Какой нужен щебень для фундамента: фракция щебня, советы по выбору. Фракция цемента


Помол клинкера

Цемент

Процесс помола

Помол клинкера — важный технологический процесс, один из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента (активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость и др.) зависят не только от химического и фазового состава клинкера, но и от тонкости помола.Клинкер и добавки измельчают в трубных мельницах открытого и замкнутого цикла. Конструкции, принцип действия, технические характеристики помольных мельниц, а также основные схемы помола аналогичны рассмотренным в гл. 4.При измельчении клинкера необходимо учитывать его высокую твердость. Кроме того, для получения качественного цемента нужно, чтобы зерна клинкера имели заданный состав. При помоле в разных фракциях клинкера содержание минералов неодинаково. В мелкой фракции (0—20 мкм) обычно больше C3S и СзА, а более крупные фракции обогащаются C2S и C4AF. Наибольшее влияние на прочность цемента оказывает фракция от 5 до 30 мкм. Ее количество в высокопрочных и быстротвердеющих цементах должно быть в пределах 45—70 %. Фракция менее 5 мкм оказывает решающее влияние лишь на прочность цемента в первые сутки твердения. Повышение ее количества до 20—25 % ведет к переводу цемента в разряд быстротвердеющих. Фракция 5—10 мкм влияет на прочность цемента в трех- и семисуточном возрасте, а фракция 10—30 мкм в возрасте 1 мес и более. Фракции цемента более 60 мкм практически являются балластом.

Химический и минералогический состав клинкера определяют его размалываемость (способность к измельчению). Этот показатель оценивается условно, применительно к способу измельчения и агрегату, в котором производится измельчение. Кроме того, размалываемость зависит от режима и способа обжига (в шахтных или вращающихся печах). Размалываемость характеризуется коэффициентом размолоспособности, равным 1 для клинкеров вращающихся печей средней размолоспособности; 0,8—0,9 — с повышенной и 1,1—с пониженной размолоспособностью. Чем выше коэффициент размолоспособности, тем быстрее измельчается клинкер и тем больше производительность мельницы. С повышением пористости клинкера сопротивление его размолу снижается. Так, клинкер шахтных печей более пористый, так как из гранул выгорает уголь, поэтому коэффициент его размолоспособности принимают равным 1,15—1,25. Отмечено, что при росте силикатного модуля размалывае- мость уменьшается. Высокое содержание C2S также ухудшает размалываемость клинкера, в связи с налипанием частиц на мелющие тела и с агрегацией.

Образование клинкерных минералов частично происходит в жидкой фазе. При очень быстром охлаждении клинкера размалываемость его понижается в результате содержания в нем жидкой фазы (клинкерного стекла). Доля жидкой фазы определяет размалываемость клинкера. Чем больше жидкой фазы, тем труднее размолоть клинкер. Высокая влажность материалов, питающих мельницу, также отрицательно сказывается на процессе помола и увеличении расхода энергии.Тонкость помола цемента характеризуется по остатку на сите № 008 и составляет 8—12 % для большинства цементов (по ГОСТ 310.2—76 этот остаток не должен превышать 15 %). Более точна характеристика тонкости помола по удельной поверхности, определяемая методом фильтрации воздуха через слой спрессованного порошка на стандартном приборе — поверхностемере ПСХ-4. Удельная поверхность цементов около 2500— 3000 см2/г при остатке на сите № 008 5—8 %• Быстро- твердеющие цементы имеют высокую удельную поверхность (3500—4500 см2/г). С увеличением удельной поверхности цемента прочность и скорость твердения возрастают сначала достаточно интенсивно, а затем медленнее. Однако, когда удельная поверхность достигает 7000 см2/г, наблюдается некоторое снижение прочности, что объясняется более высокой водопотребностью тонко- измельченного цемента. Высокая .удельная поверхность отрицательно влияет также на морозостойкость цементов.Расход электроэнергии на получение 1 т цемента 35—40 кВт/ч. С повышением тонкости помола затраты электроэнергии возрастают в большей мере, чем степень измельчения. Так, увеличение тонкости помола на каждый 1 % уменьшения остатка на сите № 008 повышает расход электроэнергии на 4—6 % и снижает производительность мельницы на 3—5 %.Интенсификация процесса помола клинкера достигается рациональным подбором ассортимента мелющих тел, применением футеровки самосортирующих броневых плит, аспирацией мельницы и впрыскивания в последнюю камеру воды, введением поверхностно-активных веществ (ПАВ).Эффективность действия мелющих тел зависит от степени заполнения ими объема отдельных камер мельницы: для камеры грубого помола в пределах 26—32; среднего — 26—30 и тонкого — 24—30. Применение самосортирующих броневых плит повышает производительность мельниц на 5—7 %.Производительность мельниц увеличивается и при аспирации рабочего пространства мельниц. Просасыва- нием воздуха через мельницу из нее удаляется часть тонких частиц и тем самым уменьшается налипание их на мелющие тела; снижается температура среды в мельнице, что также благоприятно отражается на процессе измельчения. Оптимальная скорость аспирации воздуха в полости барабана мельницы 0,5—0,7 м/с.На последних стадиях измельчения клинкера температура в мельнице поднимается до 150—160 °С, при этом производительность резко падает. Для снижения температуры и улучшения условий помола в последнюю камеру мельницы впрыскивают распыленную воздушно-водяную смесь, что повышает производительность ее на 15— 20%. Количество воды не должно превышать 1,5% массы цемента.

При достижении цементом .удельной поверхности 3500—4000 см2/г наблюдается агрегатирование частиц, ухудшается перемешивание цемента при затворении и повышается водопотребность. Агрегатирование резко снижается при применении ПАВ. Некоторые ПАВ одновременно с интенсификацией помола положительно влияют на строительно-технические свойства цемента — повышают морозостойкость, являются пластификаторами, гидрофобизаторами и т. п. В качестве ПАВ в основном используют катион-активные соединения: сульфитно- дрожжевую барду (СДБ), триэтаноламин (ТЭА), смесь СДБ и ТЭА в соотношении 1:1, мылонафт и др. При введении ТЭА в количестве 0,015—0,03 % по массе производительность мельниц повышается на 20—35 %, удельный расход электроэнергии уменьшается на 10— 35%.

Готовые бетонные смеси

Бетонные смеси давно уже, если не хочется, не нужно готовить самостоятельно, тратя на это кучу времени и сил. Все можно купить. Они могут продаваться, как в магазинах, так и предлагаются …

Шнековый дозатор — фасовка муки, цемента и другой пыли

Производство и продажа дозаторов шнековых для фасовки смесей пылящих и трудно-сыпучих Цена - 22000грн(850дол.США) без дискрета(дозатор равномерный с регулируемыми оборотами шнека) или 34000грн с дискретом(дозатор порционный с системой точного дозирования) …

Кладочные растворы

КЛАДОЧНЫЕ БЕСЦЕМЕНТНЫЕ И МАЛОЦЕМЕНТНЫЕ РАСТВОРЫ Растворы с химическими добавками. Эти растворы применяют, когда конструкциям сооружения требуется придать полную водонепроницаемость. Растворы приготовляют на основе сухой цементной смеси состава от 1 : …

msd.com.ua

Селективная дезинтеграторная активация портландцемента (часть2)

перейти к первой части

ЧАСТЬ 2.

