Материалы для изготовления тяжелого бетона

Материалы для изготовления тяжелого бетона

Для изготовления тяжелого бетона применяют портландцемент и его разновидности, а также глиноземистый цемент и другие вяжущие отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов.

Марку цемента назначают в зависимости от проектной марки бетона по прочности при сжатии:

Марка бетона	М150	М200	М250	М300	М350	М400	М450	М500	М600
Марка цемента	М300	М300	М400	М400	М400	М500	М550	М600	М600

Если марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, то надо разбавить высокоактивный цемент тонкомолотой активной добавкой, чтобы избежать перерасхода высокомарочного цемента.

В качестве мелкого заполнителя при изготовлении бетона применяют песок, состоящий из зерен размером 0,16-5 мм и имеющий плотность более 1,8 г/см 3 . Для приготовления тяжелых бетонов применяют природные пески, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород, а также искусственные, полученные путем дробления твердых горных пород и из отсевов.

Природные пески представляют рыхлую смесь зерен различных минералов, входивших в состав изверженных (реже осадочных) горных пород (кварца, полевого шпата, кальцита, слюды и др.).

Качество песка, применяемого для изготовления бетона, определяется минеральным составом, зерновым составом и содержанием вредных примесей.

Заполнитель для изготовления бетона должен состоять из зерен разного размера (разных фракций), при этом количество крупных, средних и мелких зерен (т.е зерновой состав заполнителя) устанавливается на основе проверенных рекомендаций таким образом, чтобы зерна меньшего размера располагались в пустотах между крупными. Чем компактнее расположены зерна заполнителей, тем меньше объем пустот.

Классификация песков по крупности

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

В качестве крупного заполнителя для изготовления бетона применяют гравий, щебень с размером зерен 5-70 мм. При бетонировании массивных конструкций можно применять щебень крупностью до 150 мм.

Зерна гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность. Обычно гравий содержит в том или ином количестве песок, а также вредные примеси — глину, пыль, слюду, гумусовые вещества (органические примеси).

Щебень получают дроблением изверженных, метаморфических, плотных и водостойких осадочных горных пород (плотных известняков, песчаников и др.). Зерна щебня имеют угловатую форму; желательно, чтобы по форме они приближались к кубу. Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, поэтому для изготовления бетона высокой прочности (М500 и выше) обычно применяют щебень, а не гравий.

Качество крупного заполнителя для изготовления бетона определяется минеральным составом и свойствами исходной породы (ее прочностью и морозостойкостью), зерновым составом заполнителя, формой зерен и содержанием вредных примесей. Прочность исходной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должна не менее чем в 1,5-2 раза превышать марку бетона.

Содержание пылевидных и илистых частиц при изготовлении бетона допускается в зависимости от вида исходной горной породы и марки щебня и гравия по прочности. Количество пылевидных, глинистых и илистых частиц, определяемое отмучиванием, в гравий и щебне допускается не более 1%.

Содержание органических примесей в крупном заполнителе проверяют, пользуясь той же методикой, которая применяется для песка, гравий и щебень при обработке водным раствором едкого натра не должны придавать раствору окраску темнее эталона.

Радиационно-гигиеническая оценка мелкого и крупного заполнителя должна проверяться постоянно на содержание естественных радионуклеидов.

Водопотребность является важной технологической характеристикой заполнителя применяемого для изготовления бетона. Зерна заполнителя поглощают воду и адсорбируют ее на своей поверхности, поэтому необходимо регулировать количество воды затворения с учетом «смачивания» заполнителя, чтобы получить нужную удобоукладываемость бетонной смеси.

Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих схватыванию и твердению вяжущего вещества. Для затворения бетонной смеси применяют водопроводную питьевую воду, а также природную воду (рек, естественных водоемов), имеющую водородный показатель рН не менее 4, содержащую не более 5000 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л (в пересчете на SO3). При изготовлении бетона ее допускается применять болотные, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки.

Крупность заполнителя бетона

Крупные заполнители — Заполнители для бетонов

В качестве крупного заполнителя для бетона используют гравий, имеющий округлые зерна с гладкой поверхностью, и щебень, имеющий угловатые зерна с шероховатой поверхностью. Щебень, как правило, получают дроблением крупных кусков горных пород, в том числе и гравия. Форма зерен и гладкость поверхности влияют на сцепление заполнителя с вяжущим и на удобоукладываемость бетонной смеси.

