Оценка качества глины как добавки к цементноглиняным растворам

Отбор проб глин. Вследствие известной пестроты в качестве глин, даже взятых из одного месторождения, отбор проб глин из карьера или котлована приходится обычно производить не менее как из трёх—четырех пунктов карьера или котлована.

В каждом пункте частные пробы отбираются не менее как в трех местах по вертикали: внизу, в середине и вверху. При наличии резко выраженной слоистости залегания частные пробы приходится отбирать в каждом пункте уже из каждого слоя. Частные пробы, относящиеся к одному пункту котлована, смешиваются между собою. Таким образом из карьера или котлована отбираются 3—4 генеральных пробы весом по 25 кг каждая.

Каждая из таких проб делится последующим квартованием на неравные части: 5 кг от каждой пробы отделяются и упаковываются в стеклянную банку, закрываемую сверху пергаментной или промасленной бумагой; оставшиеся 20 кг подвергаются оценке и испытаниями.

Общая оценка качества глины

Вредными примесями в глинах следует считать иногда встречающиеся в них сульфиты железа (пирит, марказит), легко растворимые соли (в частности сульфаты натрия, кальция и магния) и органические вещества (в частности, гумус и гуминовые кислоты).
Качество глины, как добавки к строительным растворам, зависит также от ее гранулометрического состава (в частности, от наличия в ней песка и глинистых частиц).
Пробы глин, в связи с этим, следует подвергать нижеследующим испытаниям:
1) произвести внешний осмотр пробы глины;
2) произвести качественное опробование на наличие или отсутствие вредных примесей;
3) произвести определение гранулометрического состава упрощенным методом (сокращенный механический анализ для определения содержания глинистых частиц (<0,01 мм) и песка — зерен >0,15 мм).

Внешний осмотр

Внешний осмотр производится с целью установления наличия или отсутствия в глине видимых вкраплений: пирита, корней растений, вкраплений, резко отличающихся по цвету, и т.п.
При внешнем осмотре глин необходимо обратить внимание:
а) на цвет глины,
б) на наличие видимых загрязнений и крупных включений,
в) на жирность глины.

Очень темный цвет глины, а также сильное потемнение глины при нагревании обычно указывают на присутствие в ней значительного количества гумусовых веществ. Применение таких глин нежелательно без проведения полного химического анализа и долгосрочных испытаний растворов. Отдельные более крупные включения, имеющиеся в глине, обнаруживаются уже при разрезании ножом комков влажной глины. Включения пирита и марказита (серного или железного колчедана) нередко также могут быть обнаружены уже при тщательном рассматривании образцов (особенно в лупу). Эти включения имеют серо-желтый или золотистый цвет с металлическими оттенками и плотное строение. Для того чтобы не перепутать пирит с блестками слюды, можно произвести смешивание глины с водой. При быстром перемешивании слюда всплывает на поверхность. Однако, наличие таких видимых вкраплений делает глину вообще подозрительной в отношении примесей пирита; в связи с этим вышеуказанные сравнительно крупные вкрапления переносятся в чистую пробирку и производится качественное их опробование.

Предварительные качественные определения наличия вредных примесей в глинах

Определение пирита. Для предварительного качественного определения наличия в глине пирита (мелкораспределенного или в виде более крупных включений) отбирается проба глины в количестве 250—300 г (по 25—30 г из разных мест каждой пробы), замачивается таким же количеством воды и полученное тесто тщательно растирается до достижения полной его однородности. Часть теста переносят в две пробирки, заполняя каждую примерно на одну восьмую. В пробирки вливают по 3—4 см3 разбавленной технически чистой соляной кислоты, приготовляемой путем предварительного разбавления концентрированной соляной кислоты водой (1 ч. кислоты на 4—5 ч. по объему). Пробирку затем нагревают и определяют присутствие сероводорода, которое может быть установлено:
1) по характерному выделяющемуся запаху тухлых яиц;
2) по потемнению «свинцовой бумажки», т.е. полоски фильтровальной бумаги, смоченной 10%-ным раствором уксуснокислого свинца. Если «свинцовая бумажка» была заготовлена заранее путем пропитывания раствором уксуснокислого свинца и последующего высушивания, то перед употреблением бумажку необходимо смочить водой.
Легкий запах сероводорода или слабое потемнение бумяжки указывает, что в данной пробе глнны присутствуют лишь следы пирита, что не должно служить основанием для ее браковки. Если же запах сероводорода весьма ощутим и «свинцовая» бумажка приобретает темнобурый цвет, то испытуемая глина не должна применяться без химического анализа и испытания её в растворе.

