Мелкий заполнитель, то есть песок, составляет примерно треть объёма бетона; тем не менее на большинстве строительных площадок выбор песка делается по привычке. Мастер, годами работавший с речным песком, находит дробленый песок мутным и жёстким, а бетонный завод, привыкший к дробленому песку, считает речной песок грязным и непостоянным. Оба правы в рамках своего опыта, потому что эти два материала действительно ведут себя по-разному. Если вы знаете, откуда берётся эта разница, что говорят значения метиленового синего и эквивалента песка в протоколах испытаний, и какой из них — или какая их смесь — подходит для той или иной задачи, выбор песка перестаёт быть привычкой и становится решением.
Происхождение двух видов песка: дроблёная порода и перенесённая порода
Дробленый песок, или песок из дробленой породы, — это мелкий заполнитель, получаемый путём дробления добытой в карьере горной породы в дробилке с последующим просеиванием, обычно классифицируемый в диапазоне 0-4 мм или 0-5 мм. Его источником служит прочная горная порода; в таких регионах, как Milas, это преимущественно известняк. Поскольку частицы образуются в результате механического дробления, они угловатые, с шероховатой поверхностью и состоят из свежераздробленных граней. Каменная пыль, образующаяся в процессе производства, формирует тонкую фракцию песка.
Природный же песок — это материал, добываемый из русел рек, древних речных террас, морских или озёрных побережий, перенесённый и обработанный природой на протяжении тысячелетий. Частицы, перекатываясь в воде, потеряли свои острые грани, а их поверхности стали гладкими. Минеральный состав представляет собой смесь всех пород бассейна, через который прошла вода: кварц, полевой шпат, обломки известняка, слюда, иногда вулканическое стекло. Мелкая фракция природного песка — это не каменная мука, а ил и глина, принесённые водой.
Эти два определения — источник всех дальнейших различий. Дроблёный песок производится из единой горной породы, контролируемым и воспроизводимым способом; природный же песок зависит от того, что в этот день принесёт водосборный бассейн. Дроблёный песок угловатый и шероховатый; природный песок округлый и скользкий. Мелкая фракция дроблёного песка — каменная пыль; мелкая фракция природного песка может быть глиной. Бетон ощущает все три этих различия.
Форма частиц и текстура поверхности: сцепление или скольжение?
Пока бетон находится в свежем состоянии, зёрна песка укладываются, скользя друг по другу и по крупному заполнителю. Округлые, гладкие зёрна природного песка облегчают это скольжение: при одинаковом количестве воды смесь становится более текучей, ощущается мягче под мастерком и оказывает меньшее сопротивление в насосе. Угловатые зёрна дробленого песка, напротив, цепляются друг за друга; для достижения той же текучести требуется больше воды или больше пластифицирующей добавки. Именно поэтому мастер находит дробленый песок жёстким.
После затвердевания бетона то же свойство действует в обратную сторону. Угловатые и шероховатые зёрна контактируют с цементным тестом по большей площади поверхности и механически сцепляются с ним; под нагрузкой зерну становится труднее оторваться от теста. Поэтому бетоны на дробленом песке при одинаковом расходе цемента и одинаковом водоцементном отношении обычно дают несколько более высокую прочность на сжатие и особенно на изгиб. Округлое зерно из-за гладкой, полированной поверхности образует более слабую связь с тестом; для компенсации прочности требуется снижать водоцементное отношение.
Решающую роль здесь играет доля плоских и игольчатых зёрен. Плохо настроенная дробильная линия производит зёрна угловатые, но плоские; такие зёрна ухудшают удобоукладываемость и создают хрупкость. Кубовидный дробленый песок, получаемый на роторных дробилках с правильно организованным замкнутым циклом грохочения, значительно сокращает разрыв в удобоукладываемости по сравнению с природным песком. Иными словами, дробленый песок — это не единый материал; форму продукта определяет качество дробильной линии.
Доля мелких частиц (filler): каменная мука и глина — не одно и то же
Часть заполнителя, проходящая через сито 0,063 мм, называется мелкой фракцией или наполнителем (филлером). В двух видах песка количество и характер этой фракции различаются. В дроблёном песке мелкая фракция — это каменная пыль, естественный результат процесса дробления; если порода известняк, это карбонатно-кальциевая пыль. Пока каменная пыль не содержит глины, она не наносит вреда бетону; напротив, она заполняет пустоты, повышает связность смеси, снижает расслоение и водоотделение. Самоуплотняющиеся и перекачиваемые насосом бетоны выигрывают от этой пыли. Однако с увеличением доли растёт площадь поверхности и повышается потребность в воде; поэтому содержание мелкой фракции нужно держать под контролем и при необходимости регулировать сухим просеиванием или промывкой.
