Прочность заполнителя

Ясно, что прочность бетона при сжатии не может превышать прочности его заполнителя 1. Однако определить непосредственно фактическую прочность заполнителя при сжатии представляется весьма трудным; необходимые данные обычно получают в результате косвенных определений: прочности при сжатии исходной горной породы на специально изготовленных образцах, показателя дробимости заполнителя в естественном насыпном состоянии и поведения заполнителя в бетоне. Поведение заполнителя в бетоне может быть оценено на основании сопоставления свойств бетона на этом заполнителе и на высококачественном заполнителе, ранее испытанном в бетоне. Если применение испытываемого заполнителя приводит к более низкой прочности бетона при сжатии, а при разрушении многие зерна заполнителя оказываются разрушенными, то в этом случае считают, что прочность заполнителя ниже номинальной прочности при сжатии бетона на этом заполнителе. Такой заполнитель может быть использован только в бетонах пониженной прочности.
Недостаточная прочность заполнителя является фактором, ограничивающим прочность бетона. Свойства заполнителя оказывают определенное влияние на прочность бетона даже тогда, когда заполнитель является достаточно прочным. При сравнении бетонов, приготовленных на различных заполнителях, можно отметить, что характер влияния заполнителя на прочность бетона различного состава одинаков при сжатии и растяжении. Возможно, что влияние заполнителя на прочность бетона обусловлено не только механической прочностью заполнителя, но также в значительной степени его способностью к водопоглощению и адгезионными свойствами.
В основном прочность и упругость заполнителя зависит от его состава, текстуры и структуры. Таким образом, низкая прочность бетона может явиться результатом или недостаточной прочности самих зерен заполнителя или, если зерна достаточно прочные, слабого сцепления заполнителя с цементным камнем. Хотя модуль упругости заполнителя определяют редко, он является довольно важной характеристикой. Модуль упругости бетона обычно тем выше, чем выше модуль упругости его заполнителя.
Величина модуля упругости заполнителя влияет также на ползучесть и усадку бетона.Среднее значение прочности при сжатии исходных горных пород, используемых для приготовления заполнителя, составляет около 2000 кгс/см2, хотя многие заполнители отличного качества получают из горных пород, прочность которых составляет до 800 кгс/см2.Следует отметить, что прочность заполнителя должна быть значительно выше марки бетона, так как фактические напряжения, возникающие в местах контакта отдельных зерен заполнителя в массе бетона, могут значительно превышать номинальные сжимающие напряжения в бетоне.В то же время применение заполнителей средних или низких марок с низкими значениями модуля упругости способствует повышению долговечности бетона. Если заполнитель обладает хорошей деформативной способностью, то объемные деформации бетона, происходящие в результате изменения температурно-влажностных условий, сопровождаются пониженными напряжениями в цементном камне.Таким образом, повышенная деформативность заполнителя уменьшает опасность разрушения бетона, в то время как использование прочного жесткого заполнителя могло бы привести к растрескиванию окружающего заполнитель цементного камня.Следует отметить, что между прочностью и модулем упругости различных заполнителей не существует четко выраженной зависимости. Например, некоторые граниты имеют модуль упругости 450XIО3 кгс/см2, а габбро и диабаз— 870ХЮ3 кгс/см2, в то время как прочность этих горных пород  изменяется   в   более  узких  пределах —от 1480 до 1760 кгс/см2. Встречаются породы, модуль упругости которых даже превышает 1600Х103 кгс/см2.Методика определения прочности при сжатии образцов, изготовленных из горной породы, приведена в BS 812: 1960. Для испытаний используют образцы в виде цилиндров диаметром и высотой 2,54 см, высушенные до постоянного веса; предел прочности при сжатии образца вычисляют с точностью до 7 кгс/см2. Подготовка образцов включает довольно трудоемкие операции: сверление, пиление и шлифовку. По существу, результаты указанных испытаний характеризуют больше качество исходной горной породы, чем качество заполнителя для бетона. Поэтому в настоящее время предпочитают проводить испытания непосредственно на пробе заполнителя. Испытания на специально изготовленных образцах являются полезными, особенно при использовании новых видов заполнителей.