaO – 65,4; MgO – 1,3; SO3 – 0,4; п.п.п.- 0,5.
Для исследования влияния крупности песка на прочность раствора песок фракционировали путем отсеивания крупной или мелкой фракции. Для дальнейших исследований принимался песок с модулем крупности: 0,27; 0,80; 0,99; 1,33; 1,87; 2,40; 2,94. Результаты испытаний представлены в таблице и на рисунке.
Влияние крупности песка на прочность раствора
источник
Компания ООО «Бетонинвест» использует при производстве бетона для фундамента, цементных растворов, а также осуществляет продажу песка строительного, добытого в Тверской и Московской областях на карьерах.
Для изготовления бетона для фундамента марок выше М350 применяют строительный песок крупности 2,5мм и выше. Мелкозернистый заполнитель бывает мелкий, крупный и средний, обогащенный и фракционированный. Крупность, зерновой состав, наличие примесей имеют большое влияние на производство качественного итогового состава бетонной смеси. Так, например, в природной песочной смеси не должно присутствовать более 3 процентов примесей, а в дробленом продукте примесей должно быть не более 4 процентов.
По технологии производства строительный песок, как важная составляющая, должен состоять из зерен фракции от 0,1 до 5 мм – только в этом случае гарантировано заполнение почти всех мелких пустот в цементном растворе. И самое важное здесь — при хорошей наполняемости пустот, требуется меньшее количество цемента для получения плотного бетона!
Строительный песок делится на группы по крупности:
Вы, верно, замечали, что песок имеет несколько цветов, да и выглядит он по-разному? Цвет и размер песчинок зависят от вида – речной, морской, овражный. Все они добываются из разных мест, несколькими способами, с применением различной техники. Свое применение он находит в самых разных отраслях – от производства товарного бетона до благоустройства детских площадок.
Строительный песок по природе является горной осадочной породой, существует и искусственный, при этом, оставаясь натуральным, так как производится из остатков гранита, мрамора, шлака. Белый — самый качественный, содержит кварц, за ним идут желтый (полевошпатный) и красный, который считается самым не качественным, так как содержит много посторонних примесей (глины, растительного мусора). Качество оценивают по содержанию в общей массе зерен определенной фракции, по влажности и густоте песчаной смеси.
Места добычи песка.
МОРСКОЙ.
Самым качественным считается морской песок, его высокое качество это следствие процесса очистки, которое проводят дважды, соответственно, цена самая высокая. Используют его для работы с бетоном, для изготовления плитки тротуарной, для штукатурных работ
КАРЬЕРНЫЙ.
Песок с карьеров добывают, вымывая большим количеством воды. Происходит удаление остатков глины, мусора и других мелких частиц. Карьерный песок по цене дешевле всех, поэтому его используют чаще всего. Очень часто называют его строительным песком, видимо за частоту использования именно в отрасли производства бетонных смесей или цементно-песчаных растворов.
РЕЧНОЙ.
Со дна рек поднимают речной песок, он не содержит примесей глины и довольно хорошо очищен самой природой. Материал очень хорош в работе с цементными смесями, может быть нескольких цветов – белый, серый, желтый. Песчинки делят на фракции по крупности – мелкие до 2мм, средние размером 2-2,8мм, крупные 2,9-5мм. В производстве очень популярен именно речной песок, так как не содержит посторонних примесей.
Строительный песок – это неорганический материал, мелкий (фракция не более 5мм). Образуется при разрушении горных пород, поэтому требуется специальное оборудование для добычи и дробления.
Сеяный песок добывают гидромеханизированным способом, просеивают и промывают. Еще его называют мытым, внешне он похож на речной. Использование мытого песка – сухие смеси, подсыпка при прокладывании дорог, отделка домов.
Редкий черный песок состоит, в том числе, и из минералов — гематид, магнельтит, ильмит (он есть даже на Луне) – именно они придают такую цветность. Найти его можно на морском побережье или около больших водоемов.
Помимо использования песка при изготовлении сухих смесей, готовых цементных растворов, бетонов, его используют для очистки воды, для работ с асфальтом, при литье стекла.
Крупными производителями песка являются Россия и Украина.
источник
Качество бетонных конструкций, качественное устройство бетонных полов в первую очередь зависит от свойств применяемого бетона. Рассмотрим, как влияют характеристики песка на конечные свойства бетона.
