Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

БТ / ZAPOLNITELI BETONA

.pdf
Скачиваний:
98
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
1.53 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Е.В. Ткач, М.А. Рахимов, Г.М. Рахимова

ЗАПОЛНИТЕЛИ БЕТОНА

Караганда 2009

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Е.В. Ткач, М.А. Рахимов, Г.М. Рахимова

ЗАПОЛНИТЕЛИ БЕТОНА

Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного пособия

Караганда 2009

УДК 666.972.12(07) ББК 38.33я7 Т48

Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета

Рецензенты:

Литвиненко В.А., начальник центра испытаний ОАО «Карагандинский промстройпроект»; Байджанов Д.О., доктор технических наук, профессор кафедры ТСМиИ КарГТУ;

Исабек Т.К., д.т.н., профессор, член Редакционно-издательского совета КарГТУ

Ткач Е.В.

Т48 Заполнители бетона: Учеб. пособие/ Е.В. Ткач, М.А. Рахимов, Г.М. Рахимова; Карагандинский государственный технический университет.- Караганда: Изд-во КарГТУ, 2009. – 94 с.

ISBN

Учебное пособие «Заполнители бетона» предназначено для студентов, обучающихся по специальности 050730 - «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при изучении дисциплин «Заполнители бетона», «Технология бетона I, II», установленных ГОСО РК 3.08.356-2006.Приведены технологические схемы производства различных заполнителей бетона. Отдельно рассмотрены вопросы получения заполнителей бетона на основе промышленных отходов производства, рассмотрены процессы подготовки сырья, сушки, обжига, охлаждения, обогащения и складирования готовой продукции. Подробно изложены физико-механические свойства заполнителей бетона, влияние видов заполнителей на свойства бетона, пригодность для производства бетона.

УДК 666.972.12(07) ББК 38.33я7

© Карагандинский государственный технический университет, 2009

ISBN

Учебное издание

Ткач Евгения Владимировна Рахимов Мурат Аманжолович Рахимова Галия Мухамедиевна

ЗАПОЛНИТЕЛИ БЕТОНА

Редактор Искакова Р.С.

Гос.изд.лиц. № 50 от 31.032004. Подписано в печать 20.05.2009 Формат 60х90/16. Усл. печ. л. 5.8. Тираж 120 экз. Заказ Цена договорная

Издательство КарГТУ, 100027, Караганда, б. Мира, 56

ВВЕДЕНИЕ

Заполнители для бетонов и растворов — это природные или искусственные каменные сыпучие материалы, состоящие из отдельных зерен. Термин «заполнитель» указывает на роль этого материала в бетонах и растворах: заполнитель занимает до 85 % от общего объема бетона. Стоимость обычных заполнителей значительно меньше, чем стоимость вяжущего. Следовательно, чем больше в бетоне заполнителей, тем бетон дешевле.

Однако этим не исчерпывается роль заполнителей. Так, в цементных бетонах и растворах они снижают усадку материала и повышают его трещиностойкость. Кроме того, заполнители во многом определяют свойства бетона. Например, используя в качестве заполнителя чугунную дробь и железные руды, получают особо тяжелый бетон, защищающий от ионизирующих излучений, а применяя пемзу, керамзит или вспученные шлаки, — легкий бетон, обладающий хорошими теплоизолирующими свойствами.

В зависимости от размера зерен различают заполнитель мелкий и круп-

ный.

Крупный заполнитель в зависимости от формы зерен называют щебнем

— зерна неправильной формы с шероховатой поверхностью или гравием — зерна округлой формы с гладкой поверхностью.

Заполнители как крупные, так и мелкие могут быть:

природными, добываемыми в карьерах и подвергаемые только рассеву, промывке и, если это необходимо, дроблению;

искусственными, получаемыми из промышленных отходов (металлургических шлаков, зол электростанций и т. п.) или специальной обработкой природного сырья (из глины получают керамзит, из перлита — вспученный перлит

идр.).

