Зернистые заполнители для обычного бетона, спецификация цемента, техника приготовления бетона

Зернистые заполнители для обычного бетона производятся из природных, изготовленных промышленным способом или восстановленных материалов, а также из зерновой смеси этих материалов. После сушки плотность зернистых заполнителей составляет более 2000 кг/м³ и они используются преимущественно для изготовления бетона в соответствии со стандартами DIN EN 206-1 и DIN 1045-2, для производства сборных бетонных элементов, а также для создания связывающих слоев в дорожном строительстве. Легкие бетонные заполнители с плотностью ниже 2000 кг/м³ в данной спецификации не рассматриваются.

С июня 2004 для зернистых заполнителей окончательно начинают действовать Европейские нормы, имеющие силу наряду с национальными стандартами. По сравнению с действующим до сих пор стандартом DIN 4226, в новых стандартах содержатся незначительные изменения (например, содержание мелких частиц, соответствие).

Нормативные положения

С 01.06.2004 свойства зернистого заполнителя для обычного бетона регулируются стандартом DIN EN 12620 (Заполнители для бетона) и национальной нормой по применению DIN V 20000-103 (Применение строительной продукции в сооружениях. Часть 103. Заполнители для бетона в соответствии с DIN EN 12620). Для восстановленных зернистых заполнителей дополнительно действует стандарт DIN 4226-100 (Заполнители для бетона и строительных растворов. Часть 100. Повторно используемые заполнители).

К тому же, при использовании в дорожном строительстве следует обратить внимание на стандарт DIN EN 13242 (Заполнители для несвязанных и гидравлически связанных материалов, применяемых в гражданском и дорожном строительстве) и (Технические условия поставки зернистых заполнителей в дорожном строительстве - проект 2004).

Таблица 1: Обозначение зернистых заполнителей

*) преимущественно ≤ 0,063 мм

Для проверки гранулометрического состава необходим один набор сит, который может иметь и другие сита. Полный набор состоит из следующих сит: 0; 0,063; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11,2; 16; 22,4; 31,5; 45; 63 (размер ячеек сита указан в мм).
К наиболее часто используемым фракциям зернового состава/поставляемым фракциям относятся следующие: 0/2; 0/4; 2/8; 5,6/11,2; 8/16; 11,2/22,4; 8/31,5 и 16/31,5.
В стандартных требованиях маркировка зернистых заполнителей должна содержать следующую информацию:

- месторождение и производитель (для фракций, поставляемых через склады, должны быть указаны склад и месторождение),
- вид зернистого заполнителя (в соответствии с DIN EN 932-3) и легкие зернистые заполнители, не рассматриваемые в данной спецификации, регулируются стандартом DIN EN 13055-1 и национальной нормой по применению DIN V 20000-104.
- фракции зернового состава.
Если требования отличаются от стандартных требований, то в маркировке зернистого заполнителя должны содержаться также дополнительные требования.

2 Обозначение

Согласно таблице 1 различают следующие виды зернистых заполнителей: заполнители (каменная мука), мелкозернистые заполнители (песок), крупнозернистые заполнители и зернистые смеси (смеси крупно- и мелкозернистых заполнителей). Ранее используемые понятия, такие как песок/дробленый песок, гравий/щебень и крупный гравий/галька больше не используются в нормах или используются только частично, но еще распространены в немецком языке, так как они позволяют различать круглый и дробленый камень.
Зернистые заполнители разделяются по фракциям зернового состава (поставляемая фракция). Фракции зернового состава определятся указанием двух крайних сит (d/D) (d = размер ячеек нижнего сита; D = размер ячеек верхнего сита). Соотношение D:d фракций зернового состава не должно быть меньше 1,4. Крайние сита выбирают в целом из следующего ряда (основной набор сит и дополнительный набор сит 1): 0; 1; 2; 4; 5,6(5); 8; 11,2(11); 16; 22,4(22); 31,5(32); 45; 63 (размер ячеек сита указан в мм).

