Зерновой состав щебня – расчет его пригодности

Зерновой состав заполнителя – ключевой параметр при его выборе. Заполнители для бетона занимают около 80% всего его объема, таким образом, составляя основную часть и в значительной мере определяя основной спектр его характеристик (теплотехнические свойства, прочностные и т.д.). В свою очередь, сам заполнитель состоит из отдельных зерен, размеры которых меняются непрерывным образом от 0,16 до 120 мм, что приводит к разделению заполнителей на крупный (размеры зерен более 5 мм – гравий или щебень) и мелкий (размеры зерен менее 5 мм – песок). Размеры зерен заполнителей важны по причине зависимости расхода цемента от суммарной площади поверхностей зерен – цементное тесто должно полностью покрыть поверхность каждого зерна заполнителя. Исходя из вышесказанного, становится очевидным путь, по которому можно пойти для экономии цемента – формирование каркаса бетона необходимо обеспечить максимально возможно крупными частицами заполнителя, промежутки (пустоты) между которыми нужно заполнить мелким заполнителем. Очевидно, что в такой постановке задачи, мы имеем проблему нахождения оптимального гранулометрического состава, который задается кривой распределения зерен по размерам (т.н. график зернового состава).

В данной статье мы приведем несколько расчетных примеров, связанных с использованием гранулометрического состава крупного заполнителя (щебень). Допустим, что у нас имеется два вида щебней ‑ №1 и №2 – зерновой состав которых задан в таблице ниже в виде частных остатков на соответствующих ситах (частный остаток – остаток прошедшей через более крупное сито смеси при просеивании ее через меньшее сито):

Зерновой состав в виде частных остатков на ситах, в %

Номер щебня

Размеры отверстий сит, мм

40

30

20

10

5

3

№1

50

30

15

№2

5

25

40

25

Далее, пусть известно, что насыпная масса щебня №1 равна 1400 кг/м3 (насыпная плотность), а объемная масса – 2500 кг/м3 (истинная плотность), для щебня №2 соответствующие данные равны – 1450 кг/м3 и 2700 кг/м3. Рассчитаем пустотность и пригодность щебней для бетонных работ, а также построим график зернового состава.

Межзерновая пустотность вычисляется по формуле:

η = (1 – ρнсис)·100,

            и для щебня №1 η = 44%, для №2 – 46,4%.

Чтобы построить график зернового состава нам необходимо сперва рассчитать полные остатки на ситах – полный остаток на сите n равен сумме всех частных остатков (включая текущий) на ситах n-1, n-2, n-3 и т.д. В нашем случае мы получаем следующую таблицу:

Зерновой состав в виде полных остатков на ситах, в %

Номер щебня

Размеры отверстий сит, мм

40

30

20

10

5

3

№1

0

50

80

95

№2

5

30

70

95

По результатам исходной и полученной таблиц мы определяем, во-первых, наибольший диаметр (Dнаиб), который соответствует размеру отверстий сит, полный остаток на которых не превышает 5%. Для щебней №1 и №2 – 20 мм. Во-вторых, определяем наименьший диаметр (Dнаим) – размер отверстий сита, на котором остается не менее 95% просеиваемой навески щебня. Для щебней №1 и №2 – 3 мм. В-третьих, определяем полусумму наибольшего и наименьшего диаметров – 11,5 мм. Округляя, получим 10 мм. В-четвертых, определяем величину 1,25Dнаиб = 25 мм. Округляя до ближайшего размера сита, получаем 30 мм. Полученные значения для размеров отложены на графике, представленном внизу.

Для оценки пригодности щебней возьмем ГОСТ 8267‑64, ГОСТ 8268‑62 и ГОСТ 10260‑62 и представим требования к гранулометрическому составу по этим ГОСТ и наши данные на одном графике.

рисунок зависимости характеристик щебня

Зерновой состав щебня и область допустимых значений

На этом графике зеленые кривые представляют границы области применимости щебней и видно, что щебень №1 (синяя кривая) укладывается в эту область, что значит его можно использовать в работе при бетонировании, а щебень №2 – выходит за границу, т.е. не удовлетворяет требованию ГОСТ по зерновому составу, однако если добавить порядка 10% фракции 10‑20 мм, то щебень №2 будет удовлетворять требуемым критериям и в следующих статьях мы рассчитаем подобные примеры.

Комментарии закрыты.