Исследование зависимости между водосодержанием и жесткостью бетонных смесей на ракушечниковых заполнителях Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ВОДОСОДЕРЖАНИЕМ И ЖЕСТКОСТЬЮ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ НА РАКУШЕЧНИКОВЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ Жайылхан Н.А.

Жайылхан Нурадин Алиевич - кандидат технических наук,

доцент,

кафедра строительного инжиниринга, Каспийский университет технологии и инжиниринга им Ш. Есенова, г. Актау, Республика Казахстан

Аннотация: в статье рассматривается зависимость между жесткостью и водосодержанием бетонной смеси. Ключевые слова: бетон, заполнитель, модуль крупности, песок гранулометрия, фракция, механическая прочность бетона.

Оценку гранулометрического состава заполнителя, используемого для бетона, обычно производят по «кривым просеивания». При построении кривых просеивания заполнителя по горизонтали откладывают размеры отверстий сит, а по вертикали полные остатки на ситах в процентах. Полные остатки - сумма частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите.

Если кривая просеивания не вписывается в заштрихованную полосу рекомендуемого нормами состава заполнителя для данного бетона, в него требуются добавка фракций и размеров.

О качестве песка-заполнителя судят также по модулю крупности. Модуль крупности известняковых песков, исследуемых месторождений колеблется в незначительных пределах 2,27-2,68, что может характеризовать их как заполнители для мелкозернистого бетона с удовлетворительным гранулометрическим составом. Несмотря на большое разнообразие исходной структуры камня исследуемых месторождений, получающийся из него

23

зерновой состав дробленого заполнителя колеблется в незначительных пределах. Причем, характерно, что в процессе дробления ракушечника образуются зерна всех фракций песка, т.е. получаем заполнитель с непрерывной гранулометрией.

Рассев показывает, что технологические отходы, получающиеся при добыче стеновых изделий из ракушечника, также имеют непрерывную гранулометрию. Поэтому дробленный ракушечниковый заполнитель или отходы камнепиления, отсеянные через сита с отверстиями 510 мм, могут использоваться для приготовления ракушечникового бетона без фракционирования. Тем более, что карьерные отходы известняка обычно имеют влажность и фракционирование их очень трудоемко и просто невозможно: мелкие влажные частицы ракушечникового песка постоянно будут «забивать» сортировочные сита [1].

Помимо зернового состава песка, объем пустотности в нем является также важным показателем качества заполнения, так как для заполнения их требуется вяжущее тесто. При большом объеме пустот необходимо много вяжущего. Пустотность ракушечникового заполнителя,

использованного в опытах, колебалась в пределах 48-63%. Для сравнения напомним, что пустотность хорошего кварцевого песка составляет 43,6%.

Главное требование, предъявляемое к ракушечнику-заполнителю, заключается в обязательном содержании в нем мельчайших фракций размером менее 0,14 мм. От содержания в нем этих частиц в значительной мере зависит механическая прочность бетона и другие его свойства.

Количество фракций размером менее 0,14 мм в используемых заполнителях для бетона достигает 27%. Причем эти мельчайшие частицы нельзя отождествлять с «пылевыделением», присутствующими в обычных кварцевых песках. Они образуются в результате измельчения известняковой породы и правильнее их называть высокодисперсными известняковыми частицами. Эти частицы в качестве заполнителя в бетоне не являются

инертными, а основная часть этих высокодисперсных частиц входит в химическое взаимодействие с клинкерными минералами цемента. В результате этого взаимодействия возникают новые прочные соединения, оказывающие положительное влияние на прочность бетона[2].

Кроме того, высокодисперсные известняковые частицы служат разбавителем цемента; увеличивая его объем, улучшают связность бетонной смеси в ее плотность. Несмотря на положительное влияние мельчайших фракций, на формирование прочности бетона, содержание их в ракушечниковом заполнителе в большом количестве также не допускается, так как это приводит к снижению прочности бетона за счет большого разбавления цемента и ухудшения его деформативных свойств. Объемный вес и водопоглощение заполнителя для бетона из низкопрочного пильного известняка, как и для любых пористых заполнителей, зависит от зернового состава весна и свойств его отдельных фракций [3].

Данные объемного насыщенного веса ракушечникового заполнителя по фракциям представлены в таблице 1.

Чем меньше зерна заполнителя, тем выше их объемный вес. С уменьшением размеров фракций от 20 до 0,14 мм объемный вес заполнителя из ракушечника Актауского

-5

месторождения меняется от 676 до 1234 кг/м , то есть в два раза. Для известняка Бейнеуского месторождения изменение объемного веса для фракций заполнителя составило от 937 до

-5

1500 кг/м , в данном случае объемный вес увеличился на 60%. Чем больше пустотность песка, тем меньше его объемный вес. Так, песок из ракушечника Жетыбайского месторождения имеет наибольшую пустотность равную 65%, при объемном весе камня, из которого он получен, равного

-5

1200 кг/м . Наблюдается некоторая зависимость прочности известняков от их объемных весов. Известно, что с увеличением прочности заполнителя увеличивается и его объемный вес. Здесь, как и при прочности отдельных фракций заполнителя, сказывается влияние кристаллического сростка известняка, характера и наличия примесей, степени сохранности отдельных раковин. Примером может служить

белый известняк-ракушечник Бейнеуского карьера и желтый известняк-ракушечник Актауского месторождения. Несмотря на то, что камень желтого цвета имеет большой объемный вес и плотность чем белый, прочность его более низкая.

