Назначение заполнителей и их классификация.

1. Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают значительное влияние на свойства бетона эффективность и качество сборных железобетонных изделий и конструкций. В связи с большим разнообразием выпускаемых бетонов ( обычный, гидротехнический, жаростойкий, кислотостойкий, теплоизоляционный, защищающий от радиоактивных излучений и др.) требуется огромное количество различный по свойствам заполнителей.

Заполнители, которые ранее назывались «инертными», теперь рассматриваются как активный компонент конгломерата - бетона. Изучение роли заполнителей стало предметом научно- теоретических и экспериментальных исследований.

Учение о заполнителях, так же как ранее учение о вяжущих веществах и их твердении, выделяется в отдельную область бетоноведения. Эта область представляет собой комплекс знаний, объединенных в дисциплине «Технология заполнителей бетона».

Настоящая дисциплина повещена изучению разнообразных видов заполнителей, их свойств, а также производству эффективных заполнителей применительно ко всем видам бетонов. Большое внимание в ней уделяется снижению материалоемкости, экономии топливно- энергетических ресурсов и повышению качества при производстве заполнителей.

Изучение дисциплины «Технология заполнителей бетона» увязывается со знаниями, которые студенты получили при изучении химии, инженерной геологии, строительных материалов, процессов и аппаратов, тепловых установок, а также получают при параллельном изучении технологии бетонных и железобетонных изделий, экономики отрасли.

2. Заполнители - природные или искусственные материалы определенного зернового состава, которые в рационально составленной смеси с тестом вяжущего вещества ( вяжущее вещество + вода) образуют после твердения последнего бетон.

Затвердевший бетон состоит из двух частей затвердевшего теста вяжущего вещества (например, цементного камня) и заполнителя. Вяжущее, реагируя с водой способно схватываться и твердеть, переходя из пластического тестообразного состояния в твердое и превращая бетонную смесь в бетон. Назначение заполнителей заключается в следующем.

1.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.

2. Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации усадки (до 20 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 в 5-10 раз по сравнению с усадкой цементного камня.

3. 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).

4. Заполнители в зависимости от минералогического состава проявляют различное сцепление с цементным камнем и, следовательно, проявляют различное влияние на прочность бетона.

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

6. Специальные особотяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной защитой от проникающей радиации ( на атомных электростанциях).

Этот неполный перечень убеждает в том что заполнители являются очень важной составной частью бетонов, влияют на их свойства и технико-экономическую эффективность.

Заполнители классифицируют по размерам зерен, насыпной плотности, структуре, источникам получения и методам производства, назначению.

По размерам зерен : мелкий заполнитель - песок с размером зерен до 5 мм крупный заполнитель - гравий или щебень с зернами свыше 5 мм.

По насыпной плотности : крупные заполнители; тяжелые ( свыше 1200 кг/м3) и легкие ( до 1200 кг/м3). Граница между тяжелым и легким песком - 1200 кг/м3.

По структуре : плотные ( пористость зерен менее 10%) и пористые (более 10%).

По источникам получения и методам производства:

1. Природные ( естественные) заполнители:

а) добываемые непосредственно в месторождениях и сразу пригодные к применению ( например, песок вторичных отложений);

б) сортированные ( песок и гравий, получаемые сортировкой природных гравийно-песчаных смесей;

в) дробление (щебень и песок, получаемые дроблением горных пород).

2. Искусственные заполнители:

а) из отходов промышленности, пригодных к применению непосредственно или после несложной, только механической обработки ( например, золы, топливные шлаки, отвальные металлургические шлаки, отходы от переработки древесины);

б) получаемые специальной переработкой промышленных отходов ( например, шлаковая пемза, зольный гравий);

в) получаемые из природного сырья путем вспучивания или спекания при обжиге ( например, керамзит, аглопорит).

По назначению: 1) для тяжелого бетона; 2) для легкого бетона; 3) для жаростойкого бетона; 4) для кислотостойкого бетона; 5) для щелочестойкого бетона; 6) для защиты от радиации; 7) для декоративного бетона; 8) для теплоизоляционного бетона и т.д.

3. Стоимость заполнителей достигает 30-50% стоимости бетонных и железобетонных конструкций. Из этого следует, что изучение, правильный выбор заполнителей, наиболее рациональное их производство и применение имеют большое народнохозяйственное значение.

Высокая стоимость природных заполнителей ( щебня, гравия и песка) обусловлена невысоким уровнем механизации производственных процессов и низким коэффициентом извлечения полезного продукта из горной массы. За последние годы достигнуто значительное снижение себестоимости нерудных строительных полезных ископаемых за счет внедрения комплексной механизации, ликвидации мелких карьеров, внедрения прогрессивных технологических методов добычи, например гидромеханизации.

Важное место в общей себестоимости нерудных материалов занимают работы по дроблению, фракционированию, выработке мелких фракций, организации процессов мойки и обогащения. Низкое качество заполнителей бетона ( песка, гравия, щебня) влечет за собой значительный перерасход цемента, повышенный процент брака, увеличение трудоемкости в производстве железобетонных изделий и конструкций. В связи с этим щебень, гравий и песок на заводы железобетонных изделий должны поступать отсортированными по фракциям, без глинистых и других засоряющих примесей. По расчетам НИИцемента, на каждый процент запыленности заполнителя ( в пределах до 12%) расход цемента возрастает на 1-1,5%. Дополнительный перерасход цемента называется также недостатками гранулометрического состава заполнителей. Капитальные вложения на дополнительную обработку щебня и гравия в связи с усложнением технологической схемы производства являются значительными, но они экономически оправданы, поскольку от качества нерудных материалов непосредственно зависят качество и стоимость возводимых зданий и сооружений.

Высокая стоимость искусственных заполнителей, получаемых из природного сырья путем вспучивания или спекания обусловлена высокой себестоимостью природного сырья, большими энергетическими затратами и значительными капитальными вложениями. Наиболее эффективно использовать в качестве заполнителей бетона или в качестве сырья для их производства отходы различных отраслей промышленности, остатки от добычи и переработки природного сырья - шлаки, золы, попутно разрабатываемые породы, отходы обогащения углей, руд, и т.д.