Крупные заполнители

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 (ρ_нас.>1200 кг/м³), используемые для тяжелого бетона, и пористые (ρ_нас. ≤ 1200 кг/м³), используемые для легкого бетона.

Насыпная плотность крупного заполнителя — один из важных качественных показателей. Она зависит от плотности зерен заполни­теля и от его межзерновой пустотности. Насыпная плотность ρ_нас оп­ределяется путем взвешивания пробы заполнителя в сосуде с известной вместимостью по формуле

ρ_нас=(m-m_c)/V_c,

где т — масса пробы заполнителя с сосудом, кг; т _с — масса сосуда, кг; V _с — вместимость сосуда, м³.

Межзерновая пустотность α показывает, какую долю составляют пустоты между зернами крупного заполнителя от его объема в рыхло-насыпном состоянии. Она может быть рассчитана по формуле для расчета пористости, если известны насыпная плотность р_нас заполни­теля и его плотность в куске р_m:

.

Межзерновая пустотность α обычно составляет 0,4...0,5. Это означает, что около половины объема крупного заполнителя за­нимает воздух. При использовании в бетоне важно, чтобы меж­зерновая пустотность заполнителя была возможно меньше. В этом случае снижается расход цемента при сохранении требуе­мых свойств бетона. Уменьшить межзерновую пустотность заполнителя можно правильным подбором зернового состава, так, чтобы мелкие зерна занимали пустоты между крупными.

Зерновой состав. По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующие фракции: 5...10; 10...20; 20...40; 40...70. Для массивных конструкций допускается использовать фракции и большего размера. Во всяком случае, максимальный размер зерен заполнителя не дол­жен быть больше ^]/₅ минимального сечения бетонного элемента.

В строительстве применяют крупный заполнитель в виде смеси фракций, обеспечивающей минимальную межзерновую пустотность, или в виде отдельных фракций при условии последующего их смеше­ния в заданных соотношениях. Чем меньше межзерновая пустот­ность, тем меньше расход цементно-песчаного раствора (а в конечном счете цемента), заполняющего в бетоне пустоты между зер­нами заполнителя.

К плотным заполнителям для тяжелого бетона относятся гравий, получаемый из природных залежей (его обработка заключается в сор­тировке по фракциям и промывке), и щебень, получаемый дроблени­ем горных пород, крупных фракций гравия или плотных металлурги­ческих шлаков.

Содержание различных фракций в крупном заполнителе для бе­тона нормируется стандартами (табл. 12).

Таблица 10.2. Требования к фракционному составу крупного заполнителя

Прочность крупного заполнителя для тяжелых бетонов должна быть в 1,5...2 раза выше прочности бетона. Оценка прочности запол­нителя может производиться по прочности той горной породы, из ко­торой получен заполнитель, путем испытания выпиленных из нее кернов (цилиндрических образцов) или путем оценки дробимости са­мого заполнителя. Дробимость заполнителя оценивается по количе­ству мелочи, образующейся при сдавливании пробы заполнителя (гравия или щебня) в стальной форме под определенным усилием.

Морозостойкость заполнителя должна также быть выше проект­ной морозостойкости бетона.

Вредными примесями в крупном заполнителе, как и в песке, явля­ются органические, пылеватые и глинистые. Методы их определения такие же, как и для песка. Особенно вредна глина на поверхности за­полнителя, так как в этом случае она препятствует его сцеплению с цементным камнем. Количество пылеватых, глинистых и илистых примесей, определяемых отмучиванием, не должно быть более 1...3 % в зависимости от вида заполнителя и класса бетона. Глина в виде комков снижает морозостойкость бетона, поэтому ее присутст­вие недопустимо.

В крупном заполнителе не должно быть зерен, содержащих актив­ный (аморфный) кремнезем, так как это может со временем вызвать разрушение бетона.

Радиационно-гигиеническая оценка содержания естественных радионуклидов обязательна для всех заполнителей, и в особенности для получаемых из промышленных отходов (металлургических шла­ков и т. п.).

Пористые заполнители для легких бетонов получают главным об­разом искусственным путем (например, керамзит, шлаковую пемзу, аглопорит и перлит). Из природных пористых заполнителей приме­няют щебень из пемзы, туфа и пористых известняков, которые ис­пользуют в качестве местного материала.

Марку пористых заполнителей устанавливают по их насыпной плотности (кг/м³).

Для пористых заполнителей еще в большей степени, чем для плотных, имеет значение правильный зерновой состав. Порис­тые заполнители выпускают в виде фракций размерами 5...10 мм; 10...20 мм и 20...40 мм. При приготовлении бетонной смеси их смешивают в требуемом соотношении.

Керамзит — гранулы округлой формы с пористой сердцевиной и плотной спекшейся оболочкой. Благодаря такому строению проч­ность керамзита достаточно высокая при небольшой насыпной плотности (250...600 кг/м³). Получают керамзит быстрым обжигом во вращающихся печах легкоплавких глинистых пород с большим содержанием оксидов железа и органических примесей до их вспу­чивания.

Керамзит выпускают в виде гравия (гранулы 5...40 мм) и песка (зерна менее 5 мм). Марки керамзита от 250 до 600 кг/м³. Морозо­стойкость керамзита не менее F15.

Шлаковая пемза — пористый щебень, получаемый вспучиванием огненно-жидких металлургических шлаков путем их быстрого охлаж­дения водой или паром. Этот вид пористого заполнителя экономиче­ски очень эффективен, так как сырьем служат промышленные отходы, а переработка их крайне проста. Марки шлаковой пемзы от 400 до 1000 кг/м³. Прочность ее соответственно от 0,4 до 2 МПа.

Аглопорит — пористый заполнитель в виде гравия или щебня, по­лучаемый спеканием (агломерацией) сырьевой шихты из глинистых пород и топливных отходов. Марки аглопорита от 400 до 900.

Вспученные перлитовый песок и щебень — пористые зерна белого или светло-серого цвета, получаемые путем быстрого (1...2 мин) на­грева до температуры 1000...1200 °С вулканических горных пород, со­держащих небольшое количество (3...5 %) гидратной воды (перлита и др.). При обжиге исходная порода увеличивается в объеме в 5...15 раз, при этом пористость образующихся зерен достигает 85...90 %.

Щебень, выпускаемый двух фракций (5...10 и 10...20 мм), имеет насыпную плотность от 200 до 500 кг/м³. Перлитовый песок — особо легкий вид мелкого заполнителя: его насыпная плотность от 75 до 200 кг/м³.