Заполнители для бетона

Заполнители для бетона представляют собой зернистые минеральные материалы, занимающие в структуре бетонной смеси до 80 % объёма и выполняющие роль несущего каркаса. Их введение в состав бетона позволяет существенно сократить расход дорогостоящего вяжущего компонента, одновременно улучшая эксплуатационные характеристики готового материала.

В зависимости от зернового состава и происхождения заполнители классифицируются на крупные (фракции свыше 5 мм) и мелкие (фракции до 5 мм), каждый из которых оказывает комплексное влияние на реологические свойства смеси и механические параметры затвердевшего бетона. Правильный подбор данных компонентов является одной из фундаментальных задач технологии бетона, поскольку от их характеристик напрямую зависят долговечность конструкции, её экономическая эффективность и технологичность производства.

Классификация и функциональное назначение

Функциональное значение заполнителей в бетоне многогранно и выходит далеко за рамки простого заполнения объема. Жёсткий минеральный скелет, формируемый зёрнами, воспринимает часть механических нагрузок, тем самым повышая прочность на сжатие и модуль упругости композиционного материала. Кроме того, инертные частицы эффективно ограничивают деформации цементного камня при твердении, снижая общую усадку и замедляя развитие ползучести под длительным воздействием эксплуатационных напряжений. Без применения заполнителей монолит из чистого цементного теста обладал бы неприемлемо высокими температурно-влажностными деформациями, что приводило бы к быстрому образованию микротрещин ещё на ранних стадиях набора прочности.

По средней плотности зёрен материалы подразделяются на заполнители для тяжёлых, лёгких и особо тяжёлых бетонов. Для конструкционных марок традиционно применяются плотные природные или искусственные зёрна, тогда как для теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных систем используются пористые продукты обжига или вспучивания, такие как керамзит или аглопорит. В специальном строительстве, где требуется защита от ионизирующих излучений, применяются тяжёлые материалы вроде магнетитового щебня, барита, железорудного окатыша или окалины, а в условиях высокотемпературного воздействия находят применение огнестойкие аналоги, например, из базальта или шамота. Выбор конкретного типа определяется проектными требованиями к средней плотности, теплопроводности и радиационной стойкости возводимого объекта.

Классификация по происхождению выделяет природные, полученные механической переработкой горных пород, и искусственные заполнители, изготавливаемые путём термической, химической или комбинированной обработки сырья. В группе крупных фракций традиционно доминируют щебень и гравий, которые различаются формой зёрен и характером поверхности: щебень обладает остроугольной, шероховатой структурой, обеспечивающей повышенное сцепление с цементным тестом, тогда как гравий отличается окатанностью и более гладкой поверхностью. Мелкие фракции представлены преимущественно песком природного или техногенного происхождения, включая продукты дробления скальных пород. Каждый из этих компонентов вносит специфический вклад в формирование межфазной контактной зоны и пористости цементного камня.

Классификация заполнителей по ГОСТ 25137-2025 распространяется на нерудные строительные материалы, заполнители из плотных горных пород, пористые, из отходов промышленного производства.

Классификация заполнителей по Ицковичу, хотя и неполна (например, не включает пенополистирол, а также некоторые заполнители для особо тяжелого бетона), между тем достойна внимания:

