Морозостойкость песка

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Морозостойкость песка — способность песка в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без разрушения зёрен. Оценку проводят по изменению гранулометрического состава: пробу после циклов испытаний рассеивают на контрольном сите, и о потере массы судят по количеству зёрен, распавшихся на более мелкие фракции и прошедших сквозь сито. Для мелкого заполнителя, используемого в производстве бетонов и строительных растворов, показатель морозостойкости не является общепринятой рядовой характеристикой. В большинстве случаев для природных кварцевых песков, имеющих плотные зёрна, данное свойство заведомо удовлетворяет нормативным требованиям, и его контроль не проводится. Однако для песков из отсевов дробления, которые могут содержать зёрна с ослабленной структурой, пористостью и нестабильным минералогическим составом, определение морозостойкости становится необходимым при обосновании возможности их применения в бетонах, эксплуатируемых в условиях знакопеременных температур.

Механизм разрушения и факторы влияния

Разрушение зёрен заполнителя при циклическом замораживании-оттаивании приводит к образованию микротрещин в структуре цементного камня, снижению прочности и, в конечном итоге, к преждевременному выходу конструкции из строя.

Разрушение зёрен песка при воздействии отрицательных температур обусловлено, главным образом, расклинивающим действием льда, который образуется в капиллярах и микропорах материала. При замерзании вода увеличивается в объёме примерно на 9 %, создавая внутренние напряжения, которые при многократном повторении циклов превышают предел прочности зерна. Ключевую роль в этом процессе играет степень водонасыщения: чем больше открытых пор способен вместить материал, тем выше риск его деструкции при замораживании.

На морозостойкость песка влияет комплекс факторов, среди которых можно выделить минералого-петрографический состав, пористость зёрен, их форму и характер поверхности. Для песков из отсевов дробления плотных горных пород (например, гранитного или известнякового щебня) определяющее значение имеет содержание слабых разностей пород. В соответствии с современными нормативными требованиями, содержание таких зёрен строго регламентируется, поскольку они имеют повышенную пористость и, соответственно, низкую морозостойкость.

Практика показывает, что наиболее высокой морозостойкостью обладают кварцевые пески, даже по сравнению с песками из отсевов дробления габбро-диабаза, базальта или гнейсо-гранита[1]; в то время как пески из известняков или сланцев имеют пористую структуру и накапливают влагу, что приводит к быстрому растрескиванию. Ключевую роль играет также форма зерен: окатанные зерна (природный песок) обычно плотнее и монолитнее, чем дробленые зерна с микротрещинами, полученные при механическом измельчении горной породы. И напротив, пески, содержащие в своем составе частицы глинистых минералов, сланцев или выветрелых полевых шпатов, часто демонстрируют неудовлетворительные результаты при испытаниях.

Технические требования

По ранее действовавшему ВСН 143-68 "Технические указания по применению и обогащению отходов дробления изверженных горных пород в транспортном строительстве" пески из отходов дробления изверженных горных пород (искусственные пески) подразделяются на 3 группы:

Группы искусственного песка в зависимости от исходных горных пород
Группа искусственного песка Исходные горные породы Содержание кремнезема (SiO₂), % Основные минералы
1 Граниты, кварцевые порфиры, гнейсы и др. (кислые) 75-65 Кварц, полевой шпат. В небольшом количестве роговая обманка и слюда. Темно-цветных минералов (роговая обманка и биотит) – 5-10% по объему
2 Сиениты, диориты, порфириты, андезиты, трахиты и др. (средние) 65–52 Полевой шпат. Присутствуют роговая обманка, авгит, иногда черная слюда (биотит). Темно-цветных минералов – 15-25% по объему
3 Габбро, диабазы, базальты и др. (основные) 52-45 Полевой шпат, пироксен. Темно-цветных минералов – около 50% по объему

Искусственные пески 1 группы из невыветрелых гранитных горных пород рекомендуются в конструкциях, где необходим песок морозостойкости не ниже 25 циклов замораживания и оттаивания; его допускается не проверять на морозостойкость при использовании в капитальных покрытиях автомобильных дорог, но при использовании для балластного слоя железнодорожных путей необщего пользования искусственный песок фракции 3-0,1 мм, после 25 циклов замораживания и оттаивания должен содержать фракций меньше 0,1 мм не более 1 % по весу.

