Pages Navigation Menu

Отчет по теме “Разработка рекоммендаций по применению щебня из кристаллических сланцев в бетонах

ЗАО Научно-исследовательский проектно-технологический институт “Стройиндустрия”

Заместитель ген.директора к.х.н., Чернин Е.И.

Зав. отделом технологии бетонов,

эксперт программы “Московское качество”, к.т.н. Гольденберг Л.Б.

Список исполнителей:

Гольденберг Л. Б. зав. отделом, к. т. н., руководство темой, составление отчета;

Заболовский Ю.З. ст. инженер, проведение экспериментов, обработка результатов, участие в составлении отчета;

Магдеев А. У. ст. инженер, участие в проведении экспериментов;

Позднякова И. В. ст. техник, оформление отчета;

Титов В. А зав. отделом, участие в экспериментах ;

Чернин Е. И. зам. директора, участие в экспериментах, составление отчета.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

I. Материалы и их характеристики.

II. Исследование влияния особенностей щебня на свойства бетонных смесей и бетонов.

III. Исследование влияния особенностей крупного заполнителя на структуру и основные эксплуатационные характеристики.

IV. Определение физико-механических характеристик бетонов.

V. Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах.

VI. Отзыв лаборатории ГУП НИИЖБа.

Заключение

Приложения

Санитарно-эпидемиологическое заключение, Протокол сертификационных испытаний

Сертификат соответствия Государственным нормативным документам, Разрешение на применение Знака соответствия,

Результаты сертификационных испытаний щебня из природного камня для строительных работ, Протокол сертификационных испытаний

Введение.

В последние годы при производстве бетонных и железобетонных изделий имеет место дефицит высококачественных крупных заполнителей (щебня и гравия).

В качестве крупного заполнителя для производства тяжелого бетона применяются в основном природные каменные материалы, в частности, магматические глубинные (гранит, габбро и др.), магматические излившиеся (базальт, диабаз и др.), осадочные (плотные известняки, песчаники кремнистые и др.) и метаморфические (кварцит) породы. Однако в последние годы все большее применение находит щебень из отходов промышленности (различных шлаков), попутно добываемых и вскрышных пород [1].

Использование отходов промышленности, попутно добываемых и вскрышных пород в качестве заполнителей в бетонах обеспечивает их утилизацию и освобождает для нужд промышленности или сельского хозяйства значительные территории, занимаемые в настоящее время отвалами, позволяет расширить сырьевую базу производства бетонных и железобетонных изделий, позволяет заменить привозной крупный заполнитель местными материалами, снижает транспортные расходы, приводит к сокращению стоимости материалов для производства бетонных смесей, бетонных и железобетонных изделий.

Сланцевый “язык” в карьере Лебединского ГОКа.

Следует отметить, что в настоящее время значительно возрастают требования к бетонным и железобетонным изделиям возрастают технические требования к ним, расширяется номенклатура продукции из бетона. В частности, наряду с прочностью к бетонным и железобетонным изделиям предъявляются все увеличивающиеся требования по их долговечности (морозостойкости, водонепроницаемости и пр.)

Рациональное и грамотное применение разнообразных заполнителей в бетоне позволяет в определенной степени решить эти задачи. В настоящей работе представлены результаты исследований влияния щебня из кристаллических сланцев, получаемых при вскрышных работах на Лебединском горно-обогатительном комбинате.

Основной целью работы являлась разработка рекомендаций по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа при производстве бетонных смесей и бетонов. При этом были решены следующие частные задачи:

- выполнены испытания щебня из кристаллических сланцев и определена возможность применения их в качестве заполнителей в бетонах;

- исследовано влияние щебня из кристаллических сланцев на основные свойства бетонных смесей и бетонов;

- рассмотрено влияние щебня из кристаллических сланцев на структуру и пористость бетонов;

- определены основные эксплуатационные характеристики бетонов (морозостойкость, водонепроницаемость и пр.);

- установлено влияние щебня из кристаллических сланцев на некоторые физико-механические характеристики бетонов (призменная прочность на сжатие, прочность на растяжение, модуль упругости).

На основании выполненных исследований были разработаны “Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев при производстве бетонных смесей и бетонов”.

I. Материалы и их характеристики

Для проведения опытно-экспериментальных исследований были использованы следующие материалы:

1. Портландцемент марки ПЦ 400 Д 20, выпускаемой ОАО “Мальцовский цемент” (г. Брянск). Нормальная густота цемента составляла 27%. Сроки схватывания: начало – 2 ч 15 мин, конец – 4 ч 45 мин. Минералогический состав цемента следующий, в %: С3S – 58; C2S – 21; C3A – 7; C4AF – 14. Ложное схватывание у цемента отсутствовало.

