10.2. Песок

Природный песок — рыхлая смесь зерен крупностью 0,16...5 мм — состоит главным образом из зерен кварца SiO₂; возможна примесь полевых шпатов, слюды, известняка. Реже встречаются пески иного состава, например полевошпатные, известняковые. Насыпная плот­ность природного песка 1300...1500 кг/м³.

По происхождению природные пески разделяют на горные (овраж­ные), речные и морские.

Горные (овражные) пески образуются в результате выветривания горных пород и последующего переноса продуктов выветривания ветром и ледниками. Угловатая форма и шероховатая поверхность зерен способствуют хорошему сцеплению их с вяжущим. Недостаток таких песков -<- загрязненность глиной и примесь в них гравия.

Речные и морские пески более чистые, но их зерна, как правило, округлой формы в результате длительного воздействия движущейся воды.

Искусственные пески, используемые значительно реже, бывают тяжелые и легкие.

Тяжелые пески, получаемые дроблением плотных горных поре (базальта, диабаза, мрамора), применяют для специальных целей (о-делочные растворы, кислотостойкие растворы и бетоны).

Легкие пески получают дроблением пористых горных пород (пемз туф) или изготовляют специально. Например, перлитовый песок m лучают термическим вспучиванием вулканических стекол; керамзтч вый — обжигом глиняного сырья (см. § 5.6). Эти пески применяют да теплоизоляционных и акустических растворов и бетонов.

Оценка качества песка. Поступающий на строительство песс должен отвечать требованиям ГОСТ 8736—93 и 8735—88 по зерновоь (гранулометрическому) составу, наличию примесей и загрязнений.

Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе сит размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Навеску cyxoi песка просеивают через набор сит и определяют сначала частные (9 («2,5) «1,25; яо.бз и т. д.), а затем полные (Л_2|5; A_ias и Д>,бз и т. д.) остат* на каждом сите. Полный остаток на любом сите равен сумме частнь остатков на этом сите и всех ситах большего размера. Так,Ло,бз ⁼ «0,63 + a_U5 + 02,5- Размеры полных остатков характеризуют зерновой сосп песка.

На основании результатов ситового анализа рассчитывают моду крупности песка:

В зависимости от М_к и Д),бз пески подразделяют на группы по крупности (табл. 10.1). Это важно знать потому, что чем мельче песок, тем больше необходимо воды для его смачивания (водопотребность песка), и вяжущего для обмазывания поверхности его частиц.

Для строительных растворов рекомендуется применять пески с модулем крупности не менее 1,2, а для бетонов — не менее 2. Причем зерновой состав песка для бетонов нормируется ГОСТ 10268—80 по остаткам на всех ситах (рис. 10.1).

В строительстве часто используют фракционированный песок/ разделенный на крупную (5...1,25 мм) и мелкую (1,25...0,16 мм) фр^# ции. /"

Для бетонов приме­няют песок крупностью не более 5 мм, для рас­творов, используемых для замоноличивания сборных железобетон­ных конструкций и за­полнения швов при монтаже панелей,— так­же не более 5 мм; для растворов, служащих для кладки кирпича, камней правильной формы и блоков,— не более 2,5 мм; для штукатурных отде­лочных растворов — не более 1,25 мм.

Количество мелких зерен в песке, проходя­щих через сито 0,16 мм, не должно превышать для песка, используемо-

го в строительных растворах,— 20 %, а в бетонах — 10 %. Чем больше в песке мелких зерен, тем больше его удельная поверхность. Для соединения зерен песка в растворе или бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверхность каждой песчинки. Таким образом, расход цемента будет возрастать с увеличением удельной поверхности песка, т. е. с увеличением количества мелких фракций в песке. Именно поэтому не рекоменду-

ется использовать песок для оетонов с М_к ниже 2, для растворов — ниже 1,2.

Присутствие в песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов и растворов. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократ­ной промывкой водой). В природном песке пылеватых и глинистых примесей должно быть не более 3 % по массе, причем содержание собственно глины не должно превышать 0,5 %.

Присутствие в песке органических примесей замедляет схватывание и твер­дение цемента и тем самым снижает прочность бетона или раствора. Для

оценки количества органических примесей пробу песка обрабатывают раствором едкого натра NaOH и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет раствора темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя.

Влажность и насыпная плотность песка. Песок изменяет свой объем и соответственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20 %. При влажности 3...10 % плотность песка резко снижается по сравнению с плотностью сухого песка (рис. 10.2), потому что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды, и общий объем песка возрастает. При дальнейшем увеличении влажности вода входит в межзерновые пустоты песка, вытесняя воздух, и насыпная плотность песка снова увеличивается. Изменения насыпной плотности песка при изменении влажности необходимо учитывать при дозировке песка по . объему.

