Свойства заполнителей и методы испытаний.

1. Плотность заполнителей – отношение массы материала заполнителя к его объему в различных состояниях.

Различают:

· истинную плотность (в абсолютно твердом состоянии, т.е. без пор, пустот и каналов)

где m – масса единицы объема абсолютно твердого тела, кг

V_m – объем материала в абсолютно плотном состоянии, м³

Истинная плотность горной породы или зерен заполнителя определяется путем измерения массы единиц объема измельченного высушенного материала. Используют пикнометрический метод с использованием прибора Ле-Шателье.

· среднюю плотность (включая поры и пустоты, т.е. в естественном состоянии)

где m – масса образца, г

V – объем образца, см³.

Среднюю плотность горной породы и зерен заполнителя определяют путем измерения массы единицы объема кусков породы или зерен заполнителя без измельчения их. Используют весы для гидростатического взвешивания заполнителей.

· насыпную плотность (для дисперстных и кусковых материалов; с учетом межзерновых пустот). Величина плотности зависит от условий среды в которой находится материал (влажность, температура и др.)

где m₁ – масса мерного сосуда с заполнителем, кг

m₂ – масса мерного сосуда, кг

V – объем мерного сосуда, м³.

2. Пористость характеризуется степенью заполнения материала порами.

По величине пор разделяют:

- мелкопористые материалы (сотые, тысячные доли «мм»)

- крупнопористые (десятые доли – 1-2 мм)

Пористость зерен определяется расчетом по данным о истинной и средней плотности зерен заполнителя:

где ρ_m – средняя плотность;

ρ – истинная плотность.

Плотность и пористость имеют большое значение, т.к. с ними связаны такие свойства как прочность, водопоглащение, водопроницаемость, теплопроводность, морозостойкость.

3. Межзерновая пустотность – ячейки, образующиеся между зернами рыхлого материала (песка, щебня). Зависит от формы зерен и плотности их укладки, что в значительной степени влияет на расход цемента и свойства бетона. Теоретически пустотность не зависит: от крупности зерен и составляет 20 – 30% (песка и щебня – 35-43%). Объем межзерновых пустот определяется расчетом по данным о насыпной и средней плотности зерен заполнителя:

где - насыпная плотность заполнителя, кг/м³;

- средняя плотность заполнителя, г/см³.

4. Водопоглащение – способность заполнителя впитывать и удерживать воду. Характеризуется количеством воды, поглощаемой сухим материалом, полностью погруженного в воду, и выражается в % от массы или объема сухого заполнителя. Водопоглощение заполнителя по массе считают по формуле:

где m – масса сухого материала, г

m₁ – масса насыщенного водой материала, г.

по объему:

где W^’_погл – водопоглощение за 1 час, %

- средняя плотность зерен заполнителя, г/см³;

- плотность воды, равная 1 г/см³.

5. Форма зерен и их взаимная укладка. Насыпная плотность, пустотность и др. в значительной степени определяются формой зерен заполнителя. С увеличением угловатости зерен – пустотность возрастает. Особенно увеличивается пустотность при применении зерен удлиненной формы (игольчатой, лещадной). Если имеются зерна двух фракций, значительно отличающихся по размеру, то наименьший объем пустот можно определить по формуле:

где - пустотность относительно крупного и мелкого заполнителя;

V – полный объем смеси.

Если заполнитель – смесь зерен разной формы, то с увеличением в ней зерен окатанной формы пустотность уменьшается.

В действующих ГОСТах оценивают форму зерен заполнителей соотношением их размеров. По ГОСТ 8267 определяют содержание в щебне и гравии пластинчатых и игловатых зерен.

Содержание зерен пластинчатой (лещадной), игловатой формы оценивается количеством зерен, толщина которых менее длины в три раза и более.

,

где m₁ – масса зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, г;

m – масса аналитической пробы, г.

По форме зерен щебень делится на 4 группы:

I – до 15%

II – св. 15 до 25%

III – св. 25 до 35%

IV – св. 35 до 50%

По ГОСТ 9758 для пористых заполнителей определяют коэффициент формы в крупном заполнителе. Коэффициент формы зерен вычисляется путем деления наибольшего размера зерна на наименьший:

6. Зерновой состав – содержание зерен разной крупности. Определяется просеиванием пробы через стандартные сита (от 0,16 до 80(70) мм). Заполнители характеризуются Д _наиб и Д _наим крупностью. D и d характеризуют размеры отверстий сит, полные остатки на которых составляют соответственно – до 10% на D и 90 – 100% на d.

