Сказанное о влиянии зернового состава заполнителей на качество смесей и бетона вызывает необходимость фракционирования крупного заполнителя, что отражено в технических и общих требованиях ГОСТа на заполнители для любых видов бетона. Крупный заполнитель (природный гравий, щебень из гравия, булыг, монолитных и обломочных разностей горных и технических пород) разделяется на такие фракции, которые позволяют составлять требуемую смесь для изготовления любой конструкции (сооружения), используя все преимущества научно обоснованного подбора зернового состава.
Столь резкое различие в пластичности-жесткости смесей связано не только с уменьшением поверхности смачивания зерен (следовательно, уменьшением количества воды в цементном тесте), но и с возможностью погружения частиц большей массы в раствор с такой вязкостью, которая препятствует передвижению в нем менее крупных зерен.
Роль фракционирования крупного заполнителя- (выбора оптимального зернового состава) целесообразно проверить экспериментами по приготовлению бетонных смесей заданной пластичности-жесткости, расходу цемента и хотя бы по показателю прочности. Это возможно осуществить следующим методическим приемом. Назначают объем опытного замеса и приготовляют его в два приема. Сначала готовят сухую смесь заполнителей проектного состава и засыпают в мерный сосуд для точного дозирования. Для каждого замеса приготавливают цементное тесто (цементная концентрированная суспензия), в котором известны содержание цемента и воды, назначаемые в соответствии с подобранным составом бетона. Для опытов, результаты которых изложены ниже, проанализирован состав бетона эталона, содержащий в 1 м3 цемента 300 кг, воды 175 кг, песка 567 кг, гравия 1300 кг. Пластичность-жесткость проверяемых составов смеси должна составлять 3—5 см.
Как видно из приведенных фракционных составов, независимо от максимальной крупности зерен гравия в каждой верхней группе составов 1, 3, 5, 7 содержится 50% фракций зернами наименьшего размера, а в нижней группе составы 2, 4, 6, 8 с 50% фракций зерен наибольшего размера. Из этого эксперимента можно сделать ряд обобщений, подтверждающих важность фракционирования заполнителей:
1. Существует зависимость между зерновым составом заполнителей, расходом цемента и пластичностью-жесткостью бетонной
(растворной) смеси; чем крупнее зерна и больше содержится их, тем с меньшим количеством суспензии цементного теста можно получить бетонную смесь заданной пластичности-жесткости.
2. Для некоторых соотношений зерен при прочих равных условиях (в том числе для смесей с относительно высоким содержанием зерен наибольшей крупности) расход цемента будет разным; например, для прерывистых составов он ниже, чем для непрерывных. Каждый из перечисленных факторов (наибольшая крупность зерен, их количество в смеси, прерывистость или непрерывистость состава) по-разному влияет на расход цемента в бетоне при неизменном количестве песка и крупного заполнителя; из них наибольшее влияние оказывает количество крупных фракций (на непрерывном и прерывистом зерновых составах).
3. В этих опытах влияние крупности зернового состава сказалось лишь до крупности зерен в 160 мм.
Следует учитывать, что эти выводы в части количественного значения носят различный характер. Так, наименьшие расходы цемента по сравнению с эталоном получены для всех составов, в которых имеется до 50% зерен наибольших размеров. Указанное различие в содержании цемента доходит до 22%.
Фракционирование природных минеральных заполнителей всегда необходимо при разделении их на мелкий и крупный заполнитель. В этом случае мы добиваемся проектного соотношения песка я гравия в бетонной смеси и в значительной мере приближаемся к запроектированному составу. Однако дальнейшее фракционирование заполнителей приносит технический эффект только в случае введения необходимых фракций, отсутствующих в месторождении. Иначе фракционирование не даст эффекта, даже если гравий промывать. Следовательно, выяснение вопроса об организации фракционирования и целесообразных путях его осуществления всегда надо начинать с анализа зернового состава гравия (песка), возможности получения недостающих фракций, с оценки целесообразности и реальности их получения путем дробления камня (булыг).
Приведенные результаты опытов не дают точных показателей по той причине, что форма зерен гравия (щебня) исключительно разнообразна. Математические выводы можно применять в этих опытах с должной их сходимостью только для зерен, имеющих форму шаров.