Методы снижения затрат энергии при помоле цемента

Рассмотренная технологическая схема помола материалов в замкнутом цикле, хотя и обеспечивает возможность активации портландцемента, себестоимость повышения его активности все равно остается достаточно высокой. Однако это единственный энергопродуктивный способ увеличить активность портландцемента методом повышения его дисперсности. Высокая стоимость подобных работ объясняется, прежде всего, тем, что тонкий помол цементного клинкера является наиболее энергоемким процессом, а увеличение дисперсности цементного порошка не возможно без серьезных затрат энергии. Именно на помол клинкера приходиться до 70 % энергозатрат при производстве цемента.

Вторая причина высокой себестоимости помола портландцемента является низкая эффективность помольного оборудования, реализующего модель разрушения методом двухстороннего нагружения (деформация сжатия). Шаровые мельницы, являясь наиболее яркими представителями помольного оборудования раздавливающе-истирающего действия, при работе с высокодисперсными материалами характеризуются низкой эффективностью, и КПД их составляет в лучшем случае несколько процентов.

Таким образом, для того чтобы кардинально уменьшить себестоимость активации портландцемента, необходимо прежде всего снизить затраты энергии на разрушение цементного зерна. При этом нужно признать, что большое уменьшение затрат энергии могут дать лишь те способы, при которых материалы имеющие прочность на сжатие большую нежели прочность на растяжение, измельчались бы под влиянием прямых разрывающих воздействий на них, а не в результате первоначальных сжимающих сил. Иными словами в работах по активации портландцемента выполняемых на местах его использования, когда объемы перерабатываемого материала относительно невелики (по меркам цементных заводов) экономически целесообразным являются метод ударного разрушения или как его еще называют дезинтеграторный метод.

Так же для снижения себестоимости активации портландцемента, помимо использования более рациональной модели разрушения цементного зерна, необходимо попытаться сократить объемы частиц, подлежащих измельчению. Соответственно, при сокращении количества объектов разрушения, затраты энергии также снижаются, а вместе с ней и уменьшается себестоимость активации.

Как уже говорилось раньше, при прочих равных условиях, чем выше дисперсность получаемого продукта, тем больше энергии необходимо затратить для ее достижения. Другими словами, чем меньше размер частицы, тем больше энергии требуется для ее разрушения, и наоборот, чем крупнее частица, тем меньше энергии требуется для ее разрушения.

В целом сам процесс тонкого помола является весьма энергоемким, и требует повышенных энергетических затрат по сравнению с более грубым измельчением. К тому же, тонкий помол подразумевает повышение интенсивности энергетического воздействия на обрабатываемый материал, что всегда сопряжено с безвозвратной потерей металла из-за износа помольных органов, который тем выше, чем тоньше частицы обрабатываемого материала (при прочих равных условиях). Тончайшие частицы материала препятствуют эффективному разрушению более крупных зерен, снижая производительность помольного оборудования и увеличивая его энергопотребление. Поэтому своевременное удаление из зоны помола частиц, достигших требуемой тонины, обеспечивает повышение эффективности измельчения. В этом случае значительно меньше частиц материала будет подвергаться безрезультатному нагружению, что обеспечивает снижение энергозатрат на трение частиц между собой и исключает их переизмельчение.

Влияние зернового состав на основные свойства цемента

Исследования показывают, что эффективность, помола цементного клинкера, оцениваемая по оптимальному гранулометрическому составу порошка и минимальному удельному расходу электроэнергии, тем выше, чем быстрее и полнее выделяются из материала наиболее тонкие фракции, затрудняющие процесс измельчения. Именно на своевременном удалении частиц требуемого размера и основана технология с использованием замкнутого цикла помола клинкера, обеспечивающая получение высокодисперсного быстротвердеющего портландцемента, удельная поверхность которого составляет 3500-4500 см2/г и выше.

Однако далеко не вся масса цементного порошка нуждается в дополнительном измельчении при его активации, поэтому разделение исходного продукта по размеру частиц является действенным способом снижения себестоимости активации. Именно поэтому работы, связанные с повышением вяжущих свойств цемента заводского изготовления, необходимо рассматривать как комплекс мероприятий, направленных на увеличение дисперсности цементного порошка за счет корректировки его гранулометрического состава.

Известно, что цементный порошок весьма неоднороден по своему гранулометрическому составу, более того степенью неоднородности во многом определяются его физико-технические свойства, в частности равномерность твердения, прочность на разных сроках твердения и т.д. Разные фракции цементного порошка оказывают влияние на прочность цемента, изменяют его водопотребность, пластичность цементного теста, и, наконец, скорость твердения. В связи с этим ряд исследователей рекомендует характеризовать активность цемента не только по удельной поверхности порошка, но и по зерновому составу. Так, А. Н. Иванов-Городов полагает, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах:зерен мельче 5 мкм — не более 20 %, зерен размерами 5-20 мкм — около 40-45 %, зерен размерами 20-40 мкм — 20-25 %, а зерен крупнее 40 мкм — 15-20 %.

Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили выявить следующую зависимость между количеством зерен определенного размера и скоростью твердения портландцемента. Так, частицы размерами 0-5 мкм оказывают решающее влияние на рост прочности цементного камня в первые часы твердения. Именно от частиц этого размера напрямую зависят сроки начального схватывания портландцемента. Частицы размером 5-10 мкм влияют на прочность цементного камня в 3-7 суточном возрасте, а фракция 10-20 мкм определяет прочность в 28 суточном и более позднем возрасте. Установлено, что, измельчая один и тот же клинкер и соответственно изменяя долю частиц размером 5-20 мкм в общей массе цементного порошка, можно получать портландцемент марок 600, 700 и 700 БТЦ (аббревиатура БТЦ расшифровывается как - быстро твердеющий цемент).

Таким образом, для повышения активности портландцемента, либо обеспечения возможности регулирования прочности бетонных изделий в разные сроки твердения, достаточно увеличить долю частиц определенного размера в общей массе цементного порошка. Увеличение процентного содержания частиц нужных размеров естественно происходит за счет дополнительного измельчения крупных цементных зерен, которые в достаточном количестве присутствуют даже в высокомарочном цементе, не говоря уже о материале среднего качества. Естественно, помол относительно крупных цементных зерен, требует меньших затрат энергии, поэтому его себестоимость, относительно помола тонких частиц, невелика.

Принципы селективного измельчения цементного зерна

Для того чтобы реализовать технологию выборочного или иначе селективного измельчения в работах по активации портландцемента, необходимо провести первичную классификацию материала, для выделения «балластной» фракции, состоящей из частиц требуемых размеров, дополнительное измельчение которых не целесообразно.

Термин «первичная» классификация вводится специально, чтобы отразить суть метода селективного измельчения. Если в производстве портландцемента используется технологическая схема замкнутого цикла измельчения, когда в процессе помола клинкера, частицы требуемого размера извлекаются уже после первичного помола, в этом случае имеет место классификация «вторичная», так как классифицирующий агрегат работает с материалом, прошедшим стадию первичного измельчения. Предлагаемый метод использования «первичной» классификации при активации портландцемента, заключается в том, что классифицирующий агрегат устанавливается перед помольной установкой, что позволяет провести первичное разделение поступающего на помол материала, а значит выделить цементные зерна нужного размера, исключив их нагружение в помольном агрегате. Частицы, прошедшие классификацию, отправляются в приемный бункер тонкого продукта, частицы не прошедшие классификацию отправляются на помол.

