Цупиков С.Г. (ред.) Справочник дорожного мастера

Подождите немного. Документ загружается.

Механические свойства щебня оценивают, прежде всего, по дробимости,

износу, а также по морозостойкости (табл. 6.2.7...6.2.10). Определение

качества щебня по прочности при сжатии исходной горной породы является

приближенным, так как показатель прочности зависит не только от качества

исходной горной породы, но и от размеров, формы и других признаков

щебня. Поэтому в настоящее время прочность щебня оценивают косвенно по

показателю дробимости. Марку щебня по дробимости в цилиндре оценивают

по потере в массе после приложения нагрузки. Так, марку щебня по

дробимости принимают 1200, если потеря в массе после раздавливания не

превысит 11 %. При потере свыше 11 до 13 % - марка щебня по дробимости -

1000, а при потере в массе свыше 28 до 35 % - 200.

Таблица 6.2.7

Марка щебня из осадочных и метаморфических пород по дробимости при сжатии

(раздавливании) в цилиндре [64]

Марка щебня по дробимости

Потеря в массе, % при испытании щебня

в сухом состоянии в насыщенном водой состоянии

1200 До 11 До 11

1000 Свыше 11 до 13 Свыше 11 до 13

800 Свыше 13 до 15 Свыше 13 до 15

600 Свыше 15 до 19 Свыше 15 до 20

400 Свыше 19 до 24 Свыше 20 до 28

300 Свыше 24 до 28 Свыше 28 до 38

200 Свыше 28 до 35 Свыше 38 до 54

Таблица 6.2.8

Марка щебня из изверженных пород по дробимости его при сжатии (раздавливании) в

цилиндре [64]

Марка щебня по дробимости

Потеря массы, % при испытании щебня

из интрузивных (глубинных)

пород

из эффузивных (излившихся)

пород

1400 До 12 До 9

1200 Свыше 12 до 16 Свыше 9 до 11

1000 Свыше 16 до 20 Свыше 11 до 13

800 Свыше 20 до 25 Свыше 13 до 15

600 Свыше 25 до 34 Свыше 15 до 20

По прочности при износе (истираемости) в полочном барабане щебень

подразделяют на 4 марки (табл. 6.2.9). Износ характеризует сопротивление

материала истирающим и ударным усилиям, обламыванию кромок.

Показателем истираемости является потеря массы (г) образца площадью 1

см

за определенный путь (м). Истираемость - способность каменного

материала сопротивляться истирающим усилиям. Чем больше твердость, тем

меньше истираемость. Щебень из мелкозернистых кварцевых пород в

меньшей степени подвержен истираемости.

Таблица 6.2.9

Марка щебня по износу (истираемости) в полочном барабане [64]

Марка щебня по плюсу

Износ Потеря массы при испытании, %

известняки, доломиты изверженные метаморфические и другие осадочные породы

И 1

И 2

И 3

И 4

 30

31...40

41...50

51...60

_25

26...35

36...45

46...55

Таблица 6.2.10

Марка щебня по морозостойкости [64]

Марка по

морозостойкости

Непосредственнoe замораживание -

оттаивание

Насыщение в растворе сернокислого натрия -

высушивание

число

циклов

потеря массы после

испытания, %

число циклов

потеря массы после испытания,

F 15 15 10 3 10

F 25 25 10 5 10

F 50 50 5 10 10

F 100 100 5 10 5

F 150 150 5 15 5

F 200 200 5 15 3

F 300 300 5 15 2

F 400 400 5 15 1

Морозостойкость щебня (гравия) оценивают по потере в массе после

попеременного замораживания и оттаивания (табл. 6.2.10):

q = [(q

- q

)/q

]·100, ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.2.2)

где q - потеря в массе после испытания на морозостойкость;

- масса пробы щебня (гравия) до испытания;

- масса пробы после соответствующего цикла замораживания и

оттаивания.

Щебень из естественного камня для дорожно-строительных работ для

удобства составления нормативных указаний разделен на четыре класса,

приведенные в табл. 6.2.11.

Таблица 6.2.11

Классификация щебня

Группа горных пород

Класс

щебня

Марка по

дробимости

Марка по

износу

1. Изверженные породы:

граниты, сиениты, диориты, габбро, базальты, андезиты,

трахиты и др.