Происхождение	Вид, крупность, характер формы зёрен	Способ производства (обработки)
Плотные заполнители (плотность зёрен более 2,0 г/см³)
Природные	Щебень	Дробление и сортировка горных скальных пород
	Гравий	Сортировка гравийно-песчаной смеси
	Щебень из гравия	То же, и дробление
	Песок обогащённый	Гидромеханизированная или экскаваторная добыча: гидроклассификация, классификация, промывка, обезвоживание
	Песок фракционированный	Гидромеханизированная или экскаваторная добыча: гидроклассификация, классификация, промывка, обезвоживание
	Песок из отсевов дробления	Классификация, промывка, обезвоживание
	Песок обогащённый	То же
	Декоративный щебень и песок	Дробление, сортировка, промывка и обезвоживание
Из попутно добываемых пород и отходов обогащения (природные)	Щебень и песок	Дробление и сортировка
Из отходов промышленности	Щебень из доменного шлака	То же
Пористые заполнители (плотность зёрен менее 2,0 г/см³)
А. Неорганические
Природные	Щебень и песок из пористых горных пород (вулканического, осадочного происхождения)	Дробление и сортировка
Из отходов промышленности	Щебень и песок из пористых шлаков, из кирпичного боя	То же
	Золошлаковые смеси, грубодисперсные золы-унос	Необработанные
Искусственные (специально приготовленные)	Керамзит-гравий, песок и его разновидности; глинозольный керамзит; шунгизит-гравий, песок; зольный гравий; вспученный аргиллит и трепел	Обжиг со вспучиванием приготовленных гранул (зёрен) из природного сырья, отходов промышленности или их смеси
	Азерит	Подготовка шихты плавлением, быстрым охлаждением и помолом
	Термолит — щебень, гравий	Обжиг без вспучивания
	Аглопорит — щебень, гравий и песок	Спекание при обжиге подготовленных гранул песчано-глинистых пород, зол ТЭС, отходов углеобогащения
	Безобжиговый зольный гравий (БЗГ)	Гидратационное твердение гранул из подготовленной смеси золы и вяжущего
	Шлаковая пемза — щебень (гравий), песок	Поризация расплава шлаков и охлаждение
	Вспученный перлит, щебень (гравий) песок	Вспучивание при обжиге подготовленных зёрен из вулканических водосодержащих пород
Б. Органические
Отходы заготовки и переработки древесины	Куски, частицы дерева, опилки, стружка, древесные волокна	Измельчение, сортировка
От переработки сельскохозяйственной продукции и растений	Стебли хлопчатника, камыша, тростника, костра лубяных культур (льна, конопли) и др.	—
От переработки в промышленности	Частицы пластиков, резины и др.	—

Ключевые физико-механические характеристики

Зерновой состав

Наиболее существенное влияние на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона оказывает зерновой состав, определяемый результатами ситового анализа на ситах с размерами отверстий от 0,16 до 150 мм. Различают непрерывные (рядовые) и прерывистые (фракционированные) кривые просеивания. Большинство исследователей сходится во мнении, что непрерывный зерновой состав обеспечивает лучшую подвижность смеси при заданном водоцементном отношении и снижает склонность материала к расслоению. Теоретические «идеальные» кривые просеивания, такие как формулы Фуллера или Болумея-Скрамтаева, позволяют рассчитать такое соотношение фракций, при котором минимизируется объём межзёренных пустот, однако на практике точное следование этим кривым часто экономически нецелесообразно, поэтому допускаются контролируемые отклонения, компенсируемые оптимизацией расхода вяжущего или применением пластифицирующих добавок.

Пустотность заполнителя

С зерновым составом неразрывно связана пустотность заполнителя, которая теоретически для одномерных сферических зёрен составляет около 47,6 % при кубической упаковке и снижается до 26 % при плотнейшей гексагональной укладке. На практике объём пустот в реальных материалах колеблется от 20 до 50 %, существенно возрастая при наличии зёрен удлиненной (лещадной) или игольчатой формы, которые создают сводчатую структуру с большим количеством незаполненных полостей. Оптимальная комбинация фракций позволяет мелким зёрнам эффективно заполнять межзёренное пространство более крупных частиц, что напрямую снижает расход цементного теста, требуемого для обволакивания поверхности и придания смеси необходимой удобоукладываемости. При этом увеличение доли песка в смеси закономерно повышает суммарную удельную поверхность зёрен, что требует корректировки водоцементного отношения для сохранения заданной консистенции.

Прочность

• 

  Зависимость прочности бетона от прочности его растворной части при применении заполнителей: 1 - высокопрочных гранитных, 2 - средней прочности, 3 - слабых (керамзитовый гравий

Прочность исходного материала зёрен заполнителя определяет предельную несущую способность бетона. Для высокопрочных составов прочность заполнителя должна превышать марку бетона в 1,5–2 раза, тогда как при использовании пористых аналогов прочность бетона лимитируется именно прочностью зёрен, а не цементного камня. Чистота материала является не менее критичным параметром: наличие гуминовых веществ, глинистых и пылевидных частиц приводит к образованию изолирующих плёнок на поверхности зёрен, препятствующих адгезии с цементным гелем. Экспериментально доказано, что загрязнённые заполнители способны снижать итоговую прочность бетона на 30–40 %, что не компенсируется простым увеличением расхода вяжущего, а требует обязательной промывки или отсева вредных фракций перед использованием в производстве.