Таким образом «первичная» классификация портландцемента позволяет выделить из основной массы цементного порошка от 30 до 60 % частиц, дальнейшее измельчение которых не только экономически нецелесообразно, но и вредно по причине их переизмельчения ! Удаление «балластной» фракции из основной массы активируемого цемента позволяет снизить требования к размольной мощности агрегатов измельчения и использовать измельчительное оборудование, производительность которых по помолу ниже, чем общая производительности технологической линии активации портландцемента, что было совершенно не возможно при старых схемах активации.

Однако, сама по себе «первичная» классификация, хотя и позволяет в значительной степени уменьшить нагрузку на помольный агрегат, как в части снижения объемов перерабатываемого материала, так и в части требований к дисперсности получаемого продукта, это еще не сам метод селективной дезинтеграторной активации портландцемента, а только его составляющая.

В принципе для дополнительного помола выделенной фракции можно использовать помольные агрегаты различной конструкции, в том числе и мельницы барабанные шаровые и мельницы вибрационные, но эффект активации портландцемента в этом случае будет не полным, применение агрегатов измельчения ударного действия будет в любом случае предпочтительным. Причина этого заключается в том, что шаровая мельница, является помольным агрегатом, характеризуемым крайне низкой избирательностью измельчения.

Для продукта измельчаемого методом раздавливания- истирания (модель разрушения - деформация сжатия) свойственен весьма разнообразный гранулометрический состав, который представлен мелкими (переизмельченными), частицами (<5мкм), частицами основной «товарной» фракции (5-40мкм) и крупными частицами, размер которых в десятки раз превышает размер частиц «товарной» фракции. При этом процентное отношение частиц каждой фракции изменяется в зависимости от вида мельницы, применения открытого или замкнутого цикла измельчения, размера мелющих тел, а также от формы бронеплит в шаровых мельницах, соотношения между длиной и диаметром мельниц, степени заполнения камер мелющими телами и целого ряда других факторов.

В случае, когда шаровая мельница используется для активации портландцемента, независимо от гранулометрического состава исходного материала, конечный продукт будет представлен тремя основными фракциями, которые будут состоять из переизмельченных частиц, средней фракции и крупных частиц.

При увеличении интенсивности воздействия мелющих тел на обрабатываемый материал, содержание переизмельченных частиц в порошке будет достаточно быстро увеличиваться, при этом, переход крупной фракции в среднюю будет происходить более медленно. Отсюда можно сделать вывод, что при дополнительном помоле высокодисперсных порошков на шаровой мельнице, «товарная» фракция, представленная частицами среднего диапазона размеров в результате переизмельчения переходит в мелкую фракцию, содержащую тонкие частицы, в то время как процентное содержание в порошке частиц крупной фракции в процессе помола изменяется достаточно медленно.

Изменение гранулометрического состава цементного порошка в зависимости от типа помольного агрегата

Низкая избирательность измельчения, которая в целом характерна для шаровых мельниц, не зависимо от способа побуждения мелющих тел (мельницы барабанные, вибрационные, планетарные, эллиптические - центробежные), усугубляется отсутствием возможности регулирования гранулометрического состава получаемого продукта в плане уменьшения размеров частиц средней, наиболее важной фракции цементного порошка. Так как, истирающий помол — это, прежде всего крайне разнообразный зерновой состав, процентное отношение основных фракций в готовом продукте не зависит от дисперсности исходного материала. При попытках уменьшить размер частиц средней фракции скажем с 40 до 20 мкм (не увеличить показатели удельной поверхности, а именно уменьшить средний размер частиц), в результате неизбирательного раздавливающе - истирающего помола, попутно измельчается весь размерный ряд цементных зерен. Верхняя часть средней фракции переходит в тонкий переизмельченный класс цементных частиц, а измельчаемые крупные зерна не успевают компенсировать потерю средней фракции. В результате на фоне увеличения удельной поверхности цементного порошка фиксируется сокращение доли частиц наиболее важных размеров 10- 20 мкм. И чем интенсивней истирающее воздействие, тем больше показатели удельной поверхности цементного порошка, а вместе с этим и больше тонких частиц, и тем меньше частиц средней фракции требуемого размера. Получается замкнутый круг, если интенсивность истирающего воздействия недостаточна, в цементном порошке не удается уменьшить процент частиц крупных, если напротив избыточна, происходит пополнение массы тонких частиц в основном за счет измельчения частиц средних.

Учитывая, что для равномерного твердения цементного камня помимо мелкой фракции (5-10 мкм), оказывающей определяющее влияние на рост прочности в начальные сроки твердения, также необходима и фракция средняя (10- 20 мкм), которая определяет прочность цемента в первые недели и месяцы набора прочности. Отсутствие возможности повлиять на гранулометрический состав цементного порошка при помоле на шаровой мельнице, практически не оставляет надежды на получение материала, повышение активности которого в начальные сроки твердения не оборачивалось бы снижением прочности и морозостойкости в последующем.

Неоднородность зернового состава порошка, полученного в результате измельчения методом истирания, также подтверждает и устоявшаяся практика определения удельной поверхности цементного порошка по остатку на сите № 008. Так, остаток 5-8% (по массе), характерен для цемента, измельчаемого на шаровой мельнице, удельная поверхность которого 2500-3000 см2/г. Даже быстротвердеющий высокомарочный цемент с удельной поверхностью 4500 см2/г обычно имеет 2-5% частиц размерами более 80 мкм.

Метод ударного измельчения цементного зерна, напротив характеризуется достаточно узкой гранулометрией, процентное содержание в порошке частиц средней фракции при измельчении материала методом свободного удара гораздо выше, нежели при других способах помола. Поэтому, основной прирост прочности цемента, активированного ударным методом, наблюдается не в первые часы твердения, а спустя 3-7 суток. Что объясняется, прежде всего, высокой избирательностью измельчения методом свободного удара.

При ударном, или как его еще называют дезинтеграторном измельчении цементного зерна, гранулометрия получаемого продукта в основном зависит непосредственно от скорости свободного удара. Так, для разрушения цементного зерна, в зависимости от его размера, необходима строго определенная энергетика ударного воздействия. Чем выше скорость помольного органа (для дезинтегратора, центробежно-ударной мельницы) или скорость самой разрушаемой частицы (для струйной мельницы), тем меньше размер частиц в готовом продукте. Учитывая высокую гранулометрическую однородность материала, полученного в результате ударного измельчения, можно сделать вывод о самом характере такого измельчения.

Если при истирающем помоле разрушающее воздействие помольных органов отражается на всем ассортименте размеров частиц, то при ударном измельчении разрушаются лишь те частицы, размер которых соответствовал интенсивности ударного воздействия. Или другими словами, при недостаточно мощном ударе, измельчаются только относительно крупные, малоактивные цементные зерна, не домолотые заводскими шаровыми мельницами. Если скорость удара будет увеличена, начнется разрушение «хвостов» средней фракции, если скорость удара еще повыситься начнется уменьшение размеров средней, а затем и верхней части «средней» фракции и так далее.