В последнее время начинают использовать «вторичные» заполнители, выделяемые из отслуживших свой срок бетонных и железобетонных конструкций дроблением и рассевом. Это очень перспективная как с экономической, так и с экологической точек зрения технология находит применение при сносе пятиэтажных панельных зданий первых серий.

Основные структурные характеристики заполнителя: межзерновая пустотность и пористость самих зерен заполнителя.

По плотности зерен заполнители подразделяют: на плотные (тяжелые) и пористые (легкие).

3

Обобщенной характеристикой, учитывающей и межзерновую пустотность, и внутреннюю пористость зерен, служит насыпная плотность заполнителя, которая представляет собой массу единицы объема сыпучего материала, взятого вместе с пустотами.

Заполнители для бетонов и растворов должны отвечать следующим требованиям:

иметь определенный зерновой состав (соотношение зерен различного размера) для того, чтобы объем пустот между зернами (межзерновая пустотность) был минимальный, т. е. пустоты между крупными зернами были заняты более мелкими;

поверхность зерен заполнителя должна обеспечивать хорошее сцепление с твердеющим вяжущим, т. е. по возможности быть шероховатой, и на ней не должно быть глинистых и пылеватых примесей;

заполнители не должны содержать примесей, отрицательно действующих на твердение вяжущего и на последующую прочность и стойкость бетона и раствора.

Внастоящем учебном пособии, кроме теоретических основ получения различных видов заполнителей бетона, описания сырья для производства заполнителей, рассмотрения типовых схем производства заполнителей бетона, подробно приведены классификация, технические требования и область применения заполнителей, технические режимы и способы разработки, подготовки сырья, сушки, обжига, охлаждения, обогащения и складирования готовой продукции. Также изложены свойства заполнителей бетона, влияние видов заполнителей на свойства бетона.

Пособие позволяет студенту самостоятельно выбрать технологическое оборудование (оптимальную схему) для конкретной ситуации, произвести необходимые технологические расчеты, определить возможность применения ка- кого-либо вида заполнителей для получения бетона с определенными физикомеханическими свойствами.

Учебное пособие «Заполнители бетона» предназначено для студентов, обучающихся по специальности 050730 - «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при изучении дисциплин «Заполнители бетона», «Технология бетона I, II», установленных ГОСО РК 3.08.356-2006.

4

1 НАЗНАЧЕНИЕ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

Заполнители – природные или искусственные материалы определенного состава, которые в рационально подобранной смеси с вяжущим веществом, водой образуют бетон. Стоимость заполнителей достигает 30…50% от стоимости бетонных и железобетонных конструкций. Поэтому изучение, правильный выбор, рациональное использование, их производство и применение имеют большое значение.

Как известно, заполнители занимают в бетоне до 85 % объема и, следовательно, позволяют резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной составной частью бетона [1,2].

Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть не видимы невооруженным глазом, но они резко снижают прочность и долговечность цементного камня. Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя увеличивает прочность и модуль упругости бетона (т.е. уменьшает деформации конструкций под нагрузкой), уменьшает ползучесть (т.е. пластические необратимые деформации бетона при длительном действии нагрузки).

Легкие пористые заполнители уменьшают плотность бетона и его теплопроводность, делают возможным применение такого бетона в ограждающих конструкциях и для теплоизоляции.

Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной защитой от проникающей радиации (на атомных электростанциях и т.п.).

Этот неполный перечень определяет назначение заполнителей, которые являются очень важной составной частью бетонов, влияют на их свойства и технико-экономическую эффективность.

1.1 Классификация заполнителей

Основными признаками стандартизованной классификации разнообразных заполнителей для бетона (ГОСТ 25137—82) являются: происхождение, крупность зерен, характер формы зерен, плотность, данные которых представлены в таблице 1.

По происхождению заполнители подразделяют на три группы:

1) природные, в том числе из попутно добываемых пород и отходов обо-

гащения; 2) из отходов промышленности; 3) искусственные (специально при-

готовленные).