Пример 1: Маркировка гравия из речных отложений реки Унструт фракции зернового состава 8/16, удовлетворяющего стандартным требованиям

^а) указывать только в том случае, если поставка осуществляется через склад.
Пример 2: Маркировка щебня фракции зернового состава 16/2, отличающегося от стандартного требования

^a) указывать только в том случае, если поставка осуществляется через склад.
^b) маркировку смотри в таблицах 2, 3, 5 и 8

3 Требования

Зернистые заполнители должны добываться и обрабатываться таким образом, чтобы сохранять постоянные свойства. Уровень свойств зернистых заполнителей, отображаемый как диапазон значений или как предельное значение, описывается с помощью соответствующей категории.
3.1 Геометрические требования Г ранулометрический состав
Гранулометрический состав фракций зерна определяется нормой DIN EN 12620, таблицы 2-7.
Гранулометрический состав крупных зернистых заполнителей определяется в целом таким образом, что содержание фракций повышенной крупности составляет не менее 1 %, но не более 20 % от массы, и содержание фракций пониженной крупности составляет не более 20 % от массы. Следующие по размеру крупные зернистые заполнители должны к тому же выполнять дополнительные требования, предъявляемые к подрешетному продукту среднего сита.
Для мелкозернистых заполнителей производитель должен указывать кривую гранулометрического состава, где мелкий зернистый заполнитель будет представлен в середине, и придерживаться этих «типичных гранулометрических составов» с заданными предельными отклонениями.
Комбинированные природные зернистые заполнители 0/8 должны соответствовать тем же требованиям (кривая гранулометрического состава, фракции повышенной крупности), что и мелкозернистые заполнители. Минимальное содержание фракций повышенной крупности в зернистых смесях с d = 0 и D < 45 мм должно составлять 1 % от массы, а максимальное содержание этих фракций может составлять 15 % от массы. Одновременно они должны выполнять требования к подрешетному продукту двух промежуточных сит (два сита, расположенные между верхним и нижним ситом).

Таблица 2: Категории максимальных значений коэффициента пластинчатости и формы зерна

^lj SI - коэффициент формы 2) FI - коэффициент пластинчатости
³⁾ NR - требования отсутствуют

Форма зерна
Зерна должны иметь как можно более плотную форму.
Форма зерен определяется либо с помощью коэффициента пластинчатости Fl, либо с помощью коэффициента формы зерна Sl.
Коэффициент пластинчатости является контрольной величиной.
Зернистые заполнители должны содержать не более 50 % от массы (показатель плоскости) или 55 % от массы (показатель формы зерна) пластинчатых и сланцеватых фракций.

Мелкие фракции
Мелкими фракциями называются фракции зернистого заполнителя, проходящие через сито с ячейками размером 0,063 мм.
В целом они являются безвредными, если их массовая доля в мелкозернистом заполнителе не превышает 3 %. Если мелкие фракции имеют больший размер, то их безвредность в зернистом заполнителе определяется путем испытаний на определение показателя эквивалента песка (SE) или испытания с применением метиленового синего (MB). Если до сих пор использование зернистого заполнителя не вызывало затруднений, то подтверждение безвредности мелких фракций не требуется. В таблице 3 представлены фракции мелких частиц в зернистом заполнителе в соответствии с указанными категориями f.

Таблица 3: Категории для определения максимального содержания мелких

Пылевидные наполнители (каменная мука)
В соответствии с DIN EN 12620 пылевидным наполнителем является каменная мука, произведенная из зернистых заполнителей. В обычном бетоне пылевидные наполнители используются в качестве тонкомолотых добавок. Они должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 4.

Таблица 4: Требования к гранулометрическому составу пылевидных наполнителей (каменная мука)

^а) Величина указываемого диапазона гранулометрического состава на основании последних 20-ти значений. 90 % полученных данных должны находиться в этом диапазоне;
но все результаты должны находиться в абсолютном диапазоне гранулометрического состава.

3.2 Физические требования
В зависимости от использования бетонных конструкций, а также от вида и производства зернистых заполнителей могут быть определены физические требования. Так как в
Германии для использования зернистых заполнителей в бетоне, за исключением дорожного бетона и специальных видов бетона, не принято предъявлять требования к
сопротивлению заполнителей дроблению, устойчивости к истиранию, полированию и износу, то эти требования не зафиксированы в стандартных требованиях к зернистым
заполнителям.

Прочность зерна
Прочность зернистого заполнителя должна позволять производить бетоны общепринятых классов прочности. В целом, данное требование выполняется природными зернистыми заполнителями. Зернистые заполнители из ломанных скальных пород используются в том случае, если они удовлетворяют требованиям категории LA 50 или SZ 32 (см. таблицу 5). В случае сомнения зернистые заполнители должны подвергаться проверке.

Сопротивление дроблению
Сопротивление зернистых заполнителей дроблению имеет значение для высокопрочного бетона и видов бетона, подвергаемых ударной нагрузке. Этот параметр определяется по методу Los-Angeles LA (стандартный метод) или в соответствии с коэффициентом прочности при ударном дроблении SZ. Относительно сопротивления к дроблению различают следующие категории (см. таблицу 5):

Таблица 5: Устойчивость к раскалыванию

Для бетона, подвергаемого ударной нагрузке, например, в бетонных покрытиях или сваях, необходимо использовать зернистый заполнитель категории LA15 или SZ18

Устойчивость к полированию
Крупные зернистые заполнители, используемые в бетонных покрытиях для дорожного полотна, должны иметь достаточный коэффициент устойчивости к шлифованию. Коэффициент полирования выражается с помощью категории PSV .
Зернистые заполнители, применяемые для создания бетонных покрытий строительного класса SV, должны иметь категорию PSV50 (см. таблицу 6).

Таблица 6: Категории минимальных коэффициентов устойчивости к полированию

Сопротивление износу
Для крупнозернистых заполнителей, используемых для дорожного покрытия, необходимо определение сопротивления поверхностному износу. Износ зернистых заполнителей приведен в таблице 7 в качестве категории AAV.

Таблица 7: Категории максимальных коэффициентов сопротивления против истирания

Устойчивость крупнозернистого заполнителя к истиранию
Устойчивость к истиранию крупнозернистого заполнителя (коэффициент микро-Деваля M DE) определяется в соответствии с DIN EN 1097-1. Категории должны определяться согласно виду использования (см. таблицу 8).

Таблица 8: Категории максимальных коэффициентов устойчивости к истиранию

Морозостойкость и устойчивость к воздействию размораживающих солей
Морозостойкость зернистых заполнителей и их устойчивость к воздействию размораживающих солей определяются с помощью индикативного и физического метода. Индикативные испытания включают в себя петрографический анализ, а также определение содержания хрупкого или сильно всасывающего гранулометрического состава и водопоглощения. Максимальный показатель водопоглощения зернистого заполнителя с высоким коэффициентом морозостойкости составляет 1 % от массы.
В целом, морозостойкость и устойчивость к воздействию размораживающих солей оценивается с помощью физических методов испытаний.
В отношении морозостойкости зернистые заполнители относятся к категориям F, определяющихся из потери веса насыщенных водой образцов после 10 циклов попеременного замораживания и оттаивания (таблица 9).
Устойчивость зернистых заполнителей к воздействию размораживающих солей определяется путем испытания с

Таблица 9: Категории максимальных коэффициентов морозостойкости

использованием сульфата магния (DIN EN 1367-2), испытания путем насыщения, замерзания и оттаивания в 1%- м растворе хлорида натрия (ссылается на DIN EN 1367-1) или испытанием жесткого бетона (DIN V 18004).

Для испытания с использованием сульфата магния (потеря веса после насыщения раствором сульфата магния и кристаллизация при высушивании) в отношении классификации зернистых заполнителей действуют категории MS согласно таблице 10.