Многочисленные опыты показали, что у портландцемента, имеющего остаток на сите № 008 — 20%, в результате дезинтеграторного измельчения и как следствие выравнивания зернового состава средней части, частицы размерами более 80 мкм переходят в среднюю фракцию с размерами частиц менее 40 мкм. Иными словами, крупные неактивные цементные зерна в результате ударного измельчения, переходят в активную среднюю фракцию, оказывающую основное влияние на прочность цементного камня в первые дни, недели и месяцы его твердения.

Именно высокая избирательность дезинтеграторного измельчения обеспечивает возможность получения активированного портландцемента средних показателей удельной поверхности, но с полным отсутствием остатка на сите № 008, и чрезвычайно малым остатком на сите № 006.

Соотношение основных фракций цементного зерна после помола наглядно демонстрируют прилагаемые гистограммы, позволяющие определить процентное содержания частиц различных размеров в цементных порошках сопоставимой удельной поверхности, но полученных на разных помольных агрегатах.

Гистограмма 1 — Количество частиц данного размера порошка, дезинтеграторного измельчения (V max = 160 м/c )

Размер частиц, мкмПроцентное содержание в порошке, %Размер частиц, мкмПроцентное содержание в порошке, %
<= 1 мкм 0.68 <= 10 мкм 24.43
<= 2 мкм 5.23 <= 20 мкм 55.08
<= 3 мкм 8.36 <= 30 мкм 82.58
<= 4 мкм 11.13 <= 40 мкм 94.01
<= 5 мкм 14.11 <= 50 мкм 98.71

Гистограмма 2 — Количество частиц данного размера порошка, измельченного на шаровой вибрационной мельнице

Размер частиц, мкмПроцентное содержание в порошке, %Размер частиц, мкмПроцентное содержание в порошке, %
<= 1 мкм 1.75 <= 10 мкм 32.13
<= 2 мкм 9.31 <= 20 мкм 46.38
<= 3 мкм 15.06 <= 30 мкм 59.10
<= 4 мкм 22.58 <= 40 мкм 63.09
<= 5 мкм 28.37 <= 50 мкм 73.32

Как видно из представленных гистограмм, главное отличие порошков, полученных на разных помольных агрегатах, это процентное отношение основных фракций. Материал, помол которого производился на шаровой мельнице, характеризуется относительно большим количеством тонких частиц размерами менее 5мкм, и высоким содержанием крупных зерен размерами более 40 мкм.

При этом главной проблемой повышения содержания тонкой фракции в следствии переизмельчения цементного зерна, является даже не снижение производительности помольного оборудования и не повышение расхода энергии, затрачиваемой для бесцельного сверхтонкого помола. Тонкие частицы, размером менее 5 мкм, большое количество которых образуется при раздавливающе- истирающем измельчении, способны снизить прочность цементного камня. Именно из-за переизмельчения цементного зерна в ряде случаев активность портландцемента, в результате дополнительного помола, не только не увеличивается, а наоборот снижается.

Причины и последствия переизмельчения цементного зерна

Хорошо известно, что чрезмерное измельчение цементного зерна не всегда целесообразно, а при определенных условиях совершенно не допустимо, так как частички 1-3 и даже 5 мкм быстро гидратируются влагой воздуха уже при кратковременном хранении цементов на складах, что значительно снижает активность материала. В случае если активация портландцемента проводиться на местах его использования, что исключает его длительное хранение, переизмельчения цементного зерна также необходимо избегать, так как высокодисперсные частицы размерами менее 5 мкм при затворении цемента водой гидратируют настолько быстро, что практически не участвуют в последующем его твердении. В результате высокодисперсные частицы, на получение которых была затрачена львиная доля подведенной энергии, в твердеющем цементном камне играют роль мелкого заполнителя, так как их гидратация закончилась задолго до начала гидратации частиц более крупных. Именно поэтому, для того чтобы обеспечить равномерное и быстрое твердение цемента, содержание частиц размерами менее 5 мкм не должно превышать 20 %. В противном случае эстафета равномерного твердения при строго последовательной гидратации цементных зерен необходимых размеров, будет нарушена, что негативно скажется на прочности цементного камня, либо бетонного изделия.

Еще раз, возвращаясь к вопросу оптимального гранулометрического состава цементного порошка, хотелось бы отметить, что большинство разочарований практическими возможностями активации портландцемента, происходит тогда, когда основным способом увеличения его активности избирается метод повышения дисперсности. В случае если помольным агрегатом выступает вибрационная мельница, результаты такой активации очень легко прогнозируются. При интенсивном помоле цементного порошка с использованием мельницы раздавливающе-истирающего действия, его гранулометрический состав изменяется. Средняя фракция, представленная частицами 10-40 мкм, которая и определяет прочность цементного камня в первые недели и месяцы, в результате переизмельчения переходит в разряд частиц размером менее 5 мкм. При затворении полученного «активированного» цемента водой, сначала фиксируется небывалый рост прочности, которая обеспечивается за счет быстрой гидратации тонких частиц. Именно этот эффект часто принимается, а потом и выдается за активацию цемента. Вслед за лавинообразным набором прочности цементного камня наступает период стабилизации, а затем и снижение прочностных показателей. Перевод средней фракции цементного зерна в мелкую фракцию, попросту лишает начавшийся рост прочности цементного камня логического продолжения. За тонкими частицами практически сразу же начинаются более крупные цементные зерна, что не позволяет добиться равномерного набора прочности на протяжении всего срока твердения. Таким образом, средняя, наиболее полноценная фракция часто бывает принесена в жертву эффекта «псевдоактивации» портландцемента.

Итак, цементный порошок, получаемый в шаровых мельницах любого способа побуждения мелющих тел, характеризуется широким зерновым составом, при этом процентное содержание основных фракций цементного зерна не поддается оперативной регулировке. В то же время, при активации портландцемента совершенно необходимо получение материала узкой гранулометрии именно средней фракции (10-40 мкм), которая должна пополняться в результате измельчения крупных, малоактивных цементных зерен. В этой связи, только при использовании агрегатов измельчения ударного действия, таких как дезинтеграторы, центробежно-ударные мельницы и т.д., становиться возможным повышение активности цемента наиболее рациональным способом.

перейти к третьей части

Липилин А.Б.Коренюгина Н.В.Векслер М.В.

Список литературы:

  1. А.В. Волженский «Минеральные вяжущие вещества»,1986 г.
  2. И.А. Хинт «Основы производства силикальцитных изделий», 1962 г.
  3. С.С. Добронравов «Строительные машины и оборудование», 1991 г.

www.tpribor.ru

Внешние механические воздействия в технологии бетонов

Посмотреть все статьи

Часть 4

10.2.4 Особенности структурообразования цементного камня в результате виброактивации.

Общеизвестно, что физико-механические свойства материала, в том числе и бетона, в большой мере предопределяются его структурой. Под понятием структура бетона условимся понимать совокупность “макроструктуры”, созданной расположением заполнителей, и “микроструктуры” цементного камня, включая и контактную зону “цементный камень – заполнитель”.

Структура бетона является сложной функцией прилагаемых к нему физико-химико-механических факторов.