Природные материалы и материалы из отходов промышленности, получаемые без изменения их химического состава и фазового состояния, характеризуются соответственно происхождением и петрографическим наименованием горных пород или видом отходов. Например, изверженные глубинные (интрузивные) породы - гранит, сиенит, диорит; доменные отвальные шлаки. Искус-

5

ственные заполнители характеризуются видом сырья (природное, из отходов или их смесь) и технологией производства (способ обработки). Например, получаемые из природного сырья обжигом со вспучиванием - керамзит; получаемые поризацией расплава доменных шлаков - шлаковая пемза.

Таблица 1 - Классификация заполнителей

Происхождение

Вид, крупность, характер

Способ производства (обработки)

 

формы зерен

 

1

2

3

 

Плотные (плотность зерен >2,0 г/см3)

 

Щебень

Дробление и сортировка горных

 

 

скальных пород

 

Гравий

Сортировка гравийно-песчаной смеси

 

 

 

 

Щебень из гравия

То же, и дробление

 

Песок:

Гидромеханизированная или экскава-

Природные

обогащенный

торная добыча: гидроклассификация,

фракционированный

классификация, промывка, обезвожи-

 

 

из отсевов дробления

вание классификация, промывка, обез-

 

 

воживание

 

обогащенный

То же

 

Декоративные щебень и

Дробление, сортировка, промывка и

 

песок

обезвоживание

Из попутно добывае-

 

 

мых пород и отходов

Щебень и песок

Дробление и сортировка

обогащения (природ-

ные)

 

 

 

 

 

Из отходов промыш-

Щебень из доменного

То же

ленности

шлака

 

 

Пористые (плотность зерен <2,0 г/см3)

 

Щебень и песок из порис-

 

А. Неорганические

тых горных пород (вулка-

Дробление и сортировка

природные

нического, осадочного

 

 

происхождения)

 

 

Щебень и песок из порис-

 

 

тых шлаков, из кирпично-

То же

Из отходов промыш-

го боя

 

ленности

Золошлаковые смеси,

 

 

грубодисперсные золы-

Необработанные

 

унос

 

 

Керамзит-гравий, песок и

 

 

его разновидности: глино-

Обжиг со вспучиванием подготовлен-

Искусственные (спе-

зольный керамзит; шун-

ных гранул (зерен) из природного сы-

гизит-гравий, песок; золь-

рья, отходов промышленности или их

циально приготовлен-

ный гравий; вспученные

смеси

ные)

аргиллит и трепел

 

 

 

 

 

 

 

Азерит

Подготовка шихты плавлением, быст-

 

рым охлаждением и помолом

 

 

6

Продолжение таблицы 1

1

2

3

Происхождение

 

Вид, крупность, характер

Способ производства, (обработки)

 

 

формы зерен

 

 

 

 

 

 

 

Термолит-щебень, гравий

Обжиг без вспучивания

 

 

 

 

 

 

Аглопорит-щебень, гра-

Спекание при обжиге подготовленных

 

 

вий и песок

гранул песчано-глинистых пород, зол

Искусственные (спе-

 

 

ТЭС, отходов углеобогащения

 

Безобжиговый зольный

Гидратационное твердение гранул из

циально приготовлен-

 

гравий (БЗГ)

подготовленной смеси золы и вяжуще-

ные)

 

 

го

 

 

Шлаковая пемза-щебень

Поризация расплава шлаков и охлаж-

 

 

(гравий), песок

дение

 

 

Вспученный перлит, ще-

Вспучивание при обжиге подготов-

 

 

бень (гравий), песок

ленных зерен из вулканических водо-

 

 

 

содержащих пород

Б. Органические От-

 

Куски, частицы дерева,

Измельчение, сортировка

ходы заготовки и пе-

опилки, стружка, древес-

 

реработки древесины

 

ные волокна

 

От переработки сель-

Стебли хлопчатника, ка-

 

скохозяйственной

 

мыша, тростника, костра

 

продукции и растений

 

лубяных культур (льна,

 

 

 

конопли) и др.

 

От переработки в

 

Частицы пластиков, рези-

 

промышленности

 

ны и др.

