Классификация строительного песка и критерии его качества, как заполнителя для бетонов и растворов

1.1. Общие сведения о песке.

Распределение запасов гравия щебня, и песка, удовлетворяющих требованиям ГОСТ на заполнители для бетона, далеко не равномерное. Горные и предгорные районы обладают практически неограниченными запасами изверженных, осадочных и метаморфических пород, которые могут быть с использованы в виде щебня. В поймах большинства рек имеются большие залежи гравия и естественных смесей песка и гравия, так называемых «шагалов».

В пустынных и полупустынных районах карьеры высококачественного крупного заполнителя довольно редки, встречается в небольших по запасам далеко отстоящих друг от друга место рождениях слабых неметаморфизованных известняков-ракушечников. Пески, удовлетворяющие требованиям ГОСТ для гражданского и промышленного строительства, сконцентрированы преимущественно в конусах выноса и поймах горных и предгорий рек.

Основные запасы мелкозернистых песков находятся в песчаных пустынях, представляющих собой своеобразную область с особым климатом, гидрологией и морфологическими формами. Добыча его может осуществляться в любом месте предназначенном для постройки сооружений. Месторождение песка в этом случае выбирается в зависимости от близости к объекту строительства и качества (крупность, пористость, насыпная плотность и пр.).

1.1.1. Генезис песков

Основные физико-механические показатели песка зависят в канительной степени от условия его образования, характера взаимоотношений с окружающей средой. Не зная, как данные пески возникли, невозможно правильно понять ни состав, ни свойства, ни физические и другие явления, которые протекают в песках. Таким образом, свойства песка находятся в непосредственной взаимозависимости с его генезисом.

В песчаных массивах насчитывается сравнительно небольшое количество генетических типов песка. Основная масса песков пустынь аллювиального происхождения.

Второй источник происхождения песков - выветривание коренных горных пород. Разрушение горных пород происходило в основном в палеозое (пермский период), затем материал неоднократно переотлагался, окончательно сформировались песчаные толщи в 4 меловой период. Пески первоначально образовывались преимущественно из изверженных пород района.. Продукты разрушения горных пород постепенно перемещались под воздействием господствующих ветров/

Пески как аллювиального, так и элювиального происхождения подвергались длительному воздействию различных природно-климатических факторов: мороза, воды, ветра и др., результате чего явились эоловые отложения в виде отдельных барханов, барханных гряд и толщ. Песок в процессе перевеивания сортировался, причем более крупные частицы, естественно, отлагались ближе к источникам их происхождения, более мелкие относились Дальше, на расстояние до 500—800 км. В строительной практике необходимо отдавать предпочтение «коренным», карьерным пескам, расположенным вблизи источников своего происхождения, поскольку они значительно крупнее барханных и обладают лучшим гранулометрическим составом.

Широко распространены пески смешанного типа, образовавшиеся вследствие совместного перемещения аллювиальных и «коренных» песков.

Встречаются также пески, возникшие в результате перевеивания морских меловых отложений. Типичными представителями песков такого рода являются муйнакские.

В очень незначительном количестве встречаются гипсовые пески, являющиеся продуктом распада кристаллизовавшихся в обсохших морских лагунах, на солончаках и в высохших озерах гипсовых пород, эоловые пески из ракушечных отложений и пески из солончаковых глин. Однако разновидностей песка этого типа настолько мало, что какого-либо производственного интереса они не представляют.

В конусах выноса горных рек и предгорьях имеются большие запасы элювиальных крупнозернистых несортированных песков с включениями дресвы и щебня.

Для всех пустынных песков характерно почти полное отсутствие глинистых частиц и пыли, унесенных ветром в процессе перевеивания.

1.1.2. Минералогический и химический состав песка.

Генезис песков определяет их минералогический состав. Пс мнению Б. А. Федоровича, все среднеазиатские пески, состоящие более чем из 45 минералов, из которых 28 встречаются в каждом образце, крайне незначительно отличаются в пробах разного возраста и разных районов, за исключением южных районов, сложенных выносами рек Мургаб, Теджен и мелких рек Копет Дата .

