Подбор состава цементно-глиняных растворов заданной марки

Общие данные. Для подбора состава раствора заданием обычно должны служить
1) заданная проектом расчетная марка раствора (прочность);
2) заданная принятым методом кладки консистенция раствора, которая для кирпичной кладки в среднем может быть оценена глубиной погружения конуса в 6—7 см.
На постройке для различных сооружений и их частей (столбы, стены, перемычки и т.п.) требуется раствор не одной какой-либо марки, а нескольких. В частности, перемычки, как известно, должны выполняться (в зависимости от их нагрузки и конструкции) на растворах, имеющих прочность не ниже 30 кг/см2, а иногда и выше. Проект основных строительных норм на проектирование каменных конструкций устанавливает нижеследующие расчетные марки растворов, требуемые при различных основных допускаемых напряжениях на центральное сжатие кладки, выполняемой из кирпича разной прочности (табл. 1).

Таблица 1. Допускаемые напряжения для кладки в зависимости от марки кирпича и раствора

Подбор состава цементно-глиняного раствора, как правило, должен производиться таким образом, чтобы была получена заданная расчетная марка раствора (в тех пределах колебаний фактической прочности образцов раствора, которые допускаются для отдельных марок раствора).

Необходимо при этом отметить, что обычно цементно-глиняные растворы при правильно выбранной глине показывают прочность или равную или же несколько большую, чем цементно-известковые растворы таких же дозировок. Это обстоятельство может быть использовано как для оценки качества глины в растворе, так и для упрощенного назначения состава растворов марок 8 и 15 кг/см. Необходимо при этом лишь учитывать, что при назначении состава цементно-глиняных растворов на настоящем этапе их изучения приходился вводить нижеследующие дополнительные ограничения:
а) для получения необходимой морозостойкости раствора и необходимой водостойкости содержание цемента недолжно быть менее 125 кг/м3 раствора, что примерно соответствует предельным составам раствора по объему 1 цем : 10 песка;
б) весовое содержание в растворе глинистых частиц (размером менее 0,01 мм по Сабанину) не должно превосходить 75—80% от весового содержания цемента; в соответствии с этим при применении обычных кирпичных глин количество вводимого в раствор глиняного молока (с объемным весом около 1400 кг/м3) не должно превышать 2—2,5 об. ч. на 1 об. ч. цемента.
в) пески различной крупности для получения раствора необходимого качества требуют введения в них различного количества мелких частиц (цемента и добавки).

Таблица 2 указывает для ориентировки желательные весовые пропорции различных компонентов раствора, причем, как было указано, к песку условно относятся все частицы >0,15 мм, находящиеся как в песке, так и в глине.

Таблица 2. Желательный гранулометрический состав смеси

В действительности механический анализ глины может показать в ней наличие различного количества глинистых частиц и песка (больших 0,15 мм). В песке же могут быть в заметном количестве глинистые частицы, определяемые по методу набухания. Поэтому, при переходе к полевому составу раствора приходится учитывать наличие вышеупомянутых фракции как в глине, так и в песке путем соответствующего увеличения или уменьшения количеств вводимой наличной глины или песка. Большею частью содержание песка (зерен свыше 0,15 мм) в глине невелико (около 2—5%) и может не учитываться, но иногда составляет 5—25%, почему и приходится его учитывать путем соответствующего увеличения дозировки такой глины. Равным образом при наличии глинистых-частиц в песке свыше 2—3% следует соответственно уменьшать количество вводимого глиняного молока.

Растворы марок 8 и 15 кг/см²

В целях упрощения цементно-глиняные растворы марок 8, и 15 кг/см² могут не подбираться, а назначаться в соответствии с нижеприведенными данными.
Для этой цели в табл. 3 приводятся ориентировочные соотношения в объемных частях для цементно-глиняных растворов, изготовляемых на различных песках. При этом считается, что добавка наличной глины вводится в форме жидкого глиняного теста с объемным весом около 1 450 кг/см³ и что глина принадлежит к разряду кирпичных глин, показывающих набухание в 1,5— 2,25 раза по сравнению с первоначальным объемом утрясенного сухого вещества. По отношению к таким глинам можно принять, что после освобождения их от зерен свыше 0,15 мм содержание в них глинистых частиц составляет 40—60%, т.е. в среднем для расчета может быть принято около 50%.