Качественное определение характера подозрительных золотисто-желтых вкраплений, в случае их обнаружения при внешнем осмотре, может быть произведено так же, как и выше, или же нижеследующим образом: для определения пирита подозрительные включения подвергаются нагреванию в запаянной с одного конца трубочке или пробирке; при этом пирит выделяет серу, которая оседает на стенках пробирки в виде возгона; остаток же от прокаливания при обливании соляной кислотой будет сильно выделять сероводород.

Определение растворимых солей. Предварительное качественное определение наличия или отсутствия загрязнения глины растворимыми солями, способными вызвать появление выцветов и впоследствии понизить прочность цементно-глиняного раствора, производится следующим образом. Из глиняного теста, приготовленного по указаниям, отбирают малые пробы (умещающиеся на кончике ножа) из 5—6 мест, смешивают их, а затем разжижают, примерно, двойным количеством воды и фильтруют через бумажный фильтр (укладываемый в воронку). Фильтрат выпаривают на часовом стекле (диаметр около 8—10 см). Параллельно на другом часовом стекле выпаривают такое же количество воды, служившей для разжижения глины (если применялась не дистиллированная вода).

Легкий налет, появляющийся на втором часовом стекле, может служить качественным эталоном: с ним и сравнивают характер налета, образовавшегося на первом стекле при выпаривании фильтрата. Легкий налет солей, по характеру близкий к эталону, практически указывает лишь на наличие следов растворимых солей, что можно считать допустимым. Значительное же количество растворимых солей в глине ведет к получению хорошо заметного слоя белого налета (иногда весьма обильного). Сравнение с эталоном удобнее производить при подкладывании под стекла черной бумаги. В случае получения на первом стекле весьма заметного налета, по сравнению с эталонной пробой, следует произвести количественный химический анализ глины на содержание в ней сернокислых и сернистых солей.

При наличии дистиллированной воды простейшие опробования глины на содержание в ней солей, способных вызвать выцветы на кладке, можно произвести также нижеследующими способами:
1) Наличие сернокислых соединений в глине может быть установлено путем обычного опробования на действие хлористого бария (тем же способом, котрый регламентирован ОСТ 3517 для гравия). Для этой цели просушенная глина в количестве 100 г измельчается и распакуется в 500 г дистиллированной воды путем кипячения в течение одного часа. После охлаждения до 50°. отстоявшуюся жидкость пропускают через фильтр и наливают в пробирку в количесте 50 см3 куда затем приливают 25 см3 десятипроцентного раствора хлористого бария. Наличие легкой мути в пробирке после приливания раствора хлористого бария допустимо; выпадение же обильного белого осадка указывает на наличие в глине значительного количества солей серной или сернистой кислот.
Для оценки допустимого характера получаемого осадка можно воспользоваться сравнением его с осадком, получаемым в специальном эталонном образце. Эталонный образец приготовляется тем же способом, какой указан выше для глины, но вместо 100 г глины берется 10 г штукатурного гипса, который смешивается с 500 г дистиллированной воды.

Через сутки отстоявшуюся жидкость фильтруют и наливают в точно такую же пробирку, как и выше, в количестве 50 см³. К этому количеству насыщенного раствора двуводного гипса приливают 25 см³ десятипроцентного раствора хлористого бария. Осадок при обработке хлористым барием фильтра из пробы глины должен быть во всяком случае меньше, чем в эталонном образце. На стеклянный цилиндр (мензурку), наполненный дистиллированной водой, плотно укладывается притертый кирпич; после этого цилиндр (вместе с кирпичом) переворачивается таким образом, чтобы дистиллированная вода проникла в кирпич. Затем кирпич просушивается, причем в случае наличия в нем растворимых солей таковые выступают в виде беловатого налета. Для целей испытания глины предварительно должен быть отобран кирпич, не содержащий растворимых солей и не дающий, следовательно, такого налета. Далее испытуемая глина просушивается, размельчается и замачивается с двойным — тройным количеством дистиллированной воды. Полученное жидкое глиняное молоко выливается на кирпич, предварительное испытание которого показало отсутствие в нем растворимых солей. В том случае, если в глине находятся растворимые соли, таковые проникает в кирпич и по просушивании его выступят на его поверхности в виде беловатого налета.

