Есть мнение Бетон Заполнители горных пород для бетона

Заполнители горных пород для бетона

Свойства заполнителей существенным образом влияют на коррозионную стойкость бетона и долговечность изготовленных из бетона конструкций. Рассмотрим свойства заполнителей, влияющие на коррозионную стойкость и морозостойкость бетона.

Стандартом на тяжелые и мелкозернистые бетоны - ГОСТ 26633 - допускается применение в качестве крупных заполнителей щебня из природного камня - ГОСТ 8267, гравия - ГОСТ 8269. В качестве мелких заполнителей допускается применение природного песка, песка из отсевов дробления и их смеси по ГОСТ 8736.

Отечественными нормами на крупный заполнитель из плотных горных пород допускается использование вскрышных и вмещающих горных пород, отходов переработки руд и неметаллических полезных ископаемых. Допускается также применение смеси фракций 5(3) - 20 мм, а по согласованию с потребителем и смеси фракций 5(3) - 40 мм.

Нормируется содержание зерен пластинчатой и игловатой формы и слабых зерен. По морозостойкости щебень и гравий подразделяются на марки от F15 до F400. Испытания заполнителей на морозостойкость выполняются как замораживанием-оттаиванием, так и в растворе сульфата натрия. При несовпадении результатов контрольным является испытание замораживанием и оттаиванием. Щебень из попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород и некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности должен быть устойчивым против всех видов распада, стойким к химическому воздействию щелочей цемента (реакция щелочей с кремнеземом (РЩК), не содержать компонентов, вызывающих коррозию арматуры в бетоне и понижающих прочность и долговечность бетона.

По ГОСТ 26633 к крупному заполнителю предъявляются требования по зерновому составу и наибольшей крупности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, вредных примесей, форме зерен, прочности, содержанию зерен слабых пород, петрографическому составу и радиационно-гигиенической характеристике. Разрешается применение фракций от 5 до 120 мм. Применение фракции заполнителя с размером от 3 до 10 мм допускается при использовании песка с модулем крупности не более 2,5. Морозостойкость крупных заполнителей должна быть не ниже нормированной марки бетона по морозостойкости.

Стандартом на песок ГОСТ 8736 нормируется применение природного, дробленого, фракционированного песков, а также песка из отсевов дробления с крупностью до 5 мм. Стандарт ограничивает содержание пылевидных и глинистых частиц, глины в комках, вредных компонентов и примесей, а также активность естественных радионуклидов. Предприятие-изготовитель должно контролировать ми нерало-петрографический состав песка, пустотность, содержание органических примесей и истинную плотность зерен.

Согласно ГОСТ 26633 зерновой состав песка должен соответствовать прилагаемому графику, при этом учитываются только зерна, проходящие через сито диаметром 5 мм. При несоответствии зернового состава природных песков требованиям графика следует применять укрупняющую добавку к мелким и очень мелким пескам - песок из отсевов дробления или крупный песок, а к крупному песку добавку, понижающую модуль крупности - мелкий и очень мелкий песок.

В нашей стране среди разрабатываемых месторождений природного камня, особенно в средней полосе России, значительное количество заполнителей получают при разработке отложений, образовавшихся при переносе горной массы древними ледниками со Скандинавии. К таким месторождениям относятся моренные (флювиогляциальные) отложения Московской, Тверской, Смоленской областей, Клинско-Дмитровской гряды. Минеральный состав камня в этих отложениях весьма разнообразен. Породы содержат большое количество кремней, имеются опалы и другие некристаллические минералы, содержащие диоксид кремния. Это требует внимательного отношения в оценке качества заполнителей, поставляемых из указанных месторождений.

Виды и допустимые содержания вредных примесей в заполнителях нормируются в ГОСТ 26633, ГОСТ 8267 и ГОСТ 8736 (табл. 1).

Оценка наличия и содержания реакци-онноспособного со щелочами в бетоне диоксида кремния выполняется по ГОСТ 8269. Практика работы НИИЖБа показывает, что поставщиками и потребителями заполнителей уделяется недостаточное внимание возможности возникновения внутренней коррозии бетона при наличии в заполнителе кремней, известняков, доломита. Среди технологов распространено представление, что известняки не являются реакционно-способными со щелочами. Эта точка зрения верна лишь в том случае, если известняки не содержат примесей аморфного кремнезема и карбоната магния. В действительности эти примеси не редки. Стандартом ГОСТ 8269 эти породы отнесены к потенциально реакцион-носпособным. Кремни присутствуют в большинстве флювиогляциальных отложений. Они содержат большое количество определяемого химическим методом растворимого в щелочах диоксида кремния, но их реальная реакционная способность со щелочами в бетоне выявляется лишь испытаниями ускоренным методом с измерением деформаций и испытаниями образцов из бетона.