- Модуль крупности;
- Насыпная плотность;
- Содержание глинистых и пылевидных частиц.
Вспомогательным параметром, для дальнейшего изложения, является собственная плотность песка. Так как речной песок состоит на 95% из кварцевого песка, то можно считать, что собственная плотность равна плотности диоксида кремния Пс = 2,7 т/м³.
Суть изготовления любого бетона заключается в заполнении пустот между частицами наполнителя клеевой массой. Для портландцементбетонов клеевой массой является цементное тесто. В процессе заполнения пустотности консистенция бетона меняется от влажной до текучей. На конечную прочность бетона влияет как собственные прочности наполнителей, так и прочность «клея» — созревшего цементного камня. Прочность цементного камня имеет ярко выраженную зависимость от соотношения между массой цемента (Ц) и воды (В) в составе цементного теста. Оптимальное значение — Ц/В = 2,5-3,3 (В/Ц=0,4-0,3).
Приблизительная зависимость марочной прочности цемента М500 от отношения массы цемента и воды имеет следующий вид:
Rсж = 500 х (Ц/В) / 2 (Формула 1)
при Ц/В = 2,5: Rсж = 500 х 2,5 / 2 = 625,
при Ц/В = 3,0: Rсж = 500 х 3 / 2 = 750,
при Ц/В = 1,5: Rсж = 500 х 1,5 / 2 = 375.
Следовательно, прочность (качество) цементного клея находится в прямой зависимости от водоцементного отношения. Кроме того, от содержания воды в цементном тесте зависит и величина усадочных напряжений, так как избыточная вода, испаряясь, создает пустотность в цементном камне.
Величина объемной пустотности для наполнителей и цементного теста рассчитывается по формуле:
W = 1 – (H/С) (Формула 2)
где Н – насыпная плотность дробленного минерала, С – собственная плотность минерала.
Для дальнейшего изложения будем придерживаться одного состава цементного теста:
Ц/В = 2,5; плотность теста 1,9 кг/л.
Такой состав теста позволяет получать цементный клей достаточно высокого качества с одной стороны и, при введении пластификаторов, имеет высокую подвижность с другой стороны.
Как было отмечено ранее в первом приближении (без учета коэффициента раздвижки) составление рецептуры бетона сводится к заполнению пустотности наполнителя (песка) цементным тестом заданного качества. Далее – заполнение пустотности щебня цементно-песчанным тестом.
Пустотность песка в зависимости от насыпной плотности можно рассчитать по формуле 2.
Объем и массу цементного теста рассчитаем по следующему алгоритму:
1. Объем теста равен пустотности песка.
2. Масса теста равна произведению его объема и плотности.
3. Масса цемента равна массе теста, деленного на 1,4.
4. Расход цемента на 1 м³ пескобетона равен произведению массы цемента и коэффициента раздвижки 1,05.
Таблица 1. Расход цемента в зависимости от насыпной плотности песка
| Пустотность, м³ | Объем теста, л | Масса теста, кг | Масса цемента, кг | Расход цемента на 1м³ пескобетона, кг | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,35 | 0,50 | 500 | 950 | 679 | 713 |
| 1,45 | 0,46 | 460 | 874 | 624 | 655 |
| 1,55 | 0,43 | 430 | 817 | 584 | 613 |
| 1,65 | 0,39 | 390 | 741 | 529 | 555 |
Следует подчеркнуть, что все составы пескобетона в табл. 1 имеют одинаковую марочную прочность, но будут различаться по объемной усадке – она пропорциональна расходу цемента и по срокам начала схватывания – примерно обратно пропорциональны квадрату расхода цемента. Минимальную ожидаемую марочную прочность можно оценить как произведение результата формулы 1 и коэффициента 0,8. Для цемента М500 и Ц/В = 2,5 имеем: М = 625х0,8 = 500.
В предыдущих вычислениях из трех параметров песка учитывался только один – насыпная плотность. Было сделано два допущения: песок не содержит пыли и имеет «хороший» модуль крупности. Для приближения к реальной картине необходимо учесть и эти два параметра. О пагубном влиянии пылевидных и глинистых частиц на прочностные свойства бетона и увеличении трещинообразования (устройство бетонных полов) можно рассказывать очень долго. Попробуем учесть его в расчетах.