Таблица 1. Объемное насыщение весаракушечникового заполнителя по фракциям

Наиме- Объемный вес по фракциям, кг/м3, при размерах фракций

нование от и до, мм

место-

рожде- о <4 сТ

ния извест- ■ о - о г-) - ■ г-2 ■ 1 с0 о - с0 и е н е

няка ^

Актауское 676 700 767 830 853 963 1030 1234

Бейнеус-кое 937 967 989 1020 1070 1170 1250 1500

Это объясняется тем, что у известняка белого цвета хорошо сохранились обломки и целые панцири раковин. Они лучше сцементированы известковым раствором и обладают ощутимой твердостью и прочностью, что отсутствует в желтом известняке. Не всегда наблюдается пропорциональная зависимость между насыпным объемным весом дробленного заполнителя из низкопрочного пильного известняка и объемным весом исходного камня в куске. Если камень известняк в монолите имеет резко выраженную крупнопористую структуру, большую степень кристаллизации породы, то получаемый из него заполнитель характеризуется повышенным объемным весом по сравнению с заполнителем, который получен из известняка мелкой структуры, при одном и том же объемном весе исходной породы.

Водопоглощение ракушечникового заполнителя определялось отдельно для разных фракций от 5-2,5 до 0,60,3 мм, 15 минутного выдерживания зерен заполнителя в воде было достаточно для полного их насыщения. Установлено, что с уменьшением размера фракций заполнителя уменьшается и их водопоглощение. Для исследуемых месторождений пильного камня,

водопоглощение крупного песка из него с размером фракций до 5 мм колеблется в пределах 4,3-7,15 по весу. Таким образом, известняки, имеющие мелкие поры, отличаются большим водопоглощением, что объясняется тем, что вода в крупных порах только смачивает стенки пор, не удерживаясь, вытекает из них, как только камень извлекают из воды.

Это еще раз подтверждает, что для бетонных смесей на пористом заполнителе приближенное правило постоянства водопотребности может быть применено в отличие от мелкозернистых бетонов на плотном заполнителе в

-5

пределах 0,68-1,1 для расходов цемента до 200 кг/м , при

-5

количестве заполнителя 612-1800 кг/м .

По мере добавления в смесь воды прочность известнякового бетона сначала повышается вследствие улучшения удобоукладываемости и уменьшения пустотности бетонной смеси и достигает наибольшего значения при оптимальном содержании воды, после этого прочность начинает падать в связи с уменьшением объема пор в цементном камне. Но это падение более плавное, чем для обычного бетона по причине частичного отсоса излишней воды из цементного теста пористым заполнителем.

Понижение прочности известнякового бетона при увеличении расхода воды сверх оптимального (правая ветвь) происходит из-за повышения пористости, а следовательно и прочности цементного камня, а снижение объемного веса - из-за замены водой более тяжелых компонентов бетонной смеси.

Зависимость пластичности бетона от водоцементного содержания, свойств заполнителя и добавок, в бетонах с пористыми заполнителями:

( В Л

1§ П = А 1в - - Р (1)

V Ц )

где А - константа зависящая от свойств заполнителя (пористого); В / Ц - водоцементное содержание; Р -константа зависящая от свойств добавок (ССБ,С-3).

При преобразовании (1) получаем степень пластичности смеси зависящую от свойств заполнителей, В / Ц и %-ной добавки при П > 0,3% смесь теряет подвижность.

Г В лА

п = ^ (2)

При неизменном водосодержании бетонной смеси жесткость ее зависит от свойств составляющих материалов: цемента и заполнителя. Влияние свойств цемента на жесткость бетонной смеси освещено в работах [4].

Для заполнителя из исследуемых месторождений значения константы А в формуле (1) приведены в таблице 2.

Таблица 2. Значения константы А для месторождений

Бейнеуское 457

Актауское 424

Жетыбайское 398

Узеньское 383

Форт-Шевченковстое 349

Сауранское 316

Список литературы

1. Бектенов Л.Б., Жайылхан Н.А., Убиева А. Технология утилизации отходов ракушечника для производства карбонатобетона // Вестник Министерства образования и науки НАН РК, №2, 2003, С. 71-75.

2. Давлетов А., Петрова А.А., Гусейнова Ф.А. К использованию аккумуляторов солнечной энергии для тепло и хладоснабжения. №1, 1980, С.39-43.

3. Спэрроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен излучением. Л. 1971, 284 с.

4. Кенжетаев Г.Ж., Жайылхан Н.А., Убиева А. Методы выдерживания бетона с использованием солнечной энергии. II-я Научно-практическая конференция «Наука и молодежь» (16-17 апреля 2003) // Сб. научных трудов, Актау, С.104-107.

5. Подгорнов Н.И. Использование солнечной энергии при изготовлении бетонных изделий. М. 2001, С.8-11.