Технологи предприятий периодически обращаются в НИИЖБ по поводу возможности применения в качестве заполнителей доломита и доломитизированного известняка. Ввиду возможности обменной реакции щелочей с карбонатом магния и превращения карбоната в гидроксид магния такие заполнители оцениваются как потенциально реакционноспособные. В нашей стране опыт их исследований не велик. Применение этих материалов в каждом конкретном случае требует экспериментальной проверки, при этом могут быть использованы методы испытаний, рекомендованные РИЛЕМ. По нашему мнению, заказчиками этих испытаний должны быть предприятия, поставляющие подобные заполнители. Из условия добросовестной рекламы по результатам этих испытаний потребители должны быть информированы о возможности или невозможности развития внутренней коррозии бетона при использовании названных заполнителей.

Опыт исследований НИИЖБа показывает, что нередко негативный вывод, сделанный по результатам испытаний заполнителя химическим методом (растворимого в щелочи диоксида кремния более 50 ммоль/л), при дальнейших испытаниях (метод испытаний с измерением деформаций и испытание бетонных образцов) не подтверждается. С другой стороны, известны случаи, когда заполнитель, имевший растворимого в щелочи диоксида кремния менее 50 ммоль/л, вызывал расширение бетона, т.е. был в действительности реакционноспособен со щелочами. За рубежом в большинстве стран отказались от использования химического метода. Такой метод отсутствует и в рекомендациях РИЛЕМ. До пересмотра отечественного стандарта результаты испытаний заполнителя химическим методом не следует считать окончатель ными. При наличии в заполнителе минералов, содержащих диоксид кремния по ГОСТ 8269.0, необходимо выполнять испытания с замером деформаций и испытания бетонных образцов.

В стандартах ГОСТ 26633, ГОСТ 8267 и ГОСТ 8736 приведено предельно допустимое количество хлоридов - не более 0,1% по массе для крупного заполнителя и не более 0,15% по массе для мелкого заполнителя. Такое ограничение не отвечает требованиям европейских норм и рекомендациям НИИЖБа по ограничению содержания хлоридов в бетоне. При пересчете к массе цемента количество хлоридов в бетоне будет существенно превышать допускаемое для бетона предварительно напряженных конструкций - 0,1% массы цемента.

В стандартах -не упоминается возможность воздействия на заполнитель щелочей из состава компонентов бетона (помимо цемента) и окружающей среды. Источниками щелочей в бетоне являются цемент, химические добавки, особенно ряд ускорителей твердения и противоморозных добавок. Некоторые заполнители, в частности содержащие полевой шпат, могут также выделять в бетоне щелочные соединения. Небольшое количество щелочей поступает в бетон с водой затворения. Щелочи могут поступать в бетон и из окружающей среды. Большинство противогололедных реагентов содержит соединения натрия. Натрийсодержащие соли могут поступать в бетон из засоленных грунтов и грунтовых вод, из морской воды и различных техногенных продуктов.

При использовании полевошпатовых песков известны случаи снижения сульфа-тостойкости бетона.

Предприятие-изготовитель песка должно контролировать ми нерало-петрографический состав песка. Однако в нормах отсутствуют данные о влиянии минералогического состава песка на прочность и долговечность конструкций из бетона. Исследования НИИ-ЖБа последних лет показывают, что при изготовлении бетона марок по морозостойкости F300 и более в составе песка не следует допускать присутствие карбонатных зерен. Такие зерна, как правило, имеют низкую морозостойкость и высокую истираемость и существенно снижают морозостойкость бетона наружного слоя дорожных покрытий, особенно при воздействии противогололедных реагентов.

Отечественными стандартами рекомендуется следующая периодичность испытания заполнителей (табл. 2).

Испытания заполнителя на морозостойкость выполняются методом замораживания-оттаивания или в сульфате натрия (табл. 3).

Сопоставим приведенные данные с зарубежными. Требования к заполните лям изложены Европейским комитетом по стандартизации CEN в нормах EN 206-1. Согласно этим требованиям тип заполнителя, гранулометрия, вид зерен, их характеристика (лещадность, морозостойкость, истираемость, ограничения по содержанию пылевидных примесей) должны выбираться с учетом технологии бетонных работ, назначения сооружения и условий эксплуатации. Максимальный размер зерен заполнителя назначается из условия обеспечения заданной толщины защитного слоя и минимальных размеров конструкции. Не рассеянный заполнитель или песчано-гравийная смесь могут использоваться только для бетонов класса менее С 12/13. В случае если имеются подозрения на возможность РЩК, а бетон будет эксплуатироваться во влажной среде, необходимо принять соответствующие защитные меры. Месторождения, на которых производятся заполнители, подверженные щелочной коррозии, должны быть детально исследованы.