Определение органических веществ

Наличие или отсутствие вредных органических веществ устанавливается с помощью качественной колориметрической пробы, подобно указанной для гравия и песка. Для этого в мензурку емкостью в 250 см³ вводят 100 г мелко измельченной сухой глины и 100 см3 трехпроцентного раствора едкого натра. Возможно брать посуду и другой емкости, вводя в нее 1 часть по весу сухой измельченной глины 1 часть вышеуказанного раствора едкого натра. При этом эталон должен быть в такой же посуде. После энергичного встряхивания и подогревания в течение 2 часов в водяной бане пробу оставляют в сосуде на 24 часа, а затем определяют цвет отстоявшейся жидкости, сравнивая его с обычными нормальными эталонами для песка.
В тех случаях, когда глина дает цвет не темнее эталона, она может быть употреблена в растворы марок «30» и ниже. Для применения же глины, дающей окрашивание, близкое к окраске эталона, в растворы марок «50» желательно дополнительно испытать параллельно цементно-известковые и цементно-глиняные (на данной глине) растворы одинаковых дозировок (например, 1 цем : 0,25—0,50 теста : 3—4,5 песка). В случае получения близких результатов для образцов цементно-глиняных или цементно-известковых растворов в 14 или 28-дневном возрасте глина признается пригодной.

Проведение количественного химического анализа

При обнаружении качественными пробами пирита, значительного количества растворимых солей или недопустимого загрязнения органическими веществами глину нельзя применять без лабораторного исследования, включающего в себя химический количественный анализ и полное испытание глины в растворах.

Целыо химического анализа является установление количественного содержания в глине органических веществ (в частности гуминовых), легко растворимых солей и пирита. При этом заведомо вредными примесями, могущими встретиться в глине, должны, как выше указано, считаться: сульфаты натрия, кальция и, особенно, калия и магния; пирит во всех стадиях его разложения; хлориды и гуминовые вещества.

При химическом анализе должно быть обязательно установлено количественное содержание:
а) сернистых и сернокислых соединений, считая на SO₃,
б) органических веществ в целом и гумуса в отдельности.
При оценке полученных результатов следует руководствоваться нижеследующим:
1) Общее содержание сульфатов, сульфитов и сульфидов, считая на SO₃, не должно превышать 1,0% (по весу сухой глины), причем содержание сульфидной серы (также в пересчете на S0₃) допускается не свыше 0,3%.
2) Содержание органических веществ допускается до 2,0% (из них гумуса, определяемого по методу Киопа, до 0,5%).
3) Содержание слюды не должно превышать 3% (прн применении глины для растворов марки 50).

Механический анализ

При отсутствии противопоказаний в отношении содержания вредных загрязнений, обнаруживаемых качественны или количественным анализами, производится механический анализ проб глины с целыо определения гранулометрического состава. Механический анализ может производиться либо упрощенный, либо же по методу Сабанина, но также в несколько сокращенном виде.

1) Упрощенный анализ проб может производиться нижеследующим образом: испытуемый образец глины высушивается при температуре 105—110° до постоянного веса, затем отвешивается с точностью до одного грамма навеска глины в 200 г, которая подвергается размачиванию в воде. Для ускорения размачивания можно либо прибавить несколько капель аммиака, либо же (что лучше) произвести нагревание и кипячение воды (1—2 часа) с целыо полного распадения в ней глины. Полученное глиняное молоко пропускается через сито с ячейками в 0.15 мм. Остаток на сите промывается чистой водой до тех пор, пока зерна не будут более проходить через сито. Для ускорения процесса следует протирать массу через сито с помощью мягкой щетки. Остаток на сите высушивается до 105—110°, взвешивается и подвергается рассмотрению в лупу, а в случае подозрений на содержание пирита — качественным испытаниям.

