Какие бывают заполнители для бетонов?

Начнем обзор с крупного заполнителя – гравия или щебня.

Гравий – это в различной степени обкатанные обломки самых прочных горных пород (гранита, базальта, диорита, темно-серого известняка) круглой или яйцевидной формы с гладкой поверхностью. Размер этих зерен от 5 до 70 мм. По происхождению различают гравий горный, речной и морской. В горном гравии обычно содержатся вредные примеси глины, пыли и песка, органических веществ, сернистых и сернокислых соединений. В речном и морском гравии примеси почти отсутствуют.

Щебень – это материал, который получают при дроблении горных пород или искусственных камней на куски размером также от 5 до 70 мм. Зерна щебня имеют неправильную форму, поверхность их шероховатая, поэтому щебень прочнее сцепляется с цементным камнем, чем гравий. Прочность крупного заполнителя особенно важна, так как именно он образует скелет бетона. Поэтому крупный заполнитель должен быть, как правило, в два или три раза прочнее самого бетона.

Для того чтобы обеспечить высокое качество бетона, крупный заполнитель должен быть чистым и не содержать вредных примесей. То есть в нем должно быть не более 15% (по массе) зерен, имеющих форму игл и пластинок. 

Также крупный заполнитель не должен вступать в химические реакции с веществами, которые содержатся в цементе, поэтому для уменьшения влияния вредных примесей, заполнители перед использованием промывают.

К крупным заполнителям относятся и пористые заполнители, такие как пемза, туф, вулканические шлаки. Эти заполнители благодаря своей структуре поглощают много воды, то есть, высасывая из бетона лишнюю воду, они способствуют его упрочнению. Но недостаток у пористых заполнителей заключается в том, что для бетона с применением таких заполнителей требуется больше цемента, чем для бетона на плотных заполнителях.

К мелким заполнителям относятся различные пески. Песком называются рыхлые горные породы, которые состоят из зерен различных материалов (чаще всего кварца) размером от 0,1 до 5 мм. Пески бывают природными и искусственными. Оба эти типа пригодны для изготовления обычного тяжелого бетона. 

Пески различают по минералогическому составу и в зависимости от условий образования и мест залегания. По минералогическому составу пески бывают кварцевые, полевошпатные, известняковые и доломитовые. 

По условиям образования пески делятся на горные, овражные, речные, морские, гравийные, валунные, дюнные и барханные. Они отличаются друг от друга лишь по структуре и форме. Зерна морского и речного песков округлой формы с гладкой поверхностью, зерна же горного песка, который чаще всего образуется при разрушении гранита и диорита, имеют угловатую форму и шероховатую поверхность. Зерна овражного песка также имеют угловатую форму, но по сравнению с зернами горного песка несколько сглаженную. Все пески содержат вредные для бетона примеси: уголь, пыль, глину, гипс, слюду, различные органические примеси, которые влияют на цементный клей, понижая его прочность, и в итоге происходит разрушение бетона. Морской песок иногда содержит ракушки, состоящие в основном из известняка. Они ослабляют сцепление песка с другими составляющими бетона, а также в морском песке содержатся соли, выделяющиеся на поверхности бетона.

Наиболее чистый песок – речной, но часто он бывает очень мелким, а это требует при изготовлении бетона большого количества цемента. Как и крупный заполнитель, песок перед употреблением должен быть обязательно промыт водой в машинах – пескомойках. Для получения высокой прочности бетона, необходим правильный подбор зернового состава заполнителей. То есть между зернами должно быть как можно меньше пустот, которые приходится заполнять цементным тестом. Песок одной крупности имеет в своем объеме около 45% пустот, а песок, составленный из зерен разной крупности, гораздо плотнее. Поэтому сначала рассеивают крупный и мелкий заполнитель по размерам, то есть на несколько фракций. Затем происходит подбор определенной зерновой смеси, то есть в этой смеси все частицы тесно примыкают друг к другу, что для цементного теста остаются только незначительные промежутки. Бетон, приготовленный на такой оптимальной смеси заполнителей уже имеет высокую плотность и прочность и расход вяжущего в этом случае будет небольшим. Если же бетон изготавливать на случайном составе заполнителей, взятых из природных карьеров или полученных путем дробления камня, то большую плотность получить не получится. К тому же получится большой перерасход цемента, а также сам бетон не будет обладать высокой прочностью.