Гранулометрия бетона: как выбрать заполнители

Гранулометрия заполнителей бетона

Создание высококачественного искусственного камня начинается с достижения структуры, которая полностью удовлетворяет нуждам технических требований. Одним из основных аспектов, способствующих прочности и длительному использованию, является тесное расположение заполнителей. При формировании бетонного каркаса они становятся ключевыми элементами, значительно влияя на его характеристики.

Виды заполнителей для бетона

Заполнители представляют собой добавки к бетону, которые наделяют его особыми свойствами. Они создают жесткий каркас бетона и уменьшают усадку в процессе затвердевания. Их доля в конечной смеси может составлять до 80%. Эти компоненты не растворяются в воде и могут быть как природного, так и техногенного происхождения.

К мелким заполнителям относятся различные виды песка: речной, овражный и морской, чья крупность варьируется от 0,7 до 3,0-3,5 мм.

Крупные заполнители представлены плотными материалами, такими как гравий, щебень и гравийный щебень, размер зерен которых варьируется от 5 до 70 мм. Их пористые аналоги получают путем дробления горных пород — известняковых и вулканических туфов, пемзы и вулканических шлаков. Эти материалы используются для легких бетонных смесей, что позволяет снизить как плотность, так и массу раствора.

Заполнители классифицируются по типу гранулометрии:

• прерывистая — отсутствие отдельных размеров зерен, при этом близкие значения существенно различаются;
• непрерывная — наличие фракций с широким диапазоном размеров в заданных пределах.

Наиболее компактная упаковка достигается при использовании заполнителей с прерывистым гранулометрическим типом.

Что такое гранулометрия заполнителей

Гранулометрический состав заполнителей описывает их размерное распределение и зерновой состав. Эта характеристика определяется путем просева средней пробы с использованием контрольного сита, что может выполняться как вручную, так и с помощью механических устройств.

Гранулометрия не оказывает влияния на прочность раствора при соблюдении определенного водоцементного соотношения, но сказывается на удобоукладываемости и стоимости материала. При создании смеси следует стремиться к максимальному заполнению объемов заполнителями и минимизации объемов цементного теста. Достижение таких результатов возможно лишь при правильном выборе гранулометрии, что позволяет достичь наиболее плотной упаковки.

Так как объемы крупных и мелких заполнителей подбираются индивидуально, важно контролировать их зерновой состав. В отношении смесей, содержащих воздух, допустимо уменьшение доли мелких зерен, так как они оказывают аналогичное влияние.

Фактический зерновой состав до определенного граница зависит от текстуры и формы поверхности фракций. Например, для заполнителя, состоящего из остроугольных шероховатых элементов, требуется более мелкий зерновой состав, чтобы компенсировать повышенное трение между зернами.

При отборе фракций используется следующая формула: отношение среднего диаметра следующей фракции к диаметру предыдущей должно составлять примерно 0,226 (или 1:4). Это отношение не должно зависеть от абсолютных значений диаметров. Объем следующей фракции расчитывается так, чтобы заполнить пустоты предыдущей фракции без смещения более крупных элементов.

Как улучшить гранулометрический состав

Оптимизацию гранулометрического состава можно выполнить двумя способами: подбором идеальной кривой или смешиванием зерен. Заполнители из различных фракций создают более высокую плотность, чем однородные. Увеличение среднего диаметра наибольшей фракции ведет к повышению плотности упаковки зерен и усиливает прочность монолита.

Идеальная кривая подбирается с условием, что пустотность раствора и общая поверхность фракций требуют минимального объема портландцемента для достижения требуемой подвижности и прочности искусственного камня. Это связано с тем, что невозможно создать бетон с одновременно наименьшим объемом пустот и минимальной удельной поверхностью фракций заполнителей.

На заводах, использующих натуральный щебень и песок, выбираются те кривые рассева, которые допускают некоторые отклонения для изменения свойств.

Для оптимизации гранулометрического состава важно учитывать следующие аспекты:

• наличие крупнофракционного заполнителя следует рассчитывать с учетом необходимого уплотнения до заданной высоты;
• воздействие вибрационного напряжения существенно уменьшает пустотность различных заполнителей;
• доля незаполненного объема уменьшается, если пустоты крупнофракционного заполнителя заполняются мелкофракционными компонентами.

Оборудование для гранулометрии

Контрольные сита отличаются размером ячеек, которые варьируются от 2,5 мм до 70 мм. Размеры сеточных ячеек по стандарту ГОСТ 6613 составляют 0,16-1,25 мм.

По стандартам необходимо проводить анализ зернового состава с использованием сит с квадратными или круглыми отверстиями и размером обечайки не менее 300 мм.

Для определения размеров фракций более 70-80 мм используют проволочные кольца-калибры, размеры которых подбираются в зависимости от предполагаемой крупности заполнителя.

Длительность ручного просеивания при контрольном встряхивании должна быть такой, чтобы в течение 60 секунд через сито проходило не более 0,1% общего объема заполнителя. При механическом просеивании время настраивается согласно тому же принципу.

Вопросы по теме

Как гранулометрия заполнителей влияет на прочность бетона?

Гранулометрия заполнителей непосредственно влияет на прочность бетона, так как размеры частиц определяют плотность и однородность смеси. Мелкие заполнители могут заполнить пустоты между крупными частицами, улучшая связность и легкость укладки, что снижает риск образования пустот. Однако использование слишком мелких заполнителей может привести к увеличению водопотребления, что негативно скажется на прочности бетона. Оптимальное сочетание размеров заполнителей необходимо для достижения лучших механических характеристик смеси.

Какие нетрадиционные заполнители можно использовать в бетоне для улучшения его свойств?

Существуют различные нетрадиционные заполнители, которые могут улучшить характеристики бетона. Например, использование отходов переработки стекла или сыпучих материалов, таких как шлаки или песок с производства, может снизить стоимость и повысить экологичность бетона. В дополнение, добавление волокон из углерода или полиэстера может увеличить его прочность на растяжение и долговечность. Однако при выборе таких заполнителей важно учитывать их совместимость с другими компонентами смеси и влияние на конечные свойства бетона.

Как выбрать оптимальные заполнители для конкретного типа бетона?

Выбор оптимальных заполнителей зависит от назначения бетона и требований к его характеристикам. Например, для производств, требующих высокой прочности и устойчивости к агрессивным средам, следует выбирать заполнитель с высокой прочностью и низкой водопроницаемостью. При подготовке бетона для дорог, наоборот, важна высокая прочность на сжатие и устойчивость к трещинообразованию, поэтому могут использоваться крупные заполнители. Исходные свойства местных заполнителей, доступность и цена также играют значительную роль. Проведение пробных замесов и анализ полученных характеристик помогут выбрать наилучший состав.