По содержанию минералов все виды среднеазиатских песков с точки зрения строительных целей объединены в три основные группы:

1. желтые барханные (эоловые) и карьерные «коренные» пески мелового возраста, морские пески;
2. серые слюдистые пески аллювиального происхождения типичные для русел и поймы рек;
3. пески нормальной крупности конусов выноса горных рек гравийно-песчаные смеси, элювиальные пески и др.

Содержание основных минералов в песках Средней Азии приведено ниже:

Примечание. Под прочими имеются в виду частицы либо коагломерированные, либо агрегатные, минералогический состав которых не мог быть определен обычными методами.

Колебания содержания отдельных минералов в песках внутри каждой группы обусловливаются некоторым различием генезиса отдельных представителей группы: условиями перемещения и накопления частиц, их сортировкой и т. п.

В литературе отсутствует твердо установленная классификация песков по минералогическому составу, и пески, описанные выше, не представляется возможным отнести к группе кварцевых или полевошпатовых по геологической номенклатуре. Поэтому, не претендуя на всестороннюю оценку, в дальнейшем сохраним принятую в работе терминологию: желтые, серые слюдистые и элювиальные.

Желтые и серые слюдистые пески обладают сравнительно устойчивым минералогическим составом. Процессы выветривания в них протекают в значительно меньшей степени, чем в элювиальных всилу их почти закончившейся природной переработки. • Наиболее показательным признаком, позволяющим определять принадлежность песков к той или иной группе, является содержание в них кварца и кальцитов. Химические элементы, входящие в состав песков, находятся в различных химических соединениях в виде окислов и солей. Данные химических анализов более чем 60 разновидностей песка различных месторождений Каракумов и Кызылкумов позволяют сгруппировать эти пески по содержанию химических соединений в три группы, аналогичные группам для минералогического состава. Химический состав песков Средней Азии приведен ниже:

Более стабилизировавшимися по химическому составу являются также I и II группы. Сопоставление химических соединений II и III групп еще раз подтверждает гипотезу о происхождении серых слюдистых песков из продуктов разрушения горных пород, находящихся в верховьях рек Амударьи и Сырдарьи, так как пределы содержания отдельных окислов значительно ближе, чем у I и II или I и III групп. Часто встречающиеся в Каракумах и Кызылкумах промежуточные по цвету пески можно отнести к I или Ц группе по содержанию в них SiO2, CaO, R2O3.

Химический и минералогический составы песков взаимно связаны и являются показателями, характеризующими их генезис, в значительной степени обусловливают строение песка и все его важнейшие свойства.

1.2. Основные физико-механический показатели мелкозернистых песков.

1.2.1.Гранулометрический состав, размеры и форма частиц песка.

Элювиальные пески по крупности и фракционному составу ближе всего соответствуют требованиям ГОСТ. Желтые и серые слюдистые пески, наиболее типичные для среднеазиатских пустынь,. лень мелкие и не удовлетворяют требованиям стандартов.

Гранулометрический анализ прохода песка через сито 0,14 мм, проведенный пипеточным методом, показал следующие результаты .анализы проведены в химической лаборатории САНИИРИ).

По принятой в строительной практике градации содержание пылевидных и илистых частиц (0,14—0,005 мм) составляет: желтых песков от 6,0 до 90,0%, у серых—от 5,5 до 90%, у элювиальных— от 1,0 до 4,0%; глинистых частиц соответственно от 0,006. до 3, 12, от 0,04 до 3,01 и от 0,05 до 0,12%. Причем, основную массу (от 1,0 до 90%) прохода через сито 0,14 мм составляют фракции размером 0,10—0,05 мм. В серых слюдистых песках в значительном количестве (до 30%) содержится фракция размером 1,05—0,01 мм.