В зависимости от насыпной плотности и структуры зерен крупного заполнителя различают плотные (тяжелые) заполнители (Рнас > 1200 кг/м3), используемые для тяжелого бетона, и пористые (рнас stroy-server.ru

Крупные заполнители

Крупными заполнителями в бетоне служат гравий, щебень, а также щебень из гравия. Гравий представляет собой осадочную горную породу в виде скопления зерен размерами 5. 70 мм округлой, окатанной формы и с гладкой поверхностью. В гравий входит некоторое количество песка. При содержании песка 25. 40% материал называют песчано-гравийной смесью. Щебень получают дроблением массивных плотных горных пород на куски размерами 5. 70 мм. Зерна щебня — угловатой формы и с более развитой, чем у гравия, шероховатой поверхностью. Благодаря этому сцепление с цементным камнем у щебня выше, чем у гравия. Для высокопрочного бетона предпочтительно применять щебень, для бетонов средней прочности (15. 30 МПа) — дешевый местный гравий, а не привозной щебень. Для характеристики зернового состава крупного заполнителя необходимо знать его наибольшую и наименьшую крупность. Наибольшая крупность заполнителя D соответствует размеру отверстий стандартного сита, на котором полный остаток еще не превышает 10% по массе. Наименьшая крупность d определяется размером отверстий первого из сит, полный остаток на котором превышает 95 %, т.е. через него проходит не более 5 % просеиваемой пробы. Наименьшая крупность обычно равна 5 мм. Наибольшая крупность заполнителя должна соответствовать размерам бетонируемой конструкции и расстоянию между стержнями арматуры. Чтобы заполнитель при бетонировании равномерно, без зависаний, распределялся в объеме конструкции, его наибольшую крупность назначают с учетом вида и размеров конструкции и густоты армирования. При изготовлении бетонных плит наибольшая крупность зерен заполнителя должна быть не более половины толщины плиты, для бетонной смеси, укладываемой в скользящую опалубку, — не превышать наименьшего размера поперечного сечения конструкции. В железобетонных конструкциях применяют заполнители с наибольшей крупностью не более наименьшего расстояния в свету между стержнями арматуры. При транспортировании смесей по бетоноводам наибольшую крупность заполнителей устанавливают в зависимости от внутреннего диаметра бетоновода. Для гравия она должна быть не более 0,4 диаметра бетоновода, для щебня — не более 1/3. Крупность заполнителей в бетонных смесях, подаваемых по хоботам и виброхоботам, принимают равной не более 1/3 их диаметра. Кроме того, содержание зерен плоской (лещадной) и игловатой формы ограничивают 5 % по массе, в противном случае ухудшается удобоперекачиваемость смесей, а детали бетононасоса быстро выходят из строя. Лучше использовать в составе перекачиваемых бетонных смесей гравий или щебень неостроконечной (округлой либо кубовидной) формы. Щебень или гравий применяют, как правило, фракционированным. Обычно используют 2. 3 фракции. Зерновой состав каждой фракции заполнителя или смеси фракций назначают таким, чтобы обеспечить минимальный расход цемента в бетоне. Щебень или гравий признают удовлетворительными по зерновому составу, если кривая их просеивания попадает в область, ограниченную ломаными линиями. Бетонные смеси, предназначенные для перекачивания по трубопроводам, характеризуются особым составом заполнителей. В этом составе повышено содержание мелких зерен: доля песка составляет ориентировочно 32. 50% при использовании гравия и 40. 60% — при использовании щебня. Смеси сухих заполнителей, взятых в таком соотношении, обладают минимальной пустотностью. Содержание вредных примесей, а также глинистых, илистых и пылевидных частиц в крупных заполнителях ограничивают так же, как и в песке. Прочность заполнителей влияет на прочность бетона. Требования по прочности устанавливают только для крупного заполнителя, поскольку обычно применяемые в качестве мелкого заполнителя кварцевые пески заведомо прочнее бетона: предел прочности при сжатии кварца свыше 1000 МПа, а максимальная прочность бетона по ГОСТ 26633—85 составляет 80 МПа. Прочность крупного заполнителя нормируют с учетом прочности бетона. Так, марка щебня из естественного камня должна превышать прочность бетона не менее чем в 1.5. 