Определение объемной насыпной массы

Определение этого показателя производят путем взвешивания сухого щебня в мерном цилиндре емкостью 5 л (0,005 м³). Объемная насыпная масса может определяться как в рыхлом, так и в уплотненном (вибрировать не более 40 сек.) состоянии.

Для бетонных смесей, уплотняемых вибрированием, объемную массу щебня следует определять также с уплотнением вибрированием.

g= кг/м³,

где m₂ – масса цилиндра со щебнем; m₁ – масса цилиндра; V – объем цилиндра.

2. Определение средней плотности зерен щебня

В стеклянный мерный цилиндр емкостью 1 л наливают 500 см³ воды и взвешивают 0,5 кг щебня. В цилиндр, находящийся в наклонном положении, осторожно опускают зерна щебня. Затем отмечают новый уровень воды в цилиндре и вычисляют среднюю плотность зерен щебня по формуле:

, кг/м³

m – масса щебня, 0.5 кг;

V₁ – первоначальный объем воды в цилиндре, м³;

V₂ – объем воды в цилиндре после всыпания щебня, м³.

, кг/м³

3. Определение межзерновой пустотности щебня

Пустотность щебня данной фракции вычисляется по формуле:

r_щ – средняя плотность зерен щебня, кг/м³;

g_щ – объемная насыпная масса щебня, кг/м³;

,

которая не должна превышать 45%.

Если g_щ определена в уплотненном состоянии, то полученная пустотность соответствует уплотненному состоянию щебня.

4. Определение содержания игловатых и пластинчатых зерен

Игловатыми называют такие зерна, длина которых в 3 и более раз превышает любой наибольший другой размер зерна. Пластинчатыми (лещадными) считают такие зерна, толщина которых в 3 и более раза меньше любого наименьшего размера зерна.

Наличие в щебне значительного количества игловатых и пластинчатых зерен отрицательно сказывается на качестве бетона, т.к. такие зерна ухудшают удобоукладываемость бетонной смеси и, обладая низкой прочностью на изгиб, снижают прочность бетона. Для определения содержания игловатых и пластинчатых частиц взвешивают пробу щебня 0.5 кг, рассыпают зерна на листе белой бумаги и визуально отбирают зерна, относящиеся к категории игловатых и пластинчатых. Затем эти зерна (вместе) взвешивают и вычисляют процентное содержание с точностью до 1% по формуле:

М₁ – масса игловатых и пластинчатых зерен, кг;

М – масса пробы щебня, кг.

Содержание игловатых и пластинчатых зерен не должно превышать 15% по массе.

5. Определение содержания глинистых и пылеватых частиц

Глина и пыль, находящиеся на поверхности зерен щебня (гравия), препятствуют сцеплению цементного камня с заполнителем, что отрицательно сказывается на прочности бетона. Содержание этих частиц определяется методом отмучивания, которое состоит в следующем.

Взвешивают 1 кг высушенного щебня и помещают в сосуд для отмучивания, наполняемый водой так, чтобы слой воды превышал уровень щебня на 5 см. Затем щебень взбалтывают в воде деревянной лопаткой и оставляют в покое на 2 мин., чтобы осели крупные частицы. После этого воду сливают, сосуд вновь наполняют водой. Промывку щебня в указанной последовательности повторяют до тех пор, пока вода, после перемешивания со щебнем (гравием) не будет оставаться прозрачной. Сливание вести осторожно, во избежание уноса зерен мелких фракций щебня.

После окончания отмучивания промытую пробу высушивают до постоянной массы и взвешивают. Содержание отмучиваемых пылеватых и глинистых частиц определяется с точностью до 0.1 % по формуле:

,

где М – масса щебня до отмучивания, кг; М₁ - масса щебня после отмучивания и высушивания, кг;

В гравии должно быть не более 1% этих частиц. В щебне – 1% и 2% соответственно для изверженных и осадочных пород, при марке бетона М300 и более; 2 и 3 % соответственно для изверженных и осадочных пород при марке бетона менее М300.

Куски щебня имеют остроугольную форму. Щебень дробят из гранита, диабаза и других изверженных пород, а также из плотных осадочных пород – известняка, доломита и измененных пород – кварцита.

Щебень чище гравия, обычно он не содержит органических примесей. Предельное содержание глинистых и пылеватых примесей: для бетонов марки М300 и выше - до 1% в щебне из изверженных пород и до 2% в щебне из карбонатных пород; для бетонов более низких марок соответственно до 2% и до 3% (по массе).

Для обычного бетона применяют щебень из пород, прочность которых выше заданной марки бетона. Необходимая прочность породы (в насыщенном водой состоянии)

R_щ > 2 R_б для бетона марки М300 и выше;

R_щ > 1,5 R_б для бетона марок менее М300.

Гравий имеет перед щебнем то преимущество, что встречается в природе в раздробленном состоянии и дробить приходится только его крупные куски. Другое преимущество гравия – несколько большая подвижность бетонной смеси из-за меньшего, чем у щебня, трения между поверхностью гравия и раствором. Гравий имеет меньший объем пустот из-за окатанности зерен и меньшего трения при укладке, благодаря чему получается больший выход бетона.

