В данной работе рассматривается вопрос влияния влажности песка на физико-механические и технологические свойства мелкозернистого бетона. В ходе выполнения исследования было произведено экспериментальное исследование влияние неучтенной влажности мелкого заполнителя на прочность, плотность и водопоглощение бетона. Актуальность темы связана с необходимостью учета влажности песка и корректировки состава бетонной смеси в процессе ее приготовления. В статье приводятся результаты оценки степени влияния влажности и модуля крупности на удобоукладываемость бетонной смеси и на физико-механические характеристики мелкозернистого бетона.
Ключевые слова: песок, влажность, бетон, прочность, плотность, водопоглощение.
This paper addresses the issue of the effect of sand moisture on the physicomechanical and technological properties of fine-grained concrete. In the course of the study, an experimental study was made of the effect of unaccounted for fine aggregate moisture on the strength, density and water absorption of concrete. The relevance of the topic is associated with the need to take into account the humidity of the sand and adjust the composition of the concrete mixture in the process of its preparation. The article presents the results of assessing the degree of influence of humidity and particle size modulus on the workability of the concrete mixture and on the physical and mechanical characteristics of fine-grained concrete.
Keywords: sand, humidity, concrete, strength, density, water absorption.
В настоящее время на кафедре технологии строительных материалов и метрологии Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета продолжаются исследования, связанные с изучением влияния влажности мелкого заполнителя на свойства бетона.
При чрезмерном содержании воды песок теряет положительные свойства, становится менее сыпучим, что оказывает влияние на насыпную плотность. Пленочная вода обладает свойствами клея: зерна песка слипаются и агрегируются, занимая при укладке их в какую-либо емкость значительно больший объем, чем занимал бы сухой песок. Это создает определенные сложности при дозировании песка в процессе приготовления бетонной смеси, приводит к нарушению оптимальности в составе бетона и, следовательно, к снижению его физико-механических характеристик [1, 3].
Были проведены экспериментальные исследования с тремя видами песка различного модуля крупности:
− кварцевый песок с модулем крупности Мк = 2,4;
− кварцевый песок с модулем крупности Мк = 1,4;
− кварцевый песок с модулем крупности Мк = 0,84.
Результаты экспериментов представлены на рис. 1, по которому видно, что при увеличении влажности мелкого заполнителя его насыпная плотность существенно понижается.
Рис. 1. Зависимость насыпной плотности песка от влажности
Далее изготавливались мелкозернистые бетонные смеси и образцы-балки размерами для определения прочностных и других характеристик получаемых материалов с учетом влажности мелкого заполнителя.
Расходы компонентов исходной смеси характеризовались цементно-песчаным соотношением Ц: П = 1:3 и водоцементным отношением В/Ц = 0,5 и оставались постоянными для всех составов, независимо от влажности песка. Далее изготавливалась смесь в зависимости от влажности песка. Таким образом, переменным фактором в составе бетонной смеси была влажность песка. Совершенно очевидно, что в таком случае расход песка сокращался, а воды увеличивался, однако рассмотрение именно такой ситуации и являлось целью работы.
На рис. 2 приведен график зависимости плотности бетона от влажности песка, из которого видно, что неучтенная влажность заполнителя оказала влияние и на плотность бетона. С увеличением содержания воды в песке, средняя плотность изменялась, в зависимости от модуля крупности песка.
Рис. 2. Зависимость средней плотности бетона от влажности песка
Далее изготовленные образцы были испытаны на растяжение при изгибе и сжатие. График зависимости прочности бетона при сжатии от влажности песка представлен на рис. 3. По графику видно, что данная характеристика начинает устойчиво понижаться пропорционально содержанию неучтенной воды в песке.
Рис. 3. Зависимость прочности при сжатии от влажности песка
Аналогичная закономерность наблюдается на рис. 4, на котором представлены зависимости прочности бетона на растяжение при изгибе в зависимости от влажности песка.
Рис. 4. Зависимость прочности при изгибе от влажности песка
Степень повышения водопоглощения бетона зависит как от влажности песка, так и от его модуля крупности (рис 5).
Рис. 5. Зависимость водопоглощения от влажности песка
Хорошо известно, что прочность бетона связана с водоцементным отношением, а при равных расходах цемента — с расходом воды, сложной зависимостью.
Вначале, наблюдается относительно невысокая прочность, что объясняется недостатком воды, и, как следствие неполной гидратацией портландцемента.
Затем, при некотором увеличении расхода воды, прочность несколько повышается, однако не достигает максимального значения, что можно объяснить тем, что гидратация ПЦ происходит более полно, но воды по-прежнему недостаточно для обеспечения связности смеси. Смесь получается рыхлой, и ее оказывается затруднительным качественно формовать и уплотнять. После этого, при дальнейшем увеличении расхода воды наблюдается повышение прочности до максимального значения. Такой расход воды обеспечивает достаточно полную гидратацию и подвижность, что позволяет достичь максимально плотной структуры бетонной смеси.
При дальнейшем увеличении расхода воды наблюдается снижение прочности бетона, нисходящий участок диаграммы, который подчиняется закону Боломея — Скрамтаева. В соответствии с этим законом и большим количеством эмпирических данных, часть воды, обеспечивающая подвижность бетонной смеси, достаточно быстро испаряется, оставляя воздушные поры. При еще более высоком расходе воды наблюдается расслоение бетонной смеси, после достижения которого, прочность бетона становится чрезвычайно низкой.
Все указанные положения можно проследить на графике зависимости прочности бетона при сжатии от влажности песка на примере результатов испытаний образцов, изготовленных с применением мелкого песка (Мк 0,84).
Рис. 6. Зависимость прочности и плотности от влажности песка
На рис. 6 видно, что вначале, при использовании сухого песка, смесь получилась рыхлая, расход воды оказался недостаточным для обеспечения гидратации ПЦ, и, соответственно такой бетон обладал относительно невысокой прочностью. После этого был применен более влажный песок, то есть увеличился расход воды, гидратация произошла более полно и прочность несколько повысилась. При использовании еще более влажного песка смесь приобрела связность, ее стало возможным укладывать и уплотнять максимально плотно и таким образом прочность достигла максимального значения в данной серии образцов. после этого, при использовании песка с еще большей влажностью наблюдается выполнение закона Боломея — Скрамтаева, и прочность начинает снижаться.
Можно отметить, что с увеличением влажности песка:
- Уменьшается его насыпная плотность;
- Изменяется, в зависимости от модуля крупности, средняя плотность и прочность бетона;
- Образуются дополнительные капилляры и поры, которые приводят к повышению водопоглощения и, соответственно, снижению долговечности бетона.
Литература:
- ГОСТ 8735–88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».
- ГОСТ 10181–2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний».
- ГОСТ 10180–2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
- ГОСТ 310.3 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема».
- Железобетонные изделия и конструкции: науч. — техн. справочник/ ред. Ю. В. Пухаренко, Ю. М. Баженов, В. Т. Ерофеев. — СПб.: НПО «Профессионал», 2013. — 1048 с.