2. Мелкий заполнитель – песок кварцевый Орешкинского месторождения. Результаты физико-механических испытаний песка по ГОСТ 8735-88 представлены в таблице 1.1. Как видно, указанный песок относится к средним, его модуль крупности Мкр=2,4, полный остаток на сите размером 0,63 мм равен 42,5%. Пустотность в рыхло-насыпном состоянии составляет 44%, содержание пылистых и глинистых примесей, определяемых отмучиванием равно 1,8%. Указанный песок соответствует требованиям ГОСТ 8736-94 и ГОСТ 26633-91 и может применяться при производстве бетонов.

3. Крупный заполнитель

В качестве крупных заполнителей в работе применялись щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа ОАО “Дорстройматериалы” фракции 5-20 мм и щебень из гравия кремнеземистых пород Вяземского месторождения фракции 5-20 мм. Результаты испытаний крупных заполнителей по ГОСТ 8269.0-97 представлены в таблице 1.2.

3.1. Щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа производства ОАО “Дорстройматериалы”.

Щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа производства ОАО “Дорстройматериалы” фракции 5-20 мм по зерновому составу соответствует требованиям ГОСТ 8267-93. Показатель удельной эффективной активности естественных радионуклидов в кристаллических сланцах Лебединского ГОКа производства ОАО “Дорстройматериалы” составляет 205Бк/кг, что соответствует I классу и допускает использование его в строительстве без ограничений (Прил.1).

На предприятии-изготовителе все получаемое сырье (кристаллический сланец) подвергается испытаниям при входном контроле на соответствие стандарту предприятия СТП 00186803-6.10-42-2002, разработанному на Лебединском ГОКе.

Отличительной особенностью исследуемого щебня по сравнению с заполнителем Вяземского месторождения является повышенная “истинная” плотность исходной горной породы – 2850 кг/м3 и высокая пустотность – 54%. Содержание пылевидных частиц незначительно. Морозостойкость заполнителя превышает марку F 200, что делает возможным его применение для бетонов конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости. Прочность щебня по дробимости составляет 120 МПа, что достаточно велико. Однако следует отметить повышенное содержание в щебне зерен пластинчатой и игловидной формы – 44,5%. В соответствии с ГОСТ 8267-93 щебень Лебединского ГОКа относится к 4-й группе (предельное содержание лещадных зерен – не более 50%).

Химический состав кристаллических сланцев:

Компоненты

Содержание, в %

SiO2

60,21

TiO2

0,63

Al2O3

15,36

Fe2O3

2,84

FeO

5,78

MgO

3,76

CaO

1,17

Na2O

0,37

K2O

4,42

SO3

2,48

п.п.п.

4,4

S сульф.

1,24

3.2. Щебень Вяземского месторождения.

Щебень из гравия кремнеземистых твердых пород Вяземского месторождения фракции 5-20 мм широко применяется в г. Москве для производства бетонных смесей и бетонов класса В 7,5 – В 25. По зерновому составу он соответствует требованиям ГОСТ 8267-93.

Содержание пылистых и глинистых частиц составляет 1,9%. Пустотность щебня – 42%. Содержание зерен пластинчатой и игловидной формы – 13,5%. Прочность зерен щебня по дробимости составляет 80 МПа. Морозостойкость щебня превышает марку F 200. По своим техническим характеристикам щебень соответствует требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91.

4. Вода водопроводная, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-79.

5. Химическая добавка – суперпластификатор С-3 ТУ 6-36-02-04-229-626-90.

Суперпластификатор С-3 (СП) является аналогом зарубежных суперпластификаторов типа “Майти 100″ (Япония), сикамент, мельмент (Германия), не уступая им по качеству.

Добавка С-3 в количестве 0,2 – 0,7% от массы цемента позволяет получать самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, а при снижении расхода воды затворения – бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба этих эффекта частично, т.е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличить прочность бетона за счет снижения расхода воды.

Наиболее эффективные области применения СП – производство железобетонных изделий (плит, панелей, напорных труб и т.д.) и массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных железобетонных сооружений, изготовление бетонных полов и покрытий с высокими эксплуатационными свойствами и внешним видом.

Эффекты от применения добавки

Увеличение текучести бетонных и растворных смесей в 6 – 7 раз, что позволяет бетонировать густоармированные и обычные конструкции.

Снижение водопотребности бетонной смеси на 15% для получения равноподвижного бетона. Повышение прочности (на 10-15 МПа) плотности и однородности бетона, улучшение его структуры.

Увеличение сцепления нового бетона со старым.

Получение гладкой высококачественной лицевой поверхности изделий различной формы. Увеличение водонепроницаемости, морозо- и коррозионной стойкости бетона в 2 – 4 раза. Эффект пластификации при введении С-3 позволяет снизить расход цемента на 20%, а также длительность тепловлажностной обработки или срок распалубовки конструкций, твердеющих в естественных условиях, время передачи натяжения арматуры на бетон для преднапряженных элементов.