Водопоглощение и водопотребность

Водопоглощение и водопотребность заполнителей выступают интегральными технологическими показателями, количественно отражающими их влияние на реологию смеси. Водопотребность природного песка обычно варьируется в пределах 4–14 %, гравия составляет около 1,4 %, а щебня из плотных пород достигает 2–6 %, возрастая до 5–10 % для карбонатных аналогов. Для пористых материалов этот показатель значительно выше из-за открытой капиллярной структуры, активно поглощающей воду затворения, что требует обязательного учёта при подборе состава лёгких бетонов. Интегральная методика Скрамтаева-Баженова позволяет точно определить эти параметры путём сравнительных испытаний цементного теста, раствора и бетонной смеси при равной подвижности, что исключает эмпирические погрешности при расчётах и обеспечивает высокую точность прогнозирования свойств готовой конструкции.

Технологические показатели и контроль качества

Контроль качества заполнителей на производстве осуществляется на всех этапах: от входного контроля сырья до оперативного мониторинга в процессе дозирования. Лабораторные испытания включают определение истинной и насыпной плотности, зернового состава, содержания пылевидных и глинистых частиц, а также оценку морозостойкости и прочности при сжатии в цилиндре. Для крупного заполнителя обязательным является определение содержания зёрен пластинчатой и игловатой форм, так как их избыток приводит к ухудшению удобоукладываемости и снижению прочности контактной зоны. Результаты испытаний оформляются в соответствии с требованиями нормативной документации, а материалы, не соответствующие установленным допускам, подлежат отбраковке или переработке для вторичного использования в менее ответственных конструкциях.

Особое внимание уделяется регулированию влажности заполнителей, так как колебания содержания поверхностной и капиллярной влаги существенно искажают фактическое водоцементное отношение бетонной смеси. На современных бетонных заводах применяются автоматизированные системы влагометрии, позволяющие вносить мгновенные корректировки в рецептуру перед подачей компонентов в смеситель. При использовании пористых заполнителей, обладающих высокой скоростью водопоглощения, практикуется предварительное увлажнение или введение замедлителей схватывания для предотвращения резкого падения подвижности смеси в процессе транспортировки и укладки. Интеграция данных лабораторных испытаний в системы автоматизированного управления технологическим процессом обеспечивает стабильность свойств бетонной смеси и гарантирует соответствие готовых конструкций проектным требованиям по прочности и долговечности.

Нормативные документы

• ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.
• ГОСТ 8736-2014. Песок для строительных работ. Технические условия.
• ГОСТ 32496-2013. Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия
• ГОСТ 23735-2014. Смеси песчано-гравийные для строительных работ. Технические условия.
• ГОСТ 25137-2025. Материалы нерудные строительные, заполнители из плотных горных пород, пористые, из отходов промышленного производства для бетонов. Классификация
• СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
• EN 12620:2002+A1:2008. Aggregates for concrete.
• ASTM C33 / C33M-22. Standard Specification for Concrete Aggregates.

См. также

Щебень гранитный

Щебень известняковый

Песок природный

Модуль крупности

Органические примеси в заполнителях

Определение насыпной плотности и пустотности

Определение содержания пылевидных и глинистых частиц в заполнителях

Вредные компоненты и примеси в щебне и гравии

Литература

• Баженов Ю.М. Технология бетона. Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
• Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона. Высш. шк., 1991. 272 с.

• Виноградов
• Микульский В.Г., Сахаров Г.П. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). АСВ, 2007. 520 с. ISBN 978-5-93093-041-2
• Скрамтаев Б.Г., Буров В.Д., Панфилова Л.И., Шубенкин П.Ф. Примеры и задачи по строительным материалам. Высш. шк., 1970. 232 с.
• Мануйлов Л.А., Клюковский Г.И., Ульянова Г.Г. Методы лабораторных испытаний строительных материалов и строительных деталей. Высш. шк., 1973. 368 с.
• Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. Стройиздат, 1979. 344 с.
• Шестоперов С.В. Технология бетона. Высш. шк., 1977. 432 с.
• Харатишвили И.А., Наназашвили И.Х. Прогрессивные строительные материалы. Технология, применение, экономика. Стройиздат, 1987. 232 с.
• Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. Стройиздат, 1975. 268 с.
• Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. АСВ, 2006. 368 с. ISBN 5-93093-422-3

Рекомендованные статьи для создания

   Коэффициент уплотнения заполнителя
   Щелочно-силикатная реакция заполнителей
   Радиоактивность минеральных заполнителей
   Влияние лещадности на удобоукладываемость бетонной смеси
   Метод насыщения пор пористого заполнителя перед бетонированием