Необходимо отметить, что мелкие частицы могут быть отнесены к илистым и глинистым лишь условно - по размерам.

Параллельный химический и петрографический анализы выявили, что мелкие фракции в основном кварцевые, фактическое содержание глинистых частиц составляет- от 0 до 1%.

Микроскопия и микрофотографирование подтвердили предположение о широте диапазона размеров частиц песков. Так, размер частиц песка из месторождения составляет 0,05—0,1., месторождения Караколь 1-3 мм (рис. 1,6). Ход-хейлийский песок является представителем самых мелких, Караколь - самых крупных песков, встречающихся в пустынных и полупустынных районах.

Желтые и серые слюдистые пески имеют хорошую отсортированность частиц, что связано с условиями их перемещения и отложения. Доказательством этого служит сравнительно малое число фракций и явное преобладание одной фракции над другими, что не наблюдается у песков нормальной крупности.

1.2.2. Плотность, насыпная плотность и пористость песка.

В литературе для сыпучих рыхлых материалов принято определять истинную и насыпную плотность. Истинная плотность - масса единицы объема абсолютно плотного материала (г/см3, кг/м3), насыпная плотность - масса единицы объема рыхло насыпанных материалов, включая поры внутри частиц и пустоты между ними. Истинная плотность песков является функцией минералогического состава, так как содержание в них органических и других примесей незначительно, т. е. практически определяется содержанием кварца (2,65—2,66), полевых шпатов (ортоклаз - 2,54-2,58, плагиоклаз 2,67-2,74), кальцита (2,71-2,72), слюд (мусковит 2,76-3,0, биотит 2,70-3,10), гипса (2,31-2,32) и прочих компонентов.

Разница в генезисе песков, процессе их переотложения и сортировке определила их минералогический состав, что в свою очередь отразилось и на истинной плотности песка различных групп:

Наиболее широки пределы колебания от у серых слюдистых песков, что объясняется очень сложными и разнохарактерными процессами их переноса и отложения, влияющими на содержание в них различных минералов. В общем же истинная плотность типичных представителей песков Средней Азии колеблется в довольно незначительных пределах: от 2,60 до 2,63 г/см3. В случае отсутствия данных, эти цифры могут быть использованы в качестве расчетных.

Насыпная плотность песка определяемая содержанием частиц песка в единице объема, представляет собой показатель, необходимый для решения многих инженерно-строительных и научно-исследовательских задач. Являясь функцией факторов, характеризующих истинную плотность песка, зависит и от размеров, формы, фракционного соотношения, влажности части и состояния их уплотнения. Для строительных целей принято определять плотность песка в сухом рыхлом, так называемом «стандартном» состоянии. Насыпная плотность среднеазиатских желтых и серых слюдистых песков значительно ниже плотности песков нормальной крупности, что объясняется однородностью зернового состава и мелкозернистостью частиц. Наивысшую насыпную плотность (1,47—1.50) имеют элювиальные пески, отличающиеся от желтых и серых слюдистых лучшей гранулометрией и сравнительно пропорциональным распределением фракций.

Пористость песка - одна из наиболее показательных характеристик песка, влияющих на свойства и качество строительных растворов и бетонов. Коэффициент пористости, указывая на процентное содержание пустот в единице объема, одновременно позволяет судить о количестве цементного теста, которое необходимо израсходовать для получения плотного раствора или бетона.

Пористость мелкозернистых песков, как правило, значительно выше пористости песков нормальной крупности, и составляет от 37.0 то 55.0.

Верхний предел пористости относится, как правило, к более мелким пескам, нижний - к более крупным, что согласуется с данными П. Фадеева, утверждающего, что пористость у однородных кварцевых и полевошпатовых песков увеличивается с уменьшением диаметра частиц.

Пористость песков существенным образом зависит от формы частиц, а нескольку форма обусловливается минералогическим составом, то следовательно, и от последнего, причем наибольшую |пористость имеют разности, состоящие из минералов пластинчатого строения, пример, слюды.