1 1200 И 1

2 1000 И 2

3 800 И 3

4 600 И 4

2. Метаморфические породы:

кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты, кварциты

1 1200 И 1

2 1000 И 2

3 800 И 3

4 600 И 4

3. Осадочные и карбонатные горные породы:

известняки, доломиты

1 1000 И 1

2 800 И 2

3 600 И 3

4 300 И 4

4. Осадочные породы:

песчаники, туфы, туфобрекчии, брекчии, конгломераты

1 1000 И 1

2 800 И 2

3 600 И 3

4 300 И 4

Для получения щебня повышенного качества, однородного по прочности и улучшенной

формы, применяют обогащение - избирательное дробление, обогащение по прочности, по

форме зерен и др. При избирательном дроблении в дробилках-грануляторах улучшение

формы зерен происходит вследствие разрушения слабых зерен и примесей, что дает

возможность удалить их при последующем грохочении. При наличии разнопрочного

щебня в необходимых случаях прибегают к разделению по прочности предварительно

отгрохоченного щебня в классификаторах.

Значительно улучшить качество щебня можно путем повышения

активности поверхности зерен. Обработка зерен поверхностно-активными

веществами повышает сцепление их с вяжущими веществами или придает

зернам щебня водоотталкивающие свойства.

6.3. Минеральные вяжущие материалы

Минеральные вяжущие материалы представляют собой обычно

порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны

постепенно переходить из пастообразного состояния в твердое, приобретая

свойства камня.

Минеральные вяжущие по характеру твердения делят на две группы:

воздушного твердения, обладающие способностью после затворения

водой твердеть в сухой среде (воздушная известь, гипсовые и магнезитовые

вяжущие, жидкое стекло);

водного твердения (или гидравлические вяжущие материалы), после

затворения их водой твердеющие на воздухе и в воде, причем во влажной

среде вяжущие приобретают большую прочность. Представителями этой

группы являются цементы.

Гидравлическая известь и романцемент по составу и особенностям

процессов твердения занимают как бы промежуточное место между

воздушными и гидравлическими вяжущими: после затворения водой, начав

твердеть на воздухе, они продолжают твердеть как на воздухе, так и во

влажной среде. При дальнейшем твердении во влажной среде они

приобретают большую прочность.

6.3.1. Воздушная известь

Воздушную известь получают в результате обжига до возможно полного

разложения чистых или доломитизированных известняков или мела,

содержащих глинистого вещества не более 6...8 %. Полученную таким

способом известь СаО в виде кусков белого или сероватого цвета называют

негашеной (комковой или кипелкой).

Производство воздушной извести заключается в том, что вращающиеся

печи загружают мелкодробленым известняком, который при медленном

вращении печи подвергается равномерному обжигу. В процессе обжига

известняк (или мел), нагреваясь до температуры 900...1200С, диссоциирует с

большим поглощением тепла по реакции СаСО

+ 180кДж → Са + СО

Недожог и пережог отрицательно сказываются на качестве извести.

Пережженные куски при затворении водой медленно гасятся. Поэтому

наличие зерен пережига в строительном растворе приводит к тому, что при

гидротации зерен связанное с этим увеличение объема вызывает

растрескивание уже затвердевшего раствора.

Гашение извести протекает по реакции:

СаО + Н

О → Са(ОН)

+ 66,52 кДж,

т.е. при гашении выделяется значительное количество тепла. Полученная

при гашении малым количеством воды гидратная известь, значительно

разрыхленная за счет резкого увеличения пустотности, называется

пушонкой.

В дорожном строительстве известь используют для укрепления грунтов, а

также в качестве активатора при приготовлении асфальтобетонных смесей.

6.3.2. Портландцемент

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое

тонким помолом цементного клинкера, минеральных добавок и природного

гипса (1,5...3,5 % в пересчете на SО

). Цементный клинкер получают путем

обжига до спекания природных мергелей определенного химического

состава или искусственных смесей известняка с глиной (доменными

шлаками), подобранных в соответствии с требуемым химическим составом.

Обычно клинкер имеет следующий химический состав: СаО - 63...67 %; АlO

- 4...7 %; 2SiО

- 20...24 %; Fe

- 2...6 %; MgO, SO

и др. - 1,5...3 %.

Свойства портландцемента зависят от его минералогического состава,

наличия добавок, а также тонкости помола клинкера. По этим признакам

определяют вид портландцемента (алитовый, белитовый, быстротвердеющий

и так далее).