Процесс образования цементного теста из воды и сухого цемента можно разделить на две последовательные стадии:
Смачивание водой поверхности частиц цемента.
Заполнение водой пустот между частицами цемента.
Для смачивания поверхности частиц цемента (цементной пыли) необходимо около 15% воды от массы цемента. И эта величина тем больше, чем сильнее измельчен цемент. Вода как бы обволакивает пленкой каждую частицу, равномерно распределяясь на ее поверхности. Чем сильнее измельчен цемент, тем больше общая площадь поверхности каждого грамма цемента и тем больше требуется воды на ее смачивание. Площадь поверхности частицы цемента пропорциональна квадрату ее диаметра, а масса частицы пропорциональна кубу диаметра. Отсюда следует, что общая площадь поверхности частиц отнесенная к их массе обратно пропорциональна характерному диаметру частицы:
Этот закон распространяется и на любой другой измельченный материал. В том числе на песок и на пыль, которая в нем содержится.
Характерный диаметр частицы цемента Dц равен 40 мкм. Характерный диаметр пыли, содержащейся в наполнителе Dп равен 5 мкм. Отношение водопотребности на стадии смачивания равно отношению удельных площадей поверхности. По формуле 3, получаем:
Вп/Вц = Dц/Dп = 40 / 5 = 8
То есть для смачивания поверхности пыли необходимо в восемь раз больше воды, чем для смачивания поверхности цемента. В абсолютном выражении: 15х8 = 120% воды от массы пыли.
Даже если считать, что на вторую стадию образования теста будет расходоваться равное удельное количество воды, то мы все равно получим весьма тревожную цифру:
при заданном Ц/В = 2,5 (В/Ц = 0,4 = 40%), получаем:
8х15% + (40% – 15%) = 145% воды от массы пыли.
Дополнительно внесенная в бетон вода
будет снижать прочностные свойства цементного камня согласно формуле 1!
Для наглядности возьмем третий состав из табл. 1 и пересчитаем его для песков одинаковой плотности, но с различным содержанием пылевидных частиц.
Насыпная плотность песка – 1,55 тн/м³,
Расход цемента – 613 кг/м³, начальное Ц/В = 2,5,
Активность цемента – М500, пескобетоны имеют равную подвижность.
Таблица 2. Снижение прочности цементного камня в зависимости от содержания пыли
| Масса пыли на 1м³ бетона, кг. | Дополнительный расход водына 1м³ бетона, кг. | Общее <>количество воды на 1м³ бетона, кг | Ц/В реальное | Марочная прочность цементного камня, кг/см 2 | Ожидаемая марочная прочность бетона, кг/см 2 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 245,2 | 2,50 | 625 | 500 | |||
| 1 | 15,5 | 22,5 | 267,7 | 2,29 | 573 | 458 |
| 2 | 31 | 45 | 290,2 | 2,11 | 528 | 422 |
| 3 | 46,5 | 67,5 | 312,7 | 1,96 | 490 | 392 |
| 4 | 62 | 90 | 335,2 | 1,83 | 458 | 366 |
Падение прочности на сжатие для пескобетонов одинакового состава, но с разным содержанием пыли, согласно табл.2 может составлять до 27%. Причем эту разницу нельзя компенсировать простым увеличением расхода цемента! Компенсация возможна только за счет снижения количества воды затворения и, следовательно, уменьшения подвижности бетона.
Кроме падения прочности, увеличение количества воды из-за повышенного содержания пыли, значительно увеличивает вероятность образования трещин на ранних стадиях твердения бетона. Этот фактор чрезвычайно важен при устройстве бетонных полов – стяжек пола.
Модуль крупности – величина весьма туманная. Вдаваться в подробное рассмотрение не имеет большого смысла. Но о самом песке рассказать стоит отдельно. Точнее о размерах его частиц. Как видно из формулы 3 характерный диаметр частиц песка будет влиять на водопотребность бетона, и, следовательно формуле 1, на качество цементного клея (прочность цементного камня). Вот только в отличие от пыли, заполняться пустотность песка будет не водой, а цементным клеем. Следовательно, отрицательное влияние будет давать только одна стадия – смачивание водой поверхности частиц песка.
Оценим влияние характерного размера частиц песка на прочностные характеристики равноподвижных бетонов по формуле 3 и формуле 1, аналогично задаче с пылью.
