Гранулометрический состав заполнителей и его влияние на расход цемента и свойства бетона

Песок и щебень занимают значительную часть объема тяжелого бетона. На поведение свежей смеси влияет не только качество сырья, но и распределение зерен по крупности. При изменении гранулометрического состава заполнителей меняются плотность укладки, объем межзерновых пустот и площадь поверхности, которую должно покрыть цементное тесто.

В статье разберем, как распределение фракций связано с расходом цемента и воды, удобоукладываемостью и показателями затвердевшего бетона, а также почему на производстве важно отслеживать параметры новых партий сырья.

Что показывает гранулометрический состав заполнителей

Гранулометрия показывает, какая доля материала приходится на разные диапазоны крупности. Для определения показателя пробу рассеивают на ситах и рассчитывают частные и полные остатки.

Для песка дополнительно определяют модуль крупности. Это обобщенный показатель, поэтому близкие значения модуля еще не означают одинакового распределения зерен. По этой причине зерновой состав песка оценивают вместе с результатами ситового анализа.

Щебень для бетона обычно разделяют по размеру зерен на фракции, например 5–10, 10–20 или 20–40 мм. В бетонной смеси может использоваться одна фракция или несколько фракций в заданной пропорции. По ГОСТ 26633-2015 крупный заполнитель следует применять в виде раздельно дозируемых фракций. Допускается использование смеси двух смежных фракций, соответствующей установленным требованиям.

Почему размеры зерен влияют на расход цемента

Между крупными зернами остаются промежутки, часть которых занимают более мелкие. При удачном сочетании фракций объем таких пустот уменьшается, а зерна заполнителя располагаются плотнее.

Межзерновое пространство заполняет цементное тесто. При прочих равных рост пустотности увеличивает необходимый его объем для сохранения заданной связности и удобоукладываемости. Поэтому гранулометрический состав заполнителей учитывают при назначении расхода песка, щебня, воды и цемента.

Избыток мелких зерен тоже может быть нежелателен. С уменьшением их размера увеличивается удельная поверхность зерен, которую необходимо смочить и покрыть цементным тестом. Водопотребность при этом способна увеличиться. Рациональное распределение фракций определяют для конкретного сырья и заданных показателей бетона.

Как гранулометрия отражается на свойствах бетона

Изменение пропорций между фракциями прежде всего отражается на свежей смеси. Если гранулометрический состав заполнителей меняется от партии к партии, ранее подобранные дозировки могут давать иной результат.

На производстве это может проявляться следующим образом:

• Меняется водопотребность для получения заданной подвижности или жесткости.
• Требуется иной объем цементного теста для заполнения межзернового пространства.
• Меняется связность и способность сохранять однородность при транспортировании и укладке.
• Неблагоприятное распределение крупных и мелких зерен повышает склонность к расслоению.

После твердения результат зависит от того, насколько плотно расположены зерна заполнителя, каким было фактическое водоцементное отношение и насколько качественно уплотнили смесь. Поэтому распределение зерен песка и щебня опосредованно связано с прочностью, пористостью, усадкой, водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Универсального прироста прочности или фиксированной экономии цемента изменение гранулометрии не дает. Результат зависит также от цемента, воды, добавок, уплотнения и условий твердения.

Как проводят входной контроль сырья

Документы поставщика дают исходные сведения о партии, но фактические показатели при необходимости подтверждают испытаниями. Это особенно важно при заметных изменениях сырья между поставками.

Зерновой состав песка определяют рассевом на установленных ситах. По результатам рассчитывают остатки и модуль крупности. По ГОСТ 8736-2025 изготовитель при приемочном контроле определяет зерновой состав песка. При входном контроле на бетонном производстве объем проверок устанавливают с учетом принятой системы контроля качества и требований к сырью.

Для щебня применяют тот же принцип. Пробу рассеивают на стандартном наборе сит и определяют содержание отдельных фракций. Зерновой состав щебня контролируют по методике ГОСТ 8269.0-2025.

ГОСТ 27006-2019 предусматривает назначение и корректирование рабочего состава с учетом фактических характеристик применяемых материалов. Рабочие дозировки рассчитывают по скорректированному составу.

Что делать при изменении сырья

Смена карьера, поставщика или партии может изменить крупность, влажность и другие параметры исходных компонентов. Поэтому гранулометрический состав заполнителей рассматривают вместе с другими данными входного контроля.

При заметных отклонениях проверяют:

• Результаты ситового анализа новой партии и сравнивают их с исходными данными подбора.
• Влажность песка и щебня, поскольку она влияет на рабочую дозировку воды.
• Отклонения зернового состава от установленных требований.
• Подвижность, жесткость и другие нормируемые показатели после корректировки дозировок.
• Результаты контрольного замеса до перехода на новые параметры в серийном производстве.

Самопроизвольное увеличение количества воды или цемента не устраняет исходную причину. Если изменился зерновой состав песка или параметры щебня, необходимую корректировку определяет технолог.

Почему точность дозирования важна на производстве

Заданную пропорцию фракций необходимо повторять в каждом замесе. Если зерновой состав щебня формируется из нескольких раздельно хранящихся фракций, ошибка дозирования одной из них меняет их фактическое соотношение.

Дозаторы отмеряют компоненты по заданию технолога, а автоматизированная система обеспечивает установленную последовательность операций. При раздельной подаче фракций точность оборудования помогает воспроизводить рассчитанные пропорции.

Отдельно контролируют влажность песка и щебня. Вода, поступающая вместе с ними, входит в общий водный баланс. ГОСТ 27006-2019 предусматривает корректирование рабочего состава с учетом фактической влажности сырья.

ООО НПП «Тензоприбор» производит весодозирующее и смесительное оборудование, а также системы автоматизации бетонных производств. Точное выполнение задания помогает сохранять рассчитанное соотношение компонентов от замеса к замесу.

Заключение

Распределение зерен по крупности определяет плотность их укладки и объем межзерновых пустот. Через эти параметры гранулометрический состав заполнителей связан с водопотребностью, необходимым количеством цементного теста и поведением свежей смеси.

Для стабильного производства важно учитывать фактический зерновой состав песка и параметры щебня при подборе и корректировании рецептуры. Входной контроль и точное дозирование помогают воспроизводить разработанные технологом значения без необоснованного увеличения расхода цемента.