Легко смешивается с другими добавками (гидрофорбизаторы, ускоряющие, замедляющие, воздухововлекающие и др.), не вступая в химическую реакцию с ними и сохраняя свои свойства.

В процессе эксплуатации не оказывает вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. Разрешен Минздравом РФ для использования в железобетонных конструкциях, в том числе контактирующих с питьевой водой (трубы, резервуары накопительные и др.).

Способы применения:

1. Смешивание с цементом и песком при приготовлении сухих растворных смесей.

2. Добавление порошка непосредственно в бетоносмеситель с водой затворения.

3. Растворение в воде до 15 – 39% концентрации и затем добавление приготовленного раствора в бетоносмеситель после введения основной массы воды.

Дозировка:

0,25 – 0,7% от массы цемента (250 – 700 грамм на 100 кг цемента) в зависимости от области применения;

литьевая технология:

0,5 – 0,7% от массы цемента. Бетонирование сводится к применению литой смеси, которая легко заполняет форму или опалубку и образует ровную гладкую поверхность, не требующую отделки;

штукатурные растворы:

0,1 – 0,3% от массы цемента (100 – 300 грамм на 100 кг цемента). Использование СП для оштукатуривания наклонных и вертикальных поверхностей возможно при его добавлении не более 0,3% от массы цемента. При концентрации СП более 0,3% возможно сползание раствора.

Суперпластификатор С-3 – жидкость темно-коричневого цвета, или светло-коричневый порошок, легко растворимый в воде. В сухом виде упакован в мешки. Срок годности для сухого (при исключении прямого попадания воды) и жидкого практически не ограничен.

Сравнительная эффективность использования оптимальной дозировки суперпластификатора С-3 в бетоне

NN

Расход материалов на 1 м3, кг

осадка конуса, см

align=”center”

R б, МПа

Экономия цемента

 

цемент

песок

щебень

вода

С-3(%)

1

400

510

1260

200

4

30,0

эталон

2

320

680

1260

160

2,24(0,7)

4

30,0

80

3

520

400

3260

200

4

40,0

эталон

4

400

610

1260

160

2,8(0,7)

4

40,0

120

5

460

460

1260

200

4

34,5

эталон

6

400

560

1260

180

2,0(0,5)

4

34,5

60

7

480

450

1200

240

10

30,0

эталон

8

340

700

1200

170

2,24(0,7)

10

30,0

140

9

575

355

1200

240

5

30,0

эталон

10

400

650

1200

170

2,8(0,7)

10

36,0

175

11

520

430

1160

260

5

30,0

эталон

12

360

700

1160

180

2,52(0,7)

15

30,0

160

13

575

375

1160

260

15

34,5

эталон

14

400

660

1160

180

2,8(0,7)

15

34,5

175

Таблица 1.1. Результаты испытаний мелкого заполнителя

Заполнитель

остатки*, %, на ситах размером

Модуль крупности,Мкр

Истинная плотность, кг/м3

Средняя насыпная плотность, кг/м3

Пустотность, %

Содержание глинистых и пылистых частиц, %

5

2,5

1,25

0,63

0,32

0,16

дно

Песок кварцевый

1,51,5

5,57,0

9,716,7

25,842,5

37,780,2

17,397,5

2,5100

2,4

2630

1480

43,7

1,8

* – над чертой – частные остатки, под чертой – полные

Таблица 1.2. Результаты физико-механических испытаний крупных заполнителей

NNп/п

Наименование заполнителя

Остатка, % на ситах размером, мм

Истинная плотность, кг/м3

Насыпнаясредняя плотность, кг/м3

Пустот-ность, %

Содержание зерен пластинчатой и игловидной формы, %

Содержание пылистых и глинистых примесей, %

Прочность по дроби-мости,МПа

Морозо-стойкость, циклы,не менее

20

10

5

дно

1

2

Щебень Лебединского ГОКа Щебень Вяземского ГОКа

8,8

2,7

67,2

53,8

21,1

36,1

2,9

7,7

2850

2540

1310

1430

54

42

44,5

1,5

0,8

1,9

120,0

80,0

200

200

II. Исследование влияния особенностей щебня на свойства бетонных смесей и бетонов.

Для исследования влияния особенностей щебня из кристаллических сланцев на свойства бетонных смесей и бетонов были выполнены соответствующие эксперименты.