Таблица 10: Категории устойчивости, определенные с использованием сульфата магния

Если для определения устойчивости к воздействию размораживающих солей применяется испытание с использованием 1 %-го раствора хлорида натрия, то, как правило, зернистые заполнители имеют достаточный коэффициент сопротивления, если потеря веса не превышает 8 %.
Зернистые заполнители могут приравниваться к категориям MS₁₈ - MS₃₅.
Если же зернистые заполнители подвергаются испытанию в соответствии с DIN V 18004, то они имеют достаточный коэффициент сопротивления в том случае, если полученная потеря веса будет ниже 500 г/м².
Несмотря на морозостойкость заполнителя, возможно замерзание отдельных зерен в открытом верхнем слое.

Равномерность изменения объема - усадка в результате высыхания
Отдельные зернистые заполнители могут привести к возникновению в бетоне разрушающих усадочных трещин. Для того чтобы исключить усадку такого заполнителя в бетоне в результате высыхания, коэффициент усадки, определяемый при испытании в соответствии с DIN EN 1367-4, не должен превышать 0,07%.

Усадка при высыхании отдельных заполнителей не приводит к повреждению,

- если строительные элементы не могут высыхать,
- в массивном бетоне с верхним слоем из пористого бетона и п
- в симметрически армированных строительных элементах, не подверженных усадке.
В Германии не используются заполнители с усадкой при высыхании, приводящей к повреждениям бетона.

Взаимодействие между щёлочами и кремнезёмом
Заполнители, содержащие опасные щелочерастворимые кремневые кислоты, оцениваются в соответствии с директивой Немецкого комитета по железобетону «Профилактические меры против разрушительных щелочных реакций в бетоне».

3.3 Химические требования
Химические свойства зернистых заполнителей, определяемые в силу необходимости, зависят от использования и происхождения заполнителей. Как правило, они определяются по требованию и используются в качестве измеряемых величин или в качестве категории.

Хлориды
При необходимости содержание растворимых в воде хлоридов определяется в соответствии с DIN EN 1744-1. Если известно, что содержание водорастворимых ионов хлорида в заполнителе равно 0,01 % от массы или ниже этого показателя (например, в заполнителях, добытых в внутриматериковых месторождениях), то данный коэффициент может использоваться для вычисления содержания хлорида в бетоне.

Серосодержащие компоненты
При необходимости содержание в заполнителях и пылевидных наполнителях растворимого в воде сульфата также определяется в соответствии с DIN EN 1744-1. Содержание сульфата в заполнителях может быть классифицировано в соответствии с категориями AS, указанными в таблице 11.

Таблица 11: Категории максимальных значений содержания сульфата (выраженного SO3), растворимого в кислоте

Общее содержание серы в доменном кусковом шлаке не должно превышать 2 % от массы, а для остальных заполнителей это значение не должно быть выше 1 % от массы.
Если известно, что зернистые заполнители содержат нестабильный сульфид железа, то необходимо принимать специальные меры. В таком случае общее содержание серы не должно превышать 0,1 % от массы.

Компоненты, изменяющие схватывание и затвердевание бетона
Органические и другие вещества (например, сахар или сахароподобные вещества) могут неблагоприятно сказаться на способности бетона к схватыванию и твердению. Содержание этого вещества должно быть таким, что
п время схватывания образца для испытаний будет увеличено не более чем на 120 минут и
п сопротивление образца для испытаний сжатию через 28 дней уменьшится не более чем на 20 %.
Если в состав бетона входят органические вещества, то при проведении испытания в соответствии с DIN EN 1744-1 цвет отстоявшейся воды должен быть не темнее обычного цвета.

Равномерность измерения объема доменного кускового шлака
В заполнителях из доменного кускового шлака не должно наблюдаться разложение дисиликата кальция и железа.

