Что такое заполнитель? Виды заполнителей и области применения

Что такое заполнитель?

Заполнителями называют зернистые материалы различного размера, такие как песок, гравий, щебень, шлак. Это масса дроблёных и/или недроблёных зёрен различного размера, как правило до 100 мм, из плотного минерального материала природного, искусственного или обоих видов происхождения.

Американский стандарт ASTM D8 определяет заполнитель как «зернистый материал минерального состава, такой как песок, гравий, морские раковины, шлак или щебень, используемый вместе с вяжущим веществом для получения раствора или бетона либо самостоятельно в таких работах, как устройство основания, железнодорожный балласт и т. п.».

Виды заполнителей

В целом заполнители можно классифицировать так, как показано в Таблице 1. В этой статье мы остановимся на четырёх наиболее часто используемых при выборе заполнителей категориях классификации.

Заполнители по источнику получения

Природный заполнитель

Это дроблёный или недроблёный заполнитель, полученный из минеральных источников (рек, террас, морей, озёр, карьеров и т. п.) и не подвергавшийся никакой обработке, кроме механической.

Искусственный заполнитель

Это дроблёный или недроблёный заполнитель, полученный из минеральных источников (рек, террас, морей, озёр, карьеров и т. п.) и не подвергавшийся никакой обработке, кроме механической.

Вторичный (переработанный) заполнитель

Это заполнитель, полученный в результате переработки неорганических материалов, ранее использовавшихся в сооружениях.

Заполнители по насыпной плотности и удельному весу

• Заполнители с удельным весом ≤2400 кг/м3 называют лёгкими заполнителями. К этой категории относятся керамзит, пемза и перлит. Бетоны, изготовленные с такими заполнителями, называют лёгкими бетонами.
• Заполнители с удельным весом от 2400 до 2800 кг/м3 — это заполнители нормального веса. К этой категории относятся песок, гравий, мелкий щебень и щебень. Такие заполнители называют просто заполнителями, без определений вроде «тяжёлый» или «лёгкий».
• Заполнители с удельным весом ≥2800 кг/м3 называют тяжёлыми заполнителями. К этой категории относятся железные руды, такие как гематит, магнетит и барит. Бетоны, изготовленные с такими заполнителями, называют тяжёлыми бетонами.

Заполнители по форме зёрен

Заполнитель, у которого все три размера зерна близки по значению, называют «округлым (окатанным) заполнителем». Гравий, добываемый из русел рек, обычно имеет такую форму.

Заполнители, на поверхности зёрен которых из-за операции дробления имеются выступы, как у щебёночных заполнителей, определяют как «угловатые заполнители», и их поверхность шероховатая.

Пластинчатый (лещадный) заполнитель имеет форму, у которой один размер значительно меньше двух других (похож на монету).

Удлинённый (игловатый) заполнитель имеет форму, у которой два размера малы, но высота велика (похож на карандаш, заострённый).

Пластинчатая и удлинённая формы — нежелательные характеристики заполнителей. Согласно турецким стандартам, если отношение наибольшего размера к наименьшему превышает 3, такие зёрна заполнителя называют дефектными зёрнами. В целом в мировой практике не допускается, чтобы содержание дефектных зёрен в заполнителе превышало 10–15 %.

Некоторые методы и измерительные приборы, используемые для определения формы зёрен

Стандарт, используемый в нашей стране для определения геометрических свойств заполнителей, — TS EN 933 «Испытания для определения геометрических характеристик заполнителей». Если коснуться некоторых важных показателей этого стандарта:

Индекс лещадности (FLAKINESS INDEX) и индекс удлинённости (ELONGATION INDEX) EN 933-3

Эти показатели являются важными показателями пригодности дроблёного и просеянного заполнителя для использования в бетоне и дорожном строительстве.

На Рисунке 6 показаны некоторые наборы сит, используемых для определения индекса лещадности, а на Рисунке 7 — прибор для определения толщины.

Наборы сит для индекса лещадности используются, согласно стандартам, для определения того, находится ли количество пластинчатых зёрен в массе заполнителя в допустимых пределах. Если толщина зерна заполнителя (наименьший размер) меньше 0,6 от среднего значения размеров ячеек сит, соответствующих его классу крупности, измеряемое зерно заполнителя считается пластинчатым. Испытуемую пробу заполнителя разделяют на 7 различных классов крупности в диапазоне от 63 мм до 6,3 мм, и каждый класс крупности анализируют отдельно.