2 раза. Во всех случаях щебень из изверженных горных пород должен быть марки не ниже 80 МПа, из метаморфических пород — не ниже 60, из осадочных пород — не ниже 30 МПа. Содержание в щебне и гравии зерен слабых и выветренных пород — не более 10 % по массе. Морозостойкость щебня и гравия должна обеспечивать получение проектной марки бетона по морозостойкости. Определяют ее путем циклического замораживания и оттаивания пробы заполнителя в водонасыщенном состоянии. Для предварительной оценки морозостойкости разрешается ускорять испытание путем насыщения пробы в растворе сернокислого натрия и последующего высушивания ее. По морозостойкости крупные заполнители подразделяют на семь марок: 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300. Марка заполнителя по морозостойкости характеризует число циклов замораживания — оттаивания, при котором потеря массы пробы не превышает 5% (исключение составляют марки F15 и F25, для которых установлен предел 10 %). Для изготовления легких бетонов применяют пористые заполнители. Они бывают природные и искусственные. Природные заполнители получают путем дробления пористых горных пород — вулканического туфа, пемзы, известкового туфа, известняка-ракушечника и некоторых других. Они относятся к местным материалам и используются для строительства в районах, незначительно удаленных от месторождения. Более распространены искусственные пористые заполнители, которые подразделяют на специально изготовляемые и заполнители из отходов промышленности. К специально изготовляемым пористым заполнителям относят керамзит, аглопорит, вспученный перлит, вспученный вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий. Из отходов промышленности используют топливные шлаки и золы. Керамзит — продукт обжига вспучивающихся глин. Его получают в виде гранул округлой формы размером 5. 40 мм (керамзитовый гравий). При нагреве до температуры 1100. 1200° С в легкоплавкой глине начинаются процессы газовыделения. В этом же температурном интервале глина размягчается. Образующиеся газы вспучивают массу. Получаемые в результате обжига гранулы керамзита напоминают в изломе структуру застывшей пены. Поры большей частью замкнутые, размером не более 1 мм. Этот легкий и прочный заполнитель с насыпной плотностью не более 600 кг/м3 — основной материал для изготовления легкобетонных конструкций. Керамзитовый песок получают дроблением некондиционных зерен керамзитового гравия до крупности 0.16. 5 мм либо путем обжига сырья во взвешенном состоянии. Аглопорит выпускают в виде пористого щебня, гравия или песка и получают при обжиге на спекательных (агломерационных) решетках глиносодержащего сырья, топливных зол или шлаков с добавкой 8. 10% топлива (каменного угля). Высокая температура, развивающаяся при сгорании угля, приводит к спеканию шихты, а образующиеся газы несколько вспучивают массу, что в итоге приводит к получению пористого материала. Вспученные перлит и вермикулит получают высокотемпературной обработкой сырья, содержащего небольшое количество химически связанной воды. Для изготовления вспученного перлита сырьем служат вулканические стеклообразные породы (перлит, обсидиан), а для вспученного вермикулита — гидрослюды. При температуре около 1000 °С обжигаемая порода размягчается, а образующийся водяной пар вспучивает частицы, увеличивая их в 5. 20 раз. Получаются весьма легкие пористые заполнители — шебень и песок, используемые в основном для производства теплоизоляционного бетона. Шлаковую пемзу изготовляют путем поризации расплава металлургического шлака при быстром охлаждении его водой. Куски шлаковой пемзы дробят и разделяют на фракции. Это один из самых дешевых пористых заполнителей, но не самый лучший: шлаковая пемза слишком тяжела. Зольный гравий получают обжигом окатанных гранул, состоящих из пылевидной золы ТЭС с небольшой добавкой топлива. Можно также изготовлять безобжиговый зольный гравий, в котором отдельные частицы золы скреплены в единое целое вяжущим веществом, например портландцементом. Топливные шлаки образуются в топках при спекании и частичном вспучивании неорганических примесей, содержащихся в угле. Этот материал характеризуется значительной неоднородностью свойств, что ограничивает его применение в качестве пористого заполнителя. Пылевидная зола теплоэлектростанций (зола-унос) образуется при сжигании размолотого каменного угля. Ее используют как мелкий заполнитель в легких бетонах при условии, что содержание частиц несгоревшего топлива не превышает установленных пределов (как правило, не более 5 % по массе). Основная характеристика пористого заполнителя — насыпная плотность в сухом состоянии. Для крупного пористого заполнителя установлены марки по насыпной плотности от 250 до 1200 кг/м3, а для пористого песка — от 100 до 1400 кг/м3. Крупные пористые заполнители поставляют раздельно по фракциям 5. 10, 10. 20 и 20. 40 мм. Прочность определяют путем раздавливания пробы крупного пористого заполнителя в цилиндре. Значения прочности для каждого вида заполнителей различны. У керамзитового гравия, например, она составляет 0,6. 2,5 МПа. Морозостойкость пористых заполнителей должна соответствовать марке не ниже F15. Благодаря развитой системе пор заполнители способны поглощать значительное количество воды затворения, причем скорость водопоглощения особенно велика в первые 15. 20 мин, т.е. в момент приготовления и укладки легкобетонной смеси.

Интенсивное впитывание воды в первоначальные сроки связано с наличием крупных пор. В дальнейшем постепенно насыщаются тонкие поры и капилляры.

Заполнители для тяжелого бетона

Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона могут применяться материалы естественного и искусственного происхождения.

Крупный заполнитель должен отвечать требованиям ГОСТ 8267—75, ГОСТ 10260—74 *, ГОСТ 8268—74, ГОСТ 10268—80, ГОСТ 5578—76.

В качестве заполнителя допускается также применение промышленных отходов и хвостов, получаемых при переработке и обогащении руд черных и цветных металлов, асбеста, различных флюсов, шлаков, некондиционных и бракованных бетонных и железобетонных изделий при положительных результатах испытаний и технико-экономическом обосновании.

Не допускается применять щебень из осадочных пород с примесью мергеля или аморфного кремнезема, разрушающихся при воздействии атмосферных агентов или щелочей, содержащихся в цементе.

Не допускается применять природную гравийно-песчаную смесь без ее рассева на песок и гравий, а также гравий, содержащий в своем составе зерна глинистого сланца, легкоразрушающиеся при насыщении их водой и замораживании.

Наибольшая крупность щебня и гравия бетонной смеси не должна превышать 1/2 толщины плиты при бетонировании плоских изделий; 3/4 наибольшего расстояния в свету между стержнями арматуры при изготовлении железобетонных конструкций; 1/6 наименьшего размера поперечного сечения бетонируемой конструкции при подвижном виброформовании; 2/5 внутреннего диаметра бетоновода для гравия и 1 / 3 – для щебня; 1/З внутреннего диаметра хоботов или виброхоботов при использовании их для подачи бетонной смеси.

Крупный заполнитель для тяжелого бетона (щебень, гравий и щебень из гравия) в зависимости от крупности зерен подразделяется на четыре фракции, мм: 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70.

Допускается применение фракции 3—10 мм вместо фракции 5—10 мм, а также щебня и гравия с размером зерен крупнее 70 мм. Поставка щебня, гравия и щебня из гравия, а также их применение в процессе приготовления бетона допускается в виде смеси двух смежных фракций. В соответствии с действующими стандартами по соглашению сторон крупный заполнитель может поставляться в смеси большего числа фракций, а также фракций 10—15, 5—15 и 15—20 мм.

При приготовлении бетонной смеси соотношение фракций крупного заполнителя в смеси рекомендуется принимать в соответствии с табл. 34.

Наибольшая крупность щебня (гравия), мм

Соотношение между фракциями, проц., при размере фракций, мм

Примечания:I. При необходимости зерновой состав смеси крупного заполнителя

Уточняется экспериментально по наибольшей плотности и объемной насыпной массе с учетом местных технико-экономических возможностей. 2. Для бетона МЗОО рекомендуется рядовой крупный заполнитель (гравий, карбонатный щебень и др.); для М4ОО – улучшенный крупный заполнитель (мытый щебень, щебень из гравия, гравий); для бетона М500 и М600 – высококачественный крупный заполнитель (гранитный и базальтовый щебень, щебень из плотного известняка, доломита и песчаника после опытной проверки); для бетона М600 и выше – особовысококачественный щебень из незатронутых выветриванием прочных изверженных пород с шероховатой поверхностью излома при дроблении (мелкокристаллические граниты и др.).

Обзор заполнителей для бетонных смесей

Качественные заполнители для бетона необходимы для создания жесткого каркаса, уменьшения усадки. На их долю приходится до 80 % общей массы. Потому от правильного выбора значительно зависят долговечность, антикоррозионные и другие свойства, а также цена стройматериала.

