4.1.2. Армування бетону із заповнювачами, вплив міцності заповнювача на міцність бетону та його густину, щільність.

Для виконання практичного бетонування різних бетонних і залізобетонних виробів і конструкцій суттєве значення відіграє проектування зернових складів та максимальних і мінімальних діаметрів крупних заповнювачів бетонів відповідно до проектних розмірів сіток і каркасів типових виробів та розмірів індивідуальних виробів і конструкцій.

В загальному випадку діаметр максимального зерна крупного важкого заповнювача для різних бетонів залежить від геометричних розмірів виробів і конструкцій, тобто від розмірів їх опалубки та від густоти їх армування, а саме від найменшої відстані між арматурними стержнями.

Практично це означає, що запроектована бетонна суміш повинна добре ущільнюватися під дією власної ваги чи вібратора у межах опалубки та вільно проходити крізь найменші отвори арматурних сіток і каркасів, що забезпечить проектний коефіцієнт ущільнення бетонної суміші.

Тому найбільший розмір крупного заповнювача повинен бути не більше 1/4 найменшого розміру конструкції та 3/4 найменшої відстані між стержнями арматури.

Наприклад, в гідротехнічному будівництві бетонування гребель здійснюється крупнорозмірними блоками, в які бетонну суміш подають автосамоскидами або іншим видом транспорту. Враховуючи декількаметрові розміри бетонної опалубки, в цьому випадку призначають максимальний розмір щебеню чи гравію 120 або 150 мм, а мінімальний – 20 чи 30 мм при дотриманні пустотності поліфракційної суміші крупного заповнювача – біля 40%. Це дозволяє суттєво скоротити витрати енергії при подрібненні гірських порід біля об’єкту будівництва.

В промисловому і цивільному будівництві ширина опалубки бетонних і залізобетонних конструкцій коливається в межах 0,5-1,0 м, тому в такому випадку максимальний діаметр щебеню призначається 40 чи 70 мм, а мінімальний 5 чи 10 мм.

У водогосподарському будівництві застосовуються тонкостінні бетонні та залізобетонні вироби (плити каналів, труби) товщиною 15-20 см, для бетонування яких призначають максимальний діаметр щебеню 8…10 мм, а мінімальний - 3…5 мм, які коригуються з врахуванням мінімальних отворів арматурних сіток

Крім того, незалежно від легкоукладальності бетонних сумішей, найкраще ущільнюються в конструкціях дрібнозернисті і середньозернисті бетонні суміші.

Міцність заповнювачів істотно впливає на міцність і густину бетонів, які взаємопов’язані між собою: підвищена густина бетону нормального твердіння зумовлює високу його міцність. При цьому головною складовою густини і міцності бетону є міцність при стиску в стандартному циліндрі крупного заповнювача – щебеню чи гравію, яка повинна бути в 1,5-2 рази вищою від проектної марки бетону. Це пояснюється теорією і практикою розкриття тріщин в бетоні при руйнівному навантаженні на бетон; спочатку утворюються тріщини між цементним каменем і заповнювачами, а потім вони виникають в крупному заповнювачі. Тому найкращими крупними заповнювачами є мономінеральні зерна з найвищими істинною і середньою густинами, кубовидної форми з підвищеною шороховатістю.

Заповнювачі є важливою складовою частиною бетону, вони займають до 80% його об’єму, що сприяє утворенню структури бетону з жорстким скелетом, яка характеризується підвищеною міцністю і низькими деформаціями усадки.

Цементний камінь при твердненні зазнає значних об’ємних деформацій, його усадка перевищує 2 мм/м. Із-за нерівномірності деформацій усадки виникають внутрішні напруження, що зумовлюють розвиток тріщин, які знижують міцність і довговічність цементного каменю. Заповнювачі дозволяють керувати деформаційними характеристиками бетону, а утворення жорсткого скелету із високоміцного заповнювача призводить до зростання міцності і модуля його пружності. При цьому зменшуються деформації бетону при навантаженні і повзучість.

Довговічність бетонів головним чином залежить від їх загальної пористості; чим менша загальна, відкрита і закрита пористість бетонів, тим вища їх довговічність (100-200 і більше років). В свою чергу загальна пористість бетонів суттєво залежить від зернових складів щебеню і піску та їх найбільшої густини в суміші після змішування і ущільнення, форми зерен щебеню (найкраща форма – кубовидна), шороховатості зерен щебеню, реакційної здатності заповнювачів по відношенню до цементів, легкоукладальності бетонних сумішей, особливо при введенні гіперпластифікаторів та способів і параметрів вібрування бетонних сумішей.