На Рисунке 8 показан прибор для определения длины / линейка для определения индекса удлинённости.

Прибор для определения длины используется, согласно стандартам, для определения индекса удлинённости у крупных заполнителей. Если длина зерна заполнителя (наибольший размер) превышает 1,8 от среднего значения размеров ячеек сит, соответствующих его классу крупности, измеряемое зерно заполнителя считается длиннее нормы. Испытуемый заполнитель разделяют на 6 различных классов крупности в диапазоне от 50 мм до 6,3 мм, и каждый класс крупности анализируют отдельно.

Заполнитель с индексом лещадности и удлинённости выше 10–15 % никогда не желателен — ни в бетоне, ни в качестве дорожного заполнителя.

Индекс формы (SHAPE INDEX) EN 933-4

Это показатель, выражающий длину крупного заполнителя. Он определяется с помощью специального микрометра, показанного на Рисунке 9. Верхний зазор микрометра составляет 1/3 нижнего зазора. Если толщина куска камня, у которого нижний зазор настроен по длине куска камня, не проходит через верхний зазор — он кубовидный; если проходит — не кубовидный. Определение выполняется с заполнителем размером от 4 мм до 63 мм. Таким образом каждый кусок камня относят к кубовидным или некубовидным.

Индекс формы — это отношение веса некубовидных кусков к общему весу.

Заполнители по размеру зёрен

По размеру заполнители можно разделить на три класса: мелкий заполнитель (песок, щебень), крупный заполнитель (гравий, щебень) и рядовой (смешанный) заполнитель.

Если рассматривать заполнители по размеру более широко, от крупного к мелкому, то заполнители — это:

Предельные значения, разделяющие эти группы, различаются в разных системах классификации. В нашей стране используются системы классификации TS 1500/2000 «Классификация грунтов в строительной инженерии», TS EN 13242 + A1 и TS 706 EN 12620+A1 «Заполнители для бетона».

Согласно этим стандартам, в частности TS 1500/2000, общие значения приведены в Таблице 2.

Определение гранулометрического состава заполнителей выполняется в нашей стране согласно прежнему стандарту TS 130, ныне TS EN 933-1:2012. Наборы сит с квадратными ячейками, используемые по этому стандарту, показаны на Рисунке 11. Некоторые стандарты, используемые для определения свойств заполнителей, приведены в Таблице 6.

Размеры ячеек сит с квадратными ячейками, используемых при классификации заполнителей по крупности, показаны в Таблице 3. К размерам ячеек сит можно добавлять или из них исключать промежуточные значения.

Области применения заполнителей

Заполнители, будучи основным строительным компонентом, имеют множество различных областей применения. В частности, в секторе товарного бетона заполнители составляют 60–80 % объёма бетона, а в битумных дорожных покрытиях — 90–95 % по весу и 75–85 % по объёму. В Таблице 4 представлены области применения, а на Рисунке 12 — примеры изображений.

Если рассмотреть общие применения (особенно бетон-асфальт), то некоторые из основных требуемых от заполнителей свойств:

1. Заполнители должны быть твёрдыми, прочными, износостойкими, не размягчаться и не разрушаться под действием воды, быть морозостойкими.
2. Они не должны образовывать вредных соединений с компонентами цемента и не должны ставить под угрозу защиту арматуры от коррозии.
3. Размеры зёрен и их распределение должны соответствовать цели применения.
4. Форма и текстура поверхности должны быть хорошими.
5. У гравия материнская порода должна иметь мало пустот.
6. В гравии содержание посторонних веществ не должно превышать: грунт 5 %, уголь 1 %; а для глины: 0,25 % в крупном заполнителе, 5 % в мелком заполнителе; для ила — 1 %.

Выбор заполнителей также должен производиться в соответствии с надлежащими стандартами, исходя из их физических свойств и гранулометрического состава. В Таблице 5 приведены стандарты на заполнители, используемые в общих применениях в нашей стране, а в Таблице 6 — примеры общих применений.

Примечание:Заполнители, в зависимости от мест применения, должны обеспечивать свойства и гранулометрический состав (гранулометрию), предусмотренные надлежащими стандартами. Приведённые здесь размеры — это примерные значения, взятые из общих применений.