1. Разновидности
2. Как определить нужное количество?
3. Популярные марки, цены

Прежде всего, заполнители для бетонной смеси делятся на натуральные (добытые из недр земли) и полученные искусственно (продукты горения или отходы различных технологических процессов). По функциональному назначению — для разных видов растворов (легких, кислотостойких и так далее). Еще одна классификация заполнителей бетона осуществляется по фракционному составу. Зависимо от модуля крупности, выделяют частицы: крупные (5–70 мм), мелкие (0,16–5). Это достаточно условно, так как некоторые отечественные нормативные акты позволяют применять ограниченное количество веществ с размерами зерен, выходящими из указанных пределов.

1. Крупные заполнители.

По насыпной плотности и в зависимости от структуры частиц такие заполнители бывают:

Бетоны. Материалы. Технологии. Оборудование. — Требования к составляющим бетонной смеси

Скачать книгу с рисунками и таблицами — нажмите сюда

2.4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
ТРЕБОВАНИЯ К СОСТАВЛЯЮЩИМ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Контроль качества бетонных и железобетонных работ осуществляют на всех этапах их производства, начиная с изготовления бетонной смеси и кончая твердением уложенного бетона.
Качество готового бетона и железобетонного изделия во многом зависит от состава бетонной смеси и качества составляющих материалов. Состав бетонной смеси подбирается в строительной лаборатории из условия получения при минимальном расходе цемента бетона, имеющего необходимые прочность и свойства.
Цемент. Для приготовления бетонов применяют различные цементы, выбор которых следует производить с учетом рекомендаций, приведенных в табл. 2.51. Марку применяемого цемента назначают в зависимости от требуемой прочности (марки) бетона.

Таблица 2.50 (доступно только при скачивании полной версии книги в формате PDF)

Таблица 2.51. Рациональные области применения цементов (доступно только при скачивании полной версии книги в формате PDF)

Заполнители (песок, гравий и щебень) образуют в бетоне жесткий скелет и уменьшают усадку при твердении цементного камня. Зерна заполнителей должны быть твердыми и прочными, нерастворимыми в воде, не содержать вредных примесей более установленного предела. В целях уменьшения расхода цемента необходимо подбирать зерновой состав заполнителей, обеспечивающий плотную структуру бетона.
Песок, являющийся мелким заполнителем, состоит из зерен размером 0,14-5 мм. Свойства и качество бетона в значительной мере зависят от гранулометрического состава, формы зерен песка и его чистоты. Гранулометрический (зерновой) состав песка является основным показателем его качества. Качество песка проверяют в строительной лаборатории путем испытания его согласно действующим ГОСТам.
Крупный заполнитель (щебень и гравий) имеет зерна размером 5-70 мм. Щебень получают дроблением различных горных пород. Чаще всего для приготовления бетонов марки М КУБ00 и выше употребляют щебень из изверженных горных пород (гранита, базальта и др.), так как прочность исходного материала в насыщенном водой состоянии должна не менее чем в 1,5-2 раза превышать марку бетона. Зерна щебня имеют угловатую форму и шероховатость, поэтому сцепление щебня с цементно-песчаным раствором больше, чем гравия. Содержание в щебне вредных органических примесей обычно незначительно.
Гравий, добытый в карьере, по качеству и гранулометрическому составу редко удовлетворяет требованиям, предъявленным к крупному заполнителю, поэтому его промывают и рассеивают на фракции, одновременно удаляя вредные примеси – глину и органические вещества. Гравий, как правило, состоит из зерен округленной формы, поверхность которых часто бывает окатанной и гладкой. Для приготовления высокомарочных бетонов такой гравий дробят.
Качество крупного заполнителя определяется лабораторными испытаниями в соответствии с действующими стандартами. Гравий и щебень из гравия при обработке их раствором едкого натра при колориметрической пробе на органические примеси не должны придавать раствору окраску темнее цвета эталона.
Крупные заполнители по сортности делятся на рядовые-(крупностью 5-40 и 5-70 мм) и сортовые (крупностью 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм). По существующим нормативам, наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции и не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применять заполнитель с наибольшей крупностью зерен, равной половине толщины плиты.
Для тонкостенных густоармированных конструкций следует применять заполнитель крупностью до 20 мм, а для более массивных конструкций – до 70 мм. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается в количестве не более 5% массы щебня или гравия.
При изготовлении ответственных железобетонных конструкций рекомендуется применять фракционированный заполнитель, состоящий из трех фракций: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Пропорция смешивания этих фракций должна обеспечивать получение бетонной смеси средней плотности, подбирают ее опытным путем в лаборатории.
При применении в качестве крупного заполнителя известняковой щебенки следует учитывать, что прочность известняков различна. Поэтому известковый камень необходимо предварительно испытывать на прочность, а также на водопоглощение и морозостойкость.
Вода. Для приготовления бетонных смесей и поливки уложенного бетона применяют питьевую или любую природную воду, не содержащую вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. К вредным примесям относятся сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др. Вода считается пригодной для затворения бетонной смеси, если общее содержание в ней солей не превышает 5000 мг/л, содержание сульфатов (сернокислого кальция, натрия или магния) меньше 2700 мг/л и водородный показатель рН более 4.
Морскую воду, если она соответствует указанным выше требованиям, разрешается применять для затворения и поливки бетона. Промышленные, сточные и болотные воды, содержащие вредные примеси, для затворения и поливки бетона не рекомендуются.
Пригодность воды для бетона устанавливается химическим анализом, а также сравнительными испытаниями бетонных образцов на прочность. Вода считается пригодной для затворения бетона, если приготовленные на ней образцы бетона в возрасте 28 сут. нормального твердения имеют не меньшую прочность, чем образцы бетона на чистой питьевой воде.
Добавки для приготовления бетона. Для улучшения физико-механических свойств бетонной смеси, а также для экономии цемента при приготовлении бетонной смеси используются химические добавки.
Выбор требуемого вида добавок или их сочетания с учетом условий эксплуатации железобетонных конструкций и количества вводимой добавки производят в соответствии с Рекомендациями по применению химических добавок в бетоне. Оптимальное количество добавок устанавливается экспериментально при подборе состава бетона в строительной лаборатории.
Во всех случаях приготовления бетона с применением химических добавок должен быть установлен тщательный лабораторный контроль за качеством и точностью их дозировки.