“МАКРОструктура” бетона формируется в результате внешнего механического воздействия на все его составляющие в процессе приготовления и уплотнения бетонной смеси. По большому счету совершенство макроструктуры бетона отражает рецептурные пропорции бетона (соотношение между вяжущим, заполнителями и водой) а также степень равномерности их распределения между собой (эффективности смешения).

В то же время “МИКРОструктура” бетона формируется как под воздействием внешнего механического воздействия, так и под влиянием коллоидно-химических и физико-химических процессов происходящих в вяжущем (диспергирование цементных зерен, их растворение, с последующей коогуляцией и выкристализацией и т.д.)

Характерно, что изменение во времени всех основных физико-механических свойств бетона (прочности, упругости, усадки, ползучести, плотности) в большинстве своем обусловлены именно кинетикой изменения характеристик “микроструктуры” бетона. Ею мы можем управлять (с той или иной степенью эффективности) как на уровне начального структурообразования цементного камня, так и в процессе первоначального формирования контактных полей между вяжущим и заполнителями. В практическом плане “управление” микроструктурой цементного камня возможно по пути химического (различного вида добавки и модификаторы в бетон), механического (внешнее механическое воздействие на начальные стадии гидратации цемента) и термического (тепловлажностная обработка).

В качестве одного из наиболее эффективных способов модификации параметров бетона как на уровне “микроструктуры” так и на уровне “макроструктуры” является вибрационное воздействие на бетонную смесь еще на стадии её приготовления – виброактивация, вибросмешивание. Еще более эффективным является механохимическое управление микроструктурой цементного камня, когда на механическое воздействие налагаются твердофазные реакции (механоактивация) и (или) прямое химическое воздействие химических модификаторов (ПАВ, электролиты, полимеры). 

10.2.4.1 Интенсификация процессов гидратации цемента в процессе вибровоздействия.

Если рассмотреть микрошлифы цементного камня приготовленных обычным смешиванием компонентов (Рис ) и приготовленных в вибросмесителе (Рис ) отчетливо видна разница. В последнем случае микроструктура цементного камня более диспергирована – кристаллы новообразований гораздо более мелкие . Соответственно структура цементного камня более однородна, меньше внутренние напряжения и локальные микродефекты, что существенно снижает вероятность появления очагов разрушения – в итоге прочность такого цементного камня будет выше..

Рисунок Микрофотография препарата цементного камня приготовленного ручным смешиванием цемента с водой (темные зоны – не прореагировавшие зерна цемента).

Рисунок Микрофотография препарата цементного камня приготовленного с использованием виброперемешивания цемента с водой (темные зоны – не прореагировавшие зерна цемента).

Многочисленные эксперименты подтверждают, что под воздействием внешнего механического воздействия (в данном случае вибрационного) процессы гидратации цемента значительно ускоряются (смотри Таблица )

Таблица

Значения степени гидратации и прочности на сжатие при твердении виброобработанного цементного камня.

Характеристика цементного камня

Степень гидратации (%)

Прочность на сжатие (кг/см2)

1 день

3 дня

7 дней

28 дней

1 день

3 дня

7 дней

28 дней

Цемент М-600, В/Ц=0.30, без вибровоздействия (контроль)

1.7

6.4

9.4

10.1

31.5

211.0

245

456

Цемент М-600, В/Ц=0.30, вибрация при укладке — 6 минут

4.9

9.1

10.2

12.6

56.0

298.0

305

555

Цемент М-500, В/Ц=0.26, без вибровоздействия (контроль)

7.4

11.0

12.1

12.8

125.0

180.0

320

402

Цемент М-500, В/Ц=0.26, вибрация при укладке – 6 минут

7.6

11.1

12.5

13.3

132.0

255.0

432

432

Цемент М-500, В/Ц=0.26, предварительная виброактивация – 10 минут + вибрация при укладке – 6 минут

9.7

12.2

13.4

13.6

216.0

450.0

518

532

Примечание: Цемент Броцненского завода

 

10.2.4.2 Эмпирическое прогнозирование характеристик виброактивированного бетона по сравнению с обычным.

Пои изучении влияния вибрационных воздействий на процесс твердения бетона наблюдается характерное явление: та абсолютная разность прочностей между виброобработанными и контрольными образцами (приготовленными традиционным способом, без вибровоздействия) которая и которая образуется в начале структурообразования цементного камня остается близкой к постоянной и при дальнейшем ходе твердения.

Как показали многочисленные исследования, причиной повышенной прочности бетона подвергнутого вибровоздействию является уплотнение коагуляционных структур. Причина же постоянства прироста прочности во все временные отрезки твердения бетона заключается в одинаковой интенсивности кристаллизации как виброобработанных так и контрольных образцов.

Факт постоянства прироста прочности открывает замечательную возможность определять абсолютные значения прочности виброобработанных образцов во время твердения и в связи с этим эффективность виброобработки, если имеются данные изменений по прочности контрольных образцов и известна начальная разность их прочностей. С практической точки зрения появляется возможность по данным 12 – 24 часовых испытаний. определить конечную прочность путем пересчета данных контрольного (не виброактивированного) состава твердеющего в аналогичных условиях с коэффициентом близким к величине 1.08. (Повышающий коэффициент был определен экспериментально, — он отражает тот факт, что виброобработка не только способствует улучшению коагуляционных структур и ускорению начального структурообразования, но и является причиной некоторго усиления и более полного развития процессов структурообразования в более поздние сроки.

Вычисление можно вести по следующей простой формуле:

Rвибро = 1.08 * (Rконтроль + Rдельта)

где:

Rвибро – вычисляемая прочность виброактивированного образца для заданной длительности твердения

Rконтроль – экспериментальная прочность контрольного не виброактивированного образца за тот же период твердения

Rдельта — абсолютная разность прочностей между виброобработанными и контрольными образцами в возрасте 12 – 24 часа.

 

10.3 Активавированные и специальные цементы, как альтернатива высокопрочным, быстротвердеющим и особобыстротвердеющим портландцементам цементам.

10.3.1 Теоретические и практические особенности производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов из специальных клинкеров.

В соответствии с областями применения в технологии бетонов представляется логичным разделение портландцемента на следующие классы: обыкновенный, повышенной прочности, высокопрочные (ВПЦ), быстротвердеющие (БТЦ), особобыстротвердеющие (ОБТЦ).

Обыкновенным называется портландцемент марки М-400. К классу цементов повышенной прочности относятся цементы марки М-500. К классу высокопрочных — цементы марок М-550 и М-600 (ГОСТ 10178—76), а к быстротвердеющим — все цементы с пределом прочности при сжатии не менее 25.0 МПа через 3 сут твердения.

Первые в СССР опытные партии портландцемента с активностью по современной оценке около 55.0 МПа были изготовлены ВНИИЦем-ом на вольских цементных заводах еще в 1938 году.

Позже, в середине 50-х годов на Белгородском цементном заводе была выпущена первая опытная партия цемента, соответствующего по активности нынешней марке М-600. При выпуске опытных партий применялись очень жесткие и труднодостижимые технологические нормативы, не позволяющие осуществлять регулярный выпуск таких цементов.

Для разрешения этих технологических сложностей было предложено решение, суть которого сводилась к целому комплексу достаточно сложных мероприятий, которые, тем не менее, позволяли оптимизировать все технологические переделы – начиная от оптимизации минералогического состава специальных цементов и заканчивая особенностями их измельчения и хранения.

