Курсовая работа: Технология заполнителей бетона
Песок и гравий горные (овражные) ледникового происхождения не отсортированы, залегают в виде песчано-гравийных смесей и часто загрязнены глинистыми примесями. Более окатанными являются обычно крупные зерна гравия, мелкие же зерна могут иметь шероховатую поверхность. Среди окатанных зерен много менее прочных карбонатных (из обломков известняков).
Эоловые залежи песков, образованные ветрами (дюнные, барханные и т. п.), в бетонах применяются ограниченно. Эти пески слишком мелки, а их зерна имеют очень гладкую, полированную поверхность, что ухудшает их сцепление с цементным камнем.
Обломочные горные породы могут быть сцементированными. Так, песчаники образовались в результате уплотнения песков (преимущественно кварцевых) и склеивания их цементирующими веществами, принесенными просачивающимися водами. Отдельные разновидности песчаников прочны (предел прочности до 150 МПа) и применяются для производства заполнителей.
Значительное место в производстве заполнителей для бетона отводится карбонатным осадочным породам — известнякам и доломитам.
В природе встречаются известняки главным образом органогенного происхождения. Они представляют собой продукты жизнедеятельности и отмирания различных организмов в водных бассейнах, скопившиеся, уплотнившиеся и частично кристаллизовавшиеся в течение длительных геологических процессов. Плотные кристаллические известняки имеют плотность до 2700 кг/м3 и предел прочности при сжатии до 200 МПа. Другие разновидности известняков могут быть неоднородны по плотности и прочности.
Основной породообразующий минерал известняков — кальцит СаС03. Известняки стойки при воздействии щелочей в среде портландцементного камня отличаются хорошим сцеплением с ним в бетоне. Имеют преимущественно светло-серый или желтоватый цвет.
Доломит составлен одноименным минералом CaC03-MgC03. Эта горная порода также может быть весьма плотной и прочной. Распространены доломитизированные известняки с различной степенью замещения карбоната кальция карбонатом магния.
Карбонатные осадочные породы распространены в различных районах и составляют около 60% камня, перерабатываемого на щебень. Они широко используются в качестве заполнителей для бетона.
Метаморфические горные породы образовались в результате вменения изверженных или осадочных пород в толще земной шры под действием высоких давлений и температур, а также сдвигов. Из метаморфических пород для производства заполнителей используются гнейсы — метаморфизированные граниты. От гранитов гнейсы отличаются слоистым строением. Если слоистость (сланцеватость) сильно выражена, то при дроблении такой юроды образуются пластинчатые зерна, что нежелательно.
Метаморфизированные кремнистые песчаники — кварциты, представляют высокопрочную горную породу из сросшихся между собой кристаллов кварца. Кварциты стойки к воздействию щелочей кислот. Однако сцепление их с цементным камнем недостаточное.
Мраморы образовались в результате перекристаллизации известняков, составлены кристаллами кальцита, часто с примесью доломита. Имеют высокий предел прочности (до 300 МПа), разнообразную окраску, при дроблении образуют зерна с шероховатой поверхностью, обеспечивающей хорошее сцепление с цементным камнем в бетоне.
Те или иные из перечисленных горных пород, пригодных для получения высококачественных заполнителей, имеются во многих районах страны. Выявленные запасы огромны, но систематическая геологическая разведка продолжается и имеет целью, главным образом, обнаружение месторождений нерудных ископаемых как ложно ближе к районам применения, крупным стройкам, базам индустриального строительства.
При разработке месторождений природного сырья необходимо предварительно оценить возможные экологические последствия. Сырье необходимо добывать бережно, стремиться к его полному и экономному использованию, а после выработки месторождения производить работы по максимально возможному восстановлению ландшафта и рекультивации земель.
2. Полуфабрикаты и требования к ним
2.1 Песок
Песок — мелкий заполнитель, в бетонной смеси наиболее тесно связан с цементным тестом, составляя с последним растворную часть. Чем больше песка вводится в смесь, тем большей (при прочих равных условиях) оказывается вязкость растворной части (вязкость необходима для поддержания крупного заполнителя во взвешенном состоянии во избежание расслаивания бетонной смеси), тем меньшим будет расход цемента. Однако чрезмерное содержание песка приводит к снижению прочности бетона. Поэтому содержание песка должно быть оптимальным.
Пески подразделяются на природные (которые могут быть также обогащенными и фракционированными) и дробленые (которые могут быть обогащенными, фракционированными, а также из отсевов, получаемых при дроблении каменных пород на щебень).
Для обычного тяжелого бетона применяется песок с насыпной плотностью более 1400 кг/м3, содержащий достаточно плотные и высокопрочные зерна. Плотность зерен должна быть свыше 2,0 г/см3.
