Для более достоверного анализа заполнителей в полевых условиях желательно установить приблизительный минералогический состав с помощью обыкновенной лупы. При анализе песка, кроме лупы, потребуется лист черной (фотографической) бумаги, на котором рассыпают песок. По минералогическому составу различают пески кварцевые, полевошпатные и известняковые. Чаще всего встречаются и применяются кварцевые пески с примесью зерен полевого шпата.
Зерна кварца выглядят под лупой как прозрачные и полупрозрачные частицы; зерна кремния – как непрозрачные частицы желтоватые или желтые разных оттенков с раковистым изломом; зерна полевого шпата – как светлые непрозрачные матовые частицы разных оттенков; частицы пирита имеют желто-золотистый цвет и металлический блеск, а также участки правильных граней и углов разрушенных кристаллов; слюда представляет собой матовые легкие тонкие листочки белого, розоватого, желтоватого и черного цветов; частички известняка – как белые и серые непрозрачные зерна, иногда с заметными следами спаек; могут быть также частички глины, сланцев и др.
Методика приближенной оценки минералогического состава заключается в следующем. На стекле рассыпают песок тонким просвечивающим слоем. В двух-трех местах очерчивают одинаковые квадратики или кружочки площадью около 2 см2 (величиной с 2-рублевую монету). Выделенные площади оставляют на стекле, а остальной песок осторожно удаляют. Затем стальной иглой или шилом отдельно на каждой площадке разделяют зернышки песка по минералогическим признакам, пользуясь вышеприведенными данными. Разделенные зерна подсчитывают и определяют процентное содержание каждой разновидности относительно общего количества зерен. Для облегчения такого подсчета под стекло подкладывают миллиметровую бумагу, пользуясь которой по площади определяют примерное процентное содержание различных минералов.
При определении качества песка по минералогическому составу учитывают следующее: чем больше содержание в песке зерен кварца или кремния, тем лучше песок; чем больше в песке зерен известняка, слабых зерен полевого шпата и глинистых частичек, тем хуже песок; чем больше загрязнен песок органическими примесями, в том числе частичками каменного угля и горючих сланцев, тем он хуже. Кроме того, необходимо учитывать, что содержание слюды в песке для бетона допускается не более 0,5 % по массе и что зерен пирита в песке для бетона должно быть не более 1 %. Во всех спорных и неясных случаях, выявленных при минералогической оценке песка, необходимо провести тщательный его лабораторный анализ. Минералогическую оценку щебня или гравия из природного сырья в полевых условиях производят согласно рекомендациям, изложенным в разделе «Виды каменных материалов».
Песок
Определение загрязненности песка глинистыми, илистыми и пылеватыми частицами. К пылеватым частицам относят частицы размером 0,14-0,05 мм, а к глинистым – менее 0,05 мм. Эти частицы нарушают сцепление цемента с песком, тем самым снижая прочность и морозостойкость бетонов и растворов.
Наибольшее распространение при определении загрязненности песка глиной, илом и пылью получил метод отмучивания. Для определения по этому методу отвешивают 1 кг песка с точностью до 1 г. Песок, помещенный в емкость, заливают водой (желательно из водопроводного крана) так, чтобы над песком было воды не менее 10 см. Затем энергично перемешивают содержимое емкости, через 2 мин. осторожно сливают мутную воду и заменяют ее свежей. Так повторяют до тех пор, пока вода не будет чистой и прозрачной. Эту воду осторожно сливают, а песок высушивают и взвешивают. Разность масс песка до отмучивания и после отмучивания и высушивания в граммах, деленная на 100, выражает содержание глинистых, илистых и пылеватых частиц вместе взятых в процентах. Если песка мало, можно взять и меньшее его количество. Однако менее 500 г брать не рекомендуется, так как чем меньше масса испытуемого песка, тем больше вероятность ошибки при определении.
При отсутствии взвешивающих устройств можно подсчитать загрязненность песка следующим методом. Мерный цилиндр (белую прозрачную бутылку) с наклеенной на него полоской миллиметровой бумаги заполняют на половину его высоты (для бутылки – на половину высоты ее цилиндрической части) песком и заливают на три четверти высоты сосуда водой. После чего цилиндр (бутылку) энергично взбалтывают в течение 5-6 мин., а затем дают песку отстояться. Через 15-20 с. замечают по мерным рискам или на миллиметровой бумаге уровень песка, осевшего на дно. Через 1,5-2 ч. вновь замечают уровень осевшего песка, но уже вместе с примесями. Разность высот замеренных уровней, отнесенная к общей высоте, выраженная в %, составит приблизительный процент загрязненности песка:
Зп= (h2-h1) / h2 100,
где Зп – загрязненность песка, %; h1 – высота уровня песка, мм; h2 – высота уровня песка и примесей, мм.
