Определение влияния различных классов песков на свойства бетона

Применение мелкого заполнителя (песков различных классов) при производстве бетонных и железобетонных изделий, имеющих широкое применение в строительстве, без учета его физико-технических свойств ведет в первую очередь к ухудшению таких эксплуатационных свойств изделий, как морозостойкость, прочность, водопоглощение, истираемость, а во вторых к неоправданному увеличению расхода цемента.

С целью определения степени влияния песков различных классов на свойства бетона ОАО "Нерудпром" (г. Минск) и отраслевая научно-исследовательская лаборатория модифицированного бетона (ОНИЛ МБ) Белорусской государственной политехнической академии провели совместную научно-исследовательскую работу.

В процессе данной работы были проведены испытания по определению физико-технических свойств бетона на песках второго и первого классов по ГОСТ 8736-93 и специальном песке по техническим условиям "Песок для изготовления бетонных изделий методом вибропрессования" ТУРБ 00294792155-98, выпускаемых ОАО "Нерудпром" (таблица 1).

Определение физико-технических свойств бетона проводилось на цементно-песчаных образцах состава Ц:П - 1:3, при водоцементном отношении 0,4. В качестве вяжущего при изготовлении бетонных образцов применялся Волковысский цемент ПЦ500Д0. Активность цемента 48,5 МПа, Кнг - 0,25. Образцы уплотнялись на лабораторной виброплощадке со стандартными параметрами в течении 1 минуты и твердели по одной технологии и в одинаковых условиях.

Испытания образцов бетона на прочность при сжатии и при изгибе проводилась по ГОСТ 10180-90, на водопоглощение по ГОСТ 12730.3-78, на истираемость по ГОСТ 13087-81, а на морозостойкость по ГОСТ 10060-95.

Результаты определения физико-технических свойств образцов бетонов с применением различных песков представлены в таблицах 2,3.

Из полученных данных видно, что бетонные образцы на песке II класса не удовлетворяют требованиям ГОСТ 13015.0-83 по истираемости, а образцы на песке I класса удовлетворяют требованиям стандарта по истираемости для изделий, работающих в условиях малой интенсивности движения.

Бетонные образцы на специальном песке соответствуют требованиям стандарта по истираемости для изделий, работающих в условиях высокой интенсивности движения. Морозостойкость бетона на песке II класса составила F50, на песке I класса - F150, а на специальном песке - F200.

Как видно, что при равных условиях (состав бетона, марка цемента, способ уплотнения и условия твердения) прочность и эксплуатационные свойства бетона зависят от качества применяемого песка. Так как в исследованиях применялся песок из одного карьера, то форма зерен и зерновой состав исследуемых песков практически одинаковые.

Следовательно, определяющим фактором является различное содержание глинистых и пылевидных частиц в песке (таблица 1), которое оказывает большое влияние на прочность сцепления зерен заполнителя с цементным камнем.

Глинистые примеси, обволакивая зерна заполнителя, препятствуют сцеплению цементного камня с заполнителем и тем самым снижают прочность бетона.

В результате проведенных исследований и анализа полученных данных можно рекомендовать следующее применение песков различного класса:

- песок II класса - для изготовления бетонных и железобетонных изделий из бетона с прочностью на сжатие не более 20 МПа и к которым не предъявляются требования по морозостойкости, истираемости и водопроницаемости;

- песок I класса - для изготовления бетонных и железобетонных изделий из бетона с прочностью на сжатие не более 30 МПа и к которым предъявляются требования по морозостойкости (до F200) и водонепроницаемости (до W-4);

- специальный песок - для изготовления бетонных и железобетонных изделий из бетона с прочностью на сжатие более 40 МПа и к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости (доF300), водонепроницаемости (до W-8), истираемости и стойкости к воздействию агрессивных сред.

Стоимость песка повышенного качества (специальный песок с малым содержанием глинистых и пылевидных частиц) по сравнению с песком II класса больше на 30-35%, что связано с дополнительными затратами на промывку, обезвоживание, транспортировку и другие технологические операции.

Тем не менее применение песков повышенного качества для производства бетона экономически и технически выгодно как для производителей бетона, так и для строительного комплекса Республики Беларусь в целом. Расчеты показывают (таблица 4), что применение песков повышенного качества позволяет, по сравнению с рядовыми заполнителями I и II классов, значительно снизить себестоимость бетона за счет сокращения расхода цемента.

Как видно из приведенных данных, применение песка повышенного качества позволяет снизить расход цемента при производстве бетона до 36,4%.

Таблица 1. Физико-технические свойства применяемых при испытаниях песков

Класс песка	Модуль крупности, Мк	Содержание зерен крупностью свыше 5 мм, %	Содержание зерен крупностью свыше 10мм, %	Содержание пылевидных и глинистых частиц, %	Насыпная плотность, кг/м3
II	2,53	1,3	0,5	2,2	1580
I	2,65	2,5	0	1,4	1600
Специальный	2,68	0,3	0	0,8	1580

Таблица 2. Влияние вида песка на прочность бетона

Класс песка	Прочность на сжатие, Мпа	Прирост* прочности на сжатие, %	Прочность при изгибе, МПа	Прирост* прочности на сжатие, %	Класс бетона по прочности на сжатие	Класс бетона по прочности при изгибе
II	28,3	-	4,93	-	В20	Вtb 3,6
I	32,3	14,1	5,19	5,3	В20	Вtb 3,6
Специальный	41,8	47,7	5,68	15,2	В30	Вtb 4,0

*Примечание: прирост определялся относительно соответствующего показателя бетона на песке класса II.

Таблица 3. Влияние вида песка на эксплуатационные свойства бетона

Класс песка	Водопоглощение, %	Снижение* водопоглощения, %	Истираемость, г/см2	Снижение* истираемости, %	Число циклов замораживания 100		Число циклов замораживания 200
					Потеря массы, %	Потеря прочности, %	Потеря массы, %	Потеря прочности, %
II	9,45	-	0,91	-	3,1	7,8	7,9	32,0
I	7,91	19.5	0,82	11,0	1,4	1,5	4,4	8,5
Специальный	7.03	34,4	0,63	44,4	0,4	-	2,8	3,2

* Примечание: снижение определялось относительно соответствующего показателя бетона на песке II класса.

Таблица 4. Сравнительная стоимость бетона на различных видах песков

Прочность бетона на сжатие, МПа	Класс песка	Расход цемента на 1м3 бетона, кг	Стоимость* 1 т цемента, тыс. руб.	Расход песка на 1 м3 бетона, кг	Стоимость* 1 м3 песка, тыс. руб.	Условная стоимость 1 м3 бетона, тыс. руб.
200	II	550	15000	1650	620	8900
	I	450		1750	710	7500
	специальный	350		1850	828	6220
300	II	600		1600	620	9630
	I	520		1680	710	8545
	специальный	450		1750	828	7670
400	II	-		-	-	-
	I	600		1600	710	9610
	специальный	520		1670	828	8675

Примечание: стоимость приведена по состоянию на 01.11.1999 г.

Н. Л. ПОЛЕЙКО, заведующий ОНИЛ МБ БГПА, к.т.н.,
Л. С. КУРАШ, заместитель генерального директора ОАО "Нерудпром"