Hrubé kamenivo

Jako hrubé kamenivo do betonu se používá štěrk, drť a drcený štěrk o zrnitosti 5-70 mm. Při betonáži masivních konstrukcí lze použít drť o velikosti částic do 150 mm. Zrna štěrku mají válcovaný tvar a hladký povrch. Štěrk obvykle obsahuje písek v různém množství a také škodlivé nečistoty – jíl, prach, slídu, huminové látky (organické nečistoty). Drcený kámen se získává drcením vyvřelých, metamorfovaných, hustých a vodě odolných sedimentárních hornin (hustý vápenec, pískovec atd.). Zrna drceného kamene mají hranatý tvar, je žádoucí, aby byly ve tvaru krychle. Povrch zrn, který je hrubší než u štěrku, podporuje lepší přilnavost k cementovému kameni, proto se pro vysokopevnostní beton (třída B40 a vyšší) obvykle používá drť než štěrk.

Kvalita hrubého kameniva je dána minerálním složením a vlastnostmi původní horniny (její pevností a mrazuvzdorností), zrnitostním složením kameniva, tvarem zrn a obsahem škodlivých nečistot. Pevnost v tlaku původní horniny ve stavu nasyceném vodou by měla být minimálně 1,5-2x větší než pevnost betonu. V oblastech s rozvinutým hutním průmyslem je ekonomicky výhodné použít drcený kámen získaný drcením a proséváním těžkého odpadu nebo speciálně lité vysokopecní a otevřené strusky. Drcená struska musí mít stabilní strukturu. Rozpad strusky může být způsoben hašením volných vápenných zrn. Drcený kámen ze strusky musí splňovat obecné požadavky na složení zrna. Cizí příměsi palivové strusky a popel, prach z kouřovodů apod. Používá se metoda přímého stanovení pevnosti hrubého kameniva jeho drcením ve válci. Index drtivosti Dr (%) vypočteno s chybou do 1 % pomocí vzorce kde т_х — zkušební vzorek drceného kamene (štěrku), kg; т₂ – zbytek na kontrolním sítu po prosetí vzorku drceného kamene (štěrku) rozdrceného ve válci, kg. V závislosti na drtitelnosti při stlačení ve válci se drcený kámen dělí do následujících pevnostních stupňů: 1400, 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 a 200. Drcený kámen stupně 1400 a 1200 může obsahovat zrna slabých hornin v množství ne více než 5 %, drcený kámen značky 1000, 800, 600, 400 – ne více než 10%, drcený kámen třídy 300 a 200 – ne více než 15% (hmotnostní). Obsah zrn měkkých hornin ve štěrku a drceném štěrku by neměl překročit 10 % hmotnosti. Mrazuvzdornost drceného kamene a štěrku by měla zajistit dosažení projektovaného stupně mrazuvzdornosti betonu. Pro mrazuvzdornost byly stanoveny následující třídy drceného kamene a štěrku: F15, F25, F50, F100, F150, F200 a F300. Stupeň udává počet cyklů střídavého zmrazování a rozmrazování, při kterých úbytek hmotnosti vzorku hrubého kameniva nepřesáhne 5 % (u stupňů 15, 25 a 50 cyklů je povolen úbytek hmotnosti až 10 %). Relativní objem dutin (dutin) hrubého kameniva (K_{je prázdný}) se stanoví s přesností 0 % pomocí vzorce kde p_н — objemová hmotnost hrubého kameniva; p je jeho hustota v kusu. Ze vzorce je zřejmé, že ke snížení dutin je nutné zvýšit objemovou sypnou hmotu správnou volbou složení zrna. Zrnitostní složení hrubého kameniva je nastaveno s ohledem na největší D_naíb a nejmenší D_jméno velikosti zrna drceného kamene nebo štěrku. Největší velikost zrna při betonování železobetonových nosníků, sloupů, rámů by neměla být větší než 3/4 nejmenší vzdálenosti mezi výztužnými tyčemi a pro podlahové desky a krytiny – ne více než 1/2 tloušťky desky.