Методика проведения экспериментов была следующей. Перемешивание компонентов бетонной смеси осуществлялось в лабораторном бетоносмесителе. Удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси и средняя плотность определялись по ГОСТ 10181-2000. Уплотнение образцов размером 100 100 100 мм либо 100 100 400 производилось на виброплощадке с амплитудой 0,4-0,5 мм, частотой 50 Гц. Твердение образцов происходило в камере при температуре 20 2 С и относительной влажностью 90-95%. Испытания бетонных образцов на сжатие производилось по ГОСТ 10180-90.

Образец бетона из кристаллических сланцевЛебединского ГОКа.

Было проведено 3 группы опытов. В опытах 1-й группы использовался щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа. В опытах 2-й группы использовался щебень из кремнеземистых пород Вяземского ГОКа. Подвижность смесей в опытах 1-й и 2-й группы соответствовала марке П-3 по ГОСТ 7473-94 (12-15 см осадки конуса). В опытах 3-й группы в состав смеси вводилась добавка С-3 в количестве 0,5% от массы цемента.

Составы смесей и результаты испытаний бетонных образцов на сжатие в возрасте 7 и 28 суток представлены в таблице 2.1 и на рис.2.1 и 2.2.

Как видно, применение щебня из кристаллических сланцев по сравнению со щебнем из кремнеземистых пород привело к увеличению средней плотности бетонной смеси с 2395-2400 до 2495- 2520 кг/м3 или примерно на 4-5%.

При одном и том же цементно-водном отношении прочность бетона на щебня из кристаллических сланцев (9,3 – 19,4 МПа в возрасте 7 суток и 15,2 – 33,4 МПа в возрасте 28 суток) и на щебне из кремнеземистых пород (соответственно 15,2 – 33,4 и 14,2 – 28,8 МПа) практически одинакова (см .опыты 1 -6).

Образец бетона из щебня Вяземского ГОКа

Введение в состав смесей суперпластификатора С-3 (см опыты 5, 6,7 и 8) позволило сократить начальное водосодержание примерно на 15% и повысило удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси с 12 – 13 см до 20 см осадки конуса. При этом прочность бетона возросла с 19,4- 19,5 МПа в возрасте 7 суток и с 28,8-33,4 МПа в возрасте 28 суток соответственно до 28,6-29,8 и 39,8-41,6 МПа. При этом следует отметить, что если в возрасте 7 сут. прирост прочности бетона на разных заполнителях за счет введения добавки был практически одинаковым, то в возрасте 28 сут. прирост прочности бетона на щебне из кристаллических сланцах составлял 20%, а на щебне из кремнеземистых пород он составлял около 40%.

Это обусловлено, по-видимому, тем, что с повышением прочности бетона до 35-40 МПа повышается роль заполнителей, в частности, форма их зерен. Повышенная лещадность щебня из кристаллических сланцев может ограничить их применением бетонами класса В 7,5 – В 25.

Для снижения влияния лещадности щебня из кристаллических сланцев на прочность бетона целесообразно при проектировании составов бетонов несколько увеличить содержание песка в смеси заполнителей.

Замена щебня из кремнеземистых пород на щебень из кристаллических сланцев не оказала влияние на кинетику роста прочности бетона. Так прочность бетона в возрасте 7 суток у бездобавочных смесей составляет 0,58-0,68 от прочности в возрасте 28 суток. У смесей с добавками аналогичный показатель составляет 0,71- 0,75.

Таким образом применение крупного заполнителя из кристаллических сланцев взамен щебня из кремнеземистых пород не оказывает существенного влияния на свойства бетонных смесей и прочность бетонов класса В 7,5 – В 25.

Важной технологической характеристикой бетонных смесей является “живучесть”, т.е. способность сохранять подвижность в течение времени. В работе были выполнены опыты по исследованию влияния вида применяемого щебня на “живучесть” смесей. Для этого немедленно после приготовления бетонных смесей определялась их подвижность, а затем она контролировалась через каждые 30 мин. в течение 1,5 час.

Составы смесей указаны в таблице 2.1, п. 3 и 6. Результаты испытаний представлены на рис.2.3.

Как видно, на щебне из кремнеземистых пород происходит более быстрое падение подвижности, чем на смеси из кристаллических сланцев. Это обусловлено, по-видимому, более высокой “истинной” плотностью и меньшей пористостью кристаллических сланцев.

Таблица 2.1. Влияние вида крупного заполнителя на свойства бетонных смесей и бетонов

NN состава

Вид щебня*

Расход материалов, в единицах массовой доли цемента

Подвиж-ность смеси,см О. К.

