Р. Яковлев - Универсальный фундамент Технология ТИСЭ
Соотношение компонентов сырьевой смеси, необходимой для создания цемента, выбирают с тем расчетом, чтобы полученный при обжиге портландцементный клинкер имел следующий химический состав (%): СаО — 62…68, Si02 — 18…26, Аl203 — 4…9, Fe203 — 2…6. Для получения клинкера чаще всего используют известняк и глину (добываемые отдельно) в соотношении 3: 1 (по весу). Приготовленную смесь подают на обжиг во вращающуюся печь, где при температуре 1200…1450 °С происходит обжиг — образование цементного клинкера (твердых кусков серого цвета размером в горошину или орех). В шаровых мельницах куски клинкера тонко размалываются с гипсом и другими добавками (тонкость помола — менее 0,08 мм). Чем тоньше помол, тем выше марка цемента и тем быстрее он твердеет.
Обращаем внимание некоторых индивидуальных застройщиков, которые очень ревностно относятся к экологии жилья: эти природные минеральные составляющие цемента экологически нейтральны. Низкий уровень экологической безопасности бетонных домов может возникнуть из‑за малой воздухопроницаемости стен и из‑за наличия в их составе гранитного щебня, который иногда имеет радиоактивный фон, выходящий за допустимые нормы.
Плотность цемента насыпная — 1100…1200 кг/м3, а в уплотненном состоянии — до 1700 кг/м3. В какой‑то степени насыпная плотность цемента может охарактеризовать его марку. С увеличением марки цемента плотность свеженасыпанного цемента также увеличивается:
— марка 100…… плотность 0,70 кг/л,
— марка 200…… плотность 0,85 кг/л,
— марка 300…… плотность 0,97 кг/л,
— марка 400…… плотность 1,10 кг/л,
— марка 500…… плотность 1,24 кг/л.
В одном ведре объемом 10 литров — 12…13 кг цемента М400.
Срок схватывания — одна из основных характеристик твердения цемента. Он рассчитывается от момента затворения (соединение с водой). Начало схватывания должно быть не ранее чем через 45 минут, а конец — не позднее 10 часов. Такие сроки дают возможность транспортировать и укладывать бетонные смеси до начала схватывания. Эти показатели определяют при температуре 20 °С. Если цемент затворяют горячей водой (более 40 °С), то может произойти очень быстрое схватывание. Работая по технологии ТИСЭ, надо учитывать, что приготовленная смесь должна быть израсходована до начала момента схватывания (за 20 — 30 мин). Увеличить время схватывания можно, добавив в воду клей ПВА (на 1 ведро — 50 мл).
Твердение цемента — химический процесс, который происходит при взаимодействии с водой и сопровождается выделением тепла. Частицы цемента начинают растворяться, причем одновременно происходят гидролиз (разложение отдельных минералов водой) и гидратация (присоединение воды), образуется цементное тесто–гель, из которого позднее выпадают твердые кристаллы высокой прочности.
Твердение портландцемента — достаточно длительный процесс (месяцы и годы). Но если вначале, в первую неделю, процесс набора прочности идет очень резко, то в дальнейшем скорость нарастания прочности сильно замедляется. Поэтому качество цемента принято условно оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения (рис. 88).
Рис. 88. Изменение прочности бетона во времени (R — прочность бетона; R28 — марочная прочность бетона)
При твердении бетона в естественных условиях 50% прочности достигается через 7 суток. Эти сроки значительно удлиняются при пониженных температурах (рис. 89). При повышении температуры до 80°С сроки созревания бетона сокращаются в 8 — 10 раз. Поэтому на производствах ЖБИ применяют пропарочные камеры, где бетонные изделия набирают прочность, достаточную для транспортировки изделий, за 5 — 10 часов. В графике приведен пример с замораживанием и оттаиванием бетонной смеси. Здесь имеется в виду замораживание до начала набора прочности, т. е. если смесь заморожена до начала схватывания. Если же замораживание бетонной смеси произошло в начале набора прочности, то такая смесь, потеряв монолитную структуру, не способна стать полноценным бетоном.
Рис. 89. График созревания бетона в зависимости от температуры: 1 — при 15…20 °С; 2 — при 40 °С; 3 — при 12 °С; 4 — при замораживании и дальнейшем оттаивании
Оценка качества цемента.