Скачать книгу с рисунками и таблицами — нажмите сюда

ТехЛиб СПБ УВТ

Библиотека Санкт-Петербургского университета высоких технологий

Виды заполнителей и их назначение в бетонах и растворах

Общие сведения. Свойства.

Заполнителями называют рыхлую смесь минеральных или органических зерен природного или искусственного происхож­дения. В бетоне эти зерна скрепляются вяжущим веществом, образуя прочное камневидное тело.

1.Заполнители занимают в бетоне до 80 % объема и, следо­вательно, позволяют резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной состав­ной частью бетона.

2.Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2 мм/м. Из-за неравномерно­сти усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть невидимы невоору­женным глазом, но они резко снижают прочность и долговеч­ность цементного камня.

Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает на себя усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с цементным камнем.

3.Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя увеличи­вает прочность бетона, повышает его модуль упругости (т. е. уменьшает деформации конструкций при приложении нагруз­ки), снижает ползучесть.

4.Легкие пористые заполнители уменьшают среднюю плот­ность бетона и его теплопроводность.

5.Специальные особо тяжелые заполнители (чугунная дробь, железная руда) делают бетон надежной защитой от радиоактив­ного излучения.

По крупности зерен различают мелкий заполнитель (песок), состоящий из частиц размерами 0,16…5 мм, и крупный запол­нитель (гравий или щебень) с размерами частиц 5…70 мм.

Крупный заполнитель в зависимости от формы частиц называют щебнем (шероховатые частицы неправильной формы) или гра­вием (гладкие округлые частицы).

По происхождению заполнители бывают природными и ис­кусственными. Природные заполнители получают путем добычи и переработки горных пород. К искусственным заполнителям относят попутные продукты промышленности (доменные и топ­ливные шлаки, золу ТЭС), а также специально изготовляемые — керамзитовый гравий, щебень из вспученного перлита и др. Используют «вторичные» за­полнители, выделяемые из отслуживших свой срок бетонных и железобетонных конструкций дроблением и рассевом.

Зерновой состав заполнителей решающим образом влияет на получение бетона заданной прочности при минимальном рас­ходе цемента. В бетонной смеси цементное тесто расходуется на обволакивание поверхности зерен и заполнение промежутков (пустот) между ними. В идеальном случае наименьший расход цемента достигается в том случае, когда и удельная поверх­ность, и пустотность зерен заполнителя стремятся к минимуму. Удельная поверхность тем меньше, чем больше крупность за­полнителя.

