Що таке заповнювач? Види заповнювачів та сфери застосування

Що таке заповнювач?

Заповнювачами називають зернисті матеріали різного розміру, такі як пісок, гравій, щебінь, шлак. Це маса подрібнених та/або неподрібнених зерен різного розміру, зазвичай до 100 мм, з щільного мінерального матеріалу природного, штучного або обох видів походження.

Американський стандарт ASTM D8 визначає заповнювач як «зернистий матеріал мінерального складу, такий як пісок, гравій, морські черепашки, шлак або щебінь, що використовується разом із в'яжучою речовиною для отримання розчину чи бетону або самостійно в таких роботах, як влаштування основи, залізничний баласт тощо».

Види заповнювачів

Загалом заповнювачі можна класифікувати так, як показано в Таблиці 1. У цій статті ми зупинимося на чотирьох найбільш використовуваних під час вибору заповнювачів категоріях класифікації.

Заповнювачі за джерелом отримання

Природний заповнювач

Це подрібнений або неподрібнений заповнювач, отриманий із мінеральних джерел (річок, терас, морів, озер, кар'єрів тощо), який не піддавався жодній обробці, крім механічної.

Штучний заповнювач

Це подрібнений або неподрібнений заповнювач, отриманий із мінеральних джерел (річок, терас, морів, озер, кар'єрів тощо), який не піддавався жодній обробці, крім механічної.

Вторинний (перероблений) заповнювач

Це заповнювач, отриманий у результаті переробки неорганічних матеріалів, що раніше використовувалися у спорудах.

Заповнювачі за насипною щільністю та питомою вагою

• Заповнювачі з питомою вагою ≤2400 кг/м3 називають легкими заповнювачами. До цієї категорії належать керамзит, пемза та перліт. Бетони, виготовлені з такими заповнювачами, називають легкими бетонами.
• Заповнювачі з питомою вагою від 2400 до 2800 кг/м3 — це заповнювачі нормальної ваги. До цієї категорії належать пісок, гравій, дрібний щебінь та щебінь. Такі заповнювачі називають просто заповнювачами, без означень на кшталт «важкий» чи «легкий».
• Заповнювачі з питомою вагою ≥2800 кг/м3 називають важкими заповнювачами. До цієї категорії належать залізні руди, такі як гематит, магнетит і барит. Бетони, виготовлені з такими заповнювачами, називають важкими бетонами.

Заповнювачі за формою зерен

Заповнювач, у якого всі три розміри зерна близькі за значенням, називають «округлим (обкатаним) заповнювачем». Гравій, що видобувається з русел річок, зазвичай має таку форму.

Заповнювачі, на поверхні зерен яких через операцію подрібнення є виступи, як у щебеневих заповнювачів, визначають як «кутасті заповнювачі», і їхня поверхня шорстка.

Пластинчастий (лещадний) заповнювач має форму, у якій один розмір значно менший за два інші (схожий на монету).

Видовжений (голчастий) заповнювач має форму, у якій два розміри малі, але висота велика (схожий на олівець, загострений).

Пластинчаста та видовжена форми — небажані характеристики заповнювачів. Згідно з турецькими стандартами, якщо відношення найбільшого розміру до найменшого перевищує 3, такі зерна заповнювача називають дефектними зернами. Загалом у світовій практиці не бажано, щоб вміст дефектних зерен у заповнювачі перевищував 10–15 %.

Деякі методи та вимірювальні прилади, що використовуються для визначення форми зерен

Стандарт, що використовується в нашій країні для визначення геометричних властивостей заповнювачів, — TS EN 933 «Випробування для визначення геометричних характеристик заповнювачів». Якщо торкнутися деяких важливих показників цього стандарту:

Індекс лещадності (FLAKINESS INDEX) та індекс видовженості (ELONGATION INDEX) EN 933-3

Ці показники є важливими показниками придатності подрібненого та просіяного заповнювача для використання в бетоні та дорожньому будівництві.

На Рисунку 6 показано деякі набори сит, що використовуються для визначення індексу лещадності, а на Рисунку 7 — прилад для визначення товщини.

Набори сит для індексу лещадності використовують, згідно зі стандартами, для визначення того, чи перебуває кількість пластинчастих зерен у масі заповнювача в допустимих межах. Якщо товщина зерна заповнювача (найменший розмір) менша за 0,6 від середнього значення розмірів комірок сит, що відповідають його класу крупності, виміряне зерно заповнювача вважається пластинчастим. Випробовувану пробу заповнювача поділяють на 7 різних класів крупності в діапазоні від 63 мм до 6,3 мм, і кожен клас крупності аналізують окремо.