Существует и более простой способ определения загрязненности песка глинистыми частицами. Песок естественной влажности сжимают в руке, затем ее разжимают. Если песок чистый, на ладони и пальцах останутся отдельные песчинки; при загрязнении песка глиной до 5 % на ладони остается небольшое количество глинистых частиц; при загрязнении 10 % и более ладонь и пальцы руки покрываются почти полностью прилипшими глинистыми частицами.
Для бетонов, используемых внутри помещений, допускается наличие глинистых частиц в песке до 5 %, а для рядовых бетонов наружного использования – до 3 %. В наиболее ответственных конструкциях при марке не менее М300 разрешается использовать песок с содержанием глинистых частиц не более 2 %. Для растворов марки 100 и выше также допускается содержание глинистых частиц до 5 %, а для кладочных растворов – до 10 %; в штукатурных растворах разрешается применять песок с содержанием глинистых частиц до 15 % (по согласованию с заказчиком).
В некоторых случаях можно использовать для этой цели метод приращения объема при набухании, который характеризует содержание в песке частиц менее 0,05 мм. В мерный цилиндр емкостью 25 см3 всыпают при постоянном постукивании 10 см3 песка. Затем его заливают водой до отметки 23 см3, после чего до уровня 25 см3 добавляют 5 %-й раствор хлористого кальция или хлористого натрия (для быстрого осаждения мути). Смесь взбалтывают и дают отстояться в течение 3 ч. После этого определяют приращение объема песка в см3 и выражают его в процентах. Песок для неответственных бетонов марок М100-150 и растворов марки 100 и выше не должен иметь приращения объема при набухании более 5 %.
Определение загрязненности песка органическими примесями колориметрическим (цветовым) методом. Пробу можно сделать, используя 3%-ный раствор едкого натра NaOH. Мензурку емкостью 250 см3 наполняют до уровня 130 см3 воздушно-сухим песком и доливают до уровня 200 см3 3%-ным раствором NaOH. После энергичного встряхивания эту пробу оставляют на 24 ч., затем определяют цвет жидкости над песком, сравнивая его с цветом свежеприготовленного эталона. При качественном песке цвет раствора в мензурке над песком должен быть не темнее цвета эталона. Эталон приготовляют следующим образом: сначала изготовляют 2%-ный раствор танина в 1%-ном растворе спирта; берут 2,5 см3 этого раствора и 97,5 см3 3%-го раствора NaOH, эту смесь взбалтывают и оставляют на 24 ч. Степень окраски раствора едкого натра сравнивают также с данными табл. 1.131, после чего делают заключение о степени пригодности песка для строительных работ.
Поскольку изготовление эталона сопряжено с известными трудностями, может быть рекомендован для колориметрической пробы упрощенный способ определения, который иногда применяется в полевых условиях. Песком, очищенным от щепок, корней и стеблей растений, заполняют на 2/3 высоты обыкновенный прозрачный стакан (граненые и из цветного стекла применять нельзя). Доливают стакан до верха 3%-ным раствором NaOH, взмучивают стеклянной палочкой или пластмассовым стержнем (можно шариковой ручкой) и оставляют на 1 сут. Рядом с этим стаканом ставят второй такой же стакан, наполненный на 1/4 свежезаваренным крепким чаем, и доливают до верха кипяченой водой. Второй стакан служит эталоном.
Сравнивая цвет жидкостей первого и второго стаканов, определяют пригодность песка для строительных работ. Если цвет жидкости в стакане с песком светлее эталона, то такой песок пригоден для применения в бетонах и растворах всех марок; желтый цвет жидкости, примерно равный цвету эталона, указывает на некоторую засоренность песка органикой в пределах, допускающих применение его в растворах всех марок и бетонах до марки М100 включительно. Во всех остальных случаях песок считается непригодным для строительного использования.
Определить загрязненность песка органическими примесями в значительных количествах можно прокаливанием 10-20 г песка. Запах жженого белка указывает на присутствие органических примесей в песке.
В песках могут быть следующие органические примеси: гумус – обычно в горных и песках из речных пойм; планктон – в морских и озерных (реже в речных) песках; частички угля и горючих сланцев – в горных и овражных песках. От первых двух видов органических примесей песок можно очистить, промыв его известковой водой. От частичек угля и сланца очистить песок практически невозможно. Чтобы определить, чем загрязнен песок, колориметрическую пробу, если она дает темное окрашивание, делают дважды: на обычном песке и на песке, промытом известковым молоком.
