Сырье для изготовления бетонов

Определяясь с выбором цемента, необходимо учитывать требования к бетону (железобетонным конструкциям), условия его эксплуатации, а также рекомендации нормативных документов (ГОСТов, СНиПов).

Марка цемента должна быть выше проектной марки бетона, которая устанавливается согласно пределу прочности при сжатии.

В случае, когда необходимо получить низкомарочный бетон, но есть только высокопрочный цемент, для более экономичного его расхода в бетонную смесь вводят тонкомолотые добавки из горных пород и отходов производства. Данные советы и расчеты соотношения между марками бетонов и цементов являются примерными, потому что на прочности бетонов отражаются их структуры, качественные характеристики заполнителей и условия производства конструкций (на заводах) и образцов (в лабораториях). Это позволяет также получать марки бетонов выше марок цемента. Для того, что исключить неточности, следует исходить не из стандартных марок цементов и бетонов, а из реальной прочности вяжущего вещества оптимальной структуры (R*). В теории ИСК R* выступает как расчетная активность вяжущего вещества, и рассчитывается она при испытании образцов из 3 - 4 замесов цементного теста с разными водоцементными отношениями. При этом условия производства и твердения образцов должны быть максимально идентичными  к производственным, в соответствии с которыми изготовляют бетонные и железобетонные изделия. Состав цементного камня, обладающий максимальной прочностью и иными превосходными основными характеристиками, для бетона считается  оптимальным. Величина R* (R*сж, R*раст, R*изг и др.), которая получается в итоге, применяется для расчета оптимального состава бетона. Общий метод проектирования оптимальных составов, который был разработан профессором И. А. Рыбьевым, касается всех видов бетонов и многих ИСК.

В качестве мелкого заполнителя в тяжелых бетонах применяют природные пески или пески, которые были получены в процессе дробления тяжелых морозостойких горных пород. В составе песков присутствуют зерна размером 0,16 - 5,00 мм, плотность которых не должны быть меньше 1800 кг/м3. Возможно наличие в песке частиц размером 5 - 10 мм, общее число которых не должно быть более 5 %. Частицы, крупностью более 10 мм, не должны присутствовать вообще. Частицы определенной крупности должно содержаться в определенном количество для того, чтобы в пустотах между крупными частицами смогли находиться мелкие частицы.

Это способствует уменьшению пустотности песка, которая не должна превышать 38 %, и позволяет экономить вяжущее вещество.  Зерновой состав песка можно определить, применяя метод просеивания стандартной пробы песка через набор контрольных сит. Эти показатели обычно выводят на графике, на котором по горизонтали отложены размеры отверстий контрольных сит, а по вертикали - полные остатки (в процентах по массе) на этих ситах. Песок, необходимый для бетона, должен иметь определенный зерновой состав. Чем больше модуль крупности песка, тем больше возможностей сэкономить цемент при получении одинаковой прочности бетона. В составе песке количество пылевидных, глинистых и илистых частиц не должно превышать 3 %. Их содержание определяют по специальной методике - отмучиванием. Пыль, ил, глина способствуют увеличению водопотребности бетонных смесей, а значит, могут привести к уменьшению прочности бетона или к увеличению расхода цемента. Помимо этого, глинистые частицы в процессе увлажнения увеличиваются в объеме и уменьшают морозостойкость бетона.

В заполнителях, преимущественно природного происхождения, присутствуют органические примеси, способные уменьшать прочность бетона. Их количество определяют колориметрическим (цветовым методом, заливая пробу песка 3%-ым раствором Na(OH). Если столб жидкости (в стеклянном цилиндре) над пробой песка не окрашивается или становится светло-желтого цвета, значит, песок можно использовать для бетона.

Зерна крупного заполнителя (щебень, реже гравий) бывают размерами 5(3)- 70 мм. При производстве массивных бетонных конструкций, допустим, гидротехнических блоков можно использовать щебень крупностью до 150 мм. Качественные характеристики щебня обуславливаются прочностью и морозостойкостью горной породы, из которой его получают в процессе дробления, формой зерен, зерновым составом, пустотностью, количеством глинистых, пылевидных, органических и других вредных примесей.

Для бетона применяют еще щебень из отходов производства -доменных и мартеновских шлаков. Но в этом случае необходимо провести специфический анализ шлаков на вероятность "железистого" или "марганцевистого" распада, который может быть вызван увеличением объема при переходе закисей этих металлов в оксиды. Распад шлака может быть обусловлен гашением зерен СаОсв, присутствующего в шлаках. В шлаках не должно быть примесей зол, колошниковой пыли и т.д.

По морозостойкости для щебня и гравия предусмотрены марки от F15 до F300. После проверки на морозостойкость потеря в массе пробы крупного заполнителя не должна превышать 5 % (для марок F15 и F25 возможна потеря массы до 10 %).

Важной чертой крупного заполнителя является его зерновой состав. Определить зерновой состав можно по результатам просеивания 10 кг щебня (гравия) через наборы сит. Результаты показываются на графике, где по горизонтали откладывают размеры отверстий сит, по вертикали - полные остатки в процентах на этих ситах. Пустотность щебня (гравия) не должна превышать 45 %.

Щебень бывает кубовидной, улучшенной и обычной форм. Количество зерен пластинчатой и игловатой формы в них не должно превышать 15, 25 и 35 % по массе. Суммарное содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц в крупном заполнителе не должно быть более 1 %. Осуществляется также радиационно-гигиеническая оценка мелких и крупных заполнителей и иные испытания.

При производстве бетонных смесей нередко применяют пластифицирующие, воздухововлекающие, ускоряющие твердение, комплексные и другие добавки.