Средняяплотностьсмеси кг/м3

Ц/В

Прочность бетона, МПа, в возрасте

R7/R28

Относительное изменение прочности,%,(Rл-Rв)/Rвв возрасте

цемент

песок

щебень

вода

С-З

7сут

28сут

7сут

28сут

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

Л

1,00

3,25

4,75

0,85

-

14

2520

1,2

9,3

15,2

0,61

4

В

1,00

3,25

4,75

0,91

-

15

2400

1,1

9

14,2

0,63

+3,3%

+7,0%

2

Л

1,00

2,39

3,45

0,63

-

13

2495

1,6

13,1

21,9

0,58

5

В

1,00

2,38

3,45

0,68

-

14

2395

1,47

13,8

22,8

0,6

-0,5%

-3,9%

3

Л

1,00

1,85

2,72

0,5

-

13

2495

2

19,4

33,4

0,58

6

В

1,00

1,85

2,72

0,54

-

12

2395

1,84

19,5

28,8

0,68

-0,5%

+16,0%

7

Л

1,00

1,95

2,73

0,44

0,005

20

2500

2,3

28,6

39,8

0,75

8

В

1,00

1,94

2,72

0,46

0,005

20

2405

2.18

29,8

41,6

0,71

-4,0%

-4,3%

* Л – щебень Лебединского ГОКа, В – щебень Вяземского месторождения.

III. Исследование влияния особенностей крупного заполнителя на структуру и основные эксплуатационные характеристики

Особенности заполнителей (их зерновой состав, прочность, морозостойкость, форма зерен, шероховатость и загрязненность поверхности, наличие примесей оказывают существенное влияние на процессы структурообразовния бетонов, величину и характер пористости, которая, в свою очередь, определяет такие эксплуатационные характеристики бетонов, как морозостойкость, водонепроницаемость и др. Поэтому в работе было выполнены опыты по исследованию влияния особенностей заполнителя из кристаллических сланцев на структуру и основные эксплуатационные свойства бетонов (пористость, морозостойкость и водонепроницаемость). Определение параметров пористости (водопоглощение по массе – Wm, объем открытых пор – Wо, показатель условного размера пор (лямбда) и показатель однородности пор по размеру (альфа)) определялись в соответствии с ГОСТ 12730.4-79 по кинетике водонасыщения.

Испытания на морозостойкость осуществлялись по ГОСТ 10060.2-95 третьим методом путем попеременного замораживания при -50 С и оттаивания в 5% растворе хлористого натрия – NaCl. Водонепроницаемость бетонов определялась по ГОСТ 12730.5-84 прил. 4 по прибору “Агама-2″. Составы смесей и результаты испытаний представлены в таблицах 3.1 и 3.2. Анализ результатов испытаний показывает, что величина водопоглощения бетонов по массе изменяется от 4,5 до 7,2%. При этом водопоглощение бетонов на щебне из кристаллических сланцев не превышает или несколько ниже, чем водопоглощение бетонов на щебне из кремнеземистых пород. Величина открытой пористости (водопоглощение по объему) у бетонов на различных заполнителях практически одинакова (11,3-16,8% у бетонов из кристаллических сланцев и 10,8-18,0% у бетонов на щебне из кремнеземистых пород).

Увеличение расхода цемента в бездобавочных смесях с 240-252 кг/м3 до 390-410 кг/м3 привело к снижению объема открытых пор с 6,7-7,2% до 5,5-6,4%. Введение пластифицирующей добавки С-3 в количестве 0,5% от массы цемента, понижающей начальное водосодержание смеси на 17-19%, снизило объем открытых пор с 13,7-15,2 до 10,8-11,3% или примерно на 25-30%. На величину показателя условного размера пор и показателя однородности пор по размеру – замена щебня из кремнеземистых пород щебнем из кристаллических сланцев сказалась незначительно. Показатель условного размера на щебне из кристаллических сланцев составил 3,2-5,2, а на щебне из кремнеземистых пород 4,1-4,7. Показатель однородности пор по размерам на разных заполнителях составил 0,4-0,5. Таким образом, замена щебня из кремнеземистых пород на щебень из кристаллических сланцев не оказывает существенного влияния на показатели структурной пористости бетонов. Полученные в работе показатели структурной пористости бетона в соответствии с классификацией, представленной в работе[2], позволяют отнести их к материалам крупнопористой структуры средней плотности и однородности. Такие материалы должны обладать и соответствующими эксплуатационными характеристиками (морозостойкостью, водонепроницаемостью).

Определение фактических значений морозостойкости и водонепроницаемости показало следующее. Бетоны исследуемых составов с расходом цемента примерно 400 кг/м3, бездобавочные и с добавкой суперпластификатора С-3 выдержали не менее 5 циклов попеременного замораживания при -50 С и оттаивания в 5% растворе хлористого натрия. При этом потери прочности не превышали 5%. Т. е. испытанные бетоны по морозостойкости соответствовали марке не менее F 200. Вид применяемого щебня (из кристаллических сланцев или из кремнеземистых пород) в исследованных пределах не оказал существенного влияния на морозостойкость бетонов. Испытания на водонепроницаемость показали, что указанные выше составы бетонов выдерживают давление 0,8-1,0 МПа, что соответствует маркам W 8 – W 10 по водонепроницаемости, в зависимости от наличия добавки – суперпластификатора. Вид применяемого щебня на водонепроницаемости не сказался.