Таблица 3. Ориентировочные составы цементно-глиняных растворов

Примечания: 1. Первые цифры для глиняного теста и песка относятся к пескам с меньшем из указанных величиной модуля, вторые же цифры — к пескам с большей величиной модуля.
2. Составы подсчитаны - в предположении, что глина содержит около 45-50% частиц размером менее 0,01 мм, что соответствует набуханию глины примерно в 2 раза. При большем содержании мелких частиц следует пропорционально уменьшить количество вводимого глиняного молока; при меньшем указанного - увеличить. Например, если пробы глнны (после освобождения ее от частиц > 0,15 мм) дали набухание в 3 раза, то дозировку глиняного теста
надо уменьшить в 3/2 = 1,5 раза.
3. При содержании в глине частиц песка (>0,15 мм ) свыше 5% следует соответственно увеличить дозировку глиняного молока. Например, при содержании песка в глине в количестве 10% необходимо увеличить дозировку глиняного молока также на 10% против указаний табл. 3.

Подбор состава растворов марок «30» и «50»

Подбор состава раствора заданной марки складывается из нижеследующих операций:
1) Определение необходимой расчетной активности вяжущего и, следовательно, весового соотношения между цементом имеющейся марки и глиной. Последнее может быть выполнено, исходя из вышеприведенной формулы и условия Rсм=4Rp;

или же по данным табл. 4, дающей готовые значения Rсм при цементах марки «200» и «300» и при различных соотношениях Ц : Д.

Таблица 4. Величины расчетной активности цементно-глиняных смесей

1 пример. Требуется определить соотношение между цементом марки 200 и глиной для применения в растворе марки 30:
Rсм = 30 . 4,0 = 120 кг/см².
По таблице 4 примерное соотношение Ц : Д по весу может быть взято для данного случая 1 : 0,5.
2 пример. Для получения раствора марки 50 при применении цемента марки 300 требуется:
Rсм = 50 . 35 = 175 кг/см² и, следовательно, соотношение Ц : Д до 1 : 0,50. При цементе же марки 200 в этом случае можно брать лишь небольшую добавку глины или Ц : Д = 1 : 0,1.

2) После определения величины Rсм и весового соотношения Ц+Д следует произвести опытное затворение раствора заданной консистенции на наличном песке с применением в качестве вяжущего смеси цемента и глины в вышеуказанных соотношениях. Это затворение необходимо для определения расхода воды — величины В. Соотношение между вяжущим и песком при этом не играет особенно большой роли, так как при заданном типе смешанного вяжущего (или определенной смеси цемента и глины) количество воды В, необходимое для получения раствора определенной консистенции, в основном, зависит от гранулометрического состава и пустотности песка. При этом количество воды (В) сравнительно мало меняется в зависимости от расхода вяжущего (Ц+Д).
Поэтому практически можно считать, что каждый данный песок требует в растворе заданной консистенции определенного количества воды (В), мало зависящего от расхода вяжущего (в общеупотребительных пределах изменения этого расхода). Разные же пески требуют различного количества воды, т.е. обладают различной водопотребностью. Практическую оценку необходимого количества воды (В) можно произвести или на растворе состава 3—4 песка : 1 (цем. + глина в форме молока с объемным весом 1400—1500 кг/м³), или, что лучше, употребляя примерно соответствующий данному песку состав раствора из числа указанных в табл. 5.
3) По установлении требуемого количества воды (причем удобнее всего относить это количество воды сразу на объемную единицу песка) возможно определить потребный суммарный расход смешанного вяжущего (Ц + Д) из выражения Ц + Д = 1,25 В.
Если расход воды был отнесен к объемной единице песка, то и полученный расход вяжущего в кг будет относиться к этому же объему песка.
Например, выше было определено, что для раствора марки 30 отношение между цементом марки 200 и глиной по весу должно быть около 1 Ц : 0,5 сух. гл. Превратив сухую глину в глиняное молоко с объемным весом 1400 - 1450 кг/м², берем пробный раствор объемного состава 1 цем : 1 гл. молока : 6 песка.
Пусть на 6 л песка было израсходовано воды 1,4 л. Тогда для получения раствора марки «30» расход вяжущего на 6 л песка может быть определен из условия, что (Ц + Д) / B = 1,25 (с колебаниями от 1,1 до 1,4). Следовательно, в данном случае в среднем Ц + Д = 1.25 . 1.4 = 1,75 кг. При соотношении же Ц: Д = 1 : 0,5 следует цемента израсходовать 1,75 : 1,5 = 1,15 кг на 6 л. песка или 1 объемную часть цемента на 6,8 частей данного песка.