Для установления содержания в глине собственно глинистых частиц в мензурку или в градуированный цилиндр емкостью в 100 см³ всыпают такое количество высушенной при 105—110° глины, которое после неоднократного постукивания займет в мензурке постоянный объем в 10 см³. После этого в мензурку наливают 50 см³ воды и стеклянной палочкой тщательно растирают глину по стенкам сосуда. Энергичное растирание производится до исчезновения мазков на стенках мензурки с постепенным добавлением воды до уровня 93 см. После этого в мензурку наливают 7,0 см³ пятипроцентного раствора хлористого кальция, смесь энергично взбалтывают, а затем оставляют отстаиваться до полного осветления (24—48 часов). После отстаивания замеряется объем набухшей глины. Следует одновременно вести два параллельных анализа и в качестве результата брать среднее из двух определений. При расхождении свыше 10% определения следует повторить.

Количество глинистого вещества, содержащегося в глине, можно установить по формуле:
Р—0,5 Vg,
где р — относительное содержание глинистого вещества,
Vg — приращение объема в % от первоначального объема сухой глины.

Например, если объем глины после разбухания увеличился в 2 раза, то это показывает, что в глине содержится около 0,5. (200-100) = 50% глинистых частиц.

2) Сокращенный механический аиализ по методу Сабанина (взамен пробы на набухание) производится над глиной, прошедшей через сито 0,15 мм, и лишь для получения общего количественного содержания частиц с размером менее 0,01 мм. Таким образом упрощенным анализом устанавливается весовое содержание как песка (частиц более 0,15 мм), так и глинистых частиц (меньше 0,01 мм) в данной пробе глины. Если содержимое песка в глине находится в пределах 5—15%, то определения мелких частиц (менее 0,01 мм) можно и не производить, так как обычное содержание частиц, меньших 0,01 мм. в таких глинах колеблется в пределах 40—60%. Ecли же содержание песка выходит из вышеуказанных пределов и если глина по внешнему виду является весьма жирной или, наоборот, очень тощей — следует обязательно установить в ней содержание глинистых частиц.

Жирные глины дают гладкую и блестящую поверхность при проведении по ней ножом или ложкой при сравнительно сухом состоянии глины. Тощие же глины блестящей поверхности при этом испытании не имеют, а при взбалтывании с водой дают сравнительно быстро отстаивающуюся жидкость с значительным слоем частиц, быстро (до 1 сек.) опускающихся на дно сосуда. При проведении оценки количества глинистых частиц методом набухания глины попутно следует устанавливать её удельный вес. Если таковой определяется величиной < 2,50 г/см³, то это указывает на возможное наличие в глине значительного количества гумуса и такую глину не следует употреблять без предварительного количественого определения содержания в ней гумусовых веществ.

Полученные при механическом анализе глин данные используются как для их отбора, так и при назначении дозировки глины, которое должно устанавливаться с учетом содержания в ней как песка (частиц с размером свыше 0,15 мм), так и глинистых частиц. Для генеральных проб опытным путем устанавливается также зависимость между консистенцией глиняного молока и его объемным весом. Измерение консистенции глиняного молока может производиться с помощью опускания в него металлического конуса СтройЦНИЛа. Установление же объемного веса производится путем взвешивания определенного объема глиняного молока. Для получения зависимости между объемным весом и глубиной опускания конyca берется 5 навесок сухой глины по 500 г (сухая глина может быть заменена влажной глиной при условии предварительного определения содержания воды в пробах глины). Вышеуказанные 5 проб затворяются разными количествами воды, в пределах от 30 до 60%, от веса глины. Глина тщательно смешивается с водой в течение 10 минут, после чего определяется глубина опускания конуса для каждого из образцов глиняного молока с попутным определением его объемного веса. Вышеуказанное определение является желательным для возможности осуществления в последующем правильной дозировки глины в цементно-глиняном растворе. В тех случаях, когда качественные испытания на загрязнение и гранулометрический анализ определенных проб глины не дали вышеуказанных противопоказаний в отношении возможности применения глины как добавки — желательно провести проверку качества глины в цементно-глиняных растворах, объединяя эту работу с подбором состава раствора заданной марки.