Что такое заполнитель? Типы, свойства и использование.

В строительной промышленности термин заполнитель относится к широкой категории гранулированных материалов, которые являются основным компонентом многих строительных материалов. Заполнители образуются из твёрдых материалов и обеспечивают прочность и стабильность жизненно важных строительных материалов, таких как бетон и асфальт.
Заполнители, широко применяемые в строительстве дорог, мостов, зданий и другой инфраструктуры, являются одними из важнейших элементов современного мира. Понимание их свойств, типов и областей применения жизненно важно для современных специалистов в области строительства.

Что такое заполнитель?

Заполнитель – это термин, используемый для сбора гранулированного материала, который используется во всей строительной отрасли. Заполнители относятся к таким материалам, как гравий, песок, щебень и переработанный бетон. Эти материалы составляют основной элемент строительных смесей, таких как бетон и асфальт. Эти материалы придают вяжущим веществам твёрдый компонент, который придаёт материалу прочность, вокруг которых связываются жидкие элементы.

Типы заполнителя

Существует несколько различных типов заполнителей, и каждый из них отличается по размеру, материалу и прочности. Специалисты-строители выбирают типы заполнителей для своих проектов, исходя из требований к прочности и обрабатываемости, экологических соображений, стоимости и стандартов безопасности.

Мелкодисперсные заполнители

Мелкодисперсные заполнители определяются как частицы диаметром менее 5 мм. Наиболее распространённым мелкодисперсным заполнителем является песок. Мелкие заполнители, такие как песок, обеспечивают некоторую объёмность и прочность, но обладают другими преимуществами, включая обрабатываемость и гладкость. Это обычный заполнитель в штукатурке и изделиях для кладки, таких как строительный раствор.

Грубые заполнители

Крупнозернистые заполнители содержат крупные частицы диаметром от 5 мм до 40 мм и более. К распространенным типам крупных заполнителей относятся гравий, щебень и переработанный бетон. Этот тип заполнителя обеспечивает наибольшую прочность и объём, но может ограничивать обрабатываемость. Эти типы заполнителей лучше всего подходят для обеспечения устойчивости в проектах с высокой нагрузкой.

Переработанные заполнители

Вторичные заполнители – это те, которые получают из переработанного бетона, асфальта и других отходов, используемых при сносе зданий. Переработка этих продуктов помогает снизить потребность в создании новых продуктов и уменьшить количество отходов, отправляемых на свалки.

Лёгкие заполнители

Лёгкие заполнители – это те, общая насыпная плотность которых ниже, чем у стандартных строительных заполнителей. Некоторые лёгкие заполнители производятся из таких продуктов, как глина, сланец, перлит, пемза, доменный шлак и шифер. Для большинства этих продуктов, за исключением пемзы, производители должны расширять их таким образом, чтобы они имели вдвое больший объём, но меньшую плотность, чем другие заполнители того же размера. Лёгкие заполнители полезные, когда жизненно важно снизить общий вес проекта, а также при производстве бетонных блоков и сборных элементов.

Тяжёлые заполнители

Тяжёлые заполнители используются там, где требуются высокая плотность и вес. Тяжёлые заполнители полезны при проектах, требующих высокой грузоподъёмности, защиты от радиации, улучшения акустических характеристик и большей устойчивости к ударам и вибрации. К тяжёлым заполнителям относятся такие материалы, как барит, железная руда, магнетит и феррофосфористый шлак.

Морские заполнители

Морские заполнители – это песок и гравий, добываемые с морского дна. Эти заполнители различаются по качеству, а также размеру, от мелкозернистых до крупнозернистых. Морские заполнители полезны для производства готовых бетонных смесей, а также для пополнения прибрежных зон, истощённых в результате эрозии и мелиорации земель.

Декоративные заполнители

Декоративные заполнители – это те, которые строители и ландшафтные дизайнеры используют в декоративных целях. К ним относятся такие материалы, как цветной гравий, дробленое стекло и декоративные камни для садов, дорожек и патио.

Свойства заполнителей

Свойства заполнителей определяют их производительность, которая влияет на приложения, для которых они лучше всего подходят.

Распределение частиц по размерам

Распределение частиц по размерам относится к диапазону размеров частиц, присутствующих в конкретном заполнителе. Хорошо подобранная смесь заполнителя содержит диапазон размеров частиц, что обеспечивает лучшее уплотнение, поскольку между частицами остаётся меньше пустот. Некачественная смесь содержит чрезмерное количество частиц одинакового размера, что может увеличить пустоты между частицами. Крупные заполнители более подвержены проблемам с сортировкой, чем смеси с мелкими заполнителями.

Форма и текстура

Заполнители с угловатой и шероховатой текстурой обеспечивают лучшее сцепление гранул, чем гладкие и округлые частицы. Углы и шероховатая текстура обеспечивают лучшее сцепление поверхности и повышают прочность и долговечность строительных смесей. Гладкие и округлые частицы помогают повысить обрабатываемость и гладкость, но обеспечивают меньшую прочность.

Прочность

Прочность типа заполнителя напрямую влияет на прочность при сжатии и долговечность бетона или асфальта. Прочные заполнители, такие как щебень, высокопрочные бетонные заполнители и щебёночный гравий, лучше всего подходят для таких проектов, как дорожные работы, высотное строительство и подпорные стены, которые зависят от их несущей способности и долговечности.