В результате, коллективами цементных заводов совместно с узкоприкладными НИИ были выпущены опытные, а затем промышленные партии и начато постоянное промышленное производство высокопрочного цемента, сначала с активностью 55.0 МПа (марки М-700 по ГОСТ 970 — 61) на заводах Брянском, “Октябрь” (Новороссийской группы), Здолбуновском. В последствии было освоено также производство цементов с активностью 60.0 МПа на заводах Здолбуновском, “Большевик” (Вольской группы), Белгородском, Брянском, Абвросиевском, теплоозерском.

Первые опытные партии быстротвердеющего цемента были выпущены в СССР в 30-х годах под руководством В. Н. Юнга и С. М. Рояка. Его промышленный выпуск был начат в 1955 г. для удовлетворения потребностей только что созданной промышленности сборного железобетона, причем первоначальные нормативы по прочности были ниже современных — примерно 10.0 – 12.0 МПа через 1 сутки нормального твердения и 20.0 МПа через 3 сут твердения при нынешних методах испытаний.

Эффективность применения высокопрочных и быстротвердеющих цементов (ВПЦ и БТЦ) в строительстве и строительной индустрии обусловлена возможностью повышения марки бетона, уменьшением материалоемкости железобетонных изделий и конструкций, сокращением технологического цикла их изготовления, монтажа, установки под рабочую нагрузку, и, наконец, повышением несущей способности и надежности конструкций, здании и сооружений. Эти преимущества резко возрастают с повышением активности ВПЦ до 70.0 – 80.0 МПа.

Кроме того, целые направления производства строительных материалов всецело зависят именно от поставок специальных цементов. Так, например, производство пенобетона становится экономически обоснованным и высокорентабельным только при использовании быстротвердеющих цементов марок М-500 и М-600.

10.3.1.1 Минералогические особенности высокопрочных и быстротвердеющих цементов.

Для получения высокопрочных и быстротвердеющих цементов пригодны только сырьевые смеси с максимальной реакционной способностью, зависящей от физико-химической природы сырьевых материалов, химического состава и дисперсности смесей, Физико-химическая природа сырья — это совокупность геолого-минералогичеоких характеристик основных компонентов — известкового и силикатного — определяющая их химическую активность и сопротивляемость измельчению.

Для производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов подходит далеко не всякое сырье, использующееся для производства рядовых цементов. В отдельных регионах, например Средней Азии, выпуск таких цементов вообще невозможен – сырье не позволяет.

Помимо особенностей подбора сырья, высокопрочные и быстротвердеющие цементы отличают и определенные сложности при их обжиге – в составе клинкера должны превалировать особые кристаллы алита (трехкальциевый силикат – C3S) строго определенной формы и размеров с ромбоэдрическим кристаллическим строением.

10.3.1.2 Влияние гранулометрического состава на активность ВПЦ и БТЦ.

Цемент получают путем размола специально обожженного сырья – клинкера. Как и всякий продукт обжига, прошедший процессы плавление-кристаллизация, цементный клинкер обладает определенной субмикроструктурой. Поэтому гранулометрический состав клинкера после его помола в шаровых мельницах в основном зависит от характера внутренней кристаллической структуры клинкера – в процессе помола разрушение в первую очередь идет по наименее прочным участкам кристаллической структуры клинкера. Этим положением обусловлено, что наше влияние на зерновой состав продуктов помола барабанных мельниц с шаровой и цильбепсной загрузкой может быть лишь модифицирующим.

Таблица 10.3.1.2-1

Гранулометрический состав цементов, быстротвердеющего, повышенной прочности и высокопрочных

(C3S — 60-65%, C3A — 3-7%)

Завод

(модификация алита в клинкере)

Вид и марка цемента

Удельная поверхность, см2/г

Содержание в % частиц размером, мкм

менее 5 мкм

5 – 30 мкм

Здолбуновский

(R-C3S)

БТЦ-500

2500 – 3200

12 – 18

40 – 50

БТЦ-550

3200 – 3700

15 – 21

45 – 60

ОБТЦ-550

3500 – 3800

18 – 23

50 – 65

ВПЦ-600

4300 – 6100

25 – 40

55 – 70

ВПЦ-600

4000 – 4500

21 – 27

58 – 68

Новороссийский

(М-С3S)

ВПЦ-550

3200 – 3700

17 – 20

40 – 45

ОБТЦ-550

3800 – 4000

19 – 23

42 – 55

ВПЦ-600

4500 – 4700

25 – 28

55 – 60

Брянский

(М-C3S)

ВПЦ-550

3200 – 3700

8 – 12

65 – 71

ВПЦ-600

3600 – 4000

18 – 20

54 – 65

Вольский

(М-C3S)

ВПЦ-600

3900 — 4230

14 — 23

48 — 65

Примечание: Все цементы Здолбуновского завода получены помолом в замкнутом цикле, остальные в открытом.

ОБТЦ – особобыстротвердеющий цемент Rсут=20.0 МПа

Так, при тонком помоле клинкера .нельзя избежать образования мелкой фракции (менее 5 мкм) в количестве от 12.5% от половины массы средней фракции (5 — 30 мкм). При отсутствии сепарации неизбежно останется крупная фракция (более 30 мкм) .в количестве 25 – 50 % от массы средней фракции. В цементах из мелкокристаллических клинкеров при прочих равных условиях крупной фракции содержится в 1.5 раза меньше, чем в цементах из крупнокристаллических клинкеров. Гранулометрический состав высокопрочных цементов (Таблица ) отличается повышенным содержанием фракций 5 — 30 и менее 5 мкм , а быстротвердеющих — фракции менее 5 мкм. Коэффициент линейной корреляции между содержанием фракции менее 5 мкм и прочностью цемента через 1 сутки твердения составляет 0.77 (поэтому эта фракция предпочтительна в БТЦ), а между количеством средней фракция и активностью цемента в 28-суточном возрасте — 0.68

Меньший размер кристаллических блоков алита по сравнению с белитом является вероятной причиной сосредоточения алита в мелких фракциях цемента. Так, при 55% алита в исходном клинкере и удельной поверхности цемента 3000 см2/г — во фракции менее 5 мкм содержится в среднем 60% элита, а при повышении удельной поверхности цемента до 5000 см2/г – уже 75- 80% алита. Таким образом на стадии помола происходит существенное изменение химико-минералогического состава цемента, когда разные фракции цемента состоят из разных, по сути, минералов!

Обеднение средней фракции алитом нельзя.признать положительным фактором. Напротив, обогащение мелкой фракции белитом помогло бы активизировать его твердение. Это одна из важнейших проблем технологии цементов. Такое распределение минералов достигается в цементах Белгородского и Балаклейского заводов (у них во многом схожая сырьевая база) благодаря дендритной структуре белита, “армирующей” промежуточное вещество клинкера и повышающей его хрупкость. Большее количество белита сосредоточивается здесь в мелкой, а алита — в средней фракциях цемента, чем и объясняются хорошо известные строителям положительные свойства цемента Белгородского и Балаклейского заводов — быстрое нарастание прочности, в частности при пропаривании, высокая трещиностойкость, пониженная усадка и ползучесть. 

10.3.1.3 Связь динамики гидратации цементов из специальных клинкеров с их зерновым составом.