Искусственные пески 2-й и 3-й группы, применяемые в дорожном бетоне, необходимо испытывать на морозостойкость: после 25 циклов замораживания и оттаивания в песке (фракции 3-0,14 мм) должно содержаться зерен меньше 0,14 мм не более 2%.

Действующие технические требования

Базовый ГОСТ 8736-2025 "Песок для строительных работ. Технические условия" не упоминает морозостойкость песка как контролируемый показатель качества. В то же время ГОСТ 8735-88 "Песок для строительных работ. Методы испытаний" содержит методику испытаний, применяемую к песку из отсевов дробления.

ГОСТ 26633-2015 "Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия" устанавливает обязательный контроль морозостойкости песка при входном контроле качества на бетонном заводе при изготовлении бетона гидротехнических сооружений: после 25 циклов замораживания и оттаивания по ГОСТ 8735 в песке фракции 1,25-5,0 мм содержание фракции менее 1,25 мм не должно быть более 7%.

ГОСТ 31424-2010 "Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия" не упоминает морозостойкость песка из отсевов дробления как контролируемый показатель качества.

Для мелкого пористого заполнителя по ГОСТ 32496-2013 "Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия" не предусмотрено проведение испытаний на морозостойкость, марок мелкого заполнителя по морозостойкости не вводится.

Для песка из шлака по ГОСТ 5578-2019 "Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия", ГОСТ 26644-85 "Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия", ГОСТ 32826-2014 "Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования" и ГОСТ 3344-83 "Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия" не предусмотрено проведение испытаний на морозостойкость, марок мелкого заполнителя по морозостойкости не вводится.

ГОСТ 22856-89 "Щебень и песок декоративные из природного камня. Технические условия" вводит показатель "морозостойкость" для песка, но оценка показателя проводится по морозостойкости щебня и исходной горной породы, используемой для производства песка. При этом ГОСТ Р 59300-2021 "Дороги автомобильные общего пользования. Смеси бетонные для устройства слоев оснований и покрытий. Технические условия" рекомендует для получения необходимой марки по морозостойкости бетона выбирать пески из отсевов дробления или обогащенные пески из отсевов дробления, изготовленные из горной породы или гравия марки по морозостойкости не менее марки по морозостойкости бетона.

Методы определения морозостойкости

Песок из отсевов дробления по ГОСТ 8735-88

1. Сущность метода

Морозостойкость песка определяют по потере массы при последовательном замораживании и оттаивании.

2. Аппаратура

  • Камера морозильная.
  • Шкаф сушильный.
  • Весы по ГОСТ 24104-88.
  • Сита с сетками N 1,25; 016 по ГОСТ 6613-86 и с круглыми отверстиями диаметром 5 мм.
  • Сосуд для оттаивания проб.
  • Мешочки тканевые из плотной ткани с двойными стенками.
  • Противни.

3. Подготовка пробы

Лабораторную пробу сокращают до массы не менее 1000 г, просеивают на двух ситах: первом с отверстиями диаметром 5 мм и втором - с сеткой N 1,25 или 016, в зависимости от крупности испытываемого материала, высушивают до постоянной массы, после чего отбирают две навески массой по 400 г.

4. Проведение испытаний

Каждую навеску помещают в мешочек, обеспечивающий сохранность зерен, погружают в сосуд с водой для насыщения в течение 48 ч. Мешочек с навеской вынимают из воды и помещают в морозильную камеру, обеспечивающую постепенное понижение температуры до минус (20±5)°С.