В отличие от удельной поверхности объем пустот в заполни­теле теоретически не зависит от крупности зерен. Для уменьше­ния пустотности заполнителя в его состав вводят зерна меньшего размера, которые заполняют промежутки между более крупными частицами. Однако это увеличивает удельную поверхность заполнителя и, следовательно, может привести к перерасходу вяжущего для обволакивания зерен. По­этому соотношение между зернами разных размеров в заполни­теле должно быть оптимальным, при котором объем пустот и суммарная поверхность зерен требуют минимального расхода цемента для получения нерасслаиваемой бетонной смеси опре­деленной удобоукладываемости, а бетон — заданной плотности и прочности.

Зерновой состав заполнителей определяют по результатам просеивания пробы через стандартный набор, включающий в себя 10 сит с отверстиями, мм: 70; 40; 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Граница между мелким и крупным заполнителями проходит по зерну 5 мм.

Совокупность зерен, размер которых находится в пределах размеров отверстий двух соседних сит, называют фракцией за­полнителя. Заполнители поставляют полифракционными, т. е. состоящими из зерен разных фракций, и монофракционными. Например, щебень с размерами зерен 5…40 мм является полиф­ракционным: он состоит из зерен фракций 5 (3)…10; 10…20 и 20…40 мм.

Форма зерен заполнителя влияет на удобоукладываемость бетонных и растворных смесей. Предпочтительны в этом отно­шении зерна округлой или кубовидной формы.

Пластинчатые, удлиненные, так называемые лещадные, зерна заполнителя ук­ладываются в бетоне в строго ориентированном положении, как правило, горизонтальном. Это делает структуру бетона неодно­родной, а его свойства — неодинаковыми в разных направлениях. Поэтому содержание зерен лещадной формы ограничивается стандартами.

Шероховатость поверхности зерен заполнителей влияет на свойства бетонной смеси и прочность бетона. Бетонная смесь, изготовленная на заполнителях с гладкой поверхностью, напри­мер на гравии, обладает хорошей удобоукладываемостью. Сме­си на заполнителях с шероховатой поверхностью, в частности на щебне, укладываются хуже, но бетон приобретает большую прочность, чем бетон на гравии. Это объясняется лучшим сцеп­лением шероховатого заполнителя с цементным камнем.

От плотности заполнителей зависит плотность бетона. Для производства тяжелого бетона используют заполните­ли, изготовляемые из горных пород со средней плотностью 1,8…2,8 г/см 3 . Заполнители, у которых, отличаются заметной пористостью, тем большей, чем меньше их средняя плотность. Такие пористые заполнители используют для приго­товления легких бетонов.

Прочность — важнейшая характеристика заполнителя. Ее оценивают по пределу прочности исходной горной породы в насыщенном водой состоянии. Марки породы по прочности — М20…М140. Марка означает минимальный предел прочности породы при сжатии, выраженный в МПа. Породы, у которых предел прочности меньше 20 МПа, относят к слабым разностям. Содержание слабых разностей в щебне ограничивается стандар­тами.

Прочность щебня и гравия характеризуют маркой, опреде­ляемой по дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавлива­нии) пробы зерен в стальном цилиндре.

По крупности различают мелкий заполнитель (песок), состоящий из частиц размером 0.16–5 мм, и крупный заполнитель (гравий или щебень), размеры частиц в котором изменяются в пределах от 5 до 70 мм. В некоторых случаях, например при бетонировании массивных конструкций, применяют щебень или гравий с крупностью частиц до 150 мм. По происхождению заполнители подразделяются на природные и искусственные. Природные заполнители получают путем добычи и переработки изверженных, осадочных или метаморфических горных пород: гранита, диабаза, диорита, известняка, вулканического туфа, гравия, кварцевого песка, кварцита, мрамора. К искусственным заполнителям относят попутные продукты промышленности: доменные и топливные шлаки, золу ТЭС, – а также специально изготавливаемые: керамзитовый гравий, щебень из вспученного перлита и многие другие.

К важнейшим показателям качества современных заполнителей относят зерновой состав, форму и характер поверхности зерен, содержание вредных примесей, плотность, прочность и морозостойкость.

Зерновой состав заполнителей оказывает решающее влияние на получение бетона заданной марки при минимальном расходе цемента. В бетонной смеси цементное тесто расходуется на обволакивание поверхности зерен и на заполнение промежутков (пустот) между ними. В идеальном случае наименьший расход цемента достигается тогда, когда и удельная поверхность, и пустотность зерен заполнителя стремятся к минимуму. Чем больше крупность заполнителя, тем меньше удельная поверхность. Так, удельная поверхность смеси, взятая из расчета на 1 м3 абсолютного объема заполнителя, имеет следующие величины:
для пылевидных частиц размером 0,05–0,16 мм – 160 000 м2;
зерен крупностью 2,5–5 мм – 1 600 м2;
зерен крупностью 10–20 мм – 400 м2.