4) Если глина содержит песок, то дозировку глиняного молока следует соответственно увеличить. Равным образом следует уменьшить дозировку глиняного молока, если в песке содержится глина. При невозможности проведения пробного затворения при подборе состава раствора по вышеприведенному методу возможно воспользоваться для назначения состава раствора ориентировочными данными, приведенными в табл. 5.

Таблица 5. Ориентировочные составы цементно-глиняных растворов

Примечания: 1. Данные табл. 5 относятся к случаю, когда глина характеризуется содержанием песка не свыше 2—3% и набуханием не свыше 2,25 (приращение объема не более 125%).

2. Песок характеризуется приращением объема при набухали не свыше 4-5%
3. При иных характеристиках гранулометрического состава глин и песков следует изменить состав раствора.
4. Для более крупных песков применимы большие количества вводимого песка, для менее крупных песков - меньшие из указанных в таблице.

Так как глины разного качества, а также растворы разного гранулометрического состава дают, вообще, несколько колеблющиеся показатели прочности растворов, то для целей подбора состава можно также воспользоваться данными на рисунках, на которых нанесены пределы наблюдавшихся колебаний показателей прочности цементно-глинянных растворов, изготовленных на цементах марок "200" и "300" при нескольких соотношениях цемента к глине и при различных глинах.

Учитывая, что по общему характеру влияния прочности раствора на прочность кладки подбор раствора заданной марки может производиться с точностью ±30%, является возможным использование для целей подбора состава раствора также и вышеприведенных приближенных графиков.
В случае же возможности и, в частности, при крупных работах следует построить аналогичные зависимости, исходя из фактических результатов испытаний растворов на имеющихся материалах. Для получения зависимостей, связывающих прочность раствора с величинами (Ц*Д)/B вообще достаточно получить две точки для каждой прямой, характеризующих состав с определенным отношением цемента и добавки. Практически же следует сделать — для проверки — три замеса, по результатам испытания которых легко возможно построить прямые

При пользовании подобными графиками основными принципами подбора по ним состава цементно-глиняных растворов должны служить:
1) Установление правильного соотношения между количествами частиц >0,15-мм и частиц <0,15 мм, или, что удобнее, установление общего расхода смешанного сухого вяжущего на 1 м3 сухого заполнителя, исходя иа данных табл. 4. Эта операция обеспечивает сравнительно удачный гранулометрический состав смеси и вытекающие из него свойства: относительно наибольшую плотность и удобообрабатываемость раствора, возможные при данных материалах.
2) Установление путем опытных затворений растворов того количества воды, которое необходимо для получения ими рабочей консистенции.
3) Определение по рис. 2 и 3 (или по подобным им, но построенным на основании данных фактических испытаний) средних значений (Ц + Д) / В, соответствующих заданной марке раствора (при 2—3 различных соотношениях между Ц и Д).
4) Подсчет, исходя из вышеопределенных величин (Ц + Д)/B, требуемых расходов (Ц + Д).
5) Окончательный выбор состава раствора заданной марки, исходя из характеристики гранулометрического состава глины с учетом ограничений, и исходя из стоимости растворов.