Таблица 3.1. Влияние крупного заполнителя на структуру и свойства бетонов

NN состава

Вид щебня*

Расход материалов, в единицах массовой доли цемента

Подвиж-ность смеси,см О. К.

Средняяплотностьсмеси кг/м3

Водопоглоще-ние по массе,Wm, %

Параметры пористости

цемент

песок

щебень

вода

С-З

Wo, %

(лямбда)

(альфа)

1

Л

1

3,25

4,78

0,83

-

16,4

2500

6,7

16,8

5,2

0,5

2

В

1

3,27

4,79

0,87

-

16,0

2360

7,2

18,0

4,7

0,5

3

Л

1

1,83

2,69

0,54

-

15,0

2490

5,5

13,7

3,9

0,4

4

В

1

1,83

2,71

0,54

-

14,5

2370

6,4

15,2

4,6

0,5

5

Л

1

1,95

2,73

0,44

0,005

15,0

2520

4,5

11,3

3,2

0,5

6

В

1

1,95

2,69

0,49

0,005

14,0

2370

4,6

10,8

4,1

0,4

Таблица 3.2. Влияние крупного заполнителя на основные эксплуатационные характеристики бетонов

NNсоставов

Прочность бетона, МПа изменение прочности, % количество циклов

Водонепрони-цаемость, МПа

0

2

3

5

1

31,6/0

32,7/+3,5

33,7/+7

31,3/-2

0,8

2

32,2/0

33,2/+3,1

31,7/-3

30,5/-5

0,8

3

35,9/0

35,7/-0,5

36,2/+2

34,8/-3

1,0

4

37,6/0

38,0/+1,1

37,2/-1

38,7/+3

1,0

Примечание:

1. Перед чертой – прочность бетона, МПа; после черты – изменение прочности, %.

2. Составы бетонов указаны в таблице 3.1.

IV. Определение физико-механических характеристик бетонов

Бетон является неоднородным материалом. Основные физико-механические характеристики бетонов (прочность на сжатие, растяжение, изгиб, деформативные свойства) определяются свойствами составляющих материалов (прочностью цементного камня, мелкого и крупного заполнителя), их концентрацией в бетоне, особенностями контактной зоны (формой зерен заполнителя, загрязненностью и шероховатостью его поверхности и пр.).

Под нагрузкой в бетоне, вследствие неоднородности его структуры, возникает вторичное поле растягивающих напряжений [3,4]. Когда величина вторичных растягивающих напряжений либо вызываемые ими деформации превышают предельные, то наступает разрушение материала. Повышение неоднородности материала увеличивает величину вторичных напряжений и приводит к снижению прочности.

Применение заполнителей неправильной формы (пластинчатой или игловидной) может повысить неоднородность бетона, что приведет к снижению его прочности. Кроме того, если крупный заполнитель имеет кубическую или сферическую форму, то в бетоне он работает на сжатие. А заполнитель пластинчатой или игловидной формы под нагрузкой в бетоне может работать на изгиб или растяжение. Поскольку прочность каменных материалов на изгиб и растяжение значительно ниже прочности на сжатие, то это приведет к снижению прочности бетона.

Применительно к заполнителю из кристаллических сланцев, характеризующихся наличием зерен пластинчатой и игловидной формы нужно отметить следующее. Их истинная плотность составляет примерно 2850 кг/м3, что выше, чем у щебня из кремнеземистых пород. Поэтому, можно предполагать, что прочность горных пород и минералов, из которых состоят кристаллические сланцы выше, чем у кремнеземистых пород. Косвенным подтверждением этого является то, что прочность щебня из кристаллических сланцев составляет 120 МПа, а у кремнеземистых пород – 80 МПа.

Взаимодействие этих двух факторов (наличие зерен неправильной формы в сочетании с их повышенной прочностью) привело к тому, что при практически одинаковом начальном водосодержании и расходе цемента прочность бетонов классов В 7,5 – В 25 на сжатие на щебне из кристаллических сланцев оказалась практически такой же, как на щебне из кремнеземистых пород.

Однако неоднородность структуры бетона может существеннее сказаться на прочности бетона на растяжение, изгиб, на его деформативности.

Поэтому в работе были определены такие физико-механические показатели бетонов, как прочность на растяжение, призменная прочность и модуль упругости.

Прочность бетона на растяжение определялась раскалыванием в соответствии с ГОСТ 10180-90, призменная прочность и модуль упругости – по ГОСТ24452-80.

Составы смесей и результаты испытаний представлены в таблице 4.1.