Тонкость помола цемента характеризуют массой порошка, прошедшего

сито № 0,08 (не менее 85 %), и удельной поверхностью зерен, содержащихся

в единице массы цемента. Удельная поверхность обычных портландцементов

2000...3000, быстротвердеющих 3500...5000 см

/г.

Плотность портландцемента составляет - 900...1300 кг/м

. При расчете

вместимости складов принимают насыпную плотность портландцемента -

1200, а при его дозировании для приготовления бетона - 1300 кг/м

Активность - способность затвердевать при затворении водой,

превращаясь в прочное камневидное тело.

Активность и марку цемента характеризуют показателем прочности при

изгибе образцов - балочек и их половинок при сжатии в возрасте 28 суток.

Предел прочности при изгибе определяют на балочках размером

4040160 мм, изготовленных из раствора пластичной консистенции

состава 1:3 - одна часть цемента и три части песка по массе при

водоцементном отношении 0,4, уплотненных на стандартной виброплощадке

и выдержанных в воде при температуре 20+3°С 28 суток. Предел прочности

при сжатии определяют после испытания на изгиб на половинках балочки.

Нарастание прочности происходит неравномерно: вначале на 3 сутки она

достигает 50 %, а на 7 сутки - 70 % от прочности в 28-суточном возрасте.

По прочности на сжатие портландцементы подразделяют на классы 22,5;

32,5; 42,5; 52,5.

Водопотребность цемента характеризуют показателем нормальной

густоты - количество воды, которое необходимо для достижения заданной

пластичности. Обычно для портландцемента нормальная густота составляет

21...28 %. Чем меньше водопотребность (нормальная густота ), тем выше

качество цемента.

Скорость схватывания цемента зависит от минералогического состава,

тонкости помола, количества воды затворения, температуры. Скорость

схватывания является важной технологической характеристикой цемента. У

портландцемента начало схватывания должно наступить не ранее 45 мин., а

конец - не позднее 12 часов от начала затворения. Обычно начало

схватывания у портландцемента наступает через 2...3 часа, а конец - через

5...8 часов. Как быстрое, так и медленное схватывание затрудняет и

усложняет организацию производства строительных работ.

Равномерность изменения объема при твердении определяют путем

испытания цементных лепешек стандартного размера кипячением их в парах

воды; при этом они не должны обнаружить усадочных деформаций.

Неравномерность изменения объема может быть обусловлена наличием в

цементе окиси кальция, окиси магния и гипса. Цемент, неравномерно

изменяющий объем при твердении, является недоброкачественным.

Цемент хранят в силосах, реже в сараях с обшивкой стен и крыш,

непроницаемых для воды. Пол сарая должен быть плотным и приподнятым

над поверхностью земли не менее чем на 30 см. При длительном хранении

активность цемента снижается. Интенсивность снижения активности зависит

от минералогического состава, тонкости помола и др. Наименее устойчивы

тонкомолотые цементы, содержащие повышенное количество С

(трехкальциевого алюмината), C

S (трехкальциевого силиката). Влажный

воздух, соприкасающийся с цементом, значительно снижает его активность.

В среднем активность портландцемента снижается через 3 месяца на 10...20

%, через 6 месяцев на 15...30 % и через 12 месяцев - на 25...40 %.

6.3.3. Особые виды портландцемента

Быстротвердеющий портландцемент представляет собой минеральное

вяжущее, которое содержит C

S около 50...60 % С

А - 8...14 %. При

повышенном содержании С

А увеличивают добавку гипса. Тонкость помола

3500...4000 см

/г.

Быстротвердеющий портландцемент обладает более интенсивным

нарастанием прочности в начальный период твердения; при этом в возрасте 1

суток прочность его должна быть не менее 20 МПа, 3 суток - не менее 30

МПа.

Пластифицированный портландцемент приготавливают путем

введения при помоле клинкера поверхностно-активных пластифицирующих

добавок. В качестве пластифицирующей добавки обычно применяют

сульфитно-дрожжевую бражку (сдб) в количестве 0,15...0,25 % (в пересчете

на сухое вещество). Пластифицирующие добавки придают цементному тесту

большую подвижность, что позволяет снизить количество воды затворения, а

это, в свою очередь, позволяет несколько уменьшить расход цемента в

строительном растворе и бетоне. В то же время пластифицирующие добавки

несколько увеличивают водопроницаемость и понижают морозостойкость

цементного камня. Пластифицированные цементы выпускают марок 400 и

500.