Пористость песка зависит также от степени уплотнения, т. е. от порядка расположения частиц песка. Поэтому для сравнимости результатов ее следует определять для одного и того же, предусмотренного ГОСТ, стандартного состояния песка. Расчет пористоости (П, %) с достаточной для строительных целей точностью можно производить по формуле.

Пористость может быть значительно снижена путем смешивания двух или большего количества видов песков различного гранулометрического состава. Например, при смешивании кызылкумского песка : 50% (по массе) высевок, получающихся при дроблении камня на щебень, пористость снижается с 46,4 до 41,1%.

Одновременно качество растворов и бетонов на таких смесях резко улучшается: повышаются прочность, плотность и морозостойкость, чему способствует и уменьшение удельной поверхности.

Таким образом, для понижения пористости мелкозернистых песков можно рекомендовать «облагораживание» их так называемым «укрупнителем», т. е. природным песком или высевками, получающимися на стройках при дроблении естественных и искусственных каменных материалов на щебень. Соотношение мелкого и крупного песков в смеси не является стабильным и может колебаться в очень широких пределах, поэтому должно определяться в каждом конкретном случае.

1.2.3. Водные свойства и поверхностная энергия песка.

Характер взаимодействия мелкого заполнителя с цементным тестом в определенной степени обусловливается, наряду с прочими факторами, водными свойствами и поверхностной энергией песка. К водным свойствам песка, представляющим наибольший интерес с точки зрения использования его в качестве заполнителя в растворах и бетонах, следует отнести гидрофильность (способность его поверхности смачиваться водой), водоудерживающую способность и влагоемкость (адсорбционные свойства).

Количество воды, идущее на смачивание частиц заполнителя, необходимо учитывать при подборе составов строительных растворов и бетонов. От свойств поверхности смачиваться жидкостью зависят контакт цементного теста с заполнителем, водоудерживающая способность растворов и бетонов: чем лучше смачивается минерал водой, тем больше он может удержать ее на своей поверхности, тем прочнее связь заполнителя с тестом, тем выше водоудерживающая способность, противодействие расслаиванию и получаемая плотность растворов и бетонов.

Мерой гидрофильности поверхностей твердых тел служат краевой угол смачивания, определяющий собой отношение адгеии: жидкости к твердому телу к когезии самой жидкости. Он характеризуется степенью растекания капли жидкости на поверхности исследуемого минерала: чем больше, тем меньше степень смачивания.

Вода на поверхности чистого кварца образует краевой угол-равный 0. Действительно чистые поверхности большинства минералов, включая сульфиды, дают весьма малые краевые углы.

Малые краевые углы смачивания минералов, входящих в состав мелкозернистых песков, свидетельствуют о хорошей их смачиваемости.

Мелкозернистые пески обладают свойством удерживать определенное количество влаги, которое принято характеризовать коэффициентом водоудерживающей способности (Кв). Он представляет собой отношение массы воды, удержанной песком, к массе сухого песка и выражается в кг/кг или процентах. Коэффициент водоудерживающей способности, являясь своеобразной характеристикой песка, зависит в некоторой степени от минералогического и гранулометрического состава, формы, размеров, взаимного расположения его частиц, характера и величины удельной поверхности и т. п.

Согласно существующим гипотезам распределения влаги в грунтах, следует предполагать, что удерживаемая песком вода состоит из гигроскопической, пленочной, гравитационной (капиллярной), и подвешенной.

Толщина слоя гигроскопической и пленочной воды зависит главным образом от размеров поверхности, крупности, формы частиц и минералогического состава песка, от внешних условий - относительной влажности, давления и температуры, и отчасти от самого метода определения количества связанной воды. Вода эта связана электрическими силами и довольно Прочно удерживается на поверхности частиц. Часть гравитационной воды стекает из пересыщенного песка, в углах пор остается капиллярная влага, а на отдельных частицах в небольшом количестве - подвешенная влага.

