Степень заполнения объема или пустотность рыхлых, а также уплотненных смесей песка, гравия и щебня зависят от формы их зерен, что легко показать на шарах с последовательно изменяющимся диаметром. В этом случае можно достичь укладки щебня или гравия до объема с 20% пустот. Надо отметить искусственность уплотнения рыхлых материалов до указанного объема по той причине, что достичь такую раскладку можно только при составлении смеси из шаров строго определенных диаметров и расположении каждого шара в строго определенном месте заполняемого объема. При ином соотношении диаметров и числа шаров пустотность резко возрастает из-за раздвижки больших шаров и может достигать 60—65%, чего не бывает, если смеси подбирать из зерен гравия и щебня, всегда различных по размеру и форме. Низкие показатели пустотности крупного заполнителя можно получить, смешивая гравий и щебень. В ряде стран существует классификация зерен крупного заполнителя по форме зерен.
Генезис гравия сказывается не только на форме, но и па виде его поверхности. У окатанных зерен достаточно гладкая, а в ряде случаев почти шлифованная поверхность, у зерен щебня поверхность различной шероховатости, что связано с генезисом горной породы (например, зерна могут быть гладкие или шероховатые, глянцевые или матовые, плотные или пористые и иных сочетаний). Генезис горной породы предопределяет качество зерен по твердости, плотности (пористости), крупности зерен для зернистых пород. Эти данные достаточно общие и дают чисто качественную оценку поверхности зерен без учета их влаго-поглощения и количественных характеристик по адгезии цементного камня с крупным заполнителем, в том числе связанных не только с прочностью, но и с показателями водонепроницаемости, ползучести, морозостойкости бетонов. Приведенные таблицы показывают несовершенство их построения в силу неправильной оценки качества бетона, которое нельзя оценивать изолированно от технических свойств бетона, только по отдельным свойствам.
Для выявления роли формы щебня в Центральной бетонной лаборатории строительства Куйбышевского гидроузла (1939—1940) были поставлены опыты на щебне из песчаника (с опаловым цементом в нем). Песчаник отличался хрупкостью и имел поверхность со стекловатой текстурой. Такая структура породы повлияла на образование около 40% зерен лещадной формы.
Средние значения показателей свойств песчаника следующие: предел прочности при сжатии образцов в воздушно-сухом состоянии 2000 кГ/см2 (10-1 МПа), объемная масса 2,28 г/см3, плотность 2,40 г/см3, пористость 5,3%, водопоглощение 1,56%, модуль упругости образцов в воздушно-сухом состоянии — 50 000 кГ/см2.
Для изготовления бетона был использован полиминеральный песок флювиогляциального генезиса с МK = 2,83 и 36,3% пустот, среднеалюминатный портландцемент М500. Влияние формы щебня определялось по нескольким характеристикам: объемной массе сухой смеси зерен при двух условиях укладки (в рыхлом состоянии и при уплотнении штыкованием); объему пустот при этих же условиях; количеству зерен разной формы в единице объема; пластичности смесей одинакового состава; времени распределения бетонной смеси в форме при ее уплотнении; прочности бетона и его объемной массе. За эталон был принят бетон на щебне без отбора от него каких-либо фракций состава: 300 кг цемента, 183 л воды, 643 кг песка, 1081 кг щебня; за эталонную пластичность принята осадка конуса 4—6 см. С эталонной смесью крупного заполнителя сравнивали две смеси, которые формовались путем ручного отбора от щебня (аналога эталонному составу) только зерен, близких к кубической форме, и лещадной формы (отношение длины к толщине было 3:1).
Эти опыты показали, что без уплотнения и с уплотнением из щебня кубической формы получены смеси с большей объемной массой, следовательно, с меньшим объемом пустот; при этом объем пустот составляет 32,7% для уплотненной смеси с зернами, близкими к кубической форме, и 37,6% для зерен лещадной формы. В одних и тех же объемах примерно на 50% больше щебня лещадной формы, что показывает на большую удельную поверхность такого щебня и на лучший контакт с цементным камнем, эффект от которого снижается из-за отслоения воды.
Форма щебня оказывает значительное влияние на пластичность-жесткость бетонной смеси, фиксируемую не только по осадке конуса (примерно 11,5 см против 4—6 см у эталонной смеси ,и ниже 1 см у смеси на щебне лещадной формы), но и по расслоению смеси на всех технологических переделах (при подаче смеси из бетоносмесителя в бункер, транспортировании, распределении в местах уплотнения и формования). Сказанное фиксируется и на эталоне смеси, уплотненной вибрированием, требующем большего времени. Предел прочности и объемная масса бетонов на щебне, близком к кубической форме, несколько выше, чем на щебне лещадной формы, и еще больше у бетонов из смесей одной и той же пластично сти-жесткости (из изопластичных смесей). Аналогично можно рассмотреть и различие других свойств бетона.
Любая другая однотипность зерен не является оптимальным решением для выбора их формы; различие в текстуре поверхности зерен крупного заполнителя существенно влияет на технические свойства бетона. Отметим, что поверхность зерен крупного заполнителя должна быть чистой. В случае загрязнения гравия (щебня) глинистыми, илистыми или другими примесями крупный заполнитель надо промывать.