Как видно, величина призменной прочности для бетона на щебне из кристаллических сланцев составляет 0,75 от кубиковой. У бетона на щебне из кремнеземистых пород этот показатель равен 0,84. Обычно величина призменной прочности составляет 0,75 – 0,85 от кубиковой [3].

Прочность бетона на растяжение при раскалывании составила 0,054 от кубиковой независимо от вида применяемого крупного заполнителя.

Следует отметить, что при практически одинаковой прочности на сжатие модуль упругости бетона на щебне из кристаллических сланцев, равный 2,86 104 МПа, примерно на 12% меньше, чем у бетонов на щебне из кремнеземистых сланцев (3,22 104 МПа).

В целом физико-механические характеристики бетонов на щебне из кристаллических сланцев близки к нормативным по СНиП 2.03.01-84.

Таблица 4.1. Основные физико-механические характеристики бетонов

NN состава

Вид щебня*

Расход материалов,

Ц:П:Щ:В:С-З

Подвиж-ность смеси,см О. К.

Средняяплотностьсмеси кг/м3

Прочность бетона, МПа

Модуль упругостиEx10-4 МПа

RрRкуб

RпрRкуб

цемент

песок

щебень

вода

С-З

кубов

призм

растяжение

1

2

Л

В

1

1

1,95

1,92

2,73

2,67

0,49

0,50

0,005

0,005

9,0

9,5

2520

2370

40,1

41,6

30,0

34,9

2,15

2,24

2,86

3,22

0,054

0,054

0,75

0,84

Заключение

1. Испытания щебня из кристаллических сланцев фракции 5-20 мм, получаемого из вскрышных пород на Лебединском ГОКе, показали, что по своим основным показателям (зерновому составу, содержанию зерен пластинчатой и игловидной формы, содержанию пылистых и глинистых частиц, прочности и морозостойкости) он соответствует требованиям ГОСТ 8269-93 и может быть использован в качестве крупного заполнителя в бетонах.

2. Применение щебня фракции 5-20 из кристаллических сланцев классов В 7,5 – В 25 взамен щебня из кремнеземистых пород при практически одном и том же расходе цемента не оказывает существенного влияния на свойства бетонной смеси (подвижность, живучесть) и прочность бетонов.

3. Бетоны исследованных составов на щебне из кристаллических сланцев имеют крупнопористую структуру средней плотности и однородности.

4. Бетоны на щебне из кристаллических сланцев обладают высокой морозостойкостью (до F 200 включительно) и водонепроницаемостью (от W 8 до W 10 включительно); вид применяемого щебня на эксплуатационные характеристики бетонов практически не сказался.

5. Основные физико-механические характеристики бетонов (кубиковая и призменная прочность на сжатие, растяжение, модуль упругости, практически такие же, как у бетонов на щебне из кремнеземистых пород. На основании выполненных исследований были разработаны “Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах”.

Список использованной нормативно-технической документации

ГОСТ 7473-94

Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ 8267-93

Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 82690-97

Щебень из естественного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. Методы испытаний

ГОСТ 8735-88

Песок для строительных работ. Методы испытаний

ГОСТ 8736-94

Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 10060-95

Бетоны. Методы определения морозостойкости

ГОСТ 10180-90

Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

ГОСТ 10181-2000

Смеси бетонные. Методы испытаний

ГОСТ 127304-78

Бетоны. Методы определения показателей пористости

ГОСТ 127305-84

Бетоны. Методы определения водонепроницаемости

ГОСТ 23732-79

Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

ГОСТ 24452-80

Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона

Список литературы

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М., Стойиздат, 1986 г.

2. Бруссер М.И. Исследование структурной пористости бетона и факторов ее определяющих. Автореферат кандидатской диссертации. М., 1971 г.

3. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. М., Стройиздат, 1971 г.

ЗАО Научно-исследовательский проектно-технологический институт “Стройиндустрия”

Рекоммендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах.

1. Общие положения

1.1. Настоящие “Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах” разработаны на основании комплекса научно-исследовательских работ, выполненных ЗАО НИПТИ “Стройиндустрия”.

1.2. Щебень из кристаллических сланцев получают при переработке вскрышных пород на Лебединском ГОКе с последующей сортировкой, дроблением и фракционированием в дробильно-сортировочных комплексах ОАО “Дорстройматериалы”.

1.3. Щебень из кристаллических сланцев рекомендуется для применения в качестве крупного заполнителя при производстве тяжелых бетонов:

- класса по прочности: В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 22,5; В 25

- марки по морозостойкости: F 50; F 75; F 100; F 150; F 200

- марки по водонепроницаемости: W 2; W 4; W 6; W 8.

2. Материалы и требования к ним.

2.1. В качестве вяжущих для приготовления бетонных смесей рекомендуются портландцементы марок ПЦ 400 либо ПЦ 500, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 26633-91.