Определение крупности и зернового (гранулометрического) состава песка. Для такой оценки наиболее точные результаты дает ситовой анализ песка, который выполняют по ГОСТ 10268 на стандартном наборе сит: 5-2,5-1,25-0,63-0,315-0,14 мм. Высушивают 1 кг песка до постоянной массы и просеивают через сита, последовательно взвешивая остатки на каждом сите. По результатам просеивания определяют частные остатки (отношение массы остатка на данном сите к массе просеиваемой пробы) и полные остатки (сумма частных остатков на всех более крупных ситах плюс остаток на данном сите). По полным остаткам, в %, строят кривую, положение которой сопоставляют с пределами, приведенными на рис. 1.14.
Если полученная кривая находится в пределах заштрихованной области, то такой песок пригоден для бетонов всех видов. По результатам просеивания также определяют крупность песка по условной характеристике, называемой модулем крупности Мкр, который вычисляется по формуле:
Мкр = (a5 + a2,5 + ... + a0,14) / 100,
где а5, а2,5 и т. д. – полные остатки на ситах от 5 до 0,14 мм.
В бетонах желательно применять песок с Мкр = 3,5-2,0. Для бетонов марки менее М200 разрешается использовать песок с Мкр = 1,5-2,0, для более высоких марок применение такого песка требует обоснования или же следует применять песок с Мкр = 2,5. Если окажется, что стандартных сит под рукой нет, то можно воспользоваться любым набором сит с отверстиями от 5 до 0,14 мм. Полученные результаты откладывают на стандартном графике (см. рис. 1.14). Используя график, переводят полученные цифровые данные в стандартные.
В том случае, когда сита отсутствуют, определить пригодность песков по зерновому составу можно конусом СтройЦНИИЛ. По глубине его погружения в раствор состава 1:2,5 при В/Ц = 0,6 на испытуемом песке определяют так называемый модуль пластичности. (Модуль пластичности – понятие, равнозначное величине осадки конуса СтройЦНИИЛа). Качество песка считается тем лучше, чем выше модуль пластичности раствора на нем. Пески хорошего состава имеют модуль пластичности раствора в пределах 6,5-11 см.
При оценке качества песка в полевых условиях можно использовать метод определения количества зерен песка, приходящихся на 1 см2. Для этого используют фотографическую черную бумагу и лупу. Количество зерен в 1см2: 10-15 – модуль крупности песка 3-3,5;20-40 – 2,8-2,3; более 50-60 – менее 2. Размещение зерен на бумаге должно быть достаточно плотным, подсчет ведут из нескольких мест рассыпанного на бумаге песка. Следует также иметь в виду, что для кирпичной кладки песок для растворов не должен быть крупнее 2,5 мм, а для штукатурных работ – не крупнее 2,5 мм для нижних слоев и 1,25 мм для верхних слоев штукатурки.
Определение плотности частиц, насыпной плотности песка и его пустотности. Плотность частиц и насыпная плотность песка – расчетные характеристики при определении состава бетона. Зная эти характеристики, можно вычислить и пустотность песка Пп, %:
Пп = ( ρ - ρ0 ) 100 / ρ,
где r – плотность частиц песка, г/см3; rо – насыпная плотность песка, г/см3.
Для определения насыпной плотности песка его высушивают до постоянной массы при температуре 105-110°С. Высушенный песок насыпают в посуду известного объема и массы и взвешивают. Частное от деления значения массы песка (без посуды) на объем посуды составляет насыпную плотность песка. Так повторяют три раза и вычисляют по этим результатам среднее значение. Насыпная плотность сухих песков обычно колеблется в пределах 1 450-1 650 кг/м3. Плотность частиц песка определяют в градуированном сосуде емкостью 250-500 см3. Сосуд наполняют водой до отметки 0,5-0,7 его объема и по шкале мерного цилиндра отсчитывают занимаемый ею объем V1. Затем берут приготовленную пробу песка (150-200 г) и осторожно всыпают ее в сосуд так, чтобы частицы песка не оседали на его стенках. Лучше сыпать песок мелкими порциями, чтобы воздух свободно удалялся из него и не образовывался вспененный слой на поверхности. Как только всыпали пробу, делают отсчет по шкале сосуда нового объема жидкости вместе с песком V2. Плотность r, г/см3, подсчитывают как частное от деления массы пробы песка G на разность V2 – V1, соответствующую примерному объему песка в плотном состоянии:
ρ = G / ( V2 – V1 ),
Опыт повторяют не менее трех раз и окончательный результат вычисляют как среднее арифметическое трехкратного определения. Для предварительных расчетов можно принимать плотность частиц песка 2 650-2 700 кг/м3 (2,65-2,7 г/см3).
Пустотность песка имеет весьма важное значение при определении состава бетона и растворов: с увеличением пустотности увеличивается расход вяжущих. Объем пустот песка из зерен почти одинаковой крупности составляет 40-42%. При оптимальном сочетании крупных, средних и мелких зерен песка объем его пустот уменьшается до 30-35 %. В песке удовлетворительного качества объем пустот не должен превышать 40 %, а хорошего – 37-38 %.