К недостаткам гравия относятся более слабое сцепление его с цементным раствором при затвердении, снижающее прочность бетона, а также загрязненности глинистными и другими примесями, вследствие чего требуется его промывка.

При выборе между щебнем и гравием исходят из стоимости и других экономических соображений. Для высокопрочных бетонов лучше применять щебень.

6. Определение зернового состава щебня (гравия)

Зерновой состав заполнителя (щебня или гравия) в значительной мере влияет на качество приготовленного на нем бетона. При выборе зернового состава крупного заполнителя для бетона необходимо исходить из основного требования: получить наименьший объем пустот в крупном заполнителе, и, следовательно, наименьший расход цемента при заданной марке бетона.

По результатам испытаний зернового состава крупного заполнителя можно дать оценку его качества на пригодность для приготовления бетона.

Для определения зернового состава крупного заполнителя необходимы следующие приборы, инструменты и материалы: набор сит с размерами круглых отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм; сушильный шкаф, весы с набором гирь, испытуемый заполнитель (щебень, гравий).

Зерновой состав определяют в следующей последовательности.

Пробы щебня (гравия) объемом не менее 50 кг предварительно высушивают до постоянной массы и берут для испытаний 5, 10, 20, 30 и 50 кг при наибольшей крупности заполнителя соответственно 10, 20, 40, 70 и свыше 70 мм. Проволочными кольцами – калибрами отбирают зерна крупнее 100 мм.

Затем от предварительно высушенной пробы (зерна крупнее 100 мм удалены) щебня или гравия отбирают навеску, которую просеивают через набор сит, установленных в колонку (70, 40, 20, 10 и 5) мм. Остатки щебня (гравия) на каждом сите взвешивают, определяя тем самым частные весовые остатки (г) на всех ситах. Далее вычисляют частные остатки a_i на каждом сите, выражая их в % по отношению к общему весу испытуемой пробы (G).

,

где g_i – вес остатка на данном сите, г.

По известным величинам частных остатков рассчитывают полные остатки A_i (%) на каждом сите как сумму частных остатков (%) на всех предыдущих ситах с более крупными размерами отверстий, плюс остаток (%) на данном сите.

A_i = a₇₀ + a₄₀ + ... + a_i

Затем устанавливают наибольшую D_наиб и наименьшую D_наим крупности зерен щебня (гравия). За наибольшую крупность зерен (D_наиб) принимают размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток составляет менее 5%, а за наименьшую крупность (D_наим) – размер отверстия нижнего сита, полный остаток на котором составляет не менее 95%. Кроме того, вычисляют значения 0,5(D_наиб+ D_наим) и 1,25 D_наиб. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в пределах, указанных в табл.1.

Таблица 1

Зерновой состав крупного заполнителя

 

Размер контрольных сит, мм	Наименьший размер зерен, Dнаим	0,5(Dнаиб+ Dнаим)	Dнаиб	1,25 Dнаиб
Полный остаток на ситах по массе, %	90-100	40-70	0-10

 

Качество зернового состава щебня (гравия) оценивают значением полных остатков в % на ситах с контрольными отверстиями D_наим; 0,5(D_наиб+ D_наим); D_наиб; 1,25 D_наиб.

Откладывая на графике (рис.1) по оси ординат эти значения, получают 4 точки, которые соединяют ломаной линией. Щебень (гравий) признается годным по зерновому составу для приготовления бетона, если кривая его состава располагается в заштрихованной части графика.

Рис.1. График зернового состава щебня (гравия)

 

Пример: при просеивании навески G = 20 кг щебня наибольшей крупности 40 мм частные остатки на каждом сите составили:

m₄₀ = 0,8 кг; m₂₀ = 10,4 кг; m₁₀ = 7,6 кг; m₅=1 кг; m_<5 = 0,2 кг

Эти значения занесем в таблицу; сюда же заносим частные остатки a_i (%), вычисленные по формуле , где G - масса взятой пробы, т.е. 20 кг. Затем вычисляем полные остатки A_i (%) и заносим их в табл. 2.

Таблица 2

Зерновой состав щебня (масса 20 кг)

 

Остаток	Размеры отверстий сит, мм
					Прошло через сито №5
Частный, кг Частный, % Полный, %	- - -	0,8	10,4	7,6		0,2

 

По значению полных остатков устанавливаем:

D_наим = 5мм; D_наиб = 40мм; 0,5(D_наиб+ D_наим) = 0.5(5+40)=20 мм; 1,25 D_наиб = 1.25*40 = 50 мм. После этого на график наносят значения соответствующих полных остатков:

A₅ = 99%; A₂₀ = 56%; A₄₀ = 4%; A₅₀ (в данном примере A₇₀) = 0%.

Соединяя полученные точки ломаной линией, находим, что кривая зернового состава щебня располагается в заштрихованной зоне графика, что свидетельствует о пригодности щебня для приготовления бетона.