Nejmenší velikost odpovídá velikosti otvoru nejmenšího ze sít, kterým neprojde více než 5 % prosetého vzorku; Obvykle je nejmenší velikost 5 (3) mm. V závislosti na zrnitosti se drť, štěrk a drť dělí na čtyři frakce: 5-10 mm, 10-20 mm, 20-40 mm a 40-70 mm. Drť, štěrk a drť lze dodat jako směs dvou a více frakcí. Po dohodě dodavatele a odběratele lze použít drť frakcí 3-10 mm, 10-15 mm (nebo 5-15), 15-20 mm. Složení zrn každé frakce nebo směsi frakcí musí být v níže uvedených limitech (tabulka 1.2 a obr. 1.3). Tabulka 1.2 Zrnitostní složení hrubého kameniva

V závislosti na tvaru zrn jsou instalovány tři skupiny drceného kamene z přírodního kamene: kvádr, vylepšený a pravidelný. Obsah lamelárních (vločkovitých) a jehličkovitých zrn v nich nepřesahuje 15, 25 a 35 % hmotnostních. Lamelová a jehlová zrna zahrnují zrna, jejichž tloušťka nebo šířka je 3krát nebo vícekrát menší než délka. Obr. 1.3. Graf složení zrna drceného kamene (štěrku) Obsah prachových, jílových a kalových částic v drti je povolen v závislosti na typu zdrojové horniny a jakosti drceného kamene z hlediska pevnosti. Obsah jílových částic není vyšší než 0,25 %, obsah prachových a kalových částic není vyšší než 3 %. Potřeba vody je důležitou technologickou charakteristikou agregátu. Zrna plniva absorbují vodu a adsorbují ji na svém povrchu, proto je nutné množství záměsové vody regulovat s ohledem na vliv kameniva. Stanovení potřeby vody kameniva

• 1. Na standardním třepacím stole rozetřete cementovou pastu při (W/C)c odpovídající její normální hustotě. K tomu se 900 g cementu mísí s vodou po dobu 5 minut a poté se na třepacím stole podle standardní metody (obr. 170) stanoví rozpětí kužele rovné (1 ± 1.4) mm.
• 2. Zvolte (W/C)p, při které má roztok 1:2 na zkoumaném písku stejný kuželový rozptyl. K tomu se 300 g cementu a 600 g písku míchá za sucha po dobu 1 minuty a s vodou po dobu 5 minut a poté se pomocí standardní metody na třepacím stole stanoví rozptyl kužele.

Obr. 1.4. Třes stůl

/ – vačka; 2 – disk; 3 – tyč; 4 – postel; 5 — tvar kužele s centrovacím zařízením; 6 – tryska

3. Vytvořte sediment kužele roztoku o složení 1:2 normální hustoty při (W/C)p, stanoveném dříve na třepacím stole.

K tomu se odváží 5 kg cementu a 10 kg písku a míchá je nejprve 1 minutu za sucha a poté 5 minut s vodou, jejíž množství se nastaví podle (W/C)r. Poté se standardními metodami určí sedání kužele roztoku.

4. Zvolte (W/C)b, při kterém se dosáhne stejného kuželového propadu betonové směsi o složení 1:2:3,5, tj. získá se betonová směs normální hustoty. K tomu navážíte 2,5 kg cementu, 5 kg písku a 8,75 kg drceného kamene (štěrku), mícháte za sucha po dobu 1 minuty a s vodou po dobu 5 minut a poté určíte pohyblivost betonové směsi pomocí standardního metody.

Spotřeba vody u písku (Vp) a drceného kamene (Vsch) se vypočítá pomocí vzorců (v %):

zde je jmenovatelem počet dílů písku a drceného kamene na 1 díl cementu.

Voda použitá pro míchání betonové směsi a zalévání betonu by neměla obsahovat škodlivé nečistoty, které narušují normální tuhnutí a tvrdnutí pojiva. K namíchání betonové směsi se používá pitná voda z vodovodu a také přírodní voda (řeky, přírodní nádrže) s hodnotou pH minimálně 4, obsahující maximálně 5000 mg/l minerálních solí, včetně síranů maximálně 2700 mg/l. Mořskou vodu s obsahem soli nejvýše 3,4 % je dovoleno používat k míchání a zálivce betonu z portlandského cementu při betonáži masivních nevyztužených konstrukcí v případech, kdy se na povrchu konstrukce nechá vzniknout výkvět (výkvět).

Není dovoleno používat bažinnou vodu, stejně jako domácí a průmyslové odpadní vody bez čištění.

