Технические требования к пористым заполнителям и методы их испытания

От величины объемной массы пористых заполнителей зависит объемная масса бетона. Независимо от вида применяемого заполнителя величина его объемной массы должна находиться согласно СНиП I-B.3-62 в соответствии с объемной массой легкого бетона (табл. 2.6).

Большое значение для получения легкого бетона с оптимальным сочетанием наибольшей прочности и наименьшей объемной массы имеет зерновой состав заполнителей. В зависимости от рассева применяют заполнители двух видов — сортовые и рядовые (нефракционированные). Пористый щебень или гравий используют трех фракций: от 5 до 10, от 10 до 20 и от 20 до 40 мм. В особых случаях может проводиться разделение песка на две фракция: мелкий — до 1,25 мм, крупный — от 1,25 до 5 мм.

Рекомендуются границы, в пределах которых изменение зернового состава пористых заполнителей считается допустимым. С учетом данных, приведенных на рис. 2.7 и 2.8, установлены допуски по зерновому составу фракционированного пористого гравия, щебня и песка (табл. 2.7).

Сопоставив характеристики зернового состава заполнителей, полученные в результате рассева на стандартном наборе сит, с приведенными данными в табл. 2.7, можно установить пригодность их или непригодность для приготовления плотного легкого бетона. В виде исключения применяют нефракционированные заполнители, но это приводит к перерасходу цемента, поскольку повышается пустотность или удельная поверхность смеси заполнителей.

Зерна крупного заполнителя могут иметь различную форму, но отношение наибольшего размера зерна к наименьшему (коэффициент формы) не должно превышать 1,5. Количество зерен в смеси, не отвечающее этому требованию, допускается не более 20%, при этом коэффициент формы для них должен быть не более 2,5.

Для высокопрочных легких бетонов предельная крупность зерен гравия м щебня допускается не более 20 мм, а для других бетонов — 40 мм. При этом максимальная крупность не должна быть более 1/3 наименьшего сечения конструкции или 2/3 расстояния между арматурой. В легких бетонах, особенно высокой прочности, рационально применять более мелкий заполнитель, чем в тяжелых.

Пористые заполнители следует применять сухими, влажность их не должна превышать 2% (в отдельных случаях 5%).

Прочность пористых заполнителей колеблется в значительных пределах: она может быть больше, чем легкого бетона, и меньше ее. Этим легкие бетоны отличаются от тяжелых, для которых минимальная прочность заполнителя должна в 1,5—2 раза превышать марку бетона. Поскольку прочность тяжелого бетона меньше, чем заполнителя, разрушение происходит по цементному камню или по контакту его с заполнителем. В легком бетоне разрушение наблюдается по заполнителю и цементному камню и весьма редко — по контакту между ними. Так как имеется непосредственная связь между прочностью легкого бетона и пористого заполнителя, прочностные показатели последнего необходимо постоянно контролировать.

Прочность заполнителя оценивают по-разному, в зависимости от области применения бетона, Если заполнитель используют в теплоизоляционных или теплоизоляционно-конструктивных бетонах, превалирующее значение имеет объемная масса заполнителя и она должна быть возможно меньшей. Прочность же заполнителя может соответствовать минимальным значениям, приведенным о соответствующих стандартах для данной марки и вида заполнителя.

Для конструктивных бетонов прочность пористого заполнителя имеет решающее значение, и ее устанавливают в зависимости от заданной марки бетона. К объемной массе заполнителя в этом случае не предъявляют особо жестких требований. Пo рекомендациям, разработанным НИИЖБ, при выборе крупного пористого заполнителя для конструктивных легких бетонов следует пользоваться данными, приведенными ниже:

Пористые заполнители подразделяют на марки по прочности на сжатие зерен в куске в соответствии с данными, приведенными в табл. 2.8, и по величине его условной прочности, определяемой при испытании в цилиндре в соответствии с методикой ГОСТ 9758—68.

При испытании пористых заполнителей на прочность по ГОСТ 9758—68 заполнитель определенной фракции (5—10, 10—20, 20—40 мм) засыпают в цилиндр диаметром 150 и высотой 150 мм так, чтобы после разравнивания его верхний уровень не доходил до верхнего края цилиндра примерно на 20 мм. Затем в цилиндр устанавливают пуансон (рис. 2.9). При этом нижняя риска 1 на пуансоне должна совпасть с верхним краем цилиндра. Гидравлическим прессом создается такое давление на пуансон, при котором он погружается до верхней риски 2. Величина действующего усилия, деленная на площадь поперечного сечения цилиндра, принимается за условную прочность заполнителя.

Учитывая условность подобной методики испытания, в ряде стран предложены и другие методы испытания на прочность, которые рассматривались на Международном симпозиуме РИЛЕМ, состоявшемся в 1967 г. в Будапеште. Обсуждение показало, что рекомендовать общий для всех стран метод тюка еще не представляется возможным.

Стремясь приблизить результаты испытания пористых заполнителей к показателям их действительной прочности в бетоне, ряд авторов предложили свои (нестандартные) методы. Их можно разделить на три группы:

1) отдельные зерна гравиевидной формы (керамзит) или выпиленные образцы правильной формы (аглопорит) испытывают на сжатие или раскалывание;

2) отдельное зерно заделывают в цементное, гипсовое тесто или раствор так, чтобы оно находилось в центре цементного кубика размером 30х30х30 мм, который раскалывают по диагонали;

3) заполнители испытывают в бетоне.

