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.

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 сланцев Лебединского 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.

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.