Исследования показали, что при повышении тонкости помола цемента с 2000 см2/г до 6000 см2/г (при оптимальном содержании гипса для каждого уровня дисперсности), степень гидратации (по содержанию неиспаряемой воды) и прочность в 1 — 3 суточном возрасте растут, а в 28-суточном увеличиваются лишь до определенных пределов, а затем значительно снижаются. Оптимальная дисперсность помола цемента зависит от минералогических особенностей клинкера, и в первую очередь от преобладания в нем тех или иных модификаций алита.

В некоторых случаях с повышением удельной поверхности цемента от 2000 до 3000 см2/г содержание фракции менее 5 мкм вообще снижается, что может вызвать уменьшение гидратации и отсутствие прироста прочности цемента с одновременным повышением его дисперсности.

Наличие максимума дисперсности цемента, превышение которого приводит к замедлению гидратации сравнительно “молодое” открытие, которое, тем не менее, объясняет многие парадоксы встречающие современных исследователей, которые в попытке получить быстротвердеющие цементы однобоко ограничиваются его дополнительным измельчением.

Этот парадокс можно объяснить влиянием двух противоположно действующих факторов — увеличением реакционной поверхности частиц цемента, взаимодействующих с водой, и повышением экранирующей способности гидратных новообразований, которые, окружая частицы цемента, препятствуют доступу воды. При В/Ц = 0,4 степень гидратации мелкой фракции через 1 сут равна 100%, средней фракции – 20%, крупная фракция еще практически не прогидратировала.

Через 3 суток – вся мелкая и уже примерно половина всех средних и крупных фракций также прогидратируют. И только через месяц от 60 до 90 процентов всего цемента прогидратирует.

Такая “ступенчатая” гидратация цемента различных фракций формирует механизм (впервые предсказанный на кончике пера Г.Кюлем), что зоны контакта между продуктами гидратации средней и мелкой фракций “склеивает” именно продукты гидратации мелкой фракции (не бейте сильно — как сумел, так и объяснил).

Все это указывает на интенсифицирующее влияние мелкой фракции на гидратацию остальных фракций цемента. Эксперименты по смешиванию цементов различной дисперсности показали то оптимальное соотношение мелкой и средней фракций в ВПЦ с ромбоэдрическим алитом равно от 1:4.8 до 1:5.1. Без мелкой фракции ВПЦ получить нельзя в принципе! 

10.3.1.4 Основные технологические схемы производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов.

Основная технолгическая схема производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов основана на использовании специально подобранных компонентов сырьевого шлама идущего на обжиг клинкера. Добыча сырья для БТЦ и ВПЦ – очень хлопотное и дорогое мероприятие, т.к. его отбор на действующих сырьевых карьерах цементных комбинатов приходится вести выборочно. Так на Брянском хаводе отбраковывают запесоченную часть глины и мел из карстовых воронок. На Здолбуновском заводе – глину содержащую более 20% кварцевых зерен, на Воскресенском заводе – включения окремненного мела (синяки), на Новороссийском заводе – содержащие глауконит и фосфориты мергели и т.д.

Производство БТЦ и ВПЦ очень жестко нормирует и производство сырьевого шлама – требуется гораздо более тщательное его усреднение (это влечет увеличение емкостей шламбассейнов) и более тонкий помол сырья до частиц менее 40 мкм. В свое время в СССР только Белгородский завод был способен полностью соответствовать требованиям технологического регламента по подготовке шлама для обжига клинкера под специальные цементы.

Особенных сложностей технического порядка на стадии обжига клинкера во вращающихся печах нет – требуемые термические параметры обжига вполне укладываются в характеристики современных печей. И ряд отечественных цементных комбинатов (в частности Балаклейский, Каменец-Подольский, старооскольский) в свое время вполне успешно выводили свои печи на режимы, обеспечивавшие массовый выпуск клинкера высокой активности из которого в последствии получали цемент марки М-600 и выше. Но из-за такого нештатного и незапроектированного режима работы (печи, все-же проектировали под выпуск рядовых цементов) требовалось повышать расход топлива на обжиг (повышать температуру в зоне спекания) и искуственно понижать производительность печей \на 10-15% (для стабилизации зоны спекания).

Особенности технологии производства ВПЦ и БТЦ также налагают существенные отличия от традиционной схемы производства рядовых цементов и на стадии помола. Основной особенностью режима измельчения БТЦ и, особенно, ВПЦ – применение в шаровых мельницах шаровой загрузки минимально возможного среднего диаметра шаров. Это, в свою очередь, делает практически невозможным использование для помола БТЦ и ВПЦ мощных и высокопроизводительных барабанных мельниц большого диаметра (либо существенно снижать от проектной, скорость их вращения).

Все вместе это обуславливает тот факт, что даже современные мельницы работающие в замкнутом цикле с сепарацией, при помоле БТЦ и ВПЦ показывают производительность в 40 – 50% меньшую, чем при помоле рядовых цементов.

Мало того, все дорогостоящие ухищрения по выпуску высококачественных быстротвердеющих и высокопрочных цементов могут быть полностью нивелированы всего за несколько месяцев хранения. Даже в битуминизированных пятислойных мешках цемент при хранении теряет от 5 до 15 процентов активности в месяц!!!

Поэтому все вместе взятое (кратко приведенное выше) во все времена обуславливало крайне “недоброжелательное” отношение цементных заводов даже к самой идее наладить массовый и постоянный выпуск БТЦ и ВПЦ. И только когда на ответственейшие объекты, в первую очередь военной инфраструктуры и среднего машиностроения требовались такие высококачественные цементы, “твердая рука Партии” могла сподвигнуть цементные комбинаты на подобного рода свершения.

Следует ли удивляться, что в отсутствие этой “твердой руки” БТЦ и ВПЦ также напрочь исчезли с отечественного рынка цемента — объективные экономические предпосылки для их выпуска еще не сложились, – дешевле получается такие цементы экспортировать, если в том возникает нужда.

(Вполне возможно, что подороржание цемента в России сформирует более благоприятную коньюктуру, когда массовое применение БТЦ и ВПЦ станет экономически целесообразным – и тогда отечественный строительный рынок опять, как и четверть века назад, с восторженным придыханием и восхищением будет “смаковать” эти чарующие любого заводского технолога аббревиатуры – БТЦ, ОБТЦ, ВПЦ.)

(продолжение следует)

www.ibeton.ru

фракция щебня, советы по выбору

Среди ингредиентов бетонной смеси, которые используются для создания фундамента, находится не только неорганическое вяжущее в виде цемента и песка, но и щебень. Его характеристики определяют прочность конструкции. По этой причине перед строительством следует определиться с тем, какой нужен щебень для фундамента.

Классификация щебня

Подразделить щебень можно на несколько видов, среди них следует выделить материал по:

  • используемой в процессе производства горной породе;
  • прочности;
  • морозостойкости.

Что касается сырья, то материал получается методом дробления породы. Вследствие этого получается щебень с разной прочностью. Наименьшей обладает шлаковый, потом идут вторичный и известняковый. Более высокой прочностью обладают гравийная и гранитная разновидности щебня. Наиболее прочным является гранитный, поэтому он выступает в качестве оптимального варианта для фундамента.