Условия расчетов такие же, как и в табл. 2, содержание в песке пыли – 0%, характерный диаметр частиц цемента – 40 мкм (0,04 мм), насыпная плотность песков одинаковая — 1,55 тн/м³.
Таблица 3. Влияние характерного размера частиц песка на прочность равноподвижных бетонов
| Характерный диаметр частиц песка, мм. | Дополнительный расход воды, кг. (0,04/D)х1550х0,15 | Общее кол-во воды на 1м³ бетона, кг | Ц/В реальное | Марочная прочность цементного камня, кг/см 2 | Ожидаемая марочная прочность бетона, кг/см 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,1 | 93 | 338,2 | 1,81 | 452,5 | 362 |
| 0,3 | 31 | 276,2 | 2,22 | 555 | 444 |
| 0,5 | 19 | 264,2 | 2,32 | 580 | 464 |
| 0,7 | 13 | 258,2 | 2,37 | 592,5 | 474 |
| 0,9 | 10 | 255,2 | 2,40 | 600 | 480 |
| 1,1 | 8,5 | 253,7 | 2,42 | 605 | 484 |
| 1,3 | 7,2 | 252,4 | 2,43 | 607,5 | 486 |
Особенно подчеркнем, что характерный диаметр частиц песка (зерна) значительно меньше среднего диаметра зерна. Так для песка с модулем крупности 2,45 и средним диаметром зерна 1,33 мм, характерный диаметр (рассчитывается по средней площади частицы) составляет 0,7 мм.
Для оценок можно использовать соотношение:
Характерный диаметр = 0,6–0,8 X средний диаметр зерна (соотношение 4)
Активность цемента – М500, пескобетоны имеют равную подвижность.
В свою очередь, средний диаметр зерна достаточно тесно связан с модулем крупности песка. Для приемлемого 10%-го падения прочности бетона (прочность бетона на «хорошем» песке составляла М500), характерный диаметр зерна должен составлять более 0,4 мм, следовательно: средний диаметр – более 0,6 мм (по соотношению 4).
Данная величина среднего диаметра характерна для песков с величиной модуля крупности 2,2. С возрастанием величины модуля крупности увеличивается средний диаметр зерна, что приводит к падению пластичности раствора (пескобетона), а, если раствор является составной частью крупнозернистого бетона, то понижается способность заполнять пустотность между зернами щебня (гравия), что приводит к увеличению коэффициента раздвижки при расчете состава крупнозернистого бетона (уменьшению расхода щебня). Поэтому величина модуля крупности песка ограничена сверху и должна составлять не более 2,8. Оптимальные значения модуля крупности лежат в пределах 2,4-2,7.
источник
Влияние характеристик песка на свойства бетона.
Качество бетонных конструкций, качественное устройство бетонных полов в первую очередь зависит от свойств применяемого бетона. Рассмотрим, как влияют характеристики песка на конечные свойства бетона.
Песок характеризуется следующими паспортными характеристиками.
Содержание глинистых и пылевидных частиц.
Вспомогательным параметром, для дальнейшего изложения, является собственная плотность песка. Так как речной песок состоит на 95% из кварцевого песка, то можно считать, что собственная плотность равна плотности диоксида кремния Пс = 2,7 т/м 3.
Суть изготовления любого бетона заключается в заполнении пустот между частицами наполнителя клеевой массой. Для портландцементбетонов клеевой массой является цементное тесто. В процессе заполнения пустотности консистенция бетона меняется от влажной до текучей. На конечную прочность бетона влияет как собственные прочности наполнителей, так и прочность «клея» — созревшего цементного камня. Прочность цементного камня имеет ярко выраженную зависимость от соотношения между массой цемента (Ц) и воды (В) в составе цементного теста. Оптимальное значение — Ц/В = 2,5-3,3 (В/Ц=0,4-0,3.
Приблизительная зависимость марочной прочности цемента М500 от отношения массы цемента и воды имеет следующий вид.
при Ц/В = 2,5: Rсж = 500х2,5/2 = 625, при Ц/В = 3,0: Rсж = 500х3/2 = 750, при Ц/В = 1,5: Rсж = 500х1,5/2 = 375.
