Песок для бетонов

Природный песок, применяемый для изготовления обычного бетона, представляет собой образовавшуюся в результате выветривания горных пород рыхлую смесь зерен (крупностью 0,14-5 мм) различных материалов, входящих в состав изверженных (реже осадочных) горных пород. При отсутствии пригодного природного песка изготовляют искусственный песок путем дробления твердых горных пород, но этот песок стоит гораздо дороже.
Чаще всего встречаются кварцевые пески с примесью  полевого шпата, листочков слюды и зерен других минералов, реже - полевошпатовые, известняковые и другие  пески. Кварцевые пески пригодны для бетона любых марок. Остальные пески, в особенности известняковые и ракушечные, должны быть предварительно проверены на прочность в растворе или бетоне требуемой марки.
По условиям залегания пески разделяют на речные, морские и горные (овражные).
В большинстве случаев зерна речного и морского песка истираются   при   переносе водой и имеют   поэтому округлую форму. Наоборот, зерна   горных (овражных)     песков - остроугольные. Речные и морские пески обычно более чистые, т. е. содержат меньше глинистых и органических примесей, чем   овражные. В морском песке часто имеются примеси известняковых зерен и обломков  раковин, которые легко разрушаются и могут понизить прочность бетона.
Желательно применять песок с остроугольными зернами, так как он лучше сцепляется с цементным камнем, придавая бетону большую прочность. В то же время этот песок должен быть как можно чище. Поскольку промывка песка сложна и дорога, обычно предпочитают речной песок. Вообще же выбор песка для бетона производится всегда с учетом всех его свойств и стоимости.
Для обычного бетона требования к природному песку следующие:
а) содержание в песке зерен, проходящих через сито 0,14 мм, не должно превышать 10 %, а содержание глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3 % по массе. Наиболее вредна примесь глины, обволакивающей зерна песка, так как она препятствует сцеплению с цементным камнем. От этой глины песок можно освободить только тщательной промывкой;
б) органические примеси (гумусовые и др.) допускают только в самом небольшом количестве, так как они, в особенности органические кислоты, понижают прочность и даже разрушают цемент. Для их определения песок обрабатывают 3 %-ным водным раствором едкого натра (при соотношений раствора к песку 1:1). Полученный раствор с песком отстаивается в течение 1 сут. Требуется, чтобы после обработки песка цвет его был не темнее светло-желтого. Этот метод называется колориметрическим

ТАБЛИЦА 6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ПЕСКА (НАВЕСКА СУХОГО ПЕСКА 1000 г)

Размеры отверстии сит, мм	Частные остатки на ситах		Полные остатки на ситах, %	Размеры отверстий сит, мм	Частные остатки на ситах		Полные остатки на ситах, %
					%	%
	г	%
2.5 1,25 0,63	150 150 200	15 15 20	15 30 50	0,3 0,14 Прошло 0,14 (пыль)	200 250 50	20 25 5	70 95 --
				Всего	-	-	260

(определение по цвету); в лабораториях изготовляют для сравнения цветной эталон.
Если песок содержит много органических примесей, то они вступают в соединение с едким натром и образуют соли, окрашивающие раствор в различные цвета - от желтого до красного и коричневого в зависимости от содержания органических веществ. Для бетона, применяемого в наиболее ответственных сооружениях, следует использовать пески, которые при обработке 3 % -ным раствором NaOH не дают окрашивания. При светло-желтой окраске раствора песок пригоден только для неответственных конструкций, а при темной окраске (темно-желтой, красной или коричневой) он без промывки непригоден, так как прочность бетона, приготовленного на таком песке, понижается более чем на 25%.
Крупность зерен определяют просеиванием песка через стандартный набор сит. Сита имеют отверстия в свету: 5; 2,5; 0,63; 0,3 и 0,14 мм, т. е. размер их, уменьшается примерно в геометрической прогрессии. Наличие в песке зерен крупнее 10 мм не допускается; зерен размером 5-10 мм должно быть не более 5% (по массе).

