Влияние заполнителей на прочность бетона.

Прочность зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является марка цемента (активность), водоцементное отношение, вид и качество заполнителей (прочность, характер зерен, отсутствие вредных примесей и др.). Чем выше качество заполнителей, тем при прочих равных условиях выше прочность бетона.

Формулы прочности бетона содержат коэффициенты зависящие от качества заполнителей:

,

где R_б – прочность бетона в возрасте 28 суток;

R_ц – марка (активность) цемента;

Ц/В – цементно-вводное отношение;

А – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние заполнителя на прочность бетона.

Влияние заполнителей на свойства бетона определение сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителя и собственно прочность заполнителя. Исследования показали, что прочность бетона зависит не столько от прочности заполнителя, сколько от прочности сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителя. Сцепление зависит от формы зерен и шероховатости поверхности заполнителя. Щебень как заполнитель лучше гравия, т.к. имеет более благоприятную для сцепления форму зерен и развитую шероховатую поверхность. Помимо формы зерен на сцепление влияет чистота поверхности заполнителей (содержание 1-2% пылевидных глинистых частиц). Положительное влияние оказывают пористость зерен заполнителя. Если в бетоне нет сцепления между цементным камнем и заполнителем, то прочность зерен заполнителя не имеет важного значения, т.к. работает только цементное тесто. При хорошем сцеплении зерен заполнителя с цементным камнем, прочность заполнителя приобретает важное значение в формировании прочности бетона.

Плотность и теплопроводность бетона.

Обычный бетон и железобетон при известных достоинствах имеет существенные недостатки. Конструкции получаются сравнительно тяжелыми. В изгибаемых ЖБК нередко половина несущей способности используется на восприятие собственного веса конструкции. Использование легких бетонов позволяет снизить массу на 20 – 40% и повысить их полезную несущую способность / сократить расход арматурной стали.

Снижение плотности достигается за счет применения легких/пористых заполнителей, чем легче заполнитель, тем ниже его прочность. Однако, чем легче заполнитель, тем ниже его прочность, соответственно и прочность легкого бетона.

Важным свойством бетона является его прочность, которая определяет толщину ограждающей конструкции (стен). Коэффициент теплопроводности возрастает с увеличением плотности.

Увеличение содержания мелкого заполнителя и уменьшение его плотности приводит к понижению коэффициента теплопроводности легкого бетона, т.е. улучшает его тепло-физические свойства. Предпочтительно применять заполнители в которых больше стекловидной фазы с целью повышения теплозащитных свойств.

Сырьевая база основных нерудных строительных материалов.

Заполнители из природных плотных каменных пород имеют наибольшее применение. Они используются для получения обычных тяжелых бетонов, а также бетонов специального назначения.

Основной сырьевой базой являются плотные природные каменные горные породы, которые по происхождению делят на 3 группы: изверженные, осадочные, метаморфические.

Изверженные породы образовывались в результате застывания расплавленной магмы. Их структура и свойства завися от условий, в которых остывала магма. Изверженные горные породы подразделяют на:

• Глубинные горные породы (интрузивные) образовались при медленном остывании и имеют зернисто-кристаллическую структуру.

• Излившиеся горные породы (эффузивные) образовались при быстром остывании, не успев кристаллизоваться; имеют стекловатую, скрытокристаллическую, порфир (с кристаллическими вкраплениями) структуру.

По химическому составу изверженные горные породы делятся на:

а) кислые (SiO₂ > 65%);

б) средние (SiO₂ = 55…65%);

в) основные (SiO₂ < 55%).

Кислые породы: гранит, авгит, гранит:

ρ = 2600÷2700 кг/м³

R_сж=100 – 250 МПа

Средние: ортоклазовые горные породы: сиенит, авгит, сиенит, ортоклазовый порфир:

ρ = 2600÷2800 кг/м³

R_сж=120 – 250 МПа

- с кислым и средним плагиоклазом: диорит, порфирит;

ρ = 2800÷3000 кг/м³

R_сж=150 – 280 МПа;

Основные: габбро, диабаз, базальт:

ρ = 2900÷3300 кг/м³

R_сж=200 – 500 МПа

Осадочные горные породы образовались как результат разрушившихся первичных горных пород под давлением воды, ветра, переменной температуры, химической и биохимической коррозии.

Обломочные осадочные горные породы образовали залежи песка и гравия. Это рыхлые породы, представляющие собой скопление обломков материнской горной породы, чаще всего зерна кварца, как наиболее стойкие.

Пески с содержанием кварца более 60% (нередко до 95%) называют кварцевыми . с содержанием зерен полевого шпата до 50% - кварцево-полевошпатными.

Большинство эксплуатируемых месторождений песка и гравия аллювиального происхождения, они образованы речными отложениями. Вода не только переносит и переотлагает залежи песка и гравия, но одновременно промывает и сортирует их. Зерна в таких отложениях имеют более или менее окатанную форму.

Песок и гравий горные (овражные) ледникового происхождения не отсортированы, залегают в виде песчано-гравийных смесей и часто загрязнены глинистыми примесями.

Эоловые залежи песков образованы ветром (дюны, барханы). В бетонах применяются ограничено, т.к. они очень мелкие и их зерна имеют гладкую поверхность. песчаники, уплотненные пески (кварцевые) склеенные сцементированы веществами принесенными водой. Некоторые виды песчаников (кремнистые, известковые) достаточно прочны (до 150 МПа) и применяются для производства заполнителей.

Обломочные песчаные породы обычно сцементированы - песчаники, кварцевые пески склеенные сцементированы веществами принесенными водой. Некоторые виды песчаников (кремнистые, известковые) достаточно прочны (до 150 МПа) и применяются для производства заполнителей.

Карбонатные осадочные горные породы (известняки, доломиты) широко применяются для производства заполнителей. Плотные кристаллические известняки имеют плотность до 2700 кг/м³ и R_сж до 200 МПа. Образующий минерал – кальцит (CaCO₃). Известняки стойки при воздействии щелочей в среде портландцементного камня и отличаются хорошим сцеплением с ним в бетоне.

Доломит (CaCO₃·MgCO₃) может быть твердым и прочным.

Эти карбонатные породы распространены в различных регионах и составляют около 60% камня перерабатываемого на щебень.

Метаморфические горные породы образовались в результате изменения изверженных или осадочных горных пород в толще земной коры под действием температуры и давления. Из метаморфических горных пород для производства заполнителей используют:

- метаморфизированые граниты – гнейсы, отличающиеся от гранитов слоистым строением, что увеличивает в щебне количество пластинчатых зерен;

- метаморфизированые кремнистые песчаники – кварциты, представляющие собой породу сросшихся кристаллов кварца, но имеют недостаточное сцепление с ПЦ камнем;

- метаморфизированые известняки – мраморы, образовались в результате перекристаллизации известняков, имеют R_сж до 300 МПа, при дроблении образуют зерна шероховатой поверхности обеспечивающие сцепление с поверхностью ПЦ камня.

При разработке месторождений нужно соблюдать требования по охране окружающей среды.

Сырье необходимо добывать бережно, стремиться к его полному и экономичному (безотходному) использованию; после выработки – работы по восстановлению ландшафта и рекультивации земель.