Рекомендации по выбору песков

Обзор исследований, посвященных вопросу оптимальной гранулометрии песка в песчаном бетоне, показал, что область оптимальной гранулометрии при делении песка на 3 фракции (крупную, среднюю и мелкую) расположена в следующих пределах: 70-80% крупной фракции, 0-20% средней и 0-30% мелкой. Собственные исследования привели к другим результатам: 55% крупной фракции, 35% средней и около 10% мелкой. Одной из причин, вызвавшей заметное различие указанных результатов, является более полный учет в разработанной методике факторов, влияющих на расход цемента в песчаном бетоне, а также деление изучаемых песков только на 3 фракции. Действительно, в реальных песках распределение частиц по размерам в пределах каждой из трех фракций может существенно отличаться от закона распределения, принятого в расчете.
Для проверки значимости этого предположения были проведены дополнительные исследования с целью поиска гранулометрии оптимальной по расходу цемента при заданном В/Ц и постоянной жесткости (подвижности) смеси.
Исследования проводились по той же методике, что и для природных песков, но количество исследуемых фракций было принято равным пяти, причем использовались фракции песка, полученные рассевом на стандартных ситах (5-2,5, 2,5-1,25, 1,25-0,63, 0,63-0,31, 0,31-0,14). Таким образом, 2 из 3 фракций — крупная и средняя — разделены на 2 отдельные фракции. В то же время было решено не учитывать фракцию мельче 0,14 мм, поскольку такие частицы имеют размеры, близкие к размерам зерен цемента, и трудно предположить обволакивание каждой из них цементным тестом. Для бетонов, изготавливаемых на природных песках, эта фракция включена в объем Ц, для бетонов на фракционированных песках считалась отсутствующей — удаленной вместе с водой при гидроклассификации.

Для построения математической модели пустотности исследуемых песков был проведен планированный эксперимент по Д-оптимальному плану второго порядка при числе факторов 5, равном количеству рассматриваемых фракций песка. Пустотность песка определялась в виброуплотненном состоянии. Уплотнение песка велось в цилиндрическом сосуде па виброплощадке с пригрузом 100 г/см2.
Интервалы и уровни варьирования фракций выбраны с учетом данных исследовании об областях оптимальной гранулометрии.
Матрица планирования и результаты экспериментов приведены в табл. 4.15.
По результатам обработки экспериментов получена модель второго порядка для пустотности песка в зависимости от содержания отдельных фракций:

где P — пустотность песка в процентах (в виброуплотненном состоянии),
А, Б, В,Г,Д — содержание соответствующей фракции в песке в процентах. Проверка адекватности полученной модели была проведена по F-критeрию при 5%-ном уровне значимости и дала положительный результат. Вычисление расходов цемента выполнено на базе полученной модели пустотности при трех различных толщинах «обмазки» зерен, соответствующих смесям с жесткостью 120 сек, 40 сек и OK = 3 см, при величине В/Ц, равной 0,3; 0,4 и 0,5 соответственно. Коэффициент формы зерен принят равным 1,3.

Расчетом проанализировано влияние величины коэффициента формы (зависящего, в основном, от генезиса песка) на расход цемента. При варьировании коэффициента формы в границах от 1,0 до 1,5 разница в расходах цемента не превышала 1 %.
По результатам проведенных вычислений построены модели второго порядка: расход цемента в песчаном бетоне — функция гранулометрического состава песка в виде:

где Ц — расход цемента в кг/м3 бетона,
β — коэффициенты, численные значения которых приведены в табл. 4.16.
Такие пятифакторные модели невозможно интерпретировать в виде диаграмм «состав — свойство». На рис. 4.12 представлена номограмма определения расхода цемента для первой из этих моделей (смесей с жесткостью 120 сек и В/Ц= 0,3).
Большое количество вариантов возможной классификации песка не позволяет предложить однозначно рекомендуемые составы «оптимального» песка, тем более что критерием выбора должна быть принята стоимость 1 м3 песчаного бетона, а не количество цемента, используемого при изготовлении бетона. Тем не менее, вычисления, выполненные по формуле (4,20) с использованием данных табл. 4.16, позволяют указать состав, который для значительного количества реальных песков близок к оптимальному и с которого, как правило, следует начинать расчеты: А:Б:В:Г:Д = 40:30:0:15:15.

Анализ приведенных результатов позволяет сделать следующие выводы:
— в песчаных бетонах наиболее целесообразно использовать крупные пески. Предпочтительно в таких песках иметь крупную (К) фракцию в количестве не Менее 50 %;
— желательно наличие в песках до 10 % мелкой (М) фракции, выполняющей роль микрозаполнителя;
— колебания средней (С) фракции в границах 30-50% практически не сказывается на расходе цемента.
Разработанная методика и расчетный аппарат дают возможность правильного выбора природных песков, а также позволяют решить вопрос целесообразности применения фракционированных (обогащенных) песков. За счет правильного выбора песка либо специальной его переработки (отмыв, классификация) возможно снижение расхода цемента на 80-140 кг/м3 песчаного бетона.