Для просеивания берут среднюю пробу сухого песка массой 1 кг. Просеивание песка начинают на самом крупном сите. На каждом сите получается остаток, который выражают в процентах; эти остатки называют частными. Частные остатки на ситах характеризуют распределение зерен песка по степени крупности - это так называемый зерновой (гранулометрический) состав песка. Кроме того, определяют полные остатки на ситах, складывая частный остаток на каждом сите с суммой остатков на предыдущих ситах. Пример определения зернового состава песка приведен в табл. 6.1.
Для условного выражения крупности песка применяют особый термин - модуль крупности, обозначающий сумму полных остатков (в процентах на ситах стандартного набора), деленную на 100. Для приведенного в табл. 6.1 зернового состава песка модуль крупности М_кр = 260:100=2,6.
Результаты просеивания песка удобно представить графически, если по горизонтали отложить размеры отверстий сит, а по вертикали - полные остатки на ситах в процентах. На графике (рис. 6.1) в виде заштрихованной полосы указаны допустимые пределы колебаний зернового состава песка для бетона. При оценке зернового состава песка учитывают только зерна, проходящие через сито 5 мм. Кривая просеивания песка, получаемая по результатам ситового анализа, должна находиться между верхней и нижней ломаными линиями. Сравнивая данные табл. 6.1 и рис. 6.1, видим, что песок, взятый для примера, обладает хорошим зерновым составом, так как укладывается в заштрихованную полосу.

Таблица 6.2 Характеристики песка

Группа песка	Модуль крупности      Полный остаток на сите с                                        отверствиями                                         0,63 мм,%
Крупный Средний Мелкий	3,5-2,5 2,5-2 2-1,5	50-75 35-50 20-35

В зависимости от крупности пески, пригодные для бетона, разделяются следующим образом (табл. 6.2).
Если песок крупный, то это еще не значит, что он вполне пригоден для бетона. Крупный песок может иметь большой объем пустот, который придется заполнять цементным тестом, что невыгодно. Поэтому полная характеристика песка может быть дана только с учетом его пустотности.
Песок, отсеянный па ситах двух близких номеров, т. е. состоящий из зерен почти одинаковой крупности, имеет большую пустотность (40-42 %). При наилучшем сочетании в песке крупных, средних и мелких зерен пустотность может уменьшаться до 30%. В хорошем песке пустотность не должна превышать 38%. Если в бетоне или растворе заполнить цементным тестом только пустоты между зернами песка, то получится малоподвижная, трудная для укладки, очень жесткая смесь. Необходимо раздвинуть зерна песка и окружить их цементной оболочкой, которая создавала бы смазку, обеспечивающую подвижность растворной или бетонной смеси и скрепляла бы в дальнейшем зерна песка. Чем крупнее песок, тем меньше общая поверхность зерен и расход цемента для создания оболочек, так как суммарная поверхность зерен, содержащихся в единице объема, обратно пропорциональна их диаметру. Однако, как указывалось выше, песок, состоящий только из крупных зерен, имеет слишком большой объем пустот, и его применять не следует.
Для бетона наиболее пригоден в основном крупный песок, содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот будет малым и поверхность зерен небольшая. Этот оптимальный состав песка соответствует заштрихованной полосе на рис. 6.1.
Плотность песка зависит от его истинной плотности, пустотности и влажности и определяется в сухом рыхлом состоянии (называемом стандартным), для чего песок насыпают совком с высоты 5 см в пятилитровый цилиндрический сосуд (без встряхивания).

Песок, предназначенный для бетона марок М200 и выше или для бетона в конструкциях, подвергающихся замерзанию в насыщенном водой состоянии, должен иметь плотность в рыхлом (стандартном) сухом состоянии не ниже 1550 кг/м³; в остальных, более простых слу чаях - не ниже 1400 кг/м³. При встряхивании песок уплотняется, и плотность его может увеличиваться до 1600-1700 кг/м³. Самый большой объем песок занимает при влажности около 5-7 %; с повышением или понижением влажности объем песка уменьшается (рис. 6.2). Это свойство должно учитываться при его приемке и дозировке (по объему) для приготовления бетона.