Свойства заполнителей

Свойства заполнителей

1. Насыпная плотность заполнителя – это его масса в единице объема свободной засыпки (без уплотнения).

, [кг/м³], [г/см³].

Определяют по среднему значению двух параллельных испытаний. С высоты 10 см сухой заполнитель ссыпают в предварительно взвешенный сосуд до образования над верхом сосуда конуса, который линейкой срезают, и сосуд с заполнителем взвешивают. Масса заполнителя определяется как разница между массой сосуда с заполнителя и массой сосуда.

2. Истинная плотность заполнителей – это его масса в единице объема в абсолютно плотном состоянии.

, [кг/м³], [г/см³].

Определяют по среднему значению двух параллельных испытаний, используя пикнометрический метод.

, [кг/м³], [г/см³].

где m₁ – масса пикнометра, г; m₂ – масса пикнометра с навеской, г; m₃ – масса пикнометра с навеской и водой, г; m₄ – масса пикнометра с водой, г.

3. Средняя плотность заполнителя – это его масса в единице объема в естественном состоянии (с учетом пор).

, [кг/м³], [г/см³].

Определяют по среднему значению двух параллельных испытаний, используя закон Архимеда.

4. Пустотность или межзерновая пустотностьзаполнителя – отношение объема межзерновых пустот ко всему объему, который занимает заполнитель.

, %.

Пустотность является важным показателем, поскольку для получения прочного бетона необходимо, чтобы вся пустотность была заполнена цементным тестом, следовательно, от величины пустотности зависит расход цемента, а, в конечном счете, и прочность бетона.

Пустотность зависит от формы зерен заполнителя и его зернового (гранулометрического) состава.

5. Пористость зерен – отношение суммарного объема всех пор в зерне заполнителя к объему зерна. Обычно определяют не пористость каждого зерна отдельно, а среднюю пористость зерен в данной пробе заполнителя.

, %.

6. Влажность – способность заполнителей впитывать влагу из окружающей среды.

, %.

Для определения влажности (в % по массе) пробу заполнителя взвешивают, затем высушивают до постоянной массы.

7. Водопоглощение – способность заполнителя впитывать воду при непосредственном контакте с ней.

, %.

Чтобы найти водопоглощение заполнителя его взвешивают и опускают на 30 минут в воду, по истечении времени, заполнитель достают из воды, 30 минут дают «лишней» воде стечь, потом взвешивают.

Водопоглощение связано с пористостью и структурой материала.

Влажность и водопоглощение важные показатели заполнителя. Их величина учитывается при расчете состава бетона (как их величина влияет на качество бетона).

Водопоглощение крупного заполнителя иногда определяют не по массе, а по объему, как отношение объема поглощенной влаги к объему зерен заполнителя.

, %.

Значение W_v всегда меньше пористости зерен заполнителя П^ср_зер, так как не все поры могут быть заполнены водой. Сопоставление W_v и П^ср_зер дает возможность оценить какая часть объема пор может быть заполнена водой.

8. Зерновой (гранулометрический) состав отражает содержание в заполнителе зерен разной крупности.

Определяется просеиванием средней пробы через набор стандартных сит: 0,16; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 20; 40; 70 мм и др. При просеивании определяют частные (а_i) и полные (А_i) остатки на стандартных ситах.

а2,5

Частный остаток а_2,5 равен массе навески на

сите 2,5. Полный остаток А_2,5 = а_2,5.

а1,25

Частный остаток а_1,25 равен массе навески

на сите 1,25. А_1,25 = а_2,5+а_1,25.

а0,63

Частный остаток а_0,63 равен массе навески

на сите 0,63. А_0,63 = а_2,5+а_1,25+а_0,63.

а0,315

Частный остаток а_0,315 равен массе навески

на сите 0,315. А_0,315 = а_2,5+а_1,25+а_0,63+а_0,315.

а0,16

Частный остаток а_0,16 равен массе навески

на сите 0,16. А_0,16 = а_2,5+а_1,25+а_0,63+а_0,315+а_0,16.

Для песка также вычисляют модуль крупности с целью определения группы исследуемого песка. Группа песка влияет на область применения песка в качестве мелкого заполнителя для производства того или иного класса бетона.

Крупный заполнитель характеризуют наибольшей и наименьшей крупностью. Наименьшей крупностью D_наим принято считать размер отверстий того из стандартных сит, на котором при просеивании остается не менее 95% пробы заполнителя (по массе), т.е. сквозь которое пройдет не более 5%. Наибольшей крупностью D_наиб считают размер отверстий того сита, сквозь которое проходит не менее 95% пробы заполнителя, а остается менее 5%. Соответственно этому, зерновой состав крупного заполнителя характеризуют по наибольшей и наименьшей крупности так: щебень крупностью 5-20 мм.