Гидрофобный портландцемент изготавливают совместным помолом

цементного клинкера и гидрофобных поверхностно-активных добавок

(0,15...0,3 %). В качестве таких добавок применяют мылонафт, асидол,

олеиновую кислоту и др. Эти вещества, сорбируясь на поверхности зерен

цемента, создают гидрофобную пленку, которая понижает способность

цемента взаимодействовать с влагой воздуха. В результате гидрофобный

цемент не снижает активность и не комкуется при хранении и менее

чувствителен к влажной воздушной среде.

При затворении гидрофобного цемента водой поверхностно-активные

добавки вступают в реакцию с Са(ОН)

, образуют микропены, в результате

чего происходит воздухововлечение. Цементное тесто при этом получается

более пластичным, а цементный камень более морозостойким.

Сульфатостойкий портландцемент - продукт тонкого помола клинкера,

имеющего пониженное содержание С

А (не более 5 %), C

S (не более 50 %) и

глиноземный модуль Zне менее 0,6; сульфатостойкий портландцемент

выпускают марок 400 и 500. Его применяют для бетонных и железобетонных

элементов сооружений, подвергающихся воздействию агрессивных

(сульфатных) вод, а также переменному увлажнению и высыханию,

замораживанию и оттаиванию. Для элементов сооружения, работающих в

морской воде, предпочтительно применять сульфатостойкий

портландцемент.

Пуццолановый портландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое

совместным помолом портландцементного клинкера повышенного качества с

20...50 % активных добавок и природного гипса. Гипса добавляют столько,

чтобы содержание SО

в цементе не превышало 3,5 %. Количество добавок

зависит от ее активности. Например, трепела добавляют 20...30,

вулканических пород (пемзу, пепел, туфы, трассы) - 25...40 %.

Пуццолановый портландцемент выпускают марок 300 и 400 плотностью

2700...2900 кг/м

. Из-за того, что в пуццолановых цементах меньше

гидроалюмината кальция и гидратной извести, они обладают большей

стойкостью к проточным и слабоминерализованным водам. Наряду с этим

частицы активной добавки при взаимодействии с гидратной известью,

образующейся при твердении цемента, во влажной среде набухают, что

обуславливает уплотнение бетона. Это также способствует большей

устойчивости бетонов на пуццолановых цементах, так как повышенная

плотность препятствует проникновению воды в тело бетона.

Шлакопортландцемент - продукт тонкого совместного помола

портландцементного клинкера с 20...60 % доменного гранулированного

шлака и гипса (не более 3 % при пересчете на SО

). Гранулированный шлак

по химическому составу приближается к портландцементу, но содержит

меньше СаО и больше глинозема и кремнезема. Кроме окислов СаО, SiО

, шлаки содержат в небольшом количестве MgO, МnО, FeO, CaS, FeS.

Шлакопортландцемент может быть получен также путем тщательного

смешения раздельно измельченных компонентов. Этот цемент, по сути,

является разновидностью пуццоланового портландцемента, в котором

активной добавкой служит доменный гранулированный шлак.

Шлакопортландцемент, в основном, имеет те же показания, что и

пуццолановый портландцемент.

Активность шлакопортландцемента со временем понижается быстрее, чем

портландцемента, поэтому его не рекомендуется долго хранить на складах.

Расширяющийся цемент изготавливают путем смешения глиноземистого

цемента 65...75 % и расширяющейся добавки, состоящей из 10 %

высокоосновного гидроалюмината и 20 % гипса. Начало схватывания такого

цемента не ранее 4 мин., а конец не позднее 10 мин. Линейное расширение во

влажной среде 0,5...1,0 %, на воздухе - не менее 0,05 %. Для замедления

схватывания цемента в необходимых случаях к нему добавляют сульфитно-

дрожжевую бражку в количестве 0,5 %.

Глиноземистый цемент - продукт тонкого помола предварительно

измельченного клинкера, полученного сплавлением или спеканием пород,

богатых глиноземом, известняком, взятых в определенном соотношении.

Глиноземистый цемент содержит около 50 % глинозема, до 45 % окиси

кальция, 5...10 % кремнезема и 1...15 % окиси железа.

При затворении глиноземистого цемента водой основное соединение -

однокальцевый алюминат, входящий в его состав, энергично реагирует с

водой, образуя

2(СаОА1

) + 10Н

О → 2СаОА1

8Н

О + А1

3Н

Отсутствие в затвердевшем при нормальных условиях цементе свободной

гидратной извести и, как правило, трехкальциевого гидроалюмината

обуславливает его устойчивость в проточных и агрессивных водах.

