Основные свойства зап-лей и их взаимная укладка.

Св-ва: К заполн-м для Ба предъявл-ют требования, учитывающие особенности влияния зап-ля на св-ва бет. Заполн-ль представл-ет собой совокупность отдельных зерен, т.е. явл-ся зернистым мат-лом, для того имеется ряд общих закономерностей. Наиболее существенное влияние на св-ва Ба оказыв-ет зерновой состав, прочность и чистота заполнения. Зернов состав показывает сод-ние в запол-ле зерен разной крупности. Он определ просеиванием пробы ч/з стандартн сита. Различают рядовой и фракционированный. С зернов состав связана пустотность запол-ля, определ возможностью его плотной укладки. На пустотность влияет также форма его зерен. Чем больше пустот, тем больше требуется Ца для их заполнения. 1) нас. r - отношение его массы ко всему занимаемому объему, включая пространство м/у зернами: rн = (m1-m2)/V, где m1 – масса мерного сосуда с зап-лем, кг; m2 – масса мерного сосуда, кг; V – вместимость сосуда, м3. Д/щ и гр – 5…50 л сосуд, д/песка - 1л. 2) r зерен – отношение массы пробы сухого Щ или гравия к суммарному объему его зерен. rз = (m1/(m2-m3))rв, где т1 - масса пробы зап-ля в сухом состоянии, г; m₂ - масса пробы зап-ля после насыщения водой, установленная при взвешивании на воздухе, г; т3 - результат взвешивания про­бы зап-ля в воде, г; rв - плотность воды, принимаемая рав­ной 1 г/см³. В ц.т.: где rсм - плотность Бной смеси, кг/л; m3 - масса сухой про­бы пористого зап-ля, кг; М - суммарный расход всех мат-лов (включая воду) в замесе, кг; тц - масса Ца в за­месе, кг; rц - плотность Ца, принимаемая равной 3,1 г/см³; mп - масса кварцевого пе­ска в замесе, кг; rп - плотность кварцевого песка, принимаемая равной 2,65 г/см³; тв -- мас­са воды в замесе, кг. И r в-ва зап-ля. как и других стр-ных мат-лов, определяют путем измельчения пробы в тонкий по­рошок (пористостью частиц которого можно пренебречь) с после­дующим измерением абсолютного объема навески порошка в пикнометре или в приборе Ле-Шателье по объему вытесненной по­рошком воды или другой жидкости (керосина).

рядовая укладка шахматная (более плотная)

