Заполнители для растворов и бетонов

В качестве заполнителей для бетонов применяются природные материалы (песок, гравий, гравийно-песчаные смеси и щебень) и искусственные, приготовляемые путем дробления или другой обработкой отходов производства (металлургические шлаки, керамический и кирпичный бой, керамзит и т. п.). Применением тех или иных заполнителей можно получить бетоны с разными свойствами, например, обладающие высокой прочностью против истирания, либо легкостью, малотеплопроводностью и т. п. В хорошо подобранном бетоне цементное тесто должно заполнить все пустоты между отдельными зернами крупного и мелкого заполнителя и покрыть каждое из этих зерен слоем теста минимальной толщины.
В природе редко можно найти естественную смесь зерен с необходимым для бетона по крупности и по постоянству зерновым составом, а поэтому приходится искусственно подбирать требуемую смесь из мелкого и крупного заполнителей. Заполнители для обычных бетонов подразделяются:
по объемному весу в сухом состоянии: на тяжелые - более 1400 кг/м3, средние - от 1000 до 1400 кг/м3 и легкие - менее 1000 кг/м3; по характеру обработки - на сортовые, подвергающиеся рассеву, и рядовые, не подвергающиеся рассеву; по крупности - на песок, гравий и щебень. Под мелким заполнителем понимается материал с зернами мельче 5 мм и прежде всего природный песок.

Песок в зависимости от условий образования разделяется на речной, морской и горный или овражный. Зерна речного песка имеют округленную форму и несколько полированную поверхность, а морского - более округленную форму и хорошо окатанную поверхность. Зерна горных и овражных или карьерных песков имеют угловатую форму и шероховатую поверхность.
По размерам зерен пески разделяются на мелкие от 0,05 до 0,5 мм, средние от 1 до
2 мм и крупные - от 3 до 5 мм. Мелкий песок применяется главным образом в растворах для верхнего слоя штукатурных работ и в смеси со средним и крупным песком в растворах для каменной кладки, а средний - в растворах для кирпичной кладки и штукатурного намета. Крупный песок применяется в бетоне и железобетоне, а также в качестве подсыпки и балласта при строительстве автомобильных и железных дорог, аэродромов и т. п. Для улучшения качества песка («обогащении ) составляют искусственные смеси крупных и мелких песков.
Крупность и зерновой состав песка определяются лабораторией путем просеивания на ситах стандартного набора с квадратными отверстиями размерами 0,14, 0,3; 0,6; 1,25 и круглыми - 2,5; 5; 10; 80 мм. Полученные от просева каждого сита остатки взвешивают и определяют в процентах частные и полные остатки. Под полным остатком для данного сита понимается сумма частных остатков на всех ситах с более крупными отверстиями плюс частный остаток на данном сите. Сумма полных остатков на всех ситах, начиная от сита с отверстиями 2,5 мм и кончая ситом с размером 0,14 мм, делится на 100. Полученное частное называется модулем крупности песка.
Содержание в песке зерен, проходящих через сито № 014, не должно превышать в песках, применяемых для бетона, - 10, а в песке для кладочных и штукатурных растворов - 20%.
Содержание глинистых и пылевидных примесей в песке определяется путем отмучиваиия в стеклянном цилиндрическом сосуде с водой, в котором после взбалтывания песок подает на дно, а пыль и глина остаются заметным слоем сверху. Количество пылевидных и глинистых (илистых) частиц в песке, выявленное отмучиванием, не должно превышать по весу для бетонов 5; кладочных растворов 10 и штукатурных растворов 15%.

Природный гравий подразделяется на горный, овражный, речной и морской. Гравий горный и овражный имеет угловатую форму и шероховатую поверхность, речной - несколько окатанную форму и гладкую поверхность, а морской - округлую форму и совершенно гладкую, даже шлифованную поверхность. Зерна гравия имеют крупность от Г) до 80 мм. Зерна крупностью более 80 мм называются булыгой или галькой.

Щебень - дробленный на куски камень. Он в зависимости от требуемой прочности бетона изготовляется как из прочных, так и слабых естественных пород, а также кирпича и доменных шлаков. Щебень из твердых пород имеет угловатую форму и малую засоренность. Для бетонов небольшой прочности в качестве крупного заполнителя может быть использован кирпичный бой, получаемый от разборки старых зданий и отходов кирпичных заводов, а также керамический бой.

Керамзит - искусственный пористый материал ячеистого строения, получаемый из легко вспучившихся глин и глинистых сланцев при их обжиге. Керамзит выпускается в виде дробленого щебня, реже - песка, а главным образом в виде гравия из заранее сформированных и обожженных зерен. Объемный вес керамзита в зависимости от качества глины может колебаться в пределах от 300 до 1000 кг/м3, а прочность - от 25 до 200 кг/см2.
Каждая партия песка, гравия, щебня, прибывающего для строительства, должна быть испытана до употребления в дело. Испытание проводится в целях определения крупности и объема пустот и загрязненности илистыми и органическими примесями.
Крупность песка и гравия оказывает значительное влияние на свойства бетона. Применение крупного гравия (щебня) снижает расход цемента и улучшает подвижность и удобообрабатываемость бетона. Чем крупнее заполнители, тем меньше общая поверхность его зерен и тем, следовательно, меньше потребуется цемента для того, чтобы покрыть поверхность каждого зерна тонким слоем цементного теста (что необходимо для получения хорошего бетона). Поэтому следует стремиться к применению более крупного щебня или гравия, насколько это позволяют размеры конструкции, для которой готовится бетон. Однако оценка заполнителей только по одной крупности совершенно недостаточна, так как смесь из однородных, хотя и крупных зерен, содержит много пустот. Необходимо, чтобы заполнитель был одновременно и доста-точно крупным и имел наименьший объем пустот.
Объем пустот в гравии, щебне и песке зависит от наличия в них зерен различных размеров и от их соотношения между собой, иначе говоря, зависит от их зернового состава. Малый объем пустот может получиться, когда зерна одного размера хорошо заполняют пустоты между зернами другого размера. Для этого заполнители должны иметь в себе либо зерна всех размеров, либо только крупные и мелкие. В песке объем пустот должен быть не более 40, гравии —45 и щебне - 50%. Объем пустот определяется количеством поды, влитой в мерный сосуд, наполненный песком, гравием или щебнем. Наилучшим щебнем или гравием считается тот, который имеет наименьшую пустотность. Прочность крупного заполнителя должна не меньше чем и 1,5 раза превышать, требуемую прочность бетона заданной марки. При наличии большого количества вредных примесей заполнили должны быть подвергнуты промывке и Грохочению.
Итак, к применяемым в бетоне заполнители предъявляются требования в смысле крупности зерен и отсутствия посторонних примесей. В естественном состоянии песок и гравий редко удовлетворяют этим требованиям и, следовательно, вызывают необходимость обогащения, заключающегося в их промывке и сортировке. Чистый щебень подвергается только сортировке по крупности.
Наиболее правильной и экономичной организацией по обогащению заполнителей считается та, при которой все операции по обработке производятся на месте добычи материалов, т. е. в карьере. Наибольший размер зерен крупного заполнителя не должен превышать ¼ наименьшего размера конструкции и 1/3 наименьшего расстояния между стрежнями арматуры. Независимо от этого наибольшая крупность зерен не должна превышать 150 мм. Заполнители для некоторых бетонов должны иметь пористую структуру и малый объемный вес. Заполнители для обычного бетона могут транспортироваться любыми способами - в вагонах, судах, на автомобилях и т. п. Хранение их должно вестись в отдельности по видам, сортам и крупности таким образом, чтобы исключалась возможность загрязнения и обеспечивалась удобная подача их при из-готовлении бетона.