На Рисунку 8 показано прилад для визначення довжини / лінійку для визначення індексу видовженості.

Прилад для визначення довжини використовують, згідно зі стандартами, для визначення індексу видовженості у крупних заповнювачів. Якщо довжина зерна заповнювача (найбільший розмір) перевищує 1,8 від середнього значення розмірів комірок сит, що відповідають його класу крупності, виміряне зерно заповнювача вважається довшим за норму. Випробовуваний заповнювач поділяють на 6 різних класів крупності в діапазоні від 50 мм до 6,3 мм, і кожен клас крупності аналізують окремо.

Заповнювач з індексом лещадності та видовженості понад 10–15 % ніколи не бажаний — ні в бетоні, ні як дорожній заповнювач.

Індекс форми (SHAPE INDEX) EN 933-4

Це показник, що виражає довжину крупного заповнювача. Він визначається за допомогою спеціального мікрометра, показаного на Рисунку 9. Верхній зазор мікрометра становить 1/3 нижнього зазору. Якщо товщина шматка каменю, у якого нижній зазор налаштований за довжиною шматка каменю, не проходить крізь верхній зазор — він кубоподібний; якщо проходить — не кубоподібний. Визначення виконують із заповнювачем розміром від 4 мм до 63 мм. Таким чином кожен шматок каменю відносять до кубоподібних або некубоподібних.

Індекс форми — це відношення ваги некубоподібних шматків до загальної ваги.

Заповнювачі за розміром зерен

За розміром заповнювачі можна поділити на три класи: дрібний заповнювач (пісок, щебінь), крупний заповнювач (гравій, щебінь) та рядовий (змішаний) заповнювач.

Якщо розглядати заповнювачі за розміром ширше, від крупного до дрібного, то заповнювачі — це:

Граничні значення, що розділяють ці групи, різняться в різних системах класифікації. У нашій країні використовують системи класифікації TS 1500/2000 «Класифікація ґрунтів у будівельній інженерії», TS EN 13242 + A1 та TS 706 EN 12620+A1 «Заповнювачі для бетону».

Згідно з цими стандартами, зокрема TS 1500/2000, загальні значення наведено в Таблиці 2.

Визначення гранулометричного складу заповнювачів виконують у нашій країні згідно з колишнім стандартом TS 130, нині TS EN 933-1:2012. Набори сит із квадратними комірками, що використовуються за цим стандартом, показано на Рисунку 11. Деякі стандарти, що використовуються для визначення властивостей заповнювачів, наведено в Таблиці 6.

Розміри комірок сит із квадратними комірками, що використовуються під час класифікації заповнювачів за крупністю, показано в Таблиці 3. До розмірів комірок сит можна додавати або з них вилучати проміжні значення.

Сфери застосування заповнювачів

Заповнювачі, будучи основним будівельним компонентом, мають безліч різних сфер застосування. Зокрема, у секторі товарного бетону заповнювачі становлять 60–80 % об'єму бетону, а в бітумних дорожніх покриттях — 90–95 % за вагою та 75–85 % за об'ємом. У Таблиці 4 наведено сфери застосування, а на Рисунку 12 — приклади зображень.

Якщо розглянути загальні застосування (особливо бетон-асфальт), то деякі з основних властивостей, що вимагаються від заповнювачів:

1. Заповнювачі мають бути твердими, міцними, зносостійкими, не розм'якшуватися й не руйнуватися під дією води, бути морозостійкими.
2. Вони не повинні утворювати шкідливих сполук із компонентами цементу й не повинні ставити під загрозу захист арматури від корозії.
3. Розміри зерен та їх розподіл мають відповідати меті застосування.
4. Форма й текстура поверхні мають бути хорошими.
5. У гравії материнська порода має мати мало порожнеч.
6. У гравії вміст сторонніх речовин не повинен перевищувати: ґрунт 5 %, вугілля 1 %; а для глини: 0,25 % у крупному заповнювачі, 5 % у дрібному заповнювачі; для мулу — 1 %.

Вибір заповнювачів також має здійснюватися відповідно до належних стандартів, виходячи з їхніх фізичних властивостей та гранулометричного складу. У Таблиці 5 наведено стандарти на заповнювачі, що використовуються в загальних застосуваннях у нашій країні, а в Таблиці 6 — приклади загальних застосувань.

Примітка:Заповнювачі, залежно від місць застосування, мають забезпечувати властивості та гранулометричний склад (гранулометрію), передбачені належними стандартами. Наведені тут розміри — це приблизні значення, взяті із загальних застосувань.