Основную массу воды, определяющую величину Кв, составляет гравитационная (капиллярная и подвешенная), так как ее количество зависит от степени пористости и размера пор песка. В очень мелких песках размеры пор настолько малы, что гравитационная вода не может быть удалена из них действием собственной массы, так как удерживается капиллярными силами.

Увеличение удельной поверхности, т. е. уменьшение крупности зерен песка, вызывает Изменение содержания пленочной и гигроскопической влаги.

При возрастании удельной поверхности со 131 до 336 см2/г количество пленочной и гигроскопической влаги в песке повышается с 1,0 до 5,5%, т. е. на 4,5%, причем в первом случае оно составляет всего 4,1%, а в последнем -15,6% общего количества удержанной воды. Прирост же гравитационной воды, составляющей 84,4—95,6% суммарного количества удержанной воды, равен 8,5%.

Таким образом, по мере диспергирования песка Кв возрастает в основном за счет увеличения количества удержанной капиллярными силами гравитационной воды.

Для сравнительно крупных песков, имеющих величину удельной поверхности до 150 см2/г, находится в прямой пропорциональной зависимости от. В этом случае зерна песка еще достаточно крупные, и поры между ними заполнены гравитационной водой лишь частично. По мере возрастания удельной поверхности размеры капилляров уменьшаются, и гравитационная вода заполняет почти все межзерновые пустоты песка. Объем воды, удержанной песком, приближается к объему пустот. При размерах выше 150 см2/г Кв характеризует дисперсность и капиллярность в большей степени, чем удельную поверхность. У анизотропных частиц серых слюдистых песков капиллярность выше чем у желтых окатанных, так как точек контакта у первых значительно больше.

Пески при определенной степени увлажнения удерживают только пленочную и гигроскопическую воду, находящуюся на из поверхности в виде тончайшего слоя.

Взаимодействие заполнителей и цементного теста, так называемая адгезия, обусловливается рядом факторов, среди которых важное значение имеет поверхностная энергия компонентов. Частицы песка обладают определенной поверхностной энергией. Как известно из области физической химии, абсолютная величина поверхностной энергии дисперсной системы измеряется произведением поверхностного натяжения, возникающего на границе соприкосновения частиц дисперсной фазы с дисперсной средой, и величины суммарной поверхности всех частиц дисперсной фазы. Обычно измерение этих величин связано с рядом условных допущений, и полученный результат, как правило, далек от фактического. Поэтому пределы колебаний величин поверхностной энергии мелкозернистых песков различной крупности и минере логического состава были установлены по условному показателю способности связывать воду.

Способность связывать гигроскопическую и пленочную воду определялась по толщине ее слоя на поверхности частиц песка, получаемой от деления объема связанной воды на активную поверхность адсорбента.

Удельная поверхность песка определена с помощью пневматического поверхностемера, количество связанной воды - методом влагоемких сред.

Толщина слоя связанной воды составила у исследованных мелкозернистых желтых и серых слюдистых песков от 0,0007 до 0,0016 мм или, принимая диаметр молекулы равным 2,76- 107мм, от 2540 до 5800 диаметров молекул воды. Она зависит главным образом от формы и размеров частиц и для мелкозернистых песков колеблется в довольно узких пределах. Средневзвешенная толщина слоя равна 0,0012 мм или 4220 диаметрам молекул с отклонением в ту или другую сторону в 1,7 раза:

Толщина слоя связанной воды у различных по генезису серых слюдистых и желтых мелкозернистых песков приблизительно одинакова, в то время как у элювиальных песков колеблется в очень широких пределах и составляет у дресвы Актау 0,00234 мм, речного ортотоканского песка 0,0031 мм, искусственного дробленого порфиритового песка 0,0035 мм и т. д. Это дает основание предполагать,, что суммарные величины поверхностной энергии минералов, входящих в состав желтых и серых слюдистых песков различной крупности, близки, т. е. характер взаимодействия единицы поверхности этих песков в цементных растворах и бетонах может считаться практически одинаковым.

