Помимо прочности к цементам предъявляются и другие требования, важными из которых являются нормальная густота и сроки схватывания.

Нормальной густотой называют то содержание воды (%), которое необходимо добавить к цементу, чтобы получить определенную консистенцию цементного теста, определяемую требованиями стандарта на специальном приборе. Нормальная густота увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок, обладающих большей водопотребностью, например трепела, опоки.

Сроки схватывания цемента, определяемые на специальном приборе по глубине проникания иглы в цементное тесто, характеризуют начало и конец процесса превращения материала в твердое тело. По стандарту требуется, чтобы начало схватывания при температуре 20ºС наступило не ранее чем через 45 мин, а конец – через 3-5 ч. Эти сроки обеспечивают производство бетонных работ, так как дают возможность транспортировать и укладывать бетонные смеси до их схватывания.

Портландцемент имеет тонкий помол: через сито № 008 должно проходить не менее 85% общей массы цемента. Средний размер частиц цемента составляет 15-20 мкм. Истинная плотность без добавки составляет 3,05-3,15 г/ см3.

Схватывание и твердение цемента – экзотермические процессы. Практически 1 кг цемента М400 выделит в бетоне за 7 суток с момента затворения цемента водой не менее 210 кДж.

2.4.1.2 Требования, предъявляемые к заполнителям

По крупности зерен заполнители подразделяются на мелкие – песок и крупные –щебень.

Песок – это смесь зерен размером от 0,14 до 5 мм; смесь зерен крупнее 5 и до 70 или 150 мм называется щебнем или гравием в зависимости от формы и характера поверхности зерен. Форма зерен гравия округлая и гладкая в отличие от угловатых и шероховатых зерен щебня.

По объемному насыпному весу различают заполнители легкие, тяжелые и особо тяжелые. Предельное значение объемного насыпного веса легких заполнителей установлено: для песка 1200, для щебня– 1000 кг/м3, тяжелые заполнители имеют объемный насыпной вес выше 1200 – пески и выше 1000 кг/м3 – щебень. Объемный вес особо тяжелых заполнителей, имеющих специальное назначение, превышает 2000 кг/м3.

По происхождению заполнители подразделяются на природные и искусственные. Природные заполнители получают из рыхлых залеганий или путем дробления массивных горных пород; первыми являются природный песок и гравий, вторым – дробленый песок и щебень. Природный щебень получают также дроблением гравия.

Искусственные заполнители – это отходы промышленности или специально приготовленные. Первые – металлургические и топливные шлаки, вторые – различные горные породы, подвергнутые обжигу.

В бетоне применяют крупный и мелкий заполнитель. Крупный заполнитель, зерна которого крупнее 5 мм, подразделяют на гравий и щебень. Мелким заполнителем в бетоне является естественный или искусственный песок.

Песок представляет собой рыхлую смесь мелких зерен, образовавшуюся в результате выветривания изверженных горных пород. Иногда песок получают дроблением горных пород.

Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают определенное влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом бетона. Кроме того, заполнители улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона – уменьшает деформации конструкций под нагрузкой, а также уменьшает ползучесть – необратимые деформации, возникающие в бетоне при длительном действии на него нагрузки. Заполнитель уменьшает усадку бетона, способствуя получению более долговечного материала.

Правильный выбор заполнителей для бетона, их разумное использование – одна из важных задач технологии бетона. К заполнителям для бетона предъявляются требования, учитывающие особенности их влияния на свойства бетона. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота заполнителя.

Зерновой состав показывает содержание в заполнителе зерен разной крупности. Он определяется просеиванием пробы заполнителей через стандартные сита с зерна различных размеров, и фракционированный, если зерна заполнителя разделены на отдельные фракции, включающие зерна близких между собой размеров. Заполнитель характеризуют наименьшей и наибольшей крупностью, под которыми понимают размеры наименьших или наиболее крупных зерен заполнителя.

На строительных объектах или бетонных заводах зерновой состав заполнителя подбирают, используя определенные песок и щебень и устанавливая такое соотношение между песком и отдельными фракциями щебня, чтобы кривая зернового состава по возможности приближалась к идеальной кривой, однако совсем необязательно, чтобы она точно ей соответствовала. Наибольшие отклонения вполне допустимы. Некоторое ухудшение зернового состава можно компенсировать определенными технологическими приемами, достигнув при этом заметного снижения стоимости бетона и транспортно-заготовительных расходов, поэтому в стандартах и технических условиях всегда указывается не один рекомендуемый зерновой состав, а допускаются определенные колебания в соотношениях отдельных фракций, при которых ещё не наблюдается значительного ухудшения свойств смеси заполнителей (таблица 2.5).

Таблица 2.5 – Зерновой состав песка

Для условного выражения зернового состава песка пользуются модулем крупности Мк, обозначающим сумму полных остатков (в %) на ситах стандартного набора, деленного на 100. Модуль крупности песка может колебаться от 2,1 до 3,25. Однако при соответствующем технико-экономическом и технологическом обосновании могут применяться и более мелкие дешевые местные пески. В зависимости от модуля крупности пески разделяют на крупные, средние, мелкие и очень мелкие.

Для щебня и гравия из плотных горных пород зерновой состав устанавливается в зависимости от размеров наименьших и наиболее крупных зерен, так как предельная крупность заполнителя может быть различной.

Оптимальный зерновой состав заполнителя в целом зависит не только от зернового состава песка и щебня, но и от правильного выбора соотношения между ними. Правильный выбор этого соотношения может быть сделан только с учетом состава бетона. в частности с учетом содержания цемента и воды.