Ранее действовавшие нормативно-технические документы рекомендовали применять в качестве крупного заполнителя для бетонов марок до М 200 щебень из гравия и гравий, особенно в жилищном строительстве.
В последние годы в качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона используется преимущественно гранитный щебень УПП “Гранит”. Это ведет к невостребованности более дешевых и доступных гравия и щебня из гравия, к увеличению транспортных расходов и повышению себестоимости продукции.
В ОАО “Нерудпром”, на дробильно- сортировочных заводах “Заславль”, “Крапужино” и “Волма” производится крупный заполнитель для строительных работ, осуществляется добыча и фракционирование гравия, дробление гравия, фракционирование щебня из гравия. Крупный заполнитель выпускается в виде гравия из смеси фракций 5–20 мм, 20–70 мм, щебня из гравия фракций 5–10 мм и смеси фракций 5–20 мм. Щебень из гравия и гравий удовлетворяют требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91. Объем производства гравия составляет 120–130тыс.м3 в год, щебня из гравия — 130–135тыс.м3 в год, что является достаточным для восполнения потребностей предприятий строительной отрасли Минского региона.
В связи с вышеизложенным в отраслевой научно-исследовательской лаборатории модифицированного бетона БНТУ проведен комплекс исследований щебня из гравия и гравия карьеров “Заславль”, “Крапужино” и “Волма” на предмет экономического применения их в производстве сборного железобетона и монолитном строительстве. Требования к бетонам по их эксплуатационным качествам, области применения, физико-техническим свойствам, условиям долговечности расширяют область экономического использования различных видов заполнителей. Если учесть, что заполнители занимают в бетоне до 80% объема, а стоимость их достигает 50% стоимости бетонных и железобетонных конструкций, то становится понятным, что правильный выбор заполнителей, наиболее рациональное их применение имеют большое влияние на свойства бетонной смеси, бетонных и железобетонных конструкций, технико-экономическую эффективность производства строительных изделий из сборного, монолитного бетона и железобетона в целом.
При проектировании составов бетонной смеси исходят из необходимости получения бетона заданной прочности, консистенции и долговечности при минимальном расходе цемента. Для тяжелых бетонов минимальный расход цемента обеспечивается максимальным насыщением объема бетона заполнителями и минимальной пустотностью смеси заполнителей.
Удельная поверхность гравия, зерна которого имеют округлую, окатанную форму, меньше удельной поверхности щебня с шероховатыми зернами угловатой формы. При одинаковой крупности гравий, поскольку зерна его способны укладываться более компактно, отличается от щебня несколько меньшей пустотностью. Удобоукладываемость бетонной смеси, при прочих равных условиях, лучше на гравии, чем на щебне. Это позволяет несколько снизить водоцементное отношение при сохранении заданной подвижности. Благодаря этому в бетонах на гравии (с прочностью на сжатие не выше класса В 25) наблюдается даже экономия цемента (до 10–15%) или увеличение прочности бетона (на 15–20%) по сравнению с бетоном на щебеночном заполнителе, в том числе и гранитном щебне [1].
При использовании смеси фракций крупного заполнителя имеет значение и соотношение различных фракций, от которого напрямую зависит пустотность крупного заполнителя. По данным НИИ железобетона, при предельной крупности зерен заполнителя 20 мм рекомендуется соотношение: 30–35% фракции 5–10 мм и 65–70% фракции 10–20 мм. При предельной крупности зерен заполнителя 40 мм рекомендуется соотношение: фракции 5–10 мм — 20%, фракции 10–20 мм — 30% и фракции 20–40 мм — 50% [2, 3].
По данным [1, 2], качество заполнителей для бетона определяется прочностью сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителей, собственной прочностью заполнителей, формой зерен и чистотой поверхности. Установлено, что на конечную прочность бетона помимо качества заполнителей решающее значение оказывает и расход составляющих бетонной смеси, количество крупного заполнителя и соотношение мелкого и крупного заполнителя.