Долговечность и надёжность

Заполнители должны обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать определённые условия окружающей среды. Это означает, что заполнитель будет долговечным и сохранит структурную прочность при воздействии циклов замораживания-оттаивания, перепадов влажности, высоких температур нагрева и химических воздействий.

Одними из наиболее надёжных заполнителей в этом отношении являются щебень, гравий и кремнистый песок. Менее прочные заполнители – это лёгкие заполнители и переработанные заполнители с присутствием загрязняющих веществ, которые реагируют на химическое воздействие.

Пористость и поглощение

Пористость – это показатель того, сколько воздуха или пустотного пространства присутствует в заполнителе. Это уменьшает вес заполнителя, но увеличивает способность к поглощению. Заполнители с низкой пористостью снижают потребность в воде для таких материалов, как бетон. Они также могут повысить прочность материала и повысить влагостойкость. Заполнители с низкой пористостью и абсорбцией включают гранитный щебень и базальт. Заполнители с высокой пористостью и абсорбцией представляют собой дроблёный известняк и песчаник.

Удельный вес

Удельный вес конкретного заполнителя измеряет его плотность по отношению к плотности воды. Это свойство помогает предоставлять информацию производителям бетона, ориентируя их в объёмных соотношениях заполнителей к другим компонентам смеси.

Заполнители с более высоким удельным весом, такие как щебень, предпочтительнее в областях применения, требующих прочности и долговечности. Заполнители с более низким удельным весом, такие как песок, обеспечивают меньшую прочность, но более высокую обрабатываемость, большую теплоизоляцию и меньший вес.

Вредные вещества

Большинство заполнителей представляют собой натуральные вещества, поэтому часто в них присутствуют вещества, которые в будущем могут вызвать проблемы с эксплуатационными характеристиками или долговечностью. Вредные вещества могут включать органические материалы, такие как растительные и животные, которые создают пустоты в заполнителе, или избыток глины или ила, которые могут снизить обрабатываемость и прочность.

Некоторые переработанные заполнители содержат чрезмерное количество щелочей из цемента, которые могут вызвать чрезмерное расширение и растрескивание. Это снижает прочность и долговечность бетонных конструкций.

Насыпная плотность

Насыпная плотность – это измерение, которое вычисляет общую массу и объём заполнителей, включая пустоты между частицами. Следовательно, заполнители с хорошо рассортированной смесью будут иметь более высокую насыпную плотность, чем заполнители с плохо рассортированной смесью.

Некоторые проекты хорошо работают с заполнителями с более высокой насыпной плотностью, а другие лучше работают с заполнителями с более низкой насыпной плотностью. Заполнители с высокой насыпной плотностью полезны при строительстве дорожных оснований, радиационной защите и несущих конструкциях. Заполнители с низкой насыпной плотностью предпочтительнее использовать в лёгких конструкциях, проектах теплоизоляции и массивных бетонных конструкциях.

Адгезия и когезия

Адгезия относится к способности частиц заполнителя связываться с цементной массой в смесях, таких как бетон. Хорошая адгезия жизненно важна для обеспечения прочности смеси, которая может обеспечить устойчивость к растрескиванию и расслаиванию. Хорошо рассортированные и чистые заполнители определённого минерального состава, в состав которых входят такие химические вещества, как диоксид кремния, кальций, оксид алюминия и оксид железа, обеспечивают лучшую адгезию, чем другие типы.

Когезия измеряет способность частиц заполнителя склеиваться. Это важное свойство, влияющее на обрабатываемость и однородность. Смеси с хорошо подобранным заполнителем обладают большей естественной когезией, чем смеси с концентрацией частиц того же размера. Кроме того, частицы угловой формы обладают большей когезией, чем частицы округлой или гладкой формы.

Популярные способы использования заполнителей

Заполнители имеют широкий спектр применения благодаря своим универсальным свойствам. Они являются важным компонентом многих строительных материалов и играют жизненно важную роль в создании эластичных и прочных конструкций.

• Производство бетона – Заполнители являются основным компонентом бетона. Они составляют до 60-80% его объёма и придают ему прочность и долговечность, которые строители ценят в смеси.
• Производство асфальта – Производители используют заполнители для производства асфальта, который является материалом, используемым при строительстве и обслуживании дорог. Заполнители обеспечивают прочность, которая позволяет дорогам выдерживать постоянный вес при интенсивном использовании.
• Дорожное основание и подстилающий слой – Хорошо распределённые заполнители, такие как щебень и гравий, широко используются в качестве дорожных оснований для обеспечения стабильной основы асфальтобетона.
• Железнодорожный балласт – Заполнители, такие как щебень, обеспечивают надёжное основание для железнодорожных путей. Хорошо рассортированные заполнители из щебня сцепляются друг с другом и обеспечивают оптимальное распределение веса по рельсам. Этот заполнитель также позволяет воде стекать с дорожек.
• Дренаж и фильтрация – Заполнители, такие как песок и гравий, полезны на многих уровнях фильтрации и отвода воды, включая септические системы, управление ливневыми стоками и направление воды в дренажные трубