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2021
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Índices técnicos principales de la arena y su aplicación razonable
Los principales indicadores técnicos de la arena y su uso racional en las empresas de producción de concreto y en la investigación tienen un significado orientador.
Este artículo presenta los principales indicadores técnicos de la arena y proporciona una explicación detallada sobre su uso razonable, lo que tiene un significado orientador para las empresas de producción de concreto y los investigadores.
1 Principales indicadores técnicos de la arena
Los agregados con un tamaño de partícula de 0.16 a 4.75 mm se denominan agregados finos, abreviados como arena. La arena para concreto se divide en arena natural y arena artificial triturada.
La arena natural es la principal arena utilizada en la ingeniería de construcción, formada por la meteorización de rocas, y se clasifica según su origen en arena de río, arena de montaña, arena de mar, etc. La arena de montaña tiene una superficie rugosa y muchos bordes, con un alto contenido de barro y materia orgánica. La arena de mar, expuesta a la erosión del agua de mar durante mucho tiempo, tiene una superficie lisa y es relativamente limpia, pero a menudo contiene conchas y una gran cantidad de sal. La arena de río tiene una superficie lisa, es relativamente limpia y está ampliamente distribuida, siendo la principal arena utilizada en el concreto.
La arena artificial triturada se produce a partir de rocas naturales trituradas, tiene una superficie rugosa y muchos bordes, es relativamente limpia, pero contiene una gran cantidad de partículas laminares y arena fina, y su costo es más alto, generalmente se utiliza en ausencia de arena natural.
1.1 Grueso y fino de la arena y gradación de partículas
El grosor de la arena se refiere al grado promedio de grosor de la mezcla de partículas de arena. La gradación de partículas de arena se refiere al grado de combinación de partículas de diferentes tamaños.
El grosor de la arena y la gradación de partículas generalmente se determinan y evalúan mediante el método de análisis de tamiz, utilizando un conjunto de tamices estándar con diámetros de 4.75, 2.36, 1.18, 0.60, 0.30, 0.15 mm, tamizando 500 g de arena seca de gruesa a fina en orden, luego pesando la cantidad de residuo en cada tamiz y calculando el porcentaje de residuo de cada tamiz y el porcentaje acumulado de residuo. La relación entre la cantidad de residuo, el porcentaje de residuo de cada tamiz y el porcentaje acumulado de residuo se muestra en la Tabla 1-3-1.
Tabla 1-3-1 Relación entre la cantidad de residuo, el porcentaje de residuo de cada tamiz y el porcentaje acumulado de residuo
Las normas establecen que el grado de grosor de la arena se expresa mediante el módulo de finura μf, cuya fórmula de cálculo es la siguiente:
Un mayor módulo de finura indica que la arena es más gruesa. Las normas establecen que μf=3.7～3.1 es arena gruesa, μf=3.0～2.3 es arena media, μf=2.2～1.6 es arena fina, y μf=1.5～0.6 es arena muy fina.
La gradación de la arena se expresa mediante zonas de gradación. La zona de gradación de la arena se divide principalmente según el porcentaje acumulado de residuo del tamiz de 0.60 mm, y se divide en tres zonas de gradación, cuyos requisitos se muestran en la Tabla 1-3-2. La gradación de partículas de la arena para concreto debe estar dentro de cualquiera de las tres zonas de gradación. A excepción de los residuos acumulados de los tamices de 0.60 y 4.75, se permite que los residuos acumulados de otros tamices excedan ligeramente la línea divisoria, pero el porcentaje total no debe exceder el 5%.
Tabla 1-3-2 Rango de las zonas de gradación de partículas de la arena
1.2 Contenido de barro y contenido de bloques de barro
Las partículas con un tamaño menor a 0.075 mm, como arcilla, limo y polvo de piedra, se denominan colectivamente barro. Los bloques de barro y limo se denominan bloques de barro (para agregados finos, se refiere a partículas con un tamaño mayor a 1.20 mm que, al ser lavadas con agua y amasadas, se convierten en partículas menores a 0.60 mm; para agregados gruesos, se refiere a partículas con un tamaño mayor a 4.75 mm que, al ser lavadas con agua y amasadas, se convierten en partículas menores a 2.36 mm). El barro a menudo recubre la superficie de las partículas de arena, lo que reduce significativamente la fuerza de unión entre la arena y el cemento, disminuyendo la resistencia del concreto. Además, el gran área superficial del barro, cuando su contenido es alto, puede reducir la fluidez de la mezcla de concreto, o aumentar la cantidad de agua y cemento necesarios, así como la contracción y fluencia del concreto, y disminuir la durabilidad del concreto. El impacto de los bloques de barro en las propiedades del concreto es similar al del barro, pero es más perjudicial.
De acuerdo con las regulaciones de "Arena para construcción" (GB/T14684-2001), la arena de clase I debe tener un contenido de barro menor al 1.0% y no debe contener bloques de barro; la arena de clase II debe tener un contenido de barro menor al 3.0% y un contenido de bloques de barro menor al 1.0%; la arena de clase III debe tener un contenido de barro menor al 5.0% y un contenido de bloques de barro menor al 2.0%.
El "Estándar de calidad y métodos de prueba para arena y piedra para concreto ordinario" (JGJ52-2006) también establece que para concreto C60 y superior, el contenido de barro y el contenido de bloques de barro en la arena no deben exceder el 2.0% y 0.5%, respectivamente; para concreto C55 a C30, el contenido de barro y el contenido de bloques de barro en la arena no deben exceder el 3.0% y 1.0%, respectivamente; para concreto C25 y inferior, el contenido de barro y el contenido de bloques de barro en la arena no deben exceder el 5.0% y 2.0%, respectivamente; para arena de concreto C25 o inferior con requisitos especiales de resistencia al congelamiento, impermeabilidad u otros, el contenido de barro y el contenido de bloques de barro no deben exceder el 3.0% y 1.0%, respectivamente.
2 El impacto del contenido de barro en las propiedades del concreto
2.1 El impacto del contenido de barro en la resistencia
La presencia de barro en los agregados impide que la interfaz tenga capacidad de hidratación, por lo que no puede combinarse con los agregados como lo hace el cemento para generar resistencia; tampoco puede actuar como un esqueleto en el concreto como lo hacen los agregados gruesos, sino que introduce una cierta cantidad de vacíos y defectos en el cemento, aumentando la porosidad del cemento, y la mayoría de estos poros están en el rango de decenas a cientos de micrómetros, o incluso más grandes, lo que afecta gravemente la resistencia del cemento; la composición de barro aumenta significativamente la cantidad de agua utilizada en el concreto, incrementando la cantidad real de agua y reduciendo la cantidad efectiva de aditivos, lo que lleva a una disminución de la resistencia del cemento.
2.2 El impacto del contenido de barro en los aditivos
Cuando el contenido de barro en la arena es alto, dado que el contenido de barro es en realidad un polvo fino de arcilla, tiene la misma capacidad de absorción de agua que los materiales aglutinantes, y en el diseño de la mezcla no se considera el problema de absorción de estos polvos, por lo que esta arcilla necesita una cantidad proporcional de agua para alcanzar la humedad superficial, y los materiales de arcilla húmedos también requieren una cantidad proporcional de aditivos para lograr la misma fluidez. Esto significa que bajo las mismas condiciones de mezcla, cuando el contenido de barro aumenta del 2% al 5% o más, la cantidad real de aditivos en los materiales aglutinantes es menor que la cantidad recomendada, lo que resulta en una disminución de la fluidez inicial del concreto y un aumento de la pérdida de asentamiento con el tiempo; para mantener la trabajabilidad de la mezcla de concreto, se debe aumentar la cantidad de aditivos.
2.3 El impacto del contenido de barro en la tasa de arena
Cuando el contenido de arcilla en la arena es alto, dado que el contenido de arcilla es en realidad un polvo fino de arcilla que tiene la misma capacidad de absorción de agua que los materiales aglutinantes, y en el diseño de la mezcla no se consideró la cantidad de estos polvos, el proceso de pesaje de la arena tampoco tuvo en cuenta la cantidad de estos polvos, lo que resulta en que la cantidad real de arena utilizada en el proceso de producción es menor que la cantidad calculada en el diseño de la mezcla, lo que hace que la tasa de arena real en la mezcla de concreto sea menor que la tasa de arena calculada. Esto significa que, bajo las mismas condiciones de mezcla, el aumento del contenido de arcilla provoca una disminución de la tasa de arena real en la mezcla de concreto, lo que deteriora la fluidez inicial de la mezcla de concreto y aumenta la pérdida de asentamiento con el tiempo.
3 El contenido de agua en la arena y su impacto en el rendimiento del concreto
3.1 El impacto del contenido de agua en la arena sobre la resistencia
El contenido de agua saturado de la arena es del 5.7% al 7.7%. Cuando el contenido de agua en la arena supera este valor, el exceso de agua se envuelve en la superficie de la arena formando una película de agua, lo que provoca un fenómeno de hinchazón en la arena. En el diseño de la mezcla y el proceso de producción, al no considerar adecuadamente este problema del agua, se produce que la cantidad real de agua utilizada en el concreto preparado con esta arena sea mayor que la cantidad de agua calculada en el diseño de la mezcla, lo que aumenta la relación agua-cemento de la mezcla de concreto. Esto provoca fenómenos de segregación y exudación en la mezcla de concreto, deteriorando su trabajabilidad. Después de que el concreto se solidifica, debido a la evaporación de este exceso de agua, se forman numerosos poros en el interior del concreto, lo que reduce la resistencia del concreto.
3.2 El impacto del contenido de agua en la arena sobre los aditivos
En la producción de concreto, los aditivos ingresan al agua de mezcla del concreto a través de un sistema de medición, formando una mezcla uniforme. Cuando el contenido de agua en la arena es alto y supera el contenido de agua saturado, durante el proceso de producción de concreto, se deduce esta agua según el contenido de agua de la arena. Aunque la cantidad total de agua en el concreto no cambia, la cantidad de agua medida que ingresa a la mezcladora disminuye, lo que reduce la cantidad efectiva de aditivos en el concreto, deteriorando la fluidez inicial de la mezcla de concreto y aumentando la pérdida con el tiempo.
4 Parámetros de cálculo necesarios para el diseño de la mezcla de arena
4.1 Densidad de apilamiento compacta
La densidad de apilamiento compacta es un parámetro importante que se debe utilizar en el proceso de diseño de la mezcla de concreto. Para un concreto de calidad uniforme y estable, la arena se llena de manera uniforme y compacta en los espacios de los agregados gruesos. Por lo tanto, la cantidad razonable de arena en un metro cúbico de concreto debe ser el porcentaje de vacíos de los agregados multiplicado por la densidad de apilamiento compacta de la arena.
4.2 Contenido de agua
Dado que la prueba de cemento utiliza una relación agua-cemento de 0.5, y se deduce el agua utilizada para la consistencia estándar del cemento, el agua utilizada para humedecer la arena estándar se encuentra entre el 5.7% y el 7.7%. Este rango no afecta la resistencia del cemento. En el proceso de diseño de la mezcla de concreto, controlamos la cantidad razonable de agua utilizada en la arena dentro de este rango.
4.3 Contenido de piedra
Cuando el contenido de piedra en la arena es alto, dado que las piedras son agregados gruesos, el proceso de pesaje de la arena no considera la cantidad de estas piedras, lo que resulta en que la cantidad real de arena utilizada en el proceso de producción sea menor que la cantidad calculada en el diseño de la mezcla, lo que hace que la tasa de arena real en la mezcla de concreto sea menor que la tasa de arena calculada. Esto significa que, bajo las mismas condiciones de mezcla, el aumento del contenido de piedra provoca una disminución de la tasa de arena real en la mezcla de concreto, lo que deteriora la fluidez inicial de la mezcla de concreto y aumenta la pérdida de asentamiento con el tiempo. Por lo tanto, es necesario detectar oportunamente el contenido de piedra en la arena durante el proceso de producción y ajustar la balanza de medición a tiempo.
4.4 Contenido de arcilla
Dado que el contenido de arcilla en la arena afecta simultáneamente la trabajabilidad, resistencia, adaptabilidad de los aditivos y la tasa de arena real del concreto, exigimos un control estricto del contenido de arcilla en la arena para que cumpla con los estándares nacionales.
Arena, propiedades de la arena, contenido de limo en la arena
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