Пустотность песка можно также приблизительно определить с помощью двух одинаковых цилиндрических стаканов. В первый насыпают сухой песок, уплотняют его легким постукиванием стакана по столу и сравнивают ножом или линейкой вровень с кромками стакана. Из другого стакана, до краев наполненного водой, осторожно переливают воду в первый до тех пор, пока в первом стакане вода не будет вровень с краями, т. е. пока она полностью не заполнит пустоты в песке. После этого замеряют высоту столба воды, оставшейся во втором стакане. Разность высот стакана Вст и оставшейся в нем воды Вв, взятая относительно полной высоты стакана Вст, составит приблизительное значение пустотности, %:
Пп = ( Вст - ВВ ) 100 / Вст,
Влажность песка Вп (в %) определяют после взвешивания 0,5 или 1 л испытуемого песка G1, а затем высушенного до постоянной массы G2 по формуле:
Вп = ( G1 - G2 ) 100 / G2,
Однако это определение занимает около 2 ч. Поэтому в полевых условиях используют ускоренный метод определения влажности. Влажность песка можно определить с помощью спирта или бензина. Для этого 1 кг песка рассыпают на стальном противне, обливают его спиртом или бензином и поджигают. При высокой температуре вода, находящаяся в песке, испаряется. По разности массы песка до сжигания и после можно приблизительно определить его влажность.
Существует также ускоренное определение влажности песка по методу Б. М. Иванова. 1 кг песка с естественной влажностью погружают в литровый мерный цилиндр с делениями, в который предварительно налита вода до отметки 0,5. Затем определяют объем воды по поднявшемуся уровню V и вычисляют влажность песка по формуле:
Вп = ( ρ ( V - 0,5 ) - 1 ) 100 / ρ ( 1,5 - V ),
где Вп – влажность песка, %; r – плотность частиц песка, которая может быть принята в соответствии с вышеприведенными рекомендациями, г/см3; V – объем, занимаемый песком и водой, л.
Влажность песка можно также ускоренно определить другим методом. Для этого берут 0,5-литровый мерный цилиндр с делениями, наливают в него 250 мл воды, высыпают в воду 500 г песка с естественной влажностью, тщательно перемешивают, чтобы не было воздушных пузырьков. Затем измеряют полученный объем смеси, который будет тем выше, чем больше влажность песка. Влажность определяют по табл. 1.132.
Во всех случаях образцы гравия помещают между двумя стальными пластинами толщиной не менее 5 мм. Если зерна разрушаются, то их считают зернами слабых пород. По полученным результатам можно судить об однородности гравия. Для всех бетонов, предназначенных для использования в конструкциях, допускается слабых зерен до 5 % по массе.
Прочность щебня или гравия – одна из характеристик, непосредственно влияющих на прочность бетона. Существующие методы расчета состава бетона не учитывают прочность щебня или гравия потому, что она берется заведомо большей, чем проектируемая марка бетона: для марок менее М300 – в 1,5 раза, а для марок более М300 – в два раза.
Водопоглощение и морозостойкость материала в полевых условиях обычно определяют методами, приведенными в разделе «Природные каменные материалы».
Помимо этого, прочность гранул керамзита или кусков перлита можно ориентировочно определить, сжимая их пальцами. Если при этом они легко разрушаются, то их прочность обычно не превышает 1-1,2 МПа, если же нужно для этого приложить усилие, то прочность составляет 1,5-2 МПа. Гранулы и куски прочностью 2-3 МПа и более разбиваются при несильном ударе слесарным молотком. Определить ориентировочную прочность легких заполнителей можно также по их водопоглощению в течение 1 ч.: при прочности до 1,5-1,7 МПа такое водопоглощение составляет около 25 %, а при прочности 4-5 МПа – около 15 %.
Водопоглощение и морозостойкость пористых заполнителей связаны между собой. Ввиду высокой пористости такие заполнители имеют высокое водопоглощение и, как следствие, недостаточную морозостойкость. Так, водопоглощение керамзитового гравия по массе в течение 1 ч. должно быть не более 25 % для марки 400, 20 % – для марок 450-600 и 15 % – для марок 700-800. Водопоглощение перлитового щебня больше: для марки 300-400 оно составляет около 30 %. Водопоглощение пористых заполнителей можно определить в полевых условиях методами, описанными в разделе «Природные каменные материалы».
Морозостойкость же таких заполнителей обычно определяют по результатам 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания. При этом потеря массы керамзита должна быть не более 8 %, а перлита – не более 10 %. Ускоренно морозостойкость определяют методом кипячения зерен в воде: потеря массы более 5 % у керамзита и более 7 % у перлита указывает на недостаточную их морозостойкость.
По материалам справочника " Универсальный справочник прораба" НТЦ «Стройинформ»