Мелкий заполнитель характеоизуется полными остатками на ситах и модулем крупности.

7. Удельная поверхность заполнителя.

Зерна заполнителя обволакиваются цементным тестом. Расход цементного теста связан с суммарной площадью поверхности заполнителя.

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

,

где - суммарная площадь поверхности зерен пробы заполнителя, см³ (м²);

- суммарная масса зерен, т.е. масса пробы заполнителя для которой определяется суммарная поверхность.

Зависит от формы и крупности зерен. Чем более угловатые зерна, тем больше их удельная поверхность. С уменьшением размеров зерен их удельная поверхность возрастает: S ~ 1/Д _зерна. Удельная поверхность песка определяется на приборе пневматическом поверхностномере. Для щебня по скорости фильтрации воды в гидравлическом поверхностномере. Удельная поверхность мелкого заполнителя рассчитывается по формуле Ладинского:

,

где - коэффициент, учитывающий форму зерен

= 1,5 – 2,5

- частные остатки на ситах 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16; менее 0,16

8. Структура заполнителя.

Вещество из которого состоят зерна заполнителя может иметь аморфную или кристаллическую структуру, кроме того быть плотным или пористым.

9. Прочность и дробимость заполнителя.

Прочность заполнителя влияет на прочность бетона. Прочность определяется прочностью исходной горной породы и крупностью зерен. Прочность исходной горной породы определяют испытанием образцов в виде цилиндров (Ø 50, h 50 мм) и куба (50×50×50мм) на сжатие в насыщенном водой состоянии и определяют предел прочности на сжатие.

; ,

где P - разрушающие усилие, Н (кгс);

F – площадь поперечного сечения образца, см²

Следует отметить, что заполнитель в виде зерен щебня/гравия невозможно непосредственно испытывать на прочность при сжатии. Поэтому для щебня/гравия предусмотрено определение дробимости при сжатии в стальном цилиндре. Марка прочности по дробимости означает, что после испытания раздробилось не больше определенного % от всей пробы массы заполнителя; также говорят о потерях массы при испытании.

В зависимости от потерь массы устанавливают марки по прочности (существуют марки от М200 до М1400)

Дробимость в % определяют по формуле:

где m – масса аналитической пробы заполнителя, г;

m₁ – масса остатка на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре массы заполнителя, г.

10. Щебень/гравий для строительства автодорог характеризуют маркой по истираемости в полочном барабане. Марки по истираемости характеризуются потерями массы щебня/гравия при испытании: И1 (до25%), И2 (25…35%), И3 (35…45%), И4 (45…60%).

Истираемость щебня, в %:

где m – масса пробы щебня, г;

m₁ –суммарная масса остатка на сите с отверстием 5 мм на контрольном сите, г

11. Водостойкость.

Характеризуется коэффициентом размягчения.

где R _нас – предел прочности образца в насыщенном водой состоянии, МПа;

R _сух – предел прочности в сухом состоянии, МПа.

К_р ≥ 0,8 – влагостойкий материал.

11. Морозостойкость – способность заполнителя в насыщенном водой состоянии выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания, в следствие давления на стенки пор, капилляров, трещин создаваемого замерзшей водой, которая при замерзании увеличивается в объеме > 9 %. Оценкой морозостойкости является количество циклов, при котором потери массы не должны превышать требования ГОСТов (5…10%), марки F15…F400.

Потеря массы пробы:

где m – масса пробы до испытания, г;

m₁ –суммарная масса остатка на сите после соответствующего цикла замораживания и оттаивания, г.

12. Однородность.

Общим требованием для заполнителей является однородность свойств и показателей от пробы к пробе, от партии к партии. Оценивают статистическими методами. Характеристиками являются: среднеарифметическое значение (), средне квадратичное отклонение (S), коэффициент вариации (V, показатель изменчивости свойств).

где х_i – единичный результат испытания пробы;

n – число испытаний пробы.

Чем меньше V (5…7%), тем однороднее свойства заполнителя.

Дата добавления: 2015-07-08