 

По крупности зерен заполнители подразделяют на: 1) крупные - с зернами (кусками) свыше 5 мм (щебень, гравий); 2) мелкие - с размером зерен до 5 мм (песок).

По характеру формы зерен различают: 1) заполнители, имеющие угловатую (неправильную) форму, получаемые дроблением (щебень, песок из отсевов дробления и др.); 2) заполнители, имеющие округлую форму зерен (гравий, природный песок и др.).

Заполнители относят к плотным или пористым в зависимости от плотности их зерен, которая составляет соответственно свыше и до 2,0 г/см3.

Классификационной характеристикой заполнителя также может быть его насыпная плотность, которая для крупных пористых заполнителей не должна превышать 1200 кг/м3, а для пористых песков — 1400 кг/м3.

Вид заполнителей является одним из признаков классификации бетонов, в соответствии с которым различают бетоны на плотных, пористых и специальных заполнителях.

Сами же заполнители подразделяют в соответствии с основным назначением: для тяжелых, легких, мелкозернистых бетонов, для специальных бетонов (жаростойких, химически стойких, декоративных, радиационно-защитных, теплоизоляционных и др.).

7

1.2 Основные свойства заполнителей и методы их испытаний Насыпной плотностью заполнителя называют отношение его массы ко

всему занимаемому объему, включая пространство между зернами. Определяют насыпную плотность следующим образом. Высушенный до

постоянной массы заполнитель насыпают с высоты 100 мм в предварительно взвешенный мерный сосуд до образования над верхом сосуда конуса. Затем, не сдвигая сосуд (во избежание уплотнения заполнителя), линейкой срезают конус и сосуд с заполнителем взвешивают. Насыпная плотность заполнителя (кг/м3):

(m2 m1 ) / V ,

(1)

где т2 — масса мерного сосуда с заполнителем, кг; т1 — масса мерного сосуда, кг; V — вместимость мерного сосуда, м3.

Для испытания щебня и гравия в зависимости от их крупности стандарты предусматривают использование мерных сосудов вместимостью 5 ...50 л, для песка — 1л.

Насыпная плотность — важная характеристика заполнителей, особенно пористых, основная маркировка которых производится по этому показателю. Знание насыпной плотности необходимо для расчета массовой доли заполнителя, если известен его объем, или, наоборот, для определения вместимости складских помещений, бункеров, исходя из требуемой массы заполнителя, при расчете состава бетона, дозировании заполнителей и т. д.

Иногда насыпную плотность заполнителя определяют в уплотненном состоянии. В этом случае мерный сосуд с заполнителем подвергают вибрации на лабораторной виброплощадке, заполнитель по мере уплотнения досыпают в сосуд доверху. Результаты превышают стандартную насыпную плотность заполнителя на 5... 25 % и отражают способность данного заполнителя к уплотнению (например, при вибрировании бетона) за счет более компактной укладки зерен.

Плотность зерен заполнителя представляет собой отношение массы пробы сухого щебня или гравия к суммарному объему его зерен.

Объем зерен заполнителя определяют по разнице в результатах взвешивания пробы на воздухе и в воде. Поскольку взвешивание в воде сопряжено с возможностью ее проникания в поры зерен заполнителя, последний заранее насыщают водой.

Плотность зерен заполнителя (г/см3):

3

 

 

m1

в ,

(2)

m2

 

 

 

m3

 

где m1 масса пробы заполнителя в сухом состоянии, г;

m2 - масса пробы за-

полнителя после насыщения водой, установленная при взвешивании на воздухе, г; m3 - результат взвешивания пробы заполнителя в воде, г; в — плотность

воды, принимаемая равной 1 г/смі.

Пустотностью или межзерновой пустотностью заполнителя называют выраженное в процентах отношение объема межзерновых пустот ко всему объему, занимаемому заполнителем в свободной засыпке (без уплотнения).

Если известны насыпная плотность заполнителя н (г/см3) и плотность его зёрен 3 (г/см3), то пустотность можно определить расчетом:

8