1. Назначение заполнителей.

Основная активная часть бетона — вяжущее, цемент. Именно вяжущее, реагируя с водой, способно схватываться и твердеть, переходя из пластичного тестообразного состояния в твердое и превращая бетонную смесь в бетон. Зачем же нужны заполнители?

•          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.

•          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 усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня.

•          Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя увеличивает прочность и модуль упругости бетона (т. е. уменьшает деформации конструкций под нагрузкой), уменьшает ползучесть (т. е. пластические необратимые деформации бетона при длительном действии нагрузки).

•          Легкие пористые заполнители уменьшают плотность бетона и его теплопроводность, делают возможным применение такого бетона в ограждающих конструкциях, для теплоизоляции.

•          Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной защитой от проникающей радиации (на атомных электростанциях и т. п.).

Этот неполный перечень определяет назначение заполнителей, которые являются очень важной составной частью бетонов, влияют на их свойства и технико-экономическую эффективность.

2. Классификация заполнителей.

Для бетона используют заполнитель с размером зерен в поперечнике от тысячных долей сантиметра до нескольких сантиметров. Наибольшая крупность заполнителя может быть различной, однако любой заполнитель содержит зерна неодинакового размера; распределение зерен по фракциям называют зерновым составом заполнителя. Для получения бетона невысокой прочности иногда используют заполнитель непосредственно из залежей, содержащих зерна различного размера, от самых мелких до самых крупных. Такой заполнитель называют карьерным нефракционированным заполнителем. Для получения бетона хорошего качества обычно используют заполнители, по крайней мере, двух типов: мелкий заполнитель (песок) с размером зерен не более 0,476 см и крупный с размером зерен не менее 0,476 см. В США разделение на мелкий и крупный заполнители проводят на сите № 4, размер отверстий которого лишь на 0,0013 см меньше, чем 0,476 см (см. табл. 3.14). Указанное деление позволяет при дальнейшем рассмотрении проводить различие между мелким и крупным заполнителем.

Обычно считают, что минимальный размер зерен песка составляет примерно 0,07 мм и несколько меньше. Частицы размером 0,002—0,06 лш представляют собой пыль или ил, частицы еще меньшего размера называют глиной. Суглинок представляет собой мягкую породу, состоящую из примерно равного количества песка, ила и глины.

Первоначально все зерна заполнителя являлись частью исходной горной породы, которая могла быть разделена на отдельные куски и зерна или в результате природных процессов выветривания, или искусственным способом — дроблением. Поэтому свойства заполнителей полностью зависят от свойств исходной горной породы, например химико-минералогического состава, петрографических характеристик, удельного веса, твердости, прочности, физико-химической стойкости, пористости, цвета и т. д.

С другой стороны, некоторые свойства заполнителей не определяются характеристиками исходной горной породы, а присущи только зернам заполнителя, такие как форма и размер зерен, текстура поверхности, абсорбционная способность (водопоглощение). Все эти свойства могут оказывать большое влияние на качество как свежеуложенной бетонной смеси, так и затвердевшего бетона.

Применение природных гравийно-песчаных смесей без их разделения на фракции, как правило, не допускается из-за неоднородности гранулометрического состава