Следовательно, прочность (качество) цементного клея находится в прямой зависимости от водоцементного отношения. Кроме того, от содержания воды в цементном тесте зависит и величина усадочных напряжений, так как избыточная вода, испаряясь, создает пустотность в цементном камне.
Величина объемной пустотности для наполнителей и цементного теста рассчитывается по формуле.
где Н – насыпная плотность дробленного минерала, С – собственная плотность минерала.
Для дальнейшего изложения будем придерживаться одного состава цементного теста.
Ц/В = 2,5, плотность теста 1,9кг/л.
Такой состав теста позволяет получать цементный клей достаточно высокого качества с одной стороны и, при введении пластификаторов, имеет высокую подвижность с другой стороны.
Как было отмечено ранее в первом приближении (без учета коэффициента раздвижки) составление рецептуры бетона сводится к заполнению пустотности наполнителя (песка) цементным тестом заданного качества. Далее – заполнение пустотности щебня цементно-песчанным тестом.
Пустотность песка в зависимости от насыпной плотности можно рассчитать по формуле 2.
Объем и массу цементного теста рассчитаем по следующему алгоритму: 1. Объем теста равен пустотности песка. 2. Масса теста равна произведению его объема и плотности. 3. Масса цемента равна массе теста, деленного на 1,4. 4. Расход цемента на 1м 3 пескобетона равен произведению массы цемента и коэффициента раздвижки 1,05.
Таблица 1. Расход цемента в зависимости от насыпной плотности песка.
Насыпная плотность сухого песка, тн/м 3.
Следует подчеркнуть, что все составы пескобетона в табл.1 имеют одинаковую марочную прочность, но будут различаться по объемной усадке – она пропорциональна расходу цемента и по срокам начала схватывания – примерно обратно пропорциональны квадрату расхода цемента. Минимальную ожидаемую марочную прочность можно оценить как произведение результата формулы 1 и коэффициента 0,8. Для цемента М500 и Ц/В = 2,5 имеем: М = 625х0,8 = 500.
В предыдущих вычислениях из трех параметров песка учитывался только один – насыпная плотность. Было сделано два допущения: песок не содержит пыли и имеет «хороший» модуль крупности. Для приближения к реальной картине необходимо учесть и эти два параметра. О пагубном влиянии пылевидных и глинистых частиц на прочностные свойства бетона и увеличении трещинообразования (устройство бетонных полов) можно рассказывать очень долго. Попробуем учесть его в расчетах.
Процесс образования цементного теста из воды и сухого цемента можно разделить на две последовательные стадии: Смачивание водой поверхности частиц цемента. Заполнение водой пустот между частицами цемента.
Для смачивания поверхности частиц цемента (цементной пыли) необходимо около 15% воды от массы цемента. И эта величина тем больше, чем сильнее измельчен цемент. Вода как бы обволакивает пленкой каждую частицу, равномерно распределяясь на ее поверхности. Чем сильнее измельчен цемент, тем больше общая площадь поверхности каждого грамма цемента и тем больше требуется воды на ее смачивание. Площадь поверхности частицы цемента пропорциональна квадрату ее диаметра, а масса частицы пропорциональна кубу диаметра. Отсюда следует, что общая площадь поверхности частиц отнесенная к их массе обратно пропорциональна характерному диаметру частицы.
Этот закон распространяется и на любой другой измельченный материал. В том числе на песок и на пыль, которая в нем содержится.
Характерный диаметр частицы цемента Dц равен 40мкм. Характерный диаметр пыли, содержащейся в наполнителе Dп равен 5мкм. Отношение водопотребности на стадии смачивания равно отношению удельных площадей поверхности. По формуле 3, получаем.
То есть для смачивания поверхности пыли необходимо в восемь раз больше воды, чем для смачивания поверхности цемента. В абсолютном выражении: 15х8 = 120% воды от массы пыли.
Даже если считать, что на вторую стадию образования теста будет расходоваться равное удельное количество воды, то мы все равно получим весьма тревожную цифру.
при заданном Ц/В=2,5 (В/Ц=0,4= 40%), получаем: 8х15% + (40% — 15%) = 145% воды от массы пыли.
Дополнительно внесенная в бетон вода будет снижать прочностные свойства цементного камня согласно формуле 1.
Для наглядности возьмем третий состав из Табл.1 и пересчитаем его для песков одинаковой плотности, но с различным содержанием пылевидных частиц.