Velká kameniva v betonu jsou štěrk, drcený kámen a drcený štěrk.
Štěrk je sedimentární hornina ve formě nahromadění zrn o velikosti 5 mm, zaoblená, zaobleného tvaru a s hladkým povrchem. Štěrk obsahuje trochu písku. Když je obsah písku 70 %, materiál se nazývá směs písku a štěrku.
Drcený kámen se získává drcením masivních hustých hornin na kusy o rozměrech 5 mm. Zrna drceného kamene jsou hranatého tvaru a mají vyvinutější drsný povrch než štěrk. Díky tomu má drť vyšší přilnavost k cementovému kameni než štěrk. Pro vysokopevnostní beton je vhodnější použít drť, pro středně pevný beton (70 MPa) – levný místní štěrk než dováženou drť.
Pro charakterizaci zrnitostního složení hrubého kameniva je nutné znát jeho největší a nejmenší velikosti. Největší velikost kameniva D odpovídá velikosti otvoru standardního síta, na kterém celkový zbytek stále nepřesahuje 10 % hmotnosti. Nejmenší jemnost d je určena velikostí otvorů prvního ze sít, na kterém celkový zbytek přesahuje 95 %, tzn. jím neprojde více než 5 % prosetého vzorku. Nejmenší velikost je obvykle 5 mm.
Největší velikost kameniva musí odpovídat rozměrům betonované konstrukce a vzdálenosti výztužných prutů. Aby bylo kamenivo při betonáži rovnoměrně rozmístěno po celém objemu konstrukce, aniž by došlo k zamrzání, je přiřazena jeho největší velikost s přihlédnutím k typu a velikosti konstrukce a hustotě výztuže.
Při zhotovování betonových desek by největší zrnitost kameniva neměla být větší než polovina tloušťky desky u betonové směsi uložené v posuvném bednění, neměla by přesáhnout nejmenší průřezovou velikost konstrukce. V železobetonových konstrukcích se používá kamenivo s největší hrubostí nepřesahující nejmenší světlou vzdálenost mezi pruty výztuže. Při dopravě směsí betonovým potrubím se nastavuje největší velikost kameniva v závislosti na vnitřním průměru betonového potrubí. U štěrku by to nemělo být více než 0,4 průměru betonového potrubí, u drceného kamene – ne více než 1/3. Velikost kameniva v betonových směsích přiváděných kmeny a vibračními kmeny se považuje maximálně do 1/3 jejich průměru. Obsah plochých (vločkovitých) a jehličkovitých zrn je navíc omezen na 5 % hm., jinak se zhoršuje čerpatelnost směsí a části betonových čerpadel rychle selhávají. Ve složení čerpaných betonových směsí je lepší použít štěrk nebo drcený kámen nehrotého (kulatého nebo kvádrového) tvaru.
Drcený kámen nebo štěrk se používá zpravidla frakcionovaný. Obvykle se používá 2 frakce. Zrnitostní složení každé frakce kameniva nebo směsi frakcí je stanoveno tak, aby byla zajištěna minimální spotřeba cementu v betonu.
Drcený kámen nebo štěrk je považován za vyhovující z hlediska složení zrna, pokud jeho křivka prosévání spadá do oblasti ohraničené přerušovanými čarami.
Betonové směsi určené pro čerpání potrubím se vyznačují speciálním složením kameniva. Tato kompozice má zvýšený obsah jemných zrn: podíl písku je přibližně 32 % při použití štěrku a 50 % při použití drceného kamene. Směsi suchého kameniva odebrané v tomto poměru mají minimální dutiny.
Obsah škodlivých nečistot, ale i jílu, bahna a prachových částic v hrubém kamenivu je omezen stejně jako v písku.
Pevnost kameniva ovlivňuje pevnost betonu. Požadavky na pevnost jsou stanoveny pouze pro hrubé kamenivo, protože křemenné písky obvykle používané jako jemné kamenivo jsou zjevně pevnější než beton: pevnost křemene v tlaku je přes 1000 MPa a maximální pevnost betonu podle GOST 26633-85 je 80 MPa.
Pevnost hrubého kameniva je standardizována s přihlédnutím k pevnosti betonu. Třída drceného kamene vyrobeného z přírodního kamene tedy musí převyšovat pevnost betonu nejméně o 1.5. 2krát. Ve všech případech musí být drcený kámen z vyvřelých hornin stupně ne nižší než 80 MPa, z metamorfovaných hornin – ne nižší než 60, ze sedimentárních hornin – ne nižší než 30 MPa. Obsah zrn slabých a zvětralých hornin v drti a štěrku není větší než 10 % hmotnostních.
Mrazuvzdornost drceného kamene a štěrku by měla zajistit dosažení projektovaného stupně mrazuvzdornosti betonu. Stanovuje se cyklickým zmrazováním a rozmrazováním vzorku kameniva ve stavu nasyceném vodou. Pro předběžné posouzení mrazuvzdornosti je dovoleno urychlit zkoušku nasycením vzorku v roztoku síranu sodného a následným vysušením. Velké kamenivo se na základě mrazuvzdornosti dělí do sedmi tříd: 15, 25, 50, 100, 150, 200 a 300. Třída kameniva podle mrazuvzdornosti charakterizuje počet cyklů zmrazování a rozmrazování, během kterých dojde ke ztrátě hmotnosti vzorku nepřesahuje 5 % (s výjimkou ročníků F15 a F25 , pro které je limit stanoven na 10 %).
