Зерновой состав заполнителя
Зерновой, или гранулометрический, состав заполнителя отражает содержание в нем зерен разной крупности и определяется просеиванием средней пробы заполнителя через стандартные сита. Набор стандартных сит включает сита с размерами отверстий 0,16; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 20; 40; 70 мм и др.
Заполнитель в первую очередь характеризуют наименьшей и наибольшей крупностью. Наименьшей крупностью /)Наим принято считать размер отверстий того из стандартных сит, на котором при просеивании остается не менее 95 % пробы заполнителя (по массе), т. е. сквозь которое пройдет не более 5 %. Наибольшей крупностью считают размер отверстий того сита, сквозь которое проходит не менее 95 % пробы заполнителя, а остается менее 5 %.
Заполнитель называют однофракционным, если наименьшая и наибольшая крупность его зерен близки и представляют собой размеры отверстий смежных сит стандартного набора: 5... 10, 10... 20, 20... 40 мм и т. д. Заполнитель крупностью, например, 5 ... 20 мм представляет собой смесь двух фракций.
Стандартами допускаются и в некоторых случаях эффективно применяются более узкие фракции заполнителей, например 10 ... 15 или 15 ... 20 мм.
Пустотность заполнителя при смешении различных его фракций, как правило, уменьшается, так как относительно мелкие зерна могут разместиться в промежутках между более крупными и, таким образом, более компактно заполнить объем. Поэтому очень большое значение для смесей заполнителей имеет их зерновой состав.
В упомянутой работе Б. Николаева впервые было показано преимущество заполнителя прерывистого зернового состава и обоснованы рекомендации по подбору оптимальных смесей заполнителя с минимальной пустотностью.
Представим объем, заполненный одинаковыми шарами. При наиболее плотной укладке шаров пустотность составит около 26 %. Уменьшить пустотность можно, разместив между имеющимися шарами в середине воображаемых тетраэдров — шары меньших размеров. Если эти добавочные шары будут хоть не-i много крупнее, чем требуется, то они не уместятся между более i крупными шарами основной системы и раздвинут их. В результате пустотность всей системы может увеличиться.
Подобрав несколько требуемых размеров, можно последовательным заполнением промежутков между более крупными шарами значительно уменьшить пустотность. Число шаров каждой крупности должно быть строго определенным, поскольку избыток какой-либо фракции может привести к раздвижке системы и увеличению пустотности так же, как описано выше для случая увеличения крупности.
Однако такая теоретически возможная картина практически может быть воссоздана лишь при постепенной упорядоченной укладке зерен. Если же все зерна перемешать и засыпать в сосуд определенной вместимости (как это практикуется в технологии бетона), ожидаемая плотность укладки не будет достигнута. Добавочные у шары, которые могли бы уместиться между крупными шарами основной системы, не смогут попасть на свои места.
Если плотно уложить шары основной системы, то пройти сквозь эту систему и заполнить ее пустоты могут, как рассчитал Б. Николаев, только шары, диаметр которых менее 0,154 диаметра шаров основной системы. Иными словами, наиболее плотная смесь двух фракций заполнителя достигается в том случае, если размер зерен одной из них примерно в 6,5 раза меньше размера зерен другой. Наличие зерен промежуточных размеров нежелательно.
Заполнители с прерывистым зерновым составом находят ограниченное применение, однако область их использования в технологии бетона расширяется.