По мнению отечественных и зарубежных специалистов, последний метод дает наиболее достоверные результаты. Объясняется это, во-первых, тем, что свойства пористых заполнителей в бетоне, и прежде всего их прочность, существенно отличаются от соответствующих показателей для отдельно взятых зерен, и, во-вторых, большой неоднородностью зерен заполнителя, взятых из одной партии. В бетоне же эта неоднородность в значительной степени сглаживается.

Среди различных методов испытания пористых заполнителей в бетоне представляет интерес метод, разработанный Армянским научно-исследовательским институтом строительных материалов совместно с НИИЖБ, Он заключается в следующем. Бетон изготовляют на данном заполнителе при расходе цемента марки 400 250 кг/м3. Песок для бетона должен быть получен дроблением испытуемого заполнителя. Расход воды принимают из такого расчета, чтобы полученная бетонная смесь имела удобоукладываемость 10—25 сек по ГОСТ 11051—70. Из приготовленной смеси формуют образцы, которые испытывают через 28 суток нормального хранения. Если заполнитель хорошего качества, то относительная прочность бетона на 1 кгс/см2 активности цемента должна быть не ниже величин, указанных в табл. 2.9.

Из табл. 2.9 следует, что рассматриваемая относительная прочность тем меньше, чем ниже объемная масса бетона. Это вполне естественно, так как последняя снижается по мере увеличения пористости заполнителя и уменьшения в результате этого его прочности.

Для выявления связи между прочностью заполнителей и их пористостью М.З. Симонов рекомендует пользоваться следующей зависимостью:



где b — плотность материала (у0/yу); A и n — коэффициенты, зависящие от вида материала и устанавливаемые опытным путем (например, для артикского туфа А=370, n=3,1).

С.М. Ицкович, обобщая результаты многочисленных испытаний строительных материалов и пористых заполнителей ячеистой структуры, предложил следующую формулу;



где R — прочность пористого материала при объемной массе его в куске ун; Ro — прочность более плотного материала при объемной массе его в куске ук.о; n — показатель степени, величина которого зависит от структуры материала.

Из приведенных формул следует, что между прочностью заполнителя и его объемной массой в куске имеется степенная зависимость. При увеличении объемной массы в 2 раза прочность возрастает от 4 до 16 раз. Следовательно, основной способ увеличения прочности заключается в снижении пористости заполнителя. Кроме того, прочность заполнителя зависит также от прочности вещества, слагающего стенки между порами, от количества микродефектов (трещин), возникающих в процессе поризации и охлаждения.

Для выявления деструкции в зернах керамзита может быть использован ультразвуковой метод. Проведенные исследования показали, что между объемной массой и скоростью ультразвука существует зависимость, приведенная на рис. 2.10. При испытании партии гранул керамзита может быть получен результат, не соответствующий графику на рис. 2.10, т. е. при данной объемной массе скорость ультразвука в гранулах будет ниже среднестатистической — опытные результаты будут располагаться выше линии C = f(yо). Это укажет на наличие значительных микодефектов в гранулах, следовательно, на их меньшую прочность и упругость.

На повышение однородности легкого бетона по прочности и объемной массе большое влияние оказывает однородность пористых заполнителей. Повышение однородности легких бетонов достигается постоянным контролем качества пористых заполнителей на предприятиях как производящих их, так и потребляющих (заводы железобетонных изделий). Однородность заполнителя следует оценивать по данным статистической обработки достаточно большого числа результатов испытаний, выполненных по методике ГОСТ 9758—68.

За показатели однородности заполнителя по прочности и объемной массе принимают среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации по соответствующим показателям. Общее число определений прочности или объемной массы должно быть не менее 25. Показатель однородности по прочности крупного пористого заполнителя вычисляют по формуле

где Ri — результаты частных определений прочности в кгс/см2; n — число частных определений; Rср — среднее значение прочности в кгс/см2, вычисляемое по формуле

где R1, R2, ..., Rn — результаты частных определении прочности.

Показатель однородности объемной насыпной массы заполнителя рассчитывают по формуле

где yi о.н — результаты частных определений объемной насыпной массы в кг/лг3; n — число частных определений; уср о.п — среднее значение объемной насыпной массы в кг/м3, вычисляемое по формуле

где у1 о.н, у2о.н, ..., уn о.н — результаты частных определений объемной насыпной массы.

Показатель изменчивости рассчитывают по формулам:

Однородность крупного заполнителя для конструктивных легких бетонов считается допустимой, если показатель изменчивости по прочности не превышает 10%, а по объемной насыпной массе — 5%.

Однородность пористого заполнителя, особенно керамзита, повышается при фракционировании его по крупности. В результате рассева показатель изменчивости заполнителя по прочности или объемной массе может снизиться вдвое. Именно поэтому все легкие бетоны, и особенно конструктивного, назначения, следует приготовлять только па рассеянных пористых заполнителях,

На стойкость против силикатного и железистого распадов пористые заполнители испытывают в соответствии с требованиями ГОСТ 9758—68.