Компоненты, влияющие на качество поверхности бетона
Некоторые компоненты заполнителей (например, реактивные сульфиды железа, легкие органические компоненты) могут вызывать на поверхности бетона образование пятен, изменение цвета, набухания и подрывы, если такие компоненты находятся вблизи от поверхностного слоя. Необходимо избегать наличия таких веществ в заполнителях или контролировать их содержание. Как правило, содержание легких органических компонентов в заполнителях не может превышать
п 0,5 % от массы в мелкозернистых заполнителях и п 0/8 в крупнозернистых заполнителях, комбинированных природных заполнителях и 0,1 % от массы в зернистых смесях.

Таблица 12: Стандартные требования к зернистым заполнителям для обычного бетона с соответствии с DIN V 20000-103

В таблице 12 представлены действующие в Германии стандартные требования для зернистых заполнителей.

4 Свидетельство о соответствии

Зернистые заполнители для обычного бетона должны иметь знак CE. Для этого производитель должен использовать «Процедуру получения свидетельства о соответствии». Элементы процедуры получения свидетельства о соответствии по системе 2+ для зернистых заполнителей в Г ермании представлены в таблице 13.
Отбор проб и проверка материала относятся исключительно к сфере полномочий производителя. Как правило, производители зернистых заполнителей не имеют возможности проверять все свойства и поэтому должны пользоваться услугами внешних испытательных лабораторий. Компетентность этих испытательных лабораторий проверяется органами контроля и сертификации. То же самое касается надлежащего отбора проб.
Свидетельство о соответствии может быть выдано как для отдельного продукта, так и для всех поставляемых с завода заполнителей и по требованию предоставлено производителем. Знак CE зернистых заполнителей наносится на ярлыки, упаковку в сопроводительную документацию (например, ТТН). В таблице 14 представлен образец ТТН для крупнозернистого заполнителя для бетона.

Таблица 13: Элементы получения свидетельства о соответствии по системе 2+

5 Свойства и принцип действия
В обычном бетоне зернистые заполнители выполняют функцию опорного каркаса, объем пустот в котором уменьшен до минимума и заполнен цементным клеем. Данная функция предъявляет требования к максимальному размеру зерен, кривой гранулометрического состава, мелкодисперсным фракциям и используемому количеству воды.

Максимальный размер зерен
Максимальный размер зерен необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить безупречную подачу бетона и его укладку. Номинальный размер зерен не должен превышать 1/3 (а лучше 1/5) от минимального размера строительного элемента. При более узком армировании большая часть смеси должна быть меньше расстояния между армирующими элементами или расстояния между элементами дощатой опалубки.

Гранулометрический состав
Для уменьшения объема пор (пор отбитого ископаемого) заполнителя отдельные фракции зернового состава комбинируются в зерновые смеси. Состав зерновых смесей определяется кривой гранулометрического состава. На рисунке 1 показана кривая гранулометрического состава зернистой смеси с максимальным размером зерна 16 мм.
Для наглядного отображения был выбран логарифмический масштаб для размера зерен. Благодаря этому на рисунке между отдельными ячейками сита образовались одинаковые расстояния.
Кривая гранулометрического состава дает представление о массовой доле общей смеси для каждой ячейки, проходящей через соответствующее сито.
Если необходимо создать заданную кривую гранулометрического состава из отдельных фракций, в данном случае, например, кривую гранулометрического состава B 32 (рисунок 2), необходимы следующие фракции общего количества, если имеются фракции зернового состава 0/4; 4/8; 8/32.
0/4: 47 %; 4/8: 62 - 47 = 15 %; 8/32: 100 - 62 = 38 %

Если необходимо установить гранулометрический состав, то есть определить кривую имеющейся зерновой смеси, то смесь после просушивая необходимо разделить в полном комплекте сит на отдельные фракции. Если в зерновой смеси отсутствует одна или несколько фракций между самыми мелкими и самыми крупными фракциями, то данную смесь обозначают как «прерывистый гранулометрический состав». Кривая гранулометрического состава будет прерывистой. В зоне недостающих фракций повышенной или пониженной крупности зерна она будет идти горизонтально. При максимальном размере зерна 32 мм могут отсутствовать, например, фракции между 2 мм и 16 мм. Гранулометрический состав с пропуском некоторых фракций может быть полезным, так как для удобоукладываемости бетона будет требоваться меньшее количество цементного клея. При этом необходимо обеспечить защиту от расслаивания.
На рисунках 1 и 2 представлены кривые гранулометрического состав зерновых смесей с максимальным размером зерна 16 и 32 мм. Кроме этого, в DIN 1045-2 установлен гранулометрический состав смесей с максимальным размером зерна 8 и 63 мм.