1.3.Современное представление об оценке качества песка, как заполнителя растворов и бетона.

1.3.1. Методы оценки качества песка

Физико-механические свойства бетона в значительной степени зависят от качества мелких заполнителей, лучшими из которых, как известно, являются пески нормальной крупности. Однако доля таких песков в общем количестве песчаных месторождений невелика, и строительные организации вынуждены зачастую применять местные мелкие пески.

Единого взгляда на оценку таких песков с точки зрения пригодности их как заполнителей для бетона до сего времени ни в России, ни за рубежом не существует.

Наиболее широко распространены методы оценки заполнителей по зерновому составу песка. Анализ зернового состава песка может осуществляться следующими способами:

1. основанными на измерении величины каждого зерна с последующим их подсчетом;
2. гидравлическими, заключающимися в разделении песчаных зерен по величине в зависимости от скорости падения их либо спокойной, либо в движущейся воде;
3. ситовыми.

Основным в строительной практике является ситовой анализ, обладающий рядом преимуществ по сравнению с другими методами. Он обеспечивает автоматическое разделение данной совокупности зерен на постоянные фракции независимо от их плотности, позволяет уменьшить ошибку опыта за счет увеличения навески, требует сравнительно небольшой затраты времени на необходимые определения. К недостаткам этого метода относятся невозможность учета формы зерен, так как в отверстия сита могут пройти и шаровидные, и лещадные частицы; зависимость точности просеивания от его продолжительности; неодинаковость в личины отверстий у плетеных сит; постепенное снижение точности анализа в результате износа сит .

Зерновой анализ не дает полной качественной и количественной характеристики. На его основе предложены различные приемы оценки песка: по модулю крупности, средней крупности зерен и объему пустот, графические и графо-аналнтические способы - по нормативным и интегральным кривым.

Оценка по модулю крупности также не дает четкого представления о качестве песка, так как сам модуль является величиной, не имеющей определенного физического смысла (сумм полных остатков на ситах, деленная на сто). Одинаковый модуль крупности могут иметь пески совершенно различного зернового состава. Поэтому при характеристике мелкого заполнителя модулем крупности необходимо иметь какие-либо дополнительные критерии. Недостаточность оценки по модулю крупности особенно проявляется на примере мелкозернистых песков (отличные по зерновому составу пески могут иметь почти одинаковые значения модуля крупности).

По значению среднего диаметра пески делили на крупнозернистый песок (dср >0,35мм), среднезернистый песок (dср — 0,25—0,30 мм)и мелкозернистый песок (dср <0,25 мм). Значительное количество экспериментальных работ по определению размеров зерен песка подтвердило справедливость этого метода для крупнозернистого и среднезернистого песков. Для мелкозернистого песка величины dср-вычисление, оказываются значительно завышенными по сравнению с фактическими. Это объясняется недостаточным размером содержания в мелких песках пылеватых, илистых и глинистых частиц, достигающего в отдельных случаях 95%. Из приведенных данных видно, что чем мельче песок, тем больше рождения между вычисленным и фактическим dср, определеным непосредственным измерением при помощи микроскопа.

Результаты зернового анализа песка могут быть представлены так же в графической форме. Наиболее широко применяется способ сравнения кривой просеивания песка с нормативными кривыми, позволяющий судить о характере распределения отдельных фракций песка о возможности и способах обогащения заполнителя, но не дающий количественной характеристики песка для расчета составов бетонов и растворов. В связи с этим предложено еще несколько методов косвенной характеристики качества песка.

Песок можно оценивать по коэффициенту смачивания, представляющему собой отношение массы воды, необходимой для минимального смачивания поверхности зерен песка, к его массе. Пески по коэффициенту смачивания рекомендовалось делить на три категории в зависимости от степени прочности приготовленного из них раствора. Однако исследования показывают, что на песках с одинаковой водопотребностью, но с разными размерами и формой зерен, растворы получаются с различными свойствами.