В отличие от удельной поверхности объем пустот в заполнителе, представленном зернами (шарами) одного размера, теоретически не зависит от крупности частиц и определяется типом их упаковки – кубической или гексагональной. Для сокращения пустотности заполнителя в его состав обычно вводят зерна меньшего размера, которые заполняют промежутки между более крупными элементами. Однако такие добавки увеличивают удельную поверхность и, следовательно, могут привести к перерасходу вяжущего для обволакивания зерен. Поэтому соотношение между зернами разного размера в заполнителе должно быть оптимальным – таким, при котором объем пустот и суммарная поверхность зерен требуют минимального расхода цемента для получения нерасслаиваемой бетонной смеси определенной удобоукладываемости, а бетона – заданной плотности и прочности.

Зерновой состав заполнителей сегодня определяют по результатам просеивания пробы через стандартный набор, включающий 10 сит с отверстиями (в мм): 70, 40, 20, 10, 5, 2,5, 1,25, 0,63, 0,315, 0,16.

Граница между мелким и крупным заполнителями проходит по зерну 5 мм. Если требуется определить зерновой состав песка, необходимо использовать сита с размерами отверстий 5–0,16 мм, для крупного заполнителя – 5–70 мм. После просеивания пробы необходимо взвесить частные остатки на каждом сите и вычислить их относительное содержание в процентах. Зная эти данные, определяют полные остатки на ситах как сумму частных остатков на конкретном сите и на ситах с большим размером отверстий. Результаты просеивания (полные остатки) сравнивают со стандартными требованиями, представленными в графической или табличной форме. Кроме того, те же данные используют для оценки крупности песка по модулю крупности – Мк. Чем больше Мк, тем крупнее песок.

Заполнители сегодня поставляются полифракционными, то есть состоящими из зерен разных фракций, и монофракционными. К примеру, щебень с размерами зерен 5–40 мм является полифракционным и состоит из зерен фракций 5–10, 10–20 и 20–40 мм.

Форма зерен заполнителя влияет на удобоукладываемость бетонных смесей и раствора. Предпочтительны в этом отношении зерна округлой или кубовидной формы. Пластинчатые, удлиненные, так называемые лещадные, зерна укладываются в бетоне в строго определенном положении, как правило, горизонтальном. Такое расположение частиц делает структуру бетона неоднородной, а его свойства оказываются неодинаковыми на различных участках. Поэтому содержание зерен лещадной формы ограничивается стандартами.

Характер поверхности заполнителей также оказывает влияние на свойства бетонной смеси и прочность бетона. Бетонная смесь, изготовленная на заполнителях с гладкой поверхностью, например на гравии, обладает хорошей удобоукладываемостью. Смеси на заполнителях с шероховатой поверхностью, например на щебне, укладываются хуже, но бетон становится более прочным, чем в случае применения гравия. Это объясняется большей площадью поверхности сцепления шероховатого заполнителя с цементным камнем. Некоторые заполнители, в особенности из легких пористых материалов, обладают настолько большой шероховатостью, что затрудняют получение удобоукладываемых и удобоперекачиваемых смесей.

Важнейшая характеристика заполнителя для бетона – прочность. Ее оценивают по пределу прочности исходной горной породы, насыщенной водой. Марки породы по этому показателю находятся в пределах М2‑М140. Понятие «марка» означает минимальный предел прочности породы при сжатии, выраженный в МПа. Породы, у которых предел прочности меньше 20 МПа, относятся к слабым разностям. Содержание слабых разностей в щебне ограничивается стандартами.

Прочность гравия характеризуют его маркой, определяемой по дробимости путем испытания пробы зерен на сжатие в стальном цилиндре. Чем слабее гравий, тем больше оказывается после такого испытания раздробленных зерен. Их отсеивают сквозь сито с размером отверстий 5 мм и определяют показатель дробимости, который равен относительному содержанию этих зерен в общей массе пробы. Марки гравия по дробимости могут быть от Др8 до Др24. Марка Др8 означает, что после испытания раздробилось не более 8% всей массы гравия. Чем больше число в обозначении марки, тем слабее гравий.