Зерновой, или гранулометрический, состав песка характеризуется содержанием в нем зерен различной крупности и определяется просеиванием средней пробы через сита. Набор стандартных сит для просеивания песка включает сита с отверстиями 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм.
Сита с отверстиями 10 и 5 мм служат для выявления засоренности песка зернами гравия или щебня. Зерен крупнее 10 мм допускается не более 0,5% (по массе), а крупнее 5 мм: в природном — не более 10%, в дробленом из отсевов — до 15, в обогащенных песках — до 5%.
Зерновой состав песка определяется после просеивания его сквозь сито с отверстиями 5 мм, т. е. после удаления крупных включений.
2.1.1 Обогащение
Если имеющиеся на месте пески по зерновому составу или содержанию примесей не соответствуют требованиям стандарта, а доставка качественного песка сопряжена с большими расходами, то экономически целесообразно обогащать пески.
Обогащение песка состоит в удалении зерен крупнее 5 мм, отмывке пылевидных, илистых и глинистых частиц и улучшении зернового состава. Отделение зерен гравия производят грохочением песка на вибационных плоских или в барабанных грохотах.
Промывку песка с целью удаления пылевидных, илистых и глинистых примесей осуществляют в пескомойках или классификаторах различной конструкции. Промывка песка состоит в перемешивании и перетирании его водной среде, в результате чего глинистые включения и пленки, покрывавшие поверхность зерен песка, диспергируют и вместе с пылевидными примесями переходят в шлам, сливаемый при непрерывной подаче чистой воды. Подобным образом работают применяемые иногда корытные, драговые и другие пескомойки. При получении песка сортировкой природной песчано-гравийной смеси на грохотах промывку его нередко производят непосредвенно при грохочении путем орошения грохотов водой с последующим удалением загрязненной воды. Качество промывки при этом, как правило, ниже, чем при использовании специальных пескомоек.
Промывка песка вызывает необходимость его последующего обезвоживания, что усложняет технологический процесс, особенно в зимнее время. Поэтому заслуживают внимания также и сухие способы обогащения, например путем продувки сбрасываемого песка потоком воздуха.
2.1.2 Фракционирование
Перспективным направлением, уже осуществляемым в промышленности нерудных материалов, является фракционирование песка , т. е. разделение его по крупности зерен на фракции. Последующее раздельное дозирование фракций при приготовлении бетонной смеси обеспечивает постоянство зернового состава песка. Это мероприятие предусмотрено действующими стандартами. Оно необходимо в связи с тем, что пески почти всех месторождений, как правило, недостаточно однородны по зерновому составу.
Даже в том случае, если зерновой состав песков удовлетворяет требованиям стандарта, они могут быть неоднородны. Например, полный остаток на сите с отверстиями 0,63 мм может колебаться от 20 до 70%, т. е. песок может относиться к различным группам по крупности, значительно отличаться пустотностью и удельной поверхностью. При приготовлении бетона это ведет к перерасходу цемента для компенсации вероятности наиболее неблагоприятного зернового состава песка.
Фракционирование осуществляют разделением песка на две фракции — крупную и мелкую — по граничному зерну, соответствующему размерам отверстий контрольных сит 1,25 или 0,63 мм. Таким образом, вместо обычного песка крупностью 0 ... 5 мм потребителю может поставляться отдельно крупный песок (1,25... 5 или 0,63... 5 мм) и мелкий песок (соответственно до 1,25 или 0,63 мм).
При фракционировании песка в карьере выход мелкой и крупной фракций, естественно, может изменяться в значительных пределах, поскольку песок в месторождении залегает неоднородно. Но если при приготовлении бетона смешать фракцию мельче 0,63 мм и фракцию 0,63 ... 5 мм, например, в пропорции 1:1 (по массе), то полученная смесь будет однороднее исходного песка.
Таким образом, фракционирование песка позволяет повысить качество бетона и уменьшить расход цемента. Однако существуют две проблемы. Первая состоит в выборе технологии фракционирования, вторая — в обеспечении условий эффективного использования песка, разделенного на две фракции. На большинстве действующих предприятий по производству бетонных и железобетонных конструкций, на бетоносмесительных заводах и узлах еще нет условий для раздельного приема, складирования и дозирования двух фракций песка.
В принципе возможна поставка фракционированного песка в виде смеси фракций в заданных соотношениях, обеспечивающих требуемый зерновой состав смеси. Однако осуществить это очень трудно. Если не просто разделить песок на две фракции, то получить их однородную смесь при смешивании еще сложнее. Для этого потребуется специальное смесительное оборудование, и стоимость песка повысится. Поэтому единственно правильный путь — создание на предприятиях по производству бетона условий для раздельного складирования и использования двух фракций песка с последующим их смешиванием в бетоносмесителях вместе с другими компонентами бетонной смеси. Это необходимо предусматривать при проектировании и строительстве новых предприятий, а также реконструкции действующих.
2.2 Гравий