Рекомендовано характеризовать песок модулем пластичности, определяемым по глубине погружения в раствор состава 1:2,5 по массе с В/Ц=0 Для крупных песков этот метод дает определенные результат для мелкозернистых при В/Ц = 0,6 и составе 1:2,5 получается очень жесткий раствор. Следовательно, метод применим для весьма ограниченной группы песков.

Таким образом, рассмотренные выше методы оценки качества песка в какой-то степени характеризуют заполнители, удовлетворяют требованиям ГОСТ, но недостаточно отражают свойства более мелких песков, которые также применяются в бетонах растворах.

Отсутствие единой методики оценки песка привело к тому, что нормативными документами рекомендуются различные критерии для оценки мелкого заполнителя. Так, ГОСТ 10268—80 рекомендует деление песка по крупности на четыре группы в зависимости от модуля крупности и полного остатка на сите с сеткой: крупный, средний, мелкий и очень мелкий, а также оценку песка по кривой просеивания. Однако эти критерии характеризует лишь качественную сторону и не могут быть использованы как Расчетные величины при проектировании составов растворов и бетонов. Такое разнообразие в требованиях к качеству песка приводит в отдельных случаях к неверной оценке пригодности его как заполнителя, что не может не сказаться на качестве строительных изделий я конструкций.

1.3.2 Значение поверхности и пористости строительного песка в формировании структуры и прочности бетона и раствора.

Во многих физических и физико-химических процессах решающую роль играют факторы поверхности и распределения частиц в единице объема, определяющие взаимоотношения между различными фазами в гетерогенных соединениях и влияющие на качество и скорость взаимодействия реагентов. Многими учеными в области строительных материалов большая роль отводится показателям поверхности и пористости заполнителей. Разрушение бетона при сжатии происходит в результате поперечного расширения материала, при этом превалирующая роль принадлежит силам сцепления, которые, как известно, зависят от характера вяжущего, заполнителя, а также состояния и размеров их удельных поверхностей.

Считается, что расход цементного теста зависит от пустотности отощителя и поверхности его. Поверхность играет тем большую роль, чем больше толщина смазки, расход цементного теста на единицу объема бетона или раствора в единице объема бетона (раствора), см2. При применении в строительных растворах и бетонах в качестве заполнителя мелкозернистых песков влияние их пустотности сказывается в еще большей степени.

Например, растворы состава 1:2 по массе, равной пластичности, приготовленные на вяжущем марки 400, имеют в 28-суточном зачете следующие пределы прочности при сжатии: при применении песка с удельной поверхностью 59 см2/г - 42,8 МПа, 184 см-т - 4,1, 311 см2/г -11,4 МПа.

Понижение прочности происходит вследствие недостаточности цементного теста для обмазки всей поверхности и заполнения пустот в песке. Следовательно, увеличение удельной поверхности песка влечет за собой повышенный расход цемента в растворах и бетонах. Для получения плотного раствора и бетона достаточно заполнить межзерновые пустоты цементным тестом, а для придания смеси определенных пластических свойств - добавить некоторое количество цемента на обмазку поверхности заполнителя.

Результаты наших исследований показали, что для получения равных прочностей растворов на песках различного зернового состава, но с одним и тем же значением удельной поверхности и пористости требуется одинаковый расход цемента. Это же положение было высказано в работе «Классификация натуральных песков и ее использование при расчете составов бетона» (перевод с английского Б. Г. Скрамтаева): «Если зерновой состав смеси заполнителей изменяется таким образом, что удельная поверхность остается постоянной, то бетон получится с одинаковыми свойствами.