В EN 12620 [2] требования к заполнителям освещены более детально. Нормами на испытание заполнителей EN 933-1 ... EN 933-10 и EN 1097 предусмотрено определение следующих характеристик заполнителей: петрографического состава, геометрических размером (распределение размеров и формы частиц - частицы пластинчатой и угловатой формы, оценка мелких примесей), количество включений известняка, определение физико-механических характеристик прочности, истираемости, плотности, пусто-тности в свободном насыпном состоянии, абсолютной плотности и водопоглощения, морозостойкости, термо- и атмосферостой-кости, усадки, стойкости в растворе сульфата магния (как оценка морозостойкости), химический состав. Должна быть оценена способность аморфного кремнезема-заполнителя к реакции со щелочами.

Согласно нормам EN 12620 к крупным отнесены заполнители, у которых максимальный размер зерна более 11,2 мм. Мелкими примесями считаются фракции, проходящие через сито с ячейкой 0,063 мм. Декларируется количество растворимых в воде хлоридов. Количество растворимых в кислоте сульфатов подразделяется на три категории: 0,2% o и менее, 0,8% и менее и более 0,8%. Общее содержание серы не должно превышать 1%. Содержание сульфида железа (пирротита FeS) не должно быть более 0,1% в расчете на серу. В заполнителе не должно быть органических веществ (гумуса, фульвокислот и др.), увеличивающих время схватывания более 120 мин и снижающих прочность более чем на 20% в 28 суток. Указано, что низкой морозостойкостью обладают сильновыветренные породы, а также включающие в себя сланцы, слюды, филлит, мел, мергель, частицы, слабосцемен-тированные глинистыми минералами, и др.

К морозостойким отнесены заполнители, имеющие водопоглощение не более 1%, однако Пермские известняки, доломиты, углеродсодержащие песчаники, имеющие водопоглощение более 2%, могут рассматриваться как морозостойкие.

Нормами EN 12620 рекомендуется следующая периодичность определения отдельных характеристик заполнителя (табл. 4).

Испытания заполнителя нз морозостойкость выполняются методом замораживания и оттаивания (табл. 5) или в сульфате магния (табл. б).

Метод предпочтителен, если заполнители могут подвергаться действию морской воды или антиобледенителей.

Сравнивая требования отечественных и европейских норм к заполнителям можно отметить следующее.

В отечественных стандартах не нормируются требования к заполнителю по морозостойкости в зависимости от характеристики среды, указано лишь, что марка заполнителя по морозостойкости должна быть не ниже, чем марка бетона по морозостойкости. В европейских нормах требования к заполнителю по морозостойкости назначаются в зависимости от суровости климата и условий эксплуатации конструкций. Возросшие требования к бетону, особенно для высотного строительства, дорог, тоннелей, морских сооружений, предполага ют применение качественных заполнителей. Такие заполнители позволяют уменьшить количество воды затворения и, как следс твие, снизить пористость, проницаемость, сделать бетоны более прочными и корро-зионностойкими. Повышение коррозионной стойкости бетона и долговечности изготовленных из него конструкций возможно только при ужесточении нормативных требований к крупному и мелкому заполнителю. Не потеряли своей актуальности такие требования, как применение чистых (мытых) классифицированных заполнителей оптимального гранулометрического состава.

Нам представляется, что необходимо выполнить масштабную оценку заполнителей, поставляемых основными производителями нерудных строительных материалов, не ограничиваясь определением количества растворимого в щелочах кремнезема, а доведя исследования до испытаний бетона по ГОСТ 8269.0-97. Одновременно следует вести проверку эффективности разработанных методов повышения коррозионной стойкости бетона для конкретных сочетаний цементов и заполнителей. Это позволило бы ранжировать материалы различных месторождений по их склонности к конкретным видам коррозии и определить случаи, когда необходимо использовать те или иные методы защиты.

Самостоятельным является вопрос о возможности применения в качестве заполнителей доломитов и доломитизированных известняков. РИЛЕМ разрабатывает методы испытаний заполнителей из этих пород. Следует обратить внимание на возможность згг-вития коррозии при использовании известняков, содержащих включения аморфного кремнезема и доломита.

В последнее время карьеры Карелии предлагают заводам ЖБИ в качестве заполнителей шунгитовый щебень. Не касаясь вопроса использования этого заполнителя для специальных бетонов, отметим, что при производстве бетонных и железобетонных конструкций использованию шунгита должны предшествовать серьезные исследования этого материала, в частности характеристик, влияющих на долговечность конструкций из бетона на шунгитовом заполнителе. Такие

исследования должны включать в себя оценку возможности распада шунгитовых сланцев в щелочной среде бетона, оценку их реакционной способности со щелочами в бетоне, оценку влияния электропроводных зерен шунгита на электронную коррозию стальной арматуры.