Зерновой состав называется непрерывным, если при просеивании пробы заполнителя через набор стандартных сит получают остатки на всех ситах. Если же какие-либо промежуточные фракции отсутствуют, то зерновой состав называется прерывистым.

9. Удельная поверхность – суммарная площадь поверхности заполнителя, отнесенную к его массе.

, [см²/г],

где SS_i – сумма площадей зерен пробы заполнителей; Sm_i – сумма массы зерен пробы заполнителей.

Удельная поверхность зависит от формы зерен и их крупности. Ее определяют: 1) в пневматическом поверхностемере по его воздухопроницаемости; 2) по фильтрации воды в гидравлическом поверхностемере; 3) по адсорбции какого-либо вещества или по способности заполнителя удерживать на своей поверхности пленку парафина или иной жидкости стабильной толщины.

10. Прочность заполнителя оценивают показателем дробимости. Однофракционный заполнитель засыпают в цилиндр, внутренний диаметр которого = 150 мм. Сверху в цилиндр вставляют стальной пуансон и через него сдавливают засыпанный в цилиндр заполнитель с усилием 200 кН (20 т). В результате проба заполнителя частично дробится. После этого пробу высыпают из цилиндра и взвешивают, затем просеивают через сито с размером отверстий, вчетверо меньшим, чем наименьший номинальный размер зерен испытуемой фракции заполнителя (0,25D_наим). Например, для фр. 5 мм – 1,25 мм.

, %,

где m – масса всей испытанной пробы, г; m₁ – масса остатка на контрольном сите после испытания, г.

Если заполнитель состоит из смеси фракций, то испытывается отдельно каждая фракция этого заполнителя, определяется ее дробимость, а дробимость всего заполнителя – общая дробимость, определяется по средневзвешанному значению:

Др^общ = Др^фр.5×а₅ + Др^фр.10×а₁₀ +…+ Др^фр.n×а_n, %,

где Др^фр.n – дробимость каждой фракции заполнителя, %; а_n – частный остаток каждой фракции заполнителя, г.

Предел прочности при сдавливании в цилиндре представляет условную относительную характеристику заполнителя, так как нагрузка передается не на всю площадь сечения цилиндра, а только через отдельные точки контакта между зернами. Поэтому при делении нагрузки на площадь поперечного сечения цилиндра прочность заполнителя значительно ниже.

11. Водостойкость характеризуют коэффициентом размягчения.

,

где R_нас – предел прочности заполнителя в насыщенном водой состоянии, МПа; R_сух – предел прочности сухого заполнителя, МПа.

Водостойкость связана с водопоглощением и природой вещества заполнителя.

12. Морозостойкость – способность заполнителя выдерживать в насыщенном водой состоянии многократное попеременное замораживание и оттаивание.

, %,

где m₁ – масса заполнителя до испытания, г; m₂ – масса остатка на сите после испытания на требуемое циклов замораживания и оттаивания, г.

Размер сита соответствует минимальному размеру испытываемой фракции. Потерю массы сравнивают с допустимой для данного заполнителя по ГОСТ.

Назначение заполнителей.

– Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и, следовательно, позволяет резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной составной частью бетона.

– Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. 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 конструкции 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, для теплоизоляции.

– Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители снижают проникновение радиации через бетонные ограждения на АЭС.

Классификация заполнителей.

По величине зерен:

1) мелкий;

2) крупный.

Мелкий заполнитель – это песок с размером зерен до 5 мм. Крупный – это заполнитель с размером зерен более 5 мм. По форме зерен крупный заполнитель делят на гравий и щебень. Гравий содержит зерна окатанной формы, щебень – угловатой формы.

По насыпной плотности:

1) тяжелый (r свыше 1000 кг/м³ для крупного заполнителя и свыше 1200 кг/м³ для мелкого);

2) легкий (r до 1000 кг/м³ для крупного и до 1200 кг/м³ для мелкого).

По структуре:

1) плотные;

2) пористые (П ³ 10%).

По условию образования заполнители бывают:

1) Природные (естественные) заполнители, которые делятся на

а) добываемые непосредственно в месторождениях (например, песок вторичных отложениях);

б) сортированные (песок и гравий, получаемые сортировкой природных песчано-гравийных смесей);

в) дробленые (щебень и песок, получаемые дроблением природных каменных пород).

2) Искусственные заполнители делятся на

а) используемые отходы других отраслей промышленности (золы ТЭС, топливные шлаки, отходы деревоперерабатывающей промышленности).

б) получаемые специальной переработкой промышленных отходов (шлаковая пемза, зольный гравий);

в) получаемые из природного сырья вспучиванием при обжиге или иной обработкой (керамзит, аглопорит).

По назначению:

1) для тяжелого бетона;

2) для легкого бетона;

3) для бетонов специального назначения (жаростойкие, кислотосойкие, декоративные и др.).