Экспериментальные исследования взаимосвязи удельной поверхности заполнителя с его физико-механическими показателями и характеристиками свежеизготовленных и затвердевших растворов и бетонов позволили сделать окончательный вывод о возможности оценки качества мелкого заполнителя по величинам удельной поверхности и пористости, при этом основное значение имеет удельная поверхность. Повышение удельной поверхности и пористости ведет при равных расходах цемента к ухудшению пластичности бетонов и растворов, вызывает снижение их прочности. плотности и морозостойкости бетона, расход цемента для получения равнопрочных растворов одинаковой пластичности резко возрастает.

Полный расход цементного теста для получения плотного раствора (бетона), обладающего необходимыми пластическими свойствами, складывается из расхода на обмазку поверхности зерен заполнителя и расхода на заполнение пустот. Расход на раздвижку зерен цементным тестом при применении в качеств заполнителя мелкозернистых песков можно не учитывать, так как при перемешивании происходит перераспределение зерен песка с уплотнением, и объем изготовленного раствора и бетона за счет последующей раздвижки зерен практически не увеличивается.

Полный расход цементного теста : Т=Т1+Т2, где подчеркивается значение удельной поверхности раздела «заполнитель - цементное тесто», достигающей в растворах и бетонах на мелкозернистых песках 16—20 тыс. м2 на 1 м3.. Физико-химические свойства этой поверхности обусловливают характер структурообразования, а также твердения растворов и. бетонов.

Для избежания излишней траты цемента толщина обмазки поверхности зерен должна быть минимальной, т. е. необходимо: более тонкое измельчение вяжущего. Для получения равных прочностей при использовании растворов на песках с различной гранулометрией, но с одним и тем же значением удельной поверхности я пористости требуется одинаковый расход цемента. Для проверки этого положения было проведено несколько; экспериментов: цемент готовилось из мелкозернистых песков различной крупности, гранулометрии, минералогического, состава в количестве, достаточном для обмазки поверхности и теоретически полного заполнения пустот при различных водоцементных отношениях. В опытах величина суммарной поверхности частиц песка сохранялась постоянной (1 млн. см2), толщина обмазки 14t (средняя крупность зерна цемента). Ниже приведены результаты одного из экспериментов (водо-цементное отношение раствора 0,6).

Во всех случаях при полной обмазке поверхности и заполнении пустот цементным тестом показатели пластичности и прочности растворов были одинаковыми независимо от соотношения цемент - песок по массе, крупности и формы частиц и минералогического состава песка. Таким образом, для оценки качества мелкозернистых песков как заполнителей для растворов и бетонов можно рекомендовать величины удельной поверхности.

1.3.3. Классификация песка как заполнителя для растворов и бетонов по величинам удельной поверхности и пористости

На основании разработок автора в ГОСТ 8735-58 «Песок для строительных работ. Методы испытаний» была впервые включена методика определения удельной поверхности песка с помощью реконструированного для этой цели пневматического поверхностемера. В ГОСТ 8736-62 «Песок для строительных работ. Общие требования» была принята новая классификация песков с учетом удельной поверхности.

Результаты определения удельной поверхности песка по зерновому составу при условии принятия формы зерен шарообразной являются неточными, что подтверждает необходимость проведения не расчетного, а экспериментального вычисления удельной поверхности. Это особенно важно при применении песков, содержащих значительное количество мелких фракций.

Утверждены «Временные указания по назначению составов бетонов на мелкозернистых песках различной крупности и оценка качества песка, РСН-2-66». в которых рекомендовано классифицировать пески различной крупности по «маркам», учитывающим величину удельной поверхности и приведенной пустотности.

Отнесение песка к той или иной марке производится на основании величины удельной поверхности: чем она меньше, тем крупнее песок. Поэтому при наличии нескольких месторождений следует выбирать для бетона песок с меньшей величиной удельной поверхности. Значение приведенной пористости учитывается при анализе расхода цемента в бетоне.

Удельную поверхность в лабораторных условиях рекомендуется определять с помощью реконструированного и приспособленного для этой цели пневматического поверхностемера.