Глиноземистый цемент - быстротвердеющий вяжущий материал. Его

марки (400, 500, 600) устанавливают по показателю прочности нормального

раствора на 3 сутки. Глиноземистые цементы можно также выпускать марки

700.

При схватывании и твердении цемент выделяет много тепла. Оптимальная

температура твердения 10...20С. При температуре более 25С бетон

нуждается в охлаждении и усиленной поливке водой. Сроки схватывания

цемента: начало - не ранее 30 мин, а конец - не позднее 12 ч.

Глиноземистый цемент применяют при срочных бетонных работах, при

производстве работ зимой, восстановительных работах, для тампонажных

работ и элементов бетонных сооружений, находящихся в зоне агрессивных

вод.

6.4. Цементобетоны

Бетоном называют строительный материал, полученный в результате

перемешивания, укладки, уплотнения и затвердевания рационально

рассчитанной смеси щебня (или гравия), песка, цемента, воды и добавок.

Смесь перечисленных компонентов до затвердевания называют бетонной

смесью.

Основной квалификацией бетонов по структурным признакам является

деление по объемной массе:

особо тяжелые с объемной массой более 2600 кг/м

имеют сложную

структуру и изготавливаются с применением заполнителей, например,

стальных опилок, барита и др.;

тяжелые с объемной массой 2100...2600 кг/м

, у которых структура

плотная, щебень из плотных и тяжелых горных пород или плотных

металлургических шлаков, песок кварцевый;

облегченные с объемной массой 1800...2000 кг/м

могут иметь плотную

структуру, но с применением щебня из пород пониженной плотности или

крупнопористую с применением щебня из плотных пород;

легкие с объемной массой 1000...1800 кг/м

, обладающие плотным или

крупнозернистым строением, с применением пористого щебня и песка,

шлаковой пемзы (термозита), кремнезита, перлита;

особо легкие с объемной массой менее 1000 кг/м

с пористой структурой

без щебня и песка (ячеистый бетон) или с применением пористого песка или

пористого щебня в сочетании с поризованным цементным камнем.

Наибольшее распространение в строительстве получил тяжелый бетон. Его

применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций,

пролетных строений и опор мостов, устройства дорожных покрытий и др.

Важной характеристикой бетона является пористость, которая в

значительной степени определяет его свойства. С увеличением пористости

заметно возрастают водопоглощение, водонасыщение, водопроницаемость,

уменьшается прочность, морозостойкость и долговечность бетона.

Ориентировочно пористость бетонов можно определить по формуле

пор

= (l - 

/). ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.1)

где 

- объемная масса бетона, кг/м

;

 - плотность бетона, полученная как средневзвешенная величина от

плотности щебня, песка и цементного камня, кг/м

Обычно пористость тяжелых бетонов составляет 10... 15 %, в отдельных

случаях - 5...7 %.

Водопоглощение у тяжелых бетонов колеблется в пределах 2...4 % по

массе (или 5...10 % по объему).

Водонасыщение несколько больше водопоглощения. Разница между

водопоглощением и водонасыщением обусловлена объемом замкнутых пор в

бетоне.

Показателем водонепроницаемости бетона служит гидростатическое

давление, при котором вода не просачивается через образец, испытуемый по

стандартной методике. По водонепроницаемости бетоны делят на несколько

марок: W 2; W 4; W 6; W 10; W 12; W 14; W 16; W 18; W 20 (цифра

обозначает величину гидростатического давления, при котором вода не

просачивается).

Водопроницаемость, водопоглощение и водонасыщение бетона могут быть

значительно снижены, если приготовить бетон с низким водоцементным

отношением при достаточном качестве цементного теста, а также введении в

бетон поверхностно-активных добавок. Они видоизменяют микроструктуру

бетона за счет уменьшения водопотребности бетонной смеси, вовлечения

некоторого количества воздуха в поры, которые блокируют сообщение

между отдельными капиллярами и микрополостями.

Прочность бетона как материала конгломератного строения зависит от

прочности отдельных его составляющих, прочности сцепления между ними,

а также особенностей структуры бетона в целом.

Прочность бетона прямо пропорциональна активности цемента (рис. 6.4.1).

С понижением водо-цементного отношения до определенного предела

прочность бетона данного состава и при данном способе уплотнения

повышается.