насыпная плотность песка – 1,55тн/м 3 , расход цемента – 613кг/м 3. начальное Ц/В = 2,5, активность цемента – М500, пескобетоны имеют равную подвижность.
Таблица 2. Снижение прочности цементного камня в зависимости от содержания пыли.
Падение прочности на сжатие для пескобетонов одинакового состава, но с разным содержанием пыли, согласно Табл.2 может составлять до 27%. Причем эту разницу нельзя компенсировать простым увеличением расхода цемента! Компенсация возможна только за счет снижения количества воды затворения и, следовательно, уменьшения подвижности бетона.
Кроме падения прочности, увеличение количества воды из-за повышенного содержания пыли, значительно увеличивает вероятность образования трещин на ранних стадиях твердения бетона. Этот фактор чрезвычайно важен при устройстве бетонных полов – стяжек пола.
Модуль крупности – величина весьма туманная. Вдаваться в подробное рассмотрение не имеет большого смысла. Но о самом песке рассказать стоит отдельно. Точнее о размерах его частиц. Как видно из формулы 3 характерный диаметр частиц песка будет влиять на водопотребность бетона, и, следовательно формуле 1, на качество цементного клея (прочность цементного камня). Вот только в отличие от пыли, заполняться пустотность песка будет не водой, а цементным клеем. Следовательно, отрицательное влияние будет давать только одна стадия – смачивание водой поверхности частиц песка.
Оценим влияние характерного размера частиц песка на прочностные характеристики равноподвижных бетонов по формуле 3 и формуле 1. аналогично задаче с пылью.
Условия расчетов такие же, как и в Табл.2. содержание в песке пыли – 0%, характерный диаметр частиц цемента – 40мкм (0,04мм), насыпная плотность песков одинаковая — 1,55тн/м 3.
Таблица 3. Влияние характерного размера частиц песка на прочность равноподвижных бетонов.
Характерный диаметр частиц песка, мм.
Дополнительный расход воды, кг. (0,04/D)х1550х0,15.
Общее кол-во воды на 1м 3 бетона, кг.
Особенно подчеркнем, что характерный диаметр частиц песка (зерна) значительно меньше среднего диаметра зерна. Так для песка с модулем крупности 2,45 и средним диаметром зерна 1,33мм, характерный диаметр (рассчитывается по средней площади частицы) составляет 0,7мм.
Для оценок можно использовать соотношение.
Характерный диаметр = 0,6…0,8 X средний диаметр зерна активность цемента – М500, пескобетоны имеют равную подвижность.
В свою очередь, средний диаметр зерна достаточно тесно связан с модулем крупности песка. Для приемлемого 10%-го падения прочности бетона (прочность бетона на «хорошем» песке составляла М500), характерный диаметр зерна должен составлять более 0,4мм, следовательно: средний диаметр – более 0,6мм (по соотношению 4.
Данная величина среднего диаметра характерна для песков с величиной модуля крупности 2,2. С возрастанием величины модуля крупности увеличивается средний диаметр зерна, что приводит к падению пластичности раствора (пескобетона), а, если раствор является составной частью крупнозернистого бетона, то понижается способность заполнять пустотность между зернами щебня (гравия), что приводит к увеличению коэффициента раздвижки при расчете состава крупнозернистого бетона (уменьшению расхода щебня). Поэтому величина модуля крупности песка ограничена сверху и должна составлять не более 2,8. Оптимальные значения модуля крупности лежат в пределах 2,4-2,7.
Пусть простят меня поклонники точных расчетов – я не стал пересчитывать поправки на изменение объема пескобетонов при увеличении воды и поправки на естественные влажности песков и бетонов и т.д. Я предпочел оставить картину более качественной и прозрачной.
С другой стороны, количественные расчеты остались достаточно точными и дают хорошее представление о влиянии характеристик песка на свойства бетона. Так же, я ограничился расчетами пескобетонов, хотя расчет крупнозернистых бетонов можно выполнить по точно такому же алгоритму, с учетом чуть большего коэффициента раздвижки зерен песка и лещадности щебня.
ООО «ТэоХим» выполняет устройство бетонных полов Эластобетон: упрочненных (объемный топпинг), полимерцементных, мозаичных.
источник
14 Июл 2019 admin 15