Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

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

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.

В последнее время начинают использовать «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 (параграф 4.2) 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 за-полнителя. 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/см3. Заполнители, у которых рс< 1,8 г/см3, 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.

Чем слабее заполнитель, тем больше оказывается после такого испытания раздробленных зерен.