3) Прочность определ-ся не только прочностью гор-х пород, но и крупностью зерен. При выветривании или дроблении породы разрушении происходит по более слабым местам стр-ры и с уменьшением размера зерен прочность их как бы повышается. Прочность зап превосходит по прочности раствор. Пылевидные и глинистые примеси создают на поверхн-ти зерен пленку, препятств-ую сцеплению их с Цным камнем. В результате прочность Ба понижается, растет расход Ца, что недопустимо. 4) Пустотность или межзерновой пустотностью, зап-ля на­зывают выраженное в процентах отношение объема межзерновых пустот ко всему объему, занимаемому зап-лем в свободной засыпке (без уплотнения). 5) Пористость – представляет собой отношение суммарного объема всех пор в зерне зап-ля к объему зерна. Обычно опреде­ляют не пористость каждого зерна отдельно, а среднюю порис­тость зерен в данной пробе зап-ля. Ее можно рассчитать (%), если известны плотность зерен rз и плотность в-ва зап-ля r (г/см3): Vпор=(1-rз/r)100; Если в формулу вместо рз подставить плотность зерен в ц. т., то получим не всю пористость, а ту ее часть, которая в Бе недоступна заполнению Цным тестом. 6) Влажность и водопоглощение - для опр-ния влажностиw (в % по массе) пробу зап-ля взвешивают, затем высушивают до постоянной массы: w=((mвл-mсух)/mсух)100, где mвл - масса пробы в состоянии естественной влажности, г; mсух - масса пробы в сухом состоянии, г. Чтобы найти водопоглощениеwвп.м (в % по массе), пробу сухо­го крупного зап-ля погружают в воду на 48 ч, на 1 ч или на другое время в соответствии с техническими условиями или тех-гическими требованиями, после чего извлекают, удаляют воду с пов-ти зерен и взвешивают: wвп.м=((mнас-mсух)/mсух)100, где mнас - масса пробы зап-ля, насыщенного водой, г. 7) Водо- и морозост-сть – коэф-нт размягчения: kp = sнас/sсух, где sнас - предел прочности зап-ля или исходной горной по­роды в насыщенном водой состоянии; sсух - то же, в сухом со­стоянии при той же методике испытания. Коэф-том размягчения характеризуют водостойкостьзап-ля. Водостойкость связана с водопоглощением и природе вещества зап-ля. Водопоглощение,в свою очередь, связано с пористостью и структурой мат-ла. Эти же факторы в основном определяют и Мрззап-ля, т. е. его способность выдерживать в насыщенном во­дой состоянии многократное попеременное замораживание и оттаи­вание. Для зап-лей из плотного естественного камня tа замора­живания установлена в пределах от -17 до -25 °С, для пористых зап-лей - от -15 до -20 °С. Столь низкая tа за­мораживания необходима потому, что в мелких порах и капилля­рах мат-ла под воздействием адсорбционных сил tа замерзания воды понижается. Потеря массы (%) после испытания на Мрз: mMрз = ((m1-m2)/m1)100, где m1 - масса пробы до испытания, г; m2 - масса остатка на си­те после испытания на требуемое число циклов замораживания и оттаивания, г. Потерю массы сравнивают с допускаемой для данного зап-ля по стандарту. 8) Общим для всех зап-лей требованием является однород­ность, т. е. постоянство свойств и показателей качества зап-лей от пробы к пробе, от партии к партии, обеспечивающее ста­бильность работы заводов и гарантированного качества получае­мого Ба. Укладка: Если условно принять, что все зерна одинаковы по форме и размерам, то в принципе возможна различная плот­ность упаковки зерен в заданном объеме в зависимости от по­рядка их укладки. Например, шары можно уложить рядами так, чтобы линии, соединяющие их центры, образовали кубы (рис.1, а). Это будет наименее плотная укладка. Наиболее же плотная соответствует такому взаимному расположению шаров, когда ли­нии, соединяющие их центры, образуют тетраэдры (рис.1, б). Аналогичным образом можно представить наиболее и наименее плотную укладку зерен другой формы. При наименее плотной укладке шары дают меньшую пустотность, чем дру­гие зерна, а при наиболее плотной большую. Однако как наиболее, так и наименее плотные схемы укладки могут рассматриваться лишь теоре­тически, и пустотность будет иметь те или иные промежу­точные значения, определяе­мые степенью уплотнения. В среднем, при угловатой форме зе­рен можно ожидать увеличе­ния пуст-сти. Это еще в большей степени прояв-тся, если кроме систем укладки правильных многогранников рассмотреть варианты укладки, например, удлиненных параллелепипедов: наиболее плотной укладке они, как и кубы, полностью заполняют объем, а при наименее плотной, когда будут взаимно касаться только вершинами, дадут мах пуст-сть и тем большую, чем больше соот-ние длины зерен и их толщины.

 

Зерновой состав зап-лей.