Для определения области применения щебня из гравия и гравия ОАО “Нерудпром” в качестве крупного заполнителя для производства бетонных и железобетонных сборных и монолитных изделий и конструкций проведены исследования с целью подтверждения возможности и технико-экономической целесообразности получения бетонов с нормируемыми показателями качества. Были испытаны составы бетона с различным содержанием цемента и крупного заполнителя. В качестве крупного заполнителя использовался щебень из гравия ДСЗ “Крапужино”, гравий ДСЗ “Заславль” и для сравнения — гранитный щебень РУП “Гранит” фракции 5–20 мм. Составы бетона, по которым оценивалось рациональное использование заполнителей, приведены в табл. 1.
Физико-технические характеристики бетона определялись на составах № 4–6. Результаты испытаний, приведенные в табл. 2,
показывают, что применяемые заполнители удовлетворяют требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91 [4, 5].
Одной из основных характеристик бетона является его долговечность, которая в ряде случаев определяется морозостойкостью. С этой целью были проведены испытания на морозостойкость бетона, содержащего крупный заполнитель указанных предприятий (составы № 1–9 табл. 1).
Для изготовления бетонных образцов использовался щебень из гравия ДСЗ “Крапужино”, гравий ДСЗ “Заславль” и в качестве сравнения — гранитный щебень РУП “Гранит” фракции 5–20 мм. Подбор составов бетона осуществляли исходя из класса бетона по прочности на сжатие В 15 (М200) — составы 1–3, В 25 (М 300) — составы 4–6 и В 30 (М 400) — составы 7–9 (подвижность бетонной смеси ОК – 1–4см). Доля песка в смеси заполнителей составляет 40%. Использовался цемент М500 Д0 производства ОАО “Красносельскцемент”.
Результаты испытаний на морозостойкость и прочность бетона составов № 1–9 приведены в табл. 3 и показывают, что прочность бетонных образцов составов №1–3 отличается незначительно и находится в пределах 17,7–18,3 МПа. Это подтверждает, что на низкомарочных бетонах (М 150 — М 200) прочность крупного заполнителя не оказывает большого влияния на их свойства. Разрушение бетонных образцов при испытании происходило по зоне контакта: цементный камень – заполнитель. Бетон разрушался от поперечного растяжения.
По результатам испытаний на прочность при сжатии составов № 4–6 можно сделать вывод, что в составах, где в качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень и щебень из гравия, класс бетона соответствует классу В 25 (М 300). На крупном заполнителе из гравия класс бетона приближается к классу В 22,5 (М 250). Отличие в прочности бетонных образцов составов № 7–9 значительно. Если прочность бетона состава № 7 соответствует классу В30 – В 35, то в составах № 8 и 9 — классу В27,5 и В 25 соответственно. Бетон разрушался от сквозных трещин, пронизывающих как цементный камень, так и заполнители.
Морозостойкость бетона составов №1–3 соответствует марке F 75. Морозостойкость для четвертого состава соответствует марке F150 и F 100 для пятого и шестого составов, что значительно расширяет возможность использования гравия и щебня из гравия для бетонов, где предъявляются требования по морозостойкости – с F 25 до F 100 включительно. Морозостойкость состава № 7 (F250) выше морозостойкости составов № 8 и 9 на две марки (F 150). Снижение морозостойкости бетона на гравии, в первую очередь, связано с наличием слабых зерен в гравии и окатанной формой зерен гравия, что “облегчает” прохождение воды сквозь тело бетона в зоне контакта заполнителя и растворной части и в конечном итоге приводит к “размораживанию” бетонных образцов.