10.3. КРУПНЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ

В качестве крупного заполнителя для бетона используют гравий и щебень. В зависимости от насыпной плотности и структуры зе­рен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) заполнители (Рнас > 1200-кг/м³), используемые для тяжелого бетона, и пористые (р„_ас < 1200 кг/м³), используемые для легкого бетона.

Насыпная плотность крупного заполнителя — один из важных качественных показателей. Она зависит от плотности зерен заполни­теля и от его межзерновой пустотности. Насыпная плотность р_нас определяется путем взвешивания пробы заполнителя в сосуде с изве­стной вместимостью по формуле:а

где т — масса пробы заполнителя с сосудом, кг; т_с — масса сосуда, кг; V_c — вместимость сосуда, м³.

Межзерновая пустотность показывает, какую долю составляют пустоты между зернами крупного заполнителя от его объема в рыхло-насыпном состоянии. Она может быть рассчитана по формуле для расчета пористости, если известны насыпная плотность р_нас заполни­теля и его плотность в куске р_т

Межзерновая пустотность а обычно составляет 0,4...0,5. Уто означает, что около половины объема крупного заполнителя занимает воздух. При использовании в бетоне важно, чтобы межзерновая пустотность заполнителя была возможно меньше. В этом случае снижается расход цемента при сохранении требуемых свойств бетона. Уменьшить меж-

зерновую пустотность заполнителя можно правильным подбором зер­нового состава так, чтобы мелкие зерна занимали пустоты между крупными.

Зерновой состав. По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующие фракции: 5...10; 10...20; 20...40; 40...70. Для массивных конструкций допускается использовать фракции большего размера. В строительстве применяют крупный заполнитель в виде смеси фракций, обеспечивающей минимальную межзерновую пустотность, или в виде отдельных фракций при условии последующего их смешения в задан­ных соотношениях. Чем меньше межзерновая пустотность, тем меньше расход цементно-песчаного раствора (а в конечном счете цемента), заполняющего в бетоне пустоты между зернами заполнителя.

К плотным заполнителям для тяжелого бетона относятся гравий, получаемый из природных залежей (его обработка заключается в сортировке по фракциям и промывке), и щебень, получаемый дробле­нием горных пород, крупных фракций гравия и плотных металлурги­ческих шлаков.

Содержание различных фракций в крупном заполнителе для бетона нормируется стандартами (табл. 10.2).

Прочность крупного заполнителя для тяжелых бетонов должна быть в 1,5...2 раза выше прочности бетона. Оценка прочности заполнителя может производиться по прочности той горной породы, из которой получен заполнитель, путем испытания выпиленных из нее кернов (цилиндрических образцов) или путем оценки дробимости самого заполнителя. Дробимость заполнителя оценивается по количеству мелочи, образующейся при сдавливании пробы заполнителя (гравия или щебня) в стальной форме под определенным усилием.

Морозостойкость заполнителя должна также быть выше проектной морозостойкости бетона.

Вредными примесями в крупном заполнителе, как и в песке, являются органические, пылеватые и глинистые. Методы их опреде­ления такие же, как и для песка. Особенно вредна глина на поверхности заполнителя, так как препятствует его сцеплению с цементным камнем. Количество пылеватьгх, глинистых и илистых примесей, определяемых

отмучиванием, не должно быть более 1...3 % в зависимости от вида заполнителя и класса бетона. Глина в виде комков снижает морозо­стойкость бетона, поэтому ее присутствие недопустимо.

В крупном заполнителе не должно быть зерен, содержащих актив­ный кремнезем, так как это может со временем вызвать разрушение бетона.

Радиационно-гигиеническая оценка содержания естественных ра-дионуклеидов обязательна для всех заполнителей, и в особенности для получаемых из промышленных отходов (металлургических шлаков и т. п.).

Пористые заполнители для легких бетонов получают главным об­разом искусственным путем (например, керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит и перлит). Из природных пористых заполнителей применяют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков, которые используют в качестве местного материала. Afaptcy пористых заполнителей устанав­ливают по их насыпной плотности (кг/м³).

Для пористых заполнителей еще в большей степени, чем для плотных, имеет значение правильный зерновой состав. Пористые заполнители выпускают в виде фракций размерами 5... 10 мм; 10...20 мм и 20...40 мм. При приготовлении бетонной смеси их смешивают в требуемом соотношении.

Керамзит — гранулы округлой формы с пористой сердцевиной и плотной спекшейся оболочкой. Благодаря такому строению прочность керамзита сравнительно высокая при небольшой насыпной плотности (250...600 кг/м³). Получают керамзит быстрым обжигом во вращаю­щихся печах легкоплавких глинистых пород с большим содержанием оксидов железа и органических примесей до их вспучивания.

Керамзит выпускают в виде гравия (гранулы 5...40 мм) и песка (зерна менее 5 мм). Марки керамзита от 250 до 600 кг/м³. Морозостой­кость керамзита не менее F15.