Пробы в камере при установившейся температуре минус (20±5)°С выдерживают 4 ч, после чего мешочки с навесками извлекают, погружают в сосуд с водой, имеющий температуру 20°С, и выдерживают 2 ч.

После проведения требуемого числа циклов замораживания и оттаивания навеску из мешочка высыпают на контрольное сито с сеткой N 1,25 или 016, тщательно смывая со стенок мешочка оставшиеся зерна. Навеску, находящуюся на контрольном сите, промывают, а остаток высушивают до постоянной массы.

5. Обработка результатов

Потерю массы навески (ΠМРЗ) в процентах вычисляют по формуле

ΠМРЗ = (m – m₁) / m · 100

где m - масса навески до испытания, г;

m₁ - масса зерен навески на контрольном сите с сеткой N 1,25 или 016 после испытания, г.

ВСН 143-68 "Технические указания по применению и обогащению отходов дробления изверженных горных пород в транспортном строительстве"

1. Морозостойкость искусственного песка определяют замораживанием в морозильной камере и оттаиванием в воде.

2. Пробу искусственного песка в количестве около 20 кг отбирают из каждой партии (вагона или другой транспортной емкости) и не менее чем из пяти мест (в четырех углах и в центре) из верхнего, среднего и нижнего слоев. Из взятой пробы отбирают квартованием песок в количестве около 2 кг, высушивают до постоянного веса, просеивают сквозь сито с отверстиями 3 мм; фракции более 3 мм удаляют, затем оставшуюся пробу просеивают сквозь сито с отверстиями 0,5 и 0,14 мм (0,1 мм для балласта) и промывают; остатки на ситах высушивают до постоянного веса, тщательно перемешивают и из них квартованием отбирают 3 пробы по 300 г. Подготовленные пробы песка помещают в двухслойные мешочки из плотной ткани, погружают в ванну с водой комнатной температуры и насыщают водой в течение 48 ч, после чего мешочки из воды вынимают и помещают в холодильную камеру, доводя температуру в камере до -20° (±5°С).

3. Продолжительность одного выдерживания проб в камере при установившейся температуре должна быть 4 ч. Затем мешочки с искусственным песком погружают в ванну с водой при температуре 20° (±5°С) и выдерживают не менее 2 ч. Цикл замораживания и оттаивания продолжается 6 ч. После 25 циклов замораживания и оттаивания испытываемую пробу высушивают до постоянного веса, просеивают с промывкой через сито 0,14 (0,1 мм для балласта) и предохранительное сито 0,5 мм, затем остатки на ситах высушивают до постоянного веса и определяют процентное содержание образовавшихся фракций меньше 0,14 мм (0,1 мм) с точностью до 0,1% по формуле

Δg = (g₁ − g₂) / g₁ · 100,

где g₁ - вес пробы до испытания, г;

g₂ - вес остатков на ситах 0,5 и 0,14 мм (0,1 мм) после 25 циклов замораживания и оттаивания, г.

4. Морозостойкость искусственного песка определяется как среднее арифметическое результатов испытания трех проб.

ГОСТ 4798-69

Определение морозостойкости песка ускоренным методом проводят испытанием его в растворе сернокислого натрия

1. Применяемая аппаратура:

  • сушильный шкаф;
  • весы технические;
  • сита из стандартного набора по ГОСТ 8735-75;
  • сосуд для насыщения песка раствором сернокислого натрия.

2. Подготовка пробы

Испытанию в растворе сернокислого натрия подвергают 1 кг песка фракции 0,14—5,0 мм. Пробу песка тщательно промывают и высушивают до постоянной массы.