В природном песке тонкодисперсные частицы — это преимущественно ил и глина. В отличие от каменной муки, глина является активным материалом: она поглощает воду, набухает, препятствует сцеплению цементного теста с поверхностью зёрен и увеличивает усадку в затвердевшем бетоне. Даже небольшое количество глины может привести к хрупкости и потере прочности. Поэтому даже если содержание тонких частиц в природном песке кажется низким, необходимо выяснять, из чего они состоят.
Это можно заметить даже при простом наблюдении на месте: если взять немного влажного песка в ладонь и потереть, каменная мука оставляет пыльное, но рыхлое ощущение, а глина прилипает к пальцам и создаёт скользкость. Однако вместо того чтобы полагаться на это ощущение, следует обратиться к двум испытаниям, приведённым ниже.
Что измеряют тесты на метиленовый синий и эквивалент песка?
Для оценки чистоты мелкого заполнителя используются два испытания, и они не заменяют друг друга. Испытание на эквивалент песка (SE) основано на встряхивании образца песка с осадительным раствором и выдерживании его в цилиндре. Частицы песка быстро оседают на дно, а глина и ил остаются сверху в виде мутного слоя. Доля чистого песка в общей высоте даёт значение эквивалента песка. Высокое значение означает чистый песок, низкое — песок с высоким содержанием мелких частиц и глины. Однако это испытание показывает лишь количество мелких частиц; оно не может точно отличить каменную муку от глины, поскольку каменная мука тоже попадает в мутный слой.
Тест на метиленовый синий (MB) заполняет этот пробел. Из-за площади поверхности и структуры заряда глинистые минералы адсорбируют краситель метиленовый синий, а каменная мука — нет. В образец постепенно добавляется раствор красителя, пока вокруг капли на фильтровальной бумаге не образуется светло-синий ореол. Количество израсходованного красителя отражает наличие и тип глины; набухающие глины удерживают значительно больше красителя. То есть значение MB показывает не то, сколько мелкой фракции содержится, а то, насколько она вредна.
Читая результаты этих двух испытаний вместе, вы получаете полное представление о материале. Дроблёный песок с низким эквивалентом песка, но низким значением метиленовой сини означает избыток каменной муки; это исправляется промывкой или просеиванием и не создаёт серьёзных проблем в бетоне. Природный песок со средним эквивалентом песка, но высоким значением метиленовой сини несёт активную глину; даже после промывки такого песка не все мелкие частицы глины могут быть удалены. TS EN 12620 определяет оба испытания для заполнителя бетона и выражает их через категории классов. Классы устанавливаются проектной спецификацией; ваша задача — требовать, чтобы в отчёте присутствовали оба значения.
Удобоукладываемость и потребность в воде: что меняется в смеси?
Первое, что замечает бетонный завод, переходящий на дробленый песок, — для достижения того же значения осадки конуса требуется больше воды. Тому есть две причины: сцепление угловатых частиц друг с другом и увеличение площади поверхности из-за высокого содержания тонких фракций. Избыток воды повышает водоцементное отношение и снижает прочность; поэтому правильный путь — увеличивать не количество воды, а дозировку пластифицирующей добавки и контролировать содержание тонких фракций. С современными суперпластификаторами бетоны на дробленом песке могут достигать той же удобоукладываемости, что и бетоны на природном песке, при более высокой прочности.
Смеси с природным песком, напротив, подвижны, но легче расслаиваются и дают водоотделение; округлые зёрна не удерживают тесто, крупный заполнитель оседает на дно, а вода поднимается на поверхность. Это ухудшает качество поверхности и долговечность, особенно в бетонах с высокой подвижностью и перекачиваемых насосом. Каменная мука в дроблёном песке в этом отношении является преимуществом: она удерживает смесь связной и снижает водоотделение.
Гранулометрический состав у этих двух песков также различается. Природный песок обычно сконцентрирован в средних фракциях, тогда как дроблёный песок может давать состав с избытком как крупных, так и очень мелких частиц при недостатке средних. Этот недостаток отслеживается через модуль крупности и компенсируется в проектировании состава смеси за счёт доли крупного заполнителя. Иными словами, дроблёный песок требует более тщательного подхода при проектировании смеси; зато вы точно знаете, что получаете, и получаете один и тот же материал в каждой партии.
Экологический аспект: почему ограничивается добыча речного песка?
На протяжении многих лет добыча песка из русел рек была самым дешёвым источником мелкого заполнителя; последствия же были замечены слишком поздно. Каждая тонна материала, взятого со дна, понижает уровень дна водотока. По мере понижения дна обнажаются опоры мостов и трубопроводные переходы, разрушаются береговые откосы, снижается уровень грунтовых вод, а из-за того, что река переносит к морю меньше песка, ускоряется береговая эрозия. Экосистемы водно-болотных угодий, нерестилища рыб и сельскохозяйственные земли напрямую страдают от этих изменений.