Качество цемента можно оценить по дате изготовления и сроку его хранения, при этом условия хранения должны быть соблюдены. За время хранения марка цемента снижается на 5% в месяц. Так, при хранении в течение 6 месяцев марка цемента снизится на 40…50%.
Цемент считается качественным, если нет признаков окомкования. Наличие этого процесса определяют на ощупь: если горсть цемента сжать в кулаке, то свеже–изготовленный цемент сразу просыплется между пальцами, а лежалый — образует комок, поскольку он уже впитал влагу. До тех пор, пока комок можно размять пальцами, цемент считается пригодным к использованию.
3.3. ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНОВ
Заполнители занимают в бетоне и в строительных растворах до 80% объема, оказывая влияние на их прочность, долговечность и стоимость.
Песок
Песок — основной заполнитель бетона и растворов различного состава и назначения. От свойств песка, от его гранулированного и химического состава зависит расход цемента, качество выполняемых работ и долговечность возводимых строительных конструкций.
Природный песок — рыхлая смесь зерен крупностью 0,16…5 мм — состоит главным образом из зерен кварца Si02. Возможна примесь полевых шпатов, известняка, слюды. Насыпная плотность природного песка — 1300…1500 кг/м3.
Песок может быть речным, морским, озерным, горным, овражным и карьерным. Овражный и горный засорены глинистыми примесями, озерный — илом. Загрязненный песок промывают, содержание в нем глины, ила, пыли и прочих примесей не должно превышать 5%.
По крупности зерен песок делится на пылеватый, мелкий, средний, крупный и гравелистый.
По происхождению пески делятся на природные, образовавшиеся в результате выветривания горных пород, и искусственные, получаемые в результате дробления твердых горных пород.
Горные (овражные) пески образуются в результате выветривания горных пород и последующего переноса продуктов выветривания ветром и ледниками. Угловатая форма и шероховатость поверхности зерен способствуют хорошему сцеплению их с вяжущим. Недостаток таких песков — загрязненность глиной и примесь в них гравия.
Речные и морские пески более чистые, их зерна бывают, как правило, округлой формы в связи с длительным воздействием движущейся воды. Наиболее вредная примесь и в этих песках — глина, так как она уменьшает сцепление составляющих самой смеси.
Искусственные пески, используемые значительно реже, бывают тяжелые и легкие. Тяжелые пески получаются путем дробления плотных горных пород (базальт, диабаз, мрамор, гранит). Легкие пески получают дроблением пористых пород (пемза, туф) или изготавливают специально (перлитовый и керамзитовый песок).
Поступающий на строительство песок должен отвечать определенным требованиям по зерновому (гранулометрическому) составу, наличию примесей и загрязнений. Зерновой состав песка определяют его просеиванием через стандартный набор сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Основываясь на результатах просеивания, песку присваивают модуль крупности (табл. 13).
Таблица 13. Гранулометрический состав песка
Количество мелких зерен в песке, проходящих через сито 0,16 мм, не должно превышать для песка, используемого в строительных растворах, 20%, а в бетонах — 10%.
Существует и другой критерий оценки песка (грунта) по гранулометрическому составу, который для индивидуальных застройщиков может быть более приемлемым (табл. 14).
Таблица 14. Классификация песков по гранулометрическому составу
Основная цель заполнителя — образовать скелет бетонного массива, помешать развитию трещин, возникающих при усадке бетонного камня. Смесь крупного и мелкого песка со щебнем — идеальный заполнитель для этой цели (рис. 90, а). Подобный состав хорошо подходит для приготовления подвижных и жестких бетонов.
Рис. 90. Структура бетона с песком различного зернового состава: А — песок с мелкими и крупными фракциями; Б — песок с мелкими фракциями
Мелкий песок не может создать достаточно жесткую пространственную структуру (рис. 90, б), но его хорошо использовать для приготовления кладочного или штукатурного раствора.
Для хорошего соединения зерен песка в растворе или бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверхность каждой песчинки. Поэтому расход цемента увеличивается с увеличением объема мелких фракций песка. Очевидно, что чем больше разных фракций в песке, тем меньше объем цементного камня, а следовательно — и цемента.