Независимо от максимального размера зерна зерновой смеси нижняя кривая гранулометрического состава обозначена буквой A, средняя - буквой B и верхняя - буквой C. Соответствующий максимальный размер зерна приведен в качестве коэффициента. Обозначение A 32 означает зерновой состав с максимальным размером зерна 32 мм в соответствии с кривой А. Кривые A и B разграничивают благоприятную зону (3), B и C - пригодную для использования (4). Неблагоприятными считаются зерновые смеси, кривая гранулометрического состава которых расположена ниже кривой A или выше кривой C, зоны (1) и (5). Линия U не должна быть ниже кривых прерывистого гранулометрического состава зерновых смесей.

Рисунок 1. Кривая гранулометрического состава в соответствии с DIN 1045-2 для заполнителей с максимальным размером зерна 16 мм

Водопотребление
Под водопотреблением зерновой смеси понимают количество воды, необходимое для производства 1 м3 бетонной смеси заданной консистенции. Количество воды складывается из добавленной воды и поверхностной влаги, впитанной зерновой смесью. Вода, содержащаяся в порах зерновой смеси или впитанная ею, не влияет на удобоукладываемость бетона и не учитывается при расчете водопотребления. В таблице 15 представлены ориентировочные значения для расчета потребления воды в зависимости от гранулометрического состава и консистенции бетонной смеси. В зависимости от места происхождения зерновой смеси эти ориентировочные значения могут отклоняться от действительно необходимого количества воды до 10 л/м3.
При использовании дробленого зернового заполнителя и высоком содержании мелкодисперсной взвеси расход воды увеличивается.
Для того чтобы рассчитать необходимое количество воды для производства бетона из любой зерновой смеси можно использовать модуль крупности зерен k (таблица 15). При этом модуль крупности зерен k является суммой остатка, указанного в % от объема в ситах размером 0,25 мм, 0,5 мм, 1 мм, 2 мм, 4 мм, 8 мм, 16 мм, 31,5 мм и 63 мм, поделенной на 100 % объема, например, модуль крупности зерен k для A 32 согласно рисунку
2 высчитывается следующим образом: k = (98 + 95 + 92 + 86 + 77 + 62 + 38) : 100 = 5,48

Таблица 15: Ориентировочные значения для расхода воды в кг на м³ свежеприготовленной бетонной смеси

Мелкодисперсная взвесь
К мелкодисперсной взвеси относятся все вещества в бетоне с размером зерна ниже
0,125 мм. Поэтому содержание мелкодисперсной взвеси складывается из цемента и содержащихся в зерновой смеси зерен размером до 0,125 мм, а также из добавок к бетону. В таблице 16 представлены допустимые максимальные значения для бетона классов выдержки XF и XM, а также класса прочности ≤ C 50/60.

Таблица 16: Максимально допустимое содержание мелкодисперсной взвеси в бетонной смеси с максимальным размером зерна от 16 мм до 63 мм, для классов прочности C 50/60 und LC 50/55 включительно и классов выдержки XF и XM

Для бетонных смесей с классом прочности ≥ C 55/67 в независимости от класса выдержки действуют ограничения по содержанию мелкодисперсной смеси, представленные в таблице 17.

Таблица 17: Максимально допустимое содержание мелкодисперсной взвеси бетонной смеси с максимальным размером зерна от 16 мм до 63 мм для классов прочности от C 55/67 и LC 55/60 и для всех.