Основы ФИЗИКИ БЕТОНА

Гранулометрические характеристики песка и щебня (гравия)

Гранулометрические характеристики включают сле­дующие параметры: относительное содержание зерен различной крупности, форму и степень окатанности (округлости) зерен, суммарную величину их поверхности в единице объема или массы песка, щебня (гравия) — объемную или массовую удельную поверхность; общую, поверхностную (адсорбционную) и внутреннюю (поро - вую) водопоглощаемость зерен песка и щебня (гравия).

В большинстве случаев зерна песка и гравия пред­ставляют собой обломки и осколки плотных пород камня и минералов. Однако нередко они состоят из прочно сце­ментированных более мелких зерен, имеют открытые и закрытые внутренние поры — обладают как бы ячеистой структурой. Поверхность зерен может быть гладкой или шероховатой, испещренной мельчайшими углублениями и выступами или многочисленными царапинами и трещи­нами. В процессе длительного переноса ветром и особен­но потоками воды гравий и крупные зерна песка истира­ются и обычно приобретают округлую форму (окатыва­ются). Вместе с этим встречаются морские пески, содержащие крупные зерна угловатой формы.

В отличие от естественного песка и гравия, зерна песка и щебня, получаемые путем дробления крупных камней, как правило, имеют угловатую, полиэдрическую форму, шероховатую поверхность, покрытую углублени­ями и выступами. Песок, щебень и гравий получают так­же пиропластическим способом, вспучиванием глин и суглинков при их высокотемпературном обжиге. Такие заполнители для бетона характеризуются высокой по­ристостью, значительно меньшей, чем заполнители из плотных пород, объемной массой.

В составе песка, щебня и реже гравия могут содер­жаться высокодисперсные частицы, обычно называемые пылеватыми. К ним относятся частицы большинства глин, представляющие собой плоские чешуйки мельчай­ших размеров, поверхность которых покрыта субмикро­скопическими неровностями и изъянами. Особенность таких частиц — их способность адсорбироваться на бо­лее крупных зернах и образовывать на их поверхности рыхлые пленки, а при взаимодействии с водой — струк­турированную систему, характеризующуюся определен­ными значениями предельного напряжения сдвига и по­вышенной вязкостью [5].

Для сопоставления составов песка и щебня (гравия), содержащих зерна различной формы и крупности, ис­пользуют условное понятие о диаметре зерна, эквива­лентном диаметру шарообразных зерен. Как правило, условные диаметры зерен различной крупности, образу­ющих один и тот же песок или щебень (гравий), опреде­ляют путем просеивания через сита, отличающиеся диа­метром отверстий.

Средний диаметр зерен может быть определен при условии, что поверхность Sc зерен каждого размера рав­на среднему арифметическому из величин поверхностей, ограничивающих зерна данной крупности. Если принять, что плотность зерен у3 не зависит от их крупности, то можно написать

S - — ( 6 + —) - — Dl+d2

2 dj7a d2yj 7з d1d2 G

С другой стороны, Sс=---------- . В таком случае имеем

^срТз 6 3 d^~~d2

^срТз Тз d1d2

Решив равенство относительно dcp, получим

DCI> = 2D1D2/(D1 + D2). (6.1) Для стандартного набора сит D = 2D2, следовательно:

Dcp = (6.2) Где Di и D2 — диаметры отверстия сит для зерен данной крупности.

Средние диаметры зерен песка, измеренные по остат­кам на ситах с отверстиями 1,2; 0,5 и 0,3 мм составили: 1,6; 0,94 и 0,45 мм соответственно. По формуле (6.2) имеем 1,6; 0,9 и 0,45 мм. Близкие к этим значениям dcp получаются по формуле (6.3) [154]:

, У 2dd

Например, при <^ = 40 мм и d2=20 мм по формуле (6.2) dcр —26,7 м, а по формуле (6.3) dCp=27,7 мм.

Зерна песка и щебня (гравия), подразделенные по диаметрам (средней крупности) на группы, называют фракциями. Численно гранулометрический (механичес­кий, зерновой или дисперсионный) состав характеризуют процентным отношением массы каждой фракции к об­щей массе взятой навески.

Результаты гранулометрического анализа обычно представляют в виде гранулометрической кривой. Если такая кривая строится только для песка или только для щебня, тогда по оси абсцисс откладывают значения dcр, характерные для каждой фракции. При построении еди­ной гранулометрической кривой для песка и щебня по оси абсцисс откладывают логарифмы dcp, соответствую­щие каждой фракции. В указанных двух случаях по оси ординат откладывают процентное содержание (по мас­се) остатков на ситах (или прошедших через них) каж­дой фракции крупностью dcР.