2.2. В качестве мелкого заполнителя рекомендуется кварцевый песок с модулем крупности не менее 2,0, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 и ГОСТ 26633-91.

2.3. В качестве крупного заполнителя рекомендуется применение щебня из кристаллических сланцев фракции 5-20 мм или 20-40 мм, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91, истинная плотность которого не должна превышать 2850 кг/м3, с содержанием зерен пластинчатой и игловидной формы не более 45%, прочность щебня по дробимости рекомендуется не менее 100 МПа.

2.4. Вода для приготовления бетона должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79.

2.5. В состав бетонных смесей рекомендуется введение химических добавок, например, суперпластификатора С-3, лигносульфанатов технических различных модификаций и других веществ, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 24211-94.

3. Доставка, хранение и подача материалов

3.1. Доставка, хранение и подача материалов производится в соответствии со СНиП 3.09.01-85.

3.2. Щебень из кристаллических сланцев рекомендуется хранить по фракциям на открытых складах бункерного или полубункерного типа.

3.3. При хранении щебня из кристаллических сланцев не допустимо его смешивание со щебнем других пород.

4. Приготовление бетонной смеси

4.1. Приготовление бетонной смеси осуществляется в бетонном узле предприятия в соответствии с требованиями СНиП 3.09.01-85.

4.2. Заполнитель, подается в расходные бункера БСУ в соответствии с существующей на предприятии технологией.

4.3. Дозирование цемента, песка, щебня, воды и добавок производится в соответствии с существующей на предприятии технологией.

4.4. Номинальные расходы материалов на приготовление 1 м3 бетонной смеси производится в соответствии с ГОСТ 27006-86. Корректировка составов бетонных смесей осуществляется по результатам производственных испытаний.

4.5. Для снижения влияния зерен пластинчатой и игловидной формы при проектировании составов бетонных смесей на щебне из кристаллических сланцев рекомендуется увеличение доли песка в смеси заполнителей на 5-15%.

4.6. Перемешивание бетонной смеси осуществляется в соответствии с существующей на предприятии технологией.

4.7. На процессы транспортирования, укладки и твердения бетонных смесей и бетонов щебень из кристаллических сланцев существенного влияния не оказывает.

5. Контроль качества материалов, технологического процесса и готовой продукции

5.1. Контроль качества цемента производится по ГОСТ 310.1-76 – ГОСТ 310.3-76 и ГОСТ 310.4-84; определяются сроки схватывания, нормальная густота, активность цемента – от каждой партии; исполнитель – лаборатория. 5.2. Контроль качества кварцевого песка осуществляется по ГОСТ 8735-88; определяются зерновой состав, модуль крупности, насыпная плотность, влажность, содержание пылистых и глинистых примесей – от каждой партии; исполнитель – лаборатория.

5.3. Контроль качества щебня осуществляется по ГОСТ 8269.0-97 и включает в себя определение зернового состава, содержания зерен пластинчатой и игловидной формы, содержания пылистых и глинистых примесей, наличие глины в комках, прочности по дробимости, морозостойкости, влажности, средней плотности – от каждой партии; исполнитель – лаборатория.

5.4. Контроль качества добавок заключается в определении их плотности и концентрации – от каждой партии, исполнитель – лаборатория.

5.5. Контроль качества приготовления бетонной смеси осуществляется лабораторией не менее 2-х раз в смену; проверяются: ” точность дозировки компонентов – визуально по дозаторам или по распечатке на ЭВМ ” продолжительность перемешивания – секундомером ” удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси – по ГОСТ 10181-2000 -2 раза в смену; исполнитель – лаборатория.

5.6. Объем вовлеченного воздуха определяется по ГОСТ 10181-2000 – 1 раз в месяц; исполнитель – лаборатория.

5.7. Прочность бетона на сжатие определяется по ГОСТ 10180-90 на образцах-кубах размером 100 100 100 мм 1 раз в смену, исполнитель – лаборатория.

5.8. Морозостойкость бетона определяется по ГОСТ 10060.0-95 – ГОСТ 10060.2-95 – 1 раз в 6 месяцев, исполнитель – лаборатория.

5.9. Водонепроницаемость бетона определяется по ГОСТ 12730.5-84 1 раз в 6 месяцев, исполнитель – лаборатория.

6. Охрана труда и техника безопасности

6.1. При производстве изделий должны соблюдаться общие правила охраны труда и техники безопасности при производстве бетонных и железобетонных изделий.

Материалы предоставлены ООО”ТМО Совтех”

г.Москва, Б.Черкасский пер.15 оф.(104)

тел.(095)923-98-86

Предоставлено компанией ООО ‘ТМО Совтех’ г.Москва, Б.Черкасский пер.15 тел.(095)923-98-86