Шлаковая пемза — пористый щебень, получаемый вспучиванием расплавленных металлургических шлаков путем их быстрого охлажде­ния водой или паром. Этот вид пористого заполнителя экономически очень эффективен, так как сырьем служат промышленные отходы, а переработка их крайне проста. Марки шлаковой пемзы от 400 до 1000. Прочность ее соответственно от 0,4 до 2 МПа. ^

Аглопорит — пористый заполнитель в виде гравия, щебня, получа^^ емый спеканием (агломерацией) сырьевой шихты из глинистых jf"*^ и топливных отходов. Марки аглопорита от 400 до 900.

Вспученные перлитовый песок и щебень — пористые у' или светло-серого цвета, получаемые путем быстрого О ^

до температуры 1000... 1200° С вулканических горных ■<£> <3т;

щих небольшое количество (3...5 %) гидратной воды Яг ^

\ 9П7

При обжиге исходная порода увеличивается в объеме в 5... 15 раз, а пористость образующихся зерен достигает 85...90 %.

Щебень, выпускаемый двух фракций (5... 10 и 10...20 мм), имеет насыпную плотность от 200 до 500 кг/м³. Перлитовый песок — особо легкий вид мелкого заполнителя: его насыпная плотность от 75 до 200 кг/м³.

Лабораторная работа №8

Испытание песка как заполнителя для бетонов

и растворов

Цель: ознакомиться с требованиями ГОСТов к пескам, использу­емым в качестве заполнителей растворов и бетонов, и провести испы­тания песка в соответствии с этими требованиями.

Материалы: песок сухой кварцевый — 5 кг.

Приборы и приспособления: стандартный набор сит, сосуд вмести­мостью 1 дм³, совок, весы торговые с набором гирь, мензурка вмести­мостью 100...500 см³.

Ход работы

I. Определение зернового состава песка

Высувденную пробу песка массой 1 кг пропускают через стандарт­ный набор сит (5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм). Остатки на каждом из сит а (частные остатки) взвешивают с погрешностью 5 г. Также взвешивают пыль, прошедшую через сито 0,16 мм и оставшуюся на поддоне. Результаты заносят в таблицу. Далее вычисляют значения частных остатков а в % и заносят во вторую строку табл. 10.3.

Затем рассчитывают полные остатки А на каждом сите как сумму частных остатков на данном сите и всех вышележащих, например:

Далее подсчитывают общее количество просеянного песка, равное ^! сумме частных остатков на ситах и поддоне (проход через сито № 0,16) и потери при просеве.

Пригодность песка по зерновому составу для использования в бетонах определяют, строя кривую просеивания песка и кривые по ГОСТу (см. рис. 10.1). Если кривая испытуемого песка укладывается между стандартными кривыми, ограничивающими область песков, допустимых для использования, песок по зерновому составу считается пригодным.

Модуль крупности песка вычисляют но формуле

Крупность песка определяют по модулю крупности песка М_к и полному остатку на сите № 0,63, % (см. § 10.2, табл. 10.1).

Также необходимо сравнить количество мелких пылеватых приме­сей (проход через сито № 0,16 мм) с требованиями стандартов.

//. Определение насыпной плотности песка различной влажности

Для работы берут пробу сухого песка массой 2 кг. Насыпную массу определяют с помощью цилиндрического сосуда вместимостью 1 дм³ (заранее надо определить массу пустого сосуда /я_с, г). Совком с высоты 10 см песок засыпают в мерный сосуд до тех пор, пока песок не образует конус над краями сосуда. Избыток песка срезают вровень с краями сосуда, и сосуд с песком взвешивают, определяя массу песка в сосуде т₀ = т_с + _п — т_с, где т_{с + П}— масса сосуда с песком.

Затем всю пробу (2 кг) сухого песка собирают в тазик вместимостью 3...4 дм³ и увлажняют до 5 %. Для этого мензуркой отмеряют 100 см³ воды и выливают ее в песок, который тщательно перемешивают до достижения равномерной влажности во всем объеме. Увлажненный песок насыпают в мерный сосуд вместимостью 1 дм³ (так же, как и сухой песок — без уплотнения). Сосуд с песком взвешивают и вычис­ляют массу находящегося в нем песка по указанной формуле.

Эту операцию повторяют еще 3...4 раза, доводя влажность взятой пробы песка (2 кг) последовательно до 10, 15 и 20 % (для мелкого песка возможно и до 25 %). Заканчивают испытание в тот момент, когда над поверхностью песка начнет выступать вода.

Полученные данные заносят в табл. 10.4, по ним вычисляют насыпную плотность песка и строят график изменения плотности песка (р_нас) в зависимости от его влажности (1У_т) (см. рис. 10.2).

Контрольные вопросы

1. Что вы знаете о заполнителях? 2. Расскажите о природном и искусственном песках. 3. Что такое модуль крупности песка? 4. Расскажите о крупных заполнителях — щебне и гравии. Чем щебень отличается от гравия? 5. Для каких целей применяют пористые заполнители и как устанавливают их марку?