2. Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для бетона применяют гравий, щебень и щебень из гравия с размером зерен от 5 до 70 мм. При бетонировании массивных конструкций можно применять заполнитель крупностью до 150 мм.

Зерна гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность. Обычно гравий содержит в том или ином количестве песок, а также вредные примеси – глину, пыль, слюду, гумусовые вещества.

Щебень получают дроблением изверженных, метаморфических, плотных и водостойких осадочных пород (плотных известняков, песчаников и др.). Зерна щебня угловатые, по форме приближающиеся к кубу. Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности (М500 и выше) применяют щебень. Для бетонов средних марок (М150-М400) подходит дешевый местный гравий и щебень из карбонатных пород (плотных и мраморовидных известняков).

Прочность крупного заполнителя определяется путем раздавливания его в цилиндре.

Для определения марки щебня (гравия) по дробимости пробу помещают в цилиндр со съемным дном диаметром 150 мм; для текущего контроля качества щебня (гравия) фракций 5-10 мм и 10-20 мм используют цилиндр диаметром 75 мм. Для испытания щебня (гравия) в цилиндре диаметром 75 мм из подготовленной пробы берут навеску 0,4 кг, а при испытании в цилиндре диаметром 150 мм - 3 кг. Навеску щебня (гравия) высыпают с высоты 5 см в соответствующий цилиндр, разравнивают верхний уровень материала так, чтобы он примерно на 15 мм не доходил до верхнего края цилиндра. Затем вставляют в цилиндр плунжер, при этом его плита должна быть на уровне верхнего края цилиндра. В случае если верх плиты не совпадает с краем цилиндра, удаляют или добавляют несколько зерен испытуемого заполнителя (масса этих зерен должна быть учтена в расчете). После этого цилиндр устанавливают на нижнюю плиту гидравлического пресса. Повышая усилие пресса со скоростью 1-2 кН/с, доводят его при испытании щебня (гравия) в цилиндре диаметром 75 мм до 50 кН, а при испытании в цилиндре диаметром 150 мм - до 200 кН. После сжатия испытуемую пробу заполнителя высыпают из цилиндра и взвешивают. Затем раздробленный в цилиндре щебень (гравий) просеивают через сито, диаметр отверстий которого зависит от размера испытуемой фракции. Для фракций 5-10 мм размер отверстия сита - 1,25 мм, для фракций 10-20 мм - 2,5 мм и для фракций 20-40 мм - 5 мм.

Показатель дробимости вычисляют по формуле

(5.4)

где m₁ – проба щебня (гравия), кг; m₂ - масса остатка на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы щебня (гравия), кг.

Марки щебня и гравия по прочности приведены в ГОСТ 8267-93.

В зависимости от показателя дробимости определены марки гравия: Др8 (при потере в массе до 8%), Др12 (при потере в массе от 8 до 12%), Др16 (при потере в массе от 13 до 16%), Др24 (при потере в массе от 16 до 24%).

Приведенным выше данным соответствуют следующие ориентировочные значения интервалов прочности при сжатии горных пород, слагающих зерна гравия: Др8 – выше 100 МПа; Др12 – 80…100 МПа; Др24 – 40…60 МПа.

В зависимости от показателя дробимости определены марки щебеня: Др10 (при потере в массе до 10%), Др14 (при потере в массе от 10 до 14%), Др18 (при потере в массе от 14 до 18%), Др26 (при потере в массе от 18 до 26%).

Приведенным выше данным соответствуют следующие ориентировочные значения интервалов прочности при сжатии горных пород, слагающих зерна щебня: Др10 – выше 100 МПа; Др14 – 80…100 МПа; Др26 – 40…60 МПа.

При проектировании состава бетона зерновой состав крупного заполнителя подбирают таким образом, чтобы обеспечить наименьший объем пустот в крупном заполнителе.

Зерновой состав крупного заполнителя устанавливают с учетом наибольшего Д_max и наименьшего Д_min размеров зерен щебня или гравия. За Д_max принимают размер отверстия верхнего сита, на котором полный остаток не превышает 5%, а за Д_min – размер отверстия нижнего сита, полный остаток на котором - не менее 95%. Кроме того, вычисляют значения 0,5 (Д_наим.+Д_наиб.) и 1,25Д_наиб. Стандартный набор сит: 70; 40; 20; 10; 5 мм.

По крупности зерен щебень и гравий разделяют на следующие фракции, раздельно дозируемые при приготовлении бетонных смесей: 5…10, 10…20, 20…40 и 40…70 мм. Зерновой состав каждой фракции или смеси нескольких фракций должен соответствовать требованиям, приведенным ниже (табл. 5.2):

Таблица 5.2

Размер отверстий контрольных сит, мм	Dmin	0,5 (Dmin + Dmax)	Dmax	l,25 Dmax
Полный остаток на ситах, % по массе	95-100	40-70 (50-70 для смеси фракций)	0-5	0

Результаты просеивания гравия обычно наносят на график. По горизонтали откладывают размеры отверстий сит: наибольший для данного гравия (щебня) (Д_наиб), половинный и наименьший (5 или 3 мм). По вертикали откладывают полные остатки на ситах в процентах. Данные зернового состава гравия (щебня) должны располагаться по возможности в пределах заштрихованной части (рис. 5.2). Пустотность в гравии не должна превышать 45%.

Рис. 5.2. График зернового состава гравия и щебня

Содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц в щебне допускается в зависимости от вида исходной породы и марки щебня по прочности. Их допустимое количество указано в табл. 5.3:

Таблица 5.3

Показатели	Щебень из изверженных и метаморфических пород	Щебень из осадочных пород марок
		М600…М1200	М200…М400
Содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц, определяемых отмучиванием, % по массе не более	1	2	3
В том числе содержание глины в комках, % по массе не более	025	025	0,25

Содержание органических примесей в крупном заполнителе проверяют, пользуясь той же методикой, которая применяется для песка. Гравий и щебень из гравия при обработке водным раствором едкого натра не должны придавать раствору окраску темнее эталона.

В приложениях 10 и 11 представлены результаты опытных испытаний мелкого и крупного заполнителя. Каждый студент в соответствии с заданием оценивает пригодность мелкого и крупного заполнителя для изготовления бетона. Полученные результаты целесообразно представить в виде таблиц формы которых представлены ниже (формы табл. 5.4 и 5.5).

Форма таблицы 5.4