Учитывая различную стоимость щебня из гравия и гравия производства ОАО “Нерудпром” и гранитного щебня производства УПП “Гранит”, использование их для производства бетонных и железобетонных изделий в указанной области является экономически целесообразным. Расчет себестоимости бетонной смеси составов № 1–15 табл.1 проводился исходя из отпускной стоимости “франко-склад” материалов:
— 1 т цемента М 500 — 60 000 руб.,
— 1 т песка высшего класса — 2 558руб.,
— 1 т щебня гранитного фракции 5– 20мм — 7 308 руб.,
— 1 т щебня из гравия фракции 5– 20мм – 4 064 руб.,
— 1 т гравия фракции 5–20 мм – 2668руб.
Цены приведены по состоянию на 1февраля 2003 г.
Проведя анализ себестоимости различных составов бетонной смеси, можно сделать заключение, что на всех составах бетона (с низким расходом — 230 кг цемента на 1 м3 бетонной смеси, средним – 350 кг и свысоким расходом — в 460 кг цемента на 1м3 бетонной смеси) себестоимость бетонной смеси на щебне из гравия на 10–18% ниже, чем себестоимость бетонной смеси на гранитном щебне. Себестоимость бетонной смеси на гравии на 20–28% ниже, чем себестоимость бетонной смеси на гранитном щебне. При повышенном расходе мелкого заполнителя в бетонной смеси уменьшается расход щебня и гравия. Соответственно уменьшается и разница в себестоимости бетонной смеси. И тем не менее на щебне из гравия стоимость ниже на 12%, а на гравии — на 32% ниже, чем на гранитном щебне (составы № 10–12).
Для достижения одинаковой прочности бетона на различных видах крупного заполнителя были запроектированы составы бетонной смеси № 13–15 (табл. 1). При этом увеличение расхода цемента составило на щебне из гравия 20 кг/м3, а на гравии— 45 кг/м3 в сравнении с гранитным щебнем. Себестоимость бетонной смеси оказалась ниже на щебне из гравия на 8,7%, а на гравии — на 9,3%. Из этого следует, что для достижения одинаковой проектной прочности бетона за счет увеличения расхода цемента можно получить экономию себестоимости продукции до10%. Учитывая в расчетах себестоимости бетонной смеси затраты на транспортные расходы, экономические показатели увеличиваются на 5–15% в зависимости от расстояния перевозки.
Отказ предприятиями-производителями строительной индустрии от применения в качестве крупного заполнителя в бетонной смеси щебня из гравия и гравия является неоправданным и экономически не целесообразным. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Щебень из гравия и гравий удовлетворяют требованиям ГОСТ 8267-93 и соответствуют ГОСТ 26633-91 для применения его в качестве крупного заполнителя для производства тяжелого бетона.
2. Применение гравия в качестве крупного заполнителя в бетонах оправданно в низкомарочных бетонах с прочностью на сжатие до класса В 15 (марка М 200), где не предъявляются требования по морозостойкости и водонепроницаемости. Допустимо использование гравия в бетонах классов В 22,5 – В 25 (М 250 – М 300) с требованиями к бетону марок F 100 и W-4.
3. В качестве крупного заполнителя щебень из гравия целесообразно применять в бетонах с прочностью до класса В 25 (М300) с требованиям к бетону марок F100 и W-4. Допустимо использовать в бетонах с прочностью на сжатие до классов В25,0 – В 27,5 (М 300 – М 350) с требованиями к бетону марок F 150 и W-6.
4. Себестоимость 1 м3 бетонной смеси на щебне из гравия на 10–18%, на гравии— на 20–32% ниже, чем себестоимость бетонной смеси на гранитном щебне.
Литература
1. Ицкович С.М. Заполнители для бетона. Мн.: Высш. школа, 1983. 214 с.
2. Бабкин Л.И. Влияние однородности зернового состава крупных заполнителей на прочность бетона // Бетон и железобетон. 1987. № 1.
3. Овсянкин В.И. Железобетонные трубы для напорных водоводов. М.: Изд-во литературы по строительству, 1971. 319 с.
4. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.
5. ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.