3. Проведение испытания

Раствор сернокислого натрия приготовляют следующим образом: отвешивают 250-300 г безводного сернокислого натрия по ГОСТ 4166-76 или 700—1000 г кристаллического сернокислого натрия по ГОСТ 4171-76 и растворяют в 10 л подогретой дистиллированной воды путем постепенного добавления в нее сернокислого натрия при тщательном перемешивании до насыщения раствора; охлаждают раствор до комнатной температуры, сливают в бутыль и оставляют в покое на двое суток. Пробу песка насыпают в сосуд, заливают раствором сернокислого натрия, так, чтобы песок был погружен полностью в раствор и выдерживают в нем в течение 20 ч при комнатной температуре. Затем раствор сливают (и используют повторно), а сосуд с песком помещают на 4 ч в сушильный шкаф, в котором поддерживают температуру 105—110°С. После этого песок охлаждают до комнатной температуры, вновь заливают раствором сернокислого натрия, выдерживают в течение 4 ч и вновь помещают в сушильный шкаф на 4 ч. В указанной последовательности операцию повторяют 5, 10 или 15 раз в соответствии с требованием ГОСТ 4797—69. После этого пробу песка промывают горячей водой для удаления сернокислого натрия, высушивают до постоянной массы и просеивают сквозь сито 0,14 мм. Остаток на сите взвешивают и вычисляют потерю в массе песка (Δg) в % с точностью до 0,1% по формуле

Δg = (m₁ − m₂) / m₁ · 100,

где m₁ — масса пробы до испытания в г; m₂ — масса остатка на сите после соответствующего цикла испытаний в г.

Потерю в массе при испытании вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний двух параллельных проб.

Нормативные документы

  • ГОСТ 3344-83 Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия
  • ГОСТ 4798-69 Бетон гидротехнический. Методы испытаний материалов для его приготовления (не действует)
  • ГОСТ 5578-2019 Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия
  • ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний
  • ГОСТ 8736-2025 Песок для строительных работ. Технические условия
  • ГОСТ 22856-89 Щебень и песок декоративные из природного камня. Технические условия
  • ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
  • ГОСТ 26644-85 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия
  • ГОСТ 31424-2010 Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия
  • ГОСТ 32496-2013 Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия
  • ГОСТ 32826-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования
  • ГОСТ Р 59300-2021 Дороги автомобильные общего пользования. Смеси бетонные для устройства слоев оснований и покрытий. Технические условия
  • ВСН 143-68 Технические указания по применению и обогащению отходов дробления изверженных горных пород в транспортном строительстве (не действует)

См. также

Примечания

  1. ↑ Александрова, А. А. Исследование морозостойкости строительных песков / А. А. Александрова // Научно-исследовательская работа обучающихся и молодых учёных : Материалы 77-й Всероссийской (с международным участием) научной конференции обучающихся и молодых учёных, посвящённой 85-летию ПетрГУ и 80-летию Победы в Великой Отечественной войне, Петрозаводск, 31 марта – 27 2025 года. – Петрозаводск: Петрозаводский государственный университет, 2025. – С. 298-300. – EDN TRYDMH.

Литература

//

  • Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Специальные бетоны. Инфра-Инженерия, 2012. 368 с. ISBN 978-5-9729-0080-0
  • Дворкин Л.И. Проектирование составов бетона с заданными свойствами. Издательство РГТУ, 1999. 202 с.
  • Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. АСВ, 2006. 368 с. ISBN 5-93093-422-3
  • Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. Стройиздат, 1989. 128 с. ISBN 5-274-00343-5
  • Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. Высш. шк., 2001. 367 с. ISBN 5-06-003799-1
  • Микульский В.Г., Сахаров Г.П. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). АСВ, 2007. 520 с. ISBN 978-5-93093-041-2
  • Лещинский М.Ю. Испытание бетона. Справочное пособие. Стройиздат, 1980. 360 с.
  • Горчаков Г.И., Капкин М.М., Скрамтаев Б.Г. Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружений. Стройиздат, 1971. 270 с.
  • Трофимов Б.Я., Шулдяков К.В. Морозостойкость и сульфатостойкость бетонов. Лань, 2022. 444 с. ISBN 978-5-8114-9342-5

//

Категории

Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Морозостойкость_песка&oldid=4571»