По этой причине во многих странах, включая Турцию, доступ к речному и прибрежному песку постепенно ограничивается лицензиями, квотами и запретами. Морской же песок, помимо этого, содержит хлориды и не может использоваться в бетоне без промывки, поскольку несёт риск коррозии арматуры. В результате природный песок стал материалом, который и юридически труднее получить, и качество которого колеблется в зависимости от источника.
На этом фоне дроблёный песок выделяется как устойчивый вариант. Карьер — это лицензированная территория с чёткими границами; добыча ведётся по плану рекультивации, пыль и шум на дробильно-сортировочной линии измеряются и контролируются. Кроме того, дроблёный песок — это продукт, который в любом случае получается при производстве крупного заполнителя, то есть он получается без затрагивания дополнительного природного ресурса. О том, как ведётся экологический менеджмент на территории карьера, мы рассказали в статье экологический менеджмент в карьере; наш подход к устойчивому развитию опирается на те же принципы.
Что и когда использовать?
В конструкционном бетоне, то есть в фундаментах, колоннах, балках, диафрагмах жёсткости и перекрытиях, дробленый песок используется без опасений — здесь решающую роль играют преимущество сцепления и стабильность свойств. В высокопрочных бетонах, а также в сборных и предварительно напряжённых элементах дробленый песок практически стал стандартом, поскольку в этих конструкциях самым слабым звеном является связь между цементным тестом и заполнителем, а дробленый песок укрепляет именно это звено. В перекачиваемых бетонах каменная мука в составе дробленого песка в сочетании с правильной добавкой предотвращает расслоение смеси.
Природный песок по-прежнему превосходит другие материалы там, где удобоукладываемость важнее прочности: штукатурные и кладочные растворы, укладка в опалубку тонкостенных и густоармированных элементов, бетонные полы, поверхность которых будет затираться вручную. Дроблёный песок из известняка в этих работах работает несколько жёстче, и мастер ощущает разницу при затирке поверхности. Однако даже здесь песок должен быть чистым; богатый глиной речной песок — самая частая причина растрескивания и осыпания штукатурки.
В дорожных слоях и насыпных работах этот вопрос даже не возникает: мелкая фракция щебёночной смеси основания (stabilize), смеси plent-miks для дорожного основания и рядового карьерного материала имеет дробленое происхождение, и природный песок в эти слои не входит. Таблицу решений можно кратко резюмировать так:
| Применение | Приоритетный выбор | Обоснование |
|---|---|---|
| Конструкционный бетон | Дроблёный песок | Сцепление, прочность, консистенция |
| Высокая прочность, сборный железобетон | Дроблёный песок | Прочность контактной зоны — определяющий фактор |
| Насосный бетон | Дроблёный песок (с добавкой) | Контроль расслоения и водоотделения |
| Штукатурка и раствор | Чистый природный песок или смесь | Удобоукладываемость и поверхность |
| Бетон для полов с затиркой | Заводская смесь | Баланс между качеством поверхности и прочностью |
| Дорожные слои | Дроблёное происхождение | Зацепление, уплотнение |
Смешивание: объединение преимуществ двух видов песка
На практике многие бетонные заводы и строительные площадки выбирают путь между двумя крайностями: смешивают дроблёный песок с природным песком в определённой пропорции. Логика очевидна. Дроблёный песок обеспечивает прочность и связность, природный песок — текучесть и низкую потребность в воде; кроме того, пробелы в гранулометрическом составе двух песков взаимно восполняются, что даёт более непрерывную гранулометрию. Пропорция смешивания рассчитывается так, чтобы измеренные гранулометрические составы двух песков давали сочетание, максимально близкое к целевой кривой, и проверяется пробным замесом.
При составлении смеси важны три правила. Во-первых, чистота природного песка не спасает смесь: природный песок, богатый глиной, повышает значение метиленового синего независимо от того, в каком малом количестве он добавлен. Во-вторых, смешивание должно производиться в масштабе завода и по весу, а не лопатой на площадке; если пропорция меняется от партии к партии, меняются и подвижность, и прочность. В-третьих, соотношение смеси нельзя устанавливать один раз и забывать о нём; при изменении источника природного песка все параметры необходимо измерять заново.
Хорошая линия дробления-грохочения в значительной степени устраняет необходимость в таком смешивании: кубовидная форма зёрен, контролируемое содержание мелких частиц и промытый или отсортированный продукт позволяют достичь целевой удобоукладываемости, используя только дроблёный песок. İTS Maden производит дроблёный песок на известняковом карьере в Milas на той же линии и с той же системой контроля качества, что и фракции крупного заполнителя. Чтобы выбрать мелкий заполнитель и фракцию, подходящие для вашего проекта, вы можете ознакомиться с нашей продукцией или связаться с нами через страницу контактов.