Porézní kamenivo se používá k výrobě lehkého betonu. Jsou přirozené a umělé. Přírodní kamenivo se získává drcením porézních hornin – vulkanický tuf, pemza, vápnitý tuf, lasturový vápenec a některé další. Patří k místním materiálům a používají se ke stavbě v oblastech mírně vzdálených od ložiska. Častější jsou umělá porézní plniva, která se dělí na speciálně vyráběná a plniva z průmyslového odpadu.
Speciálně vyráběná porézní kameniva zahrnují expandovanou hlínu, agloporit, expandovaný perlit, expandovaný vermikulit, struskovou pemzu a popelový štěrk. Z průmyslového odpadu se používají palivové strusky a popel.
Expandovaná hlína je produktem vypalování bobtnajících jílů. Získává se ve formě kulatých granulí o velikosti 5 mm (expandovaný štěrk). Při zahřátí na teplotu 40 °C začínají v jílu s nízkou teplotou tání procesy vývoje plynu. Ve stejném rozsahu teplot hlína měkne. Vzniklé plyny nabobtnají hmotu.
Granule expandované hlíny získané výpalem připomínají strukturu zmrzlé pěny, když se zlomí. Póry jsou většinou uzavřené, nejsou větší než 1 mm. Toto lehké a odolné kamenivo s objemovou hmotností maximálně 600 kg/m3 je hlavním materiálem pro výrobu lehkých betonových konstrukcí.
Expandovaný jílový písek se vyrábí drcením nestandardních zrn keramzitového štěrku na velikost částic 0.16. 5 mm nebo vypalováním suroviny v suspenzi.
Agloporit se vyrábí ve formě porézního drceného kamene, štěrku nebo písku a získává se pálením jílovitých surovin, palivového popela nebo strusky s přídavkem 8 % paliva (uhlí) na spékacích (slinovacích) roštech. Vysoká teplota vznikající při spalování uhlí vede ke spékání vsázky a vzniklé plyny hmotu mírně nabobtnají, což v konečném důsledku vede k výrobě porézního materiálu.
Expandovaný perlit a vermikulit se získávají vysokoteplotním zpracováním surovin obsahujících malé množství chemicky vázané vody. Pro výrobu expandovaného perlitu jsou surovinou vulkanické sklovité horniny (perlit, obsidián), pro expandovaný vermikulit – hydromiky. Při teplotě asi 1000 °C vypálená hornina měkne a vzniklá vodní pára nabobtná částice a zvětší jejich velikost 5krát. Výsledným velmi lehkým porézním kamenivem je štěrk a písek, používaný především pro výrobu tepelně izolačního betonu.
Strusková pemza se vyrábí z porézní roztavené metalurgické strusky a rychle se ochlazuje vodou. Kusy struskové pemzy jsou rozdrceny a rozděleny na frakce. Toto je jedno z nejlevnějších porézních kameniv, ale ne nejlepší: strusková pemza je příliš těžká.
Popelový štěrk se vyrábí vypalováním zaoblených granulí skládajících se z práškového popela z tepelných elektráren s malým přídavkem paliva. Je také možné vyrábět nepálený popelový štěrk, ve kterém jsou jednotlivé částice popela spojeny pojivem, jako je portlandský cement.
Palivová struska vzniká v pecích při slinování a částečném bobtnání anorganických nečistot obsažených v uhlí. Tento materiál se vyznačuje výraznou heterogenitou vlastností, což omezuje jeho použití jako porézního plniva.
Práškový popel z tepelných elektráren (polétavý popílek) vzniká spalováním mletého uhlí. Používá se jako jemné kamenivo do lehkého betonu za předpokladu, že obsah nespálených částic paliva nepřekročí stanovené limity (obvykle ne více než 5 % hmotnosti).
Hlavní charakteristikou porézního kameniva je jeho suchá objemová hmotnost. Pro hrubé porézní kamenivo jsou stupně objemové hmotnosti stanoveny od 250 do 1200 kg/m3 a pro porézní písek – od 100 do 1400 kg/m3. Velké porézní kamenivo je dodáváno samostatně ve frakcích 5, 10 a 10 mm.
Pevnost se stanoví rozdrcením vzorku hrubého porézního kameniva ve válci. Hodnoty pevnosti pro každý typ kameniva se liší. U keramzitového štěrku je to například 0,6. 2,5 MPa.
Mrazuvzdornost porézního kameniva musí odpovídat stupni minimálně F15.
Díky vyvinutému systému pórů jsou plniva schopna absorbovat značné množství záměsové vody a rychlost absorpce vody je zvláště vysoká v prvních 15 minutách, tzn. v době přípravy a pokládky lehké betonové směsi.
Intenzivní absorpce vody v počátečním období je spojena s přítomností velkých pórů. Následně se postupně nasycují tenké póry a kapiláry.