Если вы решаете вопрос о том, какой нужен щебень для фундамента, то можно выбрать гравийную его разновидность, так как она имеет идеальное соотношение экономичности и прочности. Методом дробления бетонных отходов получается вторичный материал. В качестве сырья может выступать еще и кирпичный бой. Перед его использованием следует удалить старую арматуру.

Решая вопрос о том, какой нужен щебень для фундамента, вы должны обратить внимание еще и на его прочность. Материал подразделяется на марки, которые определяют прочность на сжатие. Марка М200 отличается слабостью, поэтому ее не рекомендуется использовать для создания бетонных конструкций, которые будут претерпевать значительные нагрузки. Самая высокая марка – М1600. В данном случае речь идет о высокопрочном материале, в котором низко содержание зерен из малопрочных пород, их объем не должен превышать 5%.

Щебень классифицируются еще и по морозостойкости. Для возведения конструкций в умеренном климате этот фактор имеет большое значение. Чем выше морозостойкость, тем больше циклов замораживания и оттаивания будет способен выдержать материал без ухудшения эксплуатационных характеристик. В связи с этим выделяют марки в пределах от F15 до F400. Лучшим в этом отношении является гранитный щебень.

Решая вопрос о том, какой нужен щебень для фундамента, вы должны в первую очередь обратить внимание на вышеперечисленные показатели. Однако классифицировать описываемый наполнитель можно еще и по некоторым вспомогательным показателям, среди них следует выделить степень адгезии и уровень радиоактивности.

Рекомендации по выбору

Требования, предъявляемые к бетону и щебню, определяются типом бетонной конструкции. Например, основание постройки будет претерпевать постоянные и временные нагрузки от строения в течение всего срока эксплуатации здания. Поэтому к бетону и щебню предъявляются самые жесткие требования.

Если вами будет выполняться фундамент из щебня и цемента, вы должны определиться с маркой заполнителя. Как показывает практика, для оснований наиболее часто используется щебень марки М1200. Однако для строительства небольшого дачного дома можно закупить и менее прочный щебень.

Специалисты советуют обратить внимание еще и на геометрические характеристики зерен, которые входят в состав. В данном случае речь ведется о фракции и допустимой степени лещадности. Под фракционным составом элементов понимают средний размер зерен. Для формирования фундамента используется фракция щебня в пределах от 5 до 40 мм. В качестве промежуточного значения выступает фракция от 10 до 20 мм.

Форма зерен тоже имеет огромное значение. Для идеального расхода вяжущего и обеспечения легкости уплотнения смеси лучше использовать щебень кубовидной формы. При этом размеры зерна должны быть одинаковыми. В составе встречаются и лещадные зерна, которые имеют игольчатую или пластинчатую форму. Использование материала с повышенным содержанием таких зерен становится причиной перерасхода вяжущего для приготовления одного и того же объема смеси. Помимо прочего, виброуплотнение усложняется.

Лещадные зерна плохи еще и тем, что они могут стать причиной возникновения пустот в смеси, что отличает их от кубовидных зерен. Их сцепление с материалом хуже, а каркас оказывается не таким жестким. В зависимости от того, каково содержание лещадных зерен, выделяют некоторые виды щебня, среди них:

  • кубовидный;
  • улучшенный;
  • обычный.

Кубовидный щебень имеет лещадные зерна в объеме до 10%. В улучшенном материале число таких зерен ограничено 25%. Обычный щебень может содержать лещадных зерен до 50% от объёма. Если учитывать тот факт, что фундамент – это ответственное сооружение, которое претерпевает нагрузки, для него следует использовать улучшенный или кубовидный щебень.

Рекомендации по выбору щебня по дополнительным характеристикам

Выбрав щебень под ленточный фундамент, вы должны обратить внимание и на ряд других свойств материала. Например, высокопрочный щебень более радиоактивен по сравнению с щебнем марки М600. По этой причине желательно, чтобы партия заполнителя подвергалась радиометрическому контролю.

Не следует пытаться сэкономить, приобретая щебень. На рынке можно встретить предложения вторичного щебня, который представлен дробленым бетоном и кирпичом. Такой вариант имеет лишь одно преимущество – низкую стоимость. Однако говорить о прочности такого стройматериала не приходится, ведь после эксплуатации кирпич и бетон могли изменить первоначальные свойства.

Выбор щебня по внешнему виду и способу добычи

Специалисты советуют обращать внимание еще и на поверхность элементов. Лучше использовать кубовидные зерна с шероховатой поверхностью, которые имеют хорошо выраженные рёбра. Довольно часто ошибкой строителей является использование речного гравия, которым пытаются заменить щебень. Он хоть и отличается неплохой прочностью, а также низким содержанием лещадных зерен, но имеет один важный недостаток, который выражен в гладкой поверхности, отполированной водой. Поэтому добиться требуемого контакта между зернами невозможно. Но использование горного гравия, который имеет достаточную шероховатость, допустимо.

Как получить надежный фундамент?

В смеси для фундамента элементы щебня формируют макрокаркас, на него и приходятся эксплуатационные нагрузки. Скрепляющими веществами и заполняющими пустоты ингредиентами выступают цемент и песок. По этой причине следует выбирать щебень, который не будет разрушаться под нагрузками, при этом зерна должны быть прочно скреплены друг с другом.

Если соблюсти это условие, то фундамент будет по-настоящему надежным, а простоит не один десяток лет.

Пропорции раствора для фундамента

Для того чтобы получить качественный бетон и надёжный фундамент, необходимо не только правильно выбрать компоненты, которые будут соответствовать всем требованиям, но и соблюсти пропорции для фундамента. Песок, цемент и щебень добавляются в следующем соотношении: 2:1:4. Вода берется в объеме 0,5 части.

Именно с таким составом заводы поставляют раствор на строительные площадки. Если вы ведете возведение фундамента самостоятельно, то пропорции будут зависеть от марки бетона. Обычно для основания дома достаточно М200 или М300.

Как избежать ошибок?

Выбирая пропорцию для фундамента, песок, цемент и щебень необходимо добавлять в нужном объёме. Если в смеси будет больше цемента, то раствор получится жестким, а укладывать его будет не очень удобно.

При избытке щебня или песка бетон плохо схватится. А вот при довольно внушительном объеме воды вы получите пористый бетон.

Как определиться с фракцией и количеством щебня?

Выбирая фракцию щебня для фундамента, следует обратить внимание на материал, размеры элементов которого варьируются в пределах от 20 до 40 мм. Щебень должен иметь кубовидную форму. Он наиболее подходит для жилищного строительства. Это позволит добиться высоких показателей уплотнения наполнителя и отсутствия воздуха в составе.

Если перед вами встал вопрос о том, сколько щебня нужно для фундамента, то можно воспользоваться следующей пропорцией, которая наиболее часто применяется застройщиками: 3 части песка, часть цемента и 1,5 части воды. Для такого соотношения понадобится 5 частей щебня.

Заключение

Щебень гранитный хоть и является наилучшим материалом по прочности, обладает самой высокой стоимостью. При возведении фундаментов его характеристики позволяют гарантировать высокую прочность конструкции.

В то же время материал может оказаться нерентабельным для легких строений хозяйственного назначения. Поэтому гранитный щебень довольно часто заменяется гравийным.

fb.ru


Смотрите также