Прочность образцов определяют как в сухом, так и в насыщенном водой состоянии. Отношение прочности насыщенных водой образцов к прочности сухих образцов называют коэффициентом размягчения. Считают, что долговечность горных пород, характеризующихся низкими значениями коэффициента размягчения, будет довольно низкой. Определение дробимости заполнителя при сжатии (раздавливании) в цилиндре предусмотрено в BS 812: 1960. Между показателем дробимости и прочностью при сжатии материала математическая зависимость не установлена, однако качественно   результаты   этих   испытаний   коррелируют.Для испытаний заполнителя на дробимость берут пробу материала стандартной фракции 9,53—12,7 мм. При отсутствии пробы данной фракции может быть использован-заполнитель других фракций. Однако следует иметь в виду, что при испытаниях пробы заполнителя, который крупнее или мельче стандартной фракции, как правило, получают соответственно повышенный или пониженный показатель дробимости. Перед испытанием пробу заполнителя высушивают до постоянного веса в течение 4 ч при температуре 100—110° С, после чего определенную навеску насыпают в цилиндр и уплотняют по стандартной методике. Затем в цилиндр вставляют плунжер и цилиндр помещают на нижнюю плиту пресса. Давление пресса постепенно повышают в течение 10 мин до тех пор, пока сжимающая нагрузка на пробу заполнителя не достигнет 222 кгс/см2. После снятия нагрузки пробу промывают в зависимости от размера испытываемой фракции сквозь сито, размеры отверстий которого указаны в BS 812: 1960. Пробу стандартной испытываемой фракции 9,53—12,7 мм просеивают на британском контрольном сите № 7. Отношение веса материала, прошедшего через соответствующее контрольное сито, к испытываемой навеске заполнителя называют показателем дробимости заполнителя. BS 882: 1954 указывают максимально допустимые значения показателя дробимости, являющиеся средними арифметическими результатов двух параллельных испытаний: 30% для заполнителей, используемых в дорожном бетоне и бетонах, которые в процессе эксплуатации подвергаются истиранию, и 45% для заполнителей, применяемых во всех прочих бетонах. Указанные значения необходимо учитывать при выборе заполнителя, однако следует иметь в виду, что установление точного соотношения между показателем дробимо-сти и прочностью заполнителя непосредственно в бетоне или прочностью бетона практически невозможно.В США, где в больших количествах применяют искусственные пористые заполнители, предприняты попытки разработать методику испытаний на прочность пористых заполнителей, аналогичную описанной методике определения показателя дробимости. Определения фактической дробимости малопрочных заполнителей, т. е. заполнителей с показателем дробимости 25—30, встречают некоторые трудности. Это происходит потому, что раздробление слабых зерен происходит в основном до того, как давление на заполнитель достигнет требуемой стандартом величины 40 тс, при этом раздробленные малопрочные зерна уплотняются, что приводит к снижению интенсивности раздробления заполнителя на последних этапах приложения нагрузки. Новый метод испытаний, предусматривающий использование прежней аппаратуры, был включен в переработанное в 1960 г. издание BS 812. Для испытаний берут пробу заполнителя фракции 9,53—12,7 мм и определяют величину нагрузки, под воздействием которой 10% испытываемой навески переходит в раздробленное состояние. При этом, постепенно повышая давление пресса в течение 10 мин, сдавливают заполнитель до погружения плунжера в цилиндр примерно на 15,2 мм для гравия, 20,3 мм для щебня и 24,1 мм для пористых заполнителей (например, вспученного сланца или шлаковой пемзы). В результате раздробления заполнителя, вызванного погружением плунжера на заданную глубину, при просеивании через стандартное сито № 7 проходит 7,5—12,5% испытываемой навески.
Можно также определять сопротивление заполнителя удару. Эта характеристика определенным образом связана с показателем дробимости. Для определения сопротивления заполнителя удару берут пробу той же фракции, которую используют и при определении дробимости заполнителя при сжатии в цилиндре. Максимально допустимые значения процентного содержания раздробленных зерен, величина которых после испытаний оказалась меньше размера отверстий британского контрольного сита № 7, для обоих указанных испытаний одинаковы. Ударное воздействие создается с помощью стандартного бойка, падающего 15 раз под действием собственного веса на пробу, насыпанную в цилиндрическую ступку. Это приводит к дроблению пробы аналогично дроблению заполнителя в результате давления на него плунжера в испытаниях заполнителя по определению показателя дробимости. Методика указанных испытаний приведена в BS 812: 1960.