Зерновой состав показывает сод-ние в зап-ле зерен разной крупности. Он определяется просеиванием пробы зап-лей через стан­дартные сита с величиной отверстий 0,14 - 70 мм и более. Различают рядовой зап-ль, содержащий зерна различных размеров, и фракцио­нированный, когда зерна зап-ля разделены на отдельные фракции, включающие зерна близких между собой размеров, например 5-10 или 20-40 мм. Зап-ль называют однофракционным, если наименьшая и наибольшая крупность его зерен близки и представляют собой размеры отверстий смежных сит стандартного набора: 5...10 10...20, 20... 40 мм и т. д. Зап-ль крупностью, например, 5...20 мм представляет собой смесь двух фракций. Зап-ль характеризуется наименьшей и наибольшей крупно­стью, под кот-ми понимают размеры наименьших или наиболее крупных зерен зап-ля. В зап-ле могут встречаться отдельные зерна мень­ше или крупнее предельных размеров, однако их должно быть не более 5%. Зерновой состав называют непрерывным, если в нем встречаются зерна всех размеров - от наименьшего до наибольшего. Если же в зап-ле отсутствуют зерна какого-либо промежуточного размера, то такой зерновой состав называют прерывистым. Пример прерывистого зернового состава--смесь фракций щебня или гравия крупностью 5... 10 и 20...40 мм (отсут­ствует промежуточная фракция 10...20 мм). Структура Бной смеси, образовавшаяся в процессе ее приготов­ления и укладки, в последующем до момента затвердевания может претер­певать изменения, вызывающиеся осаж­дением твердых частиц под действием сил тяжести. Перераспределение твердых частиц по объему Бной смеси называется расслоением или се­диментацией. При этом можно различить два процесса: макро- и микрорасслоение: в первом происходит осаждение крупных тяжелых зерен, в результате чего несколько уплотняется смесь в нижних частях формы или конструкции, а лишняя вода отжимается наверх или скапливается под крупными зернами зап-ля; во втором подобное явление происходит с Цными зернами (вследствие их малой величины) с меньшей скоростью, причем оно обычно развивается в порах между зап-лями. При применении легких зап-лей может наблюдаться обратная картина: зерна зап-ля всплывают, а раствор скапливается в нижних частях формы или изделия. При этом чем заметнее разница в плотности отдельных видов твердых зерен и жидкости, тем больше вероятность рассло­ения Бной смеси. Наиболее плотная смесь двух фракций зап-ля достигается в том случае, если размер зерен одной из них примерно в 6,5 раза меньше размера зерен другой. Наличие зерен промежуточных размеров нежелательно. Зап-ли с прерывистым зерновым составом находят огра­ниченное применение, однако область их исп-ния в тех-гии Ба расширяется.

Удельная пов-ть зап-лей.

Зерна зап-ля в Бной смеси обволакиваются Ц­ным тестом. Естественно, что расход последнего связан с суммар­ной площадью пов-ти зап-ля. Важной хар-кой зап-ля, связанной с его зерновым составом и определяющей его влияние на свойства Ба и Бной смеси, является удельная пов-ть зерен.

Применительно к рядовому расположению шаров суммарная пов-ть зерен, заключенных в единице объема

Удельная пов-ть – суммарная площадь пов-ти зерен, отнесенная к его массе.

(см²/г или м²/кг) где S Si— сумма площадей пов-ти зерен пробы зап-ля, см²; Smi, — суммарная масса зерен, т. e. масса пробы зап-ля, для которой определялась суммарная пов-ть, г. Удельная пов-ть зависит от формы зерен и их крупности. Зависимость от формы зерен можно проследить на примере сопо­ставления зерен в форме шара и куба. С уменьшением размера зерен их пов-ть возрастает. Удельная пов-ть несколько увеличивается при наличии угловатых зерен. Для получения монолитного Ба необходимо, чтобы Цное тесто не только заполнило пустоты м/у зернами песка, но и раздвинуло зерна с целью создания м/у ними Цной прослойки. Расход Ца на получение подобной оболочки зависит от удельной пов-ти зап-ля, возрастая с уменьшением размера зерен. Добавления к крупному зап-лю мелкого уменьшает его пористость, но одновременно увеличивает удельную пов-ть, потому окончательное влияние зап-ля на Б лучше всего определять непосредственным испытанием зап-ля в Бе.

Структура мат-ла.

Структура – особенность строения мат-ла зависит от размера зерен, распределения и т.д. стр-ра м.б плотной и пористой. Текстура (аморфная или кристалическая). Аморфная структура мат-ла определяет его изотропность, т. е. свойства такого мат-ла во всех направлениях одинаковы. Это положительный фактор, поскольку в тех-гии Ба обыч­но нельзя управлять пространственной ориентацией зерен зап-ля и они располагаются случайно. Кристаллы в принципе анизотропны, что проявляется в нерав­номерности tных деформаций и в других нежелательных эффектах. Однако если кристаллы мелки по сравнению с разме­рами зерен зап-ля и располагаются в мат-ле беспорядоч­но, как чаще всего и бывает, то зерна зап-ля практически можно считать изотропными. Полому из кристаллических камен­ных пород для зап-лей предпочтительны мелкозернистые. Пористые мат-лы также могут быть изотропными и анизо­тропными. В данном случае анизотропность может быть свяьчпа с направленностью пор. Примером явно анизотропного пористого мат-ла может служить древесина. Структура ее волокнистая; свойства мат-ла вдоль волокон и поперек отличаются. Рассмотрим две принципиально различающиеся структуры изо­тропных мат-лов: ячеистую и зернистую. Ячеистая структура характеризуется тем, что в сплошной среде твердого мат-ла поры распределены но всему объему в виде отдельных замкнутых (или условно-замкнутых) ячеек (рис.а), зернистая стр-ра - совокупность склеенных между собой зерен твердого мат-ла (рис.б). Пористость в данном случае не­прерывна и аналогична пустотности сыпучего мат-ла. Крупность зерен такого мат-ла, так же как и размеры пор в ячеистом мат-ле, может быть различной, но при этом всегда проявляются характерные для той или иной структуры особенности. Например, водопоглощение мат-лов зернистой структуры, как правило, больше. Ячеистые мат-лы менее проницаемы и более прочны. Примерами зап-лей с ячеистой структурой могут служить природная пемза или искусственные пористые зап-ли, полу­чаемые вспучиванием исходного сырья. К зап-лям с зерни­стой структурой можно отнести щебень из пористого известняка, ракушечника, туфов, кирпичный щебень и т. д. На практике мат-лы с той или иной структурой в чистом виде встречаются редко: межпоровый мат-л при яч-той макроструктуре может быть пронизан капиллярами или быть зер­нистым в микрост-ре; в зернистом мат-ле могут быть эле­менты ячеистой стр-ры, если, например, в период формова­ния мат-ла отдельные зерна сблизились и поры между ними замкнулись.

Прочность зап-лей.

Прочность исходной породы определяют в том случае, когда зап-ль получают дроблением горных пород. Прочность определ прежде всего прочностью гор породы из котор он получен. Зап-ли из прочных пород (гранит) превосходят по прочности раствор и обладают прочностью 80 МПа и выше. Зап-ли из осадочных пород (известняк) имеют прочность от 30МПа. Прочность легких пористых зап-л как естеств, так и искусствен м/б меньше раствора от 2-20МПа. Для определения прочности изготавл образцы в виде цилиндра, d и высотой от 40-50мм или куба с таким же размером ребра. Испытывают на сжатие в водонасыщ сост. Методика определен др: щебень засыпают в стальной цилиндр с вн d=150мм сверху вставляют пуан-он и сдавливают с усилием в 200 кн. После этого пробу высыпают из цмлиндра и взвешивают, затем просеивают ч/з сито. Для фракции 5-10 использ сита 1,25. для 10-20 испол 2,5м; для 20-40 испол 5мм. Удаляют надробившуюся мелоч, а остаток на сите взвешивают. Показ-ль дробимости: где m-масса всей испытанной пробы (г,кг), m₁-маса остатка на контрольном сите после испытан (г,кг). На дробимость запол-ся влияет и наличие слабых зерен.Пределпрочности при сдавливании в цилиндре представляет условную относительную хар-ку зап-ля. При сдав­ливании нагрузка передается фактически не на всю площадь сече­ния цилиндра, а только через отдельные точки контакта между зернами. Поэтому при делении нагрузки на площадь поперечного сечения цилиндра прочность зап-ля значительно занижается. В такой же мере условно и описанное выше испытание на дробимость. Результаты подобных испытаний зависят не только от действи­тельной прочности зап-ля, но и от формы его зерен. Поэто­му прочность различных видов зап-лей нельзя сравнивать по результатам сдавливания в цилиндре или испытаний на дробимость. Прочность зап-лей R зависит от их плотности и структу­ры.

Чистота пов-тей зап-лей.

Большое влияние на прочность Ба оказывает чистота зап-ля. Пылевидные и глинистые примеси создают на пов-ти зерен пленку, препятствующую сцеплению их с Цным камнем. В результате прочность Ба понижается на 30…40%. Корректировать отрицательное влияние грязного или некачественного зап-ля на свойства Ба путем повышения расхода Ца недопустимо. Навеску сухого песка заливают водой и выдерживают 2 часа. После перемешивания верхний слой воды над песком сливают, добавляют чистую воду, и продолжают промывку песка до тех пор, пока вода над песком не будет оставаться прозрачной.

m - масса высушенного песка до отмучивания, гр.

Органические примеси - продукты разложения растительного или животного происхождения. Эти примеси препятствуют нормальному твердению Цного камня. Колорометрический метод: заливают 3-% раствором едкого натрия. Окраска в желтоватый или коричневый цвет. Окраска раствора д.б. светлее эталона.