3. Природные заполнители бетонов
3.1. Общая характеристика плотных заполнителей
Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, который является наиболее дорогим и дефицитным компонентом бетона. Кроме того, заполнители улучшают технологические свойства бетона. Жёсткий скелет из
высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона. В результате уменьшается ползучесть бетона, то есть необратимые деформации, которые возникают при длительном действии нагрузки. Заполнитель уменьшает усадку бетона и тем самым способствует получению более долговечного материала. Усадка цементного камня при его твердении достигает 1-2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и даже микротрещины. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения. В результате в несколько раз уменьшается усадка бетона по сравнению с усадкой цементного камня [13 ].
Стоимость заполнителя составляет 30-50% (а иногда и более) от стоимости бетонных и железобетонных конструкций. Поэтому применение более доступных и дешёвых заполнителей в ряде случаев позволяет снизить стоимость строительства, а также уменьшить объём транспортных перевозок. В результате происходит сокращение сроков строительства [ 13 ].
В бетоне применяют крупный и мелкий заполнитель. Крупный заполнитель, зёрна которого крупнее 5 мм, подразделяют на гравий и щебень. Мелким заполнителем в бетоне является естественный и искусственный песок. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывает зерновой состав, прочность и чистота заполнителя [13 ].
3.2. Пустотность крупного заполнителя
С зерновым составом непосредственно связана пустотность заполнителя. Она определяет возможность его плотной упаковки. На пустотность влияет также форма зёрен заполнителя. Поэтому одной из главных характеристик, определяющих качество щебня, является лещадность. Этот параметр обозначает уровень плоскостности щебня. Чем этот параметр меньше, тем качественнее считается материал. Для измерения этого параметра в щебне нормируют содержание зёрен разной формы: игловатой, пластинчатой, кубовидной. При использовании щебня кубовидной формы можно получить наиболее плотную утрамбовку смеси. Наличие зёрен игловатой или пластинчатой формы приведёт к увеличению в ней пустотности. Это, соответственно, потребует увеличения расхода вяжущего вещества. Кроме того, зёрна кубовидной формы изначально обладают большей прочностью, что, в результате, делает использование этого вида щебня более целесообразным с экономических позиций.
Если заполнитель представляет собой смесь зёрен разной формы, то с увеличением в ней зёрен окатанной формы пустотность уменьшается [ 13 ].
При совмещении зёрен разной крупности более мелкие зёрна будут располагаться в пустотах между более крупными. Пустотность заполнителя уменьшается.
Соотношение между песком и щебнем (гравием), при котором получается минимальная пустотность, можно ориентировочно определить по формуле:
где П и Щ – расход песка и щебня;
α – коэффициент раздвижки;
ПЩ – относительная пустотность щебня;
ρП и ρЩ – средняя плотность (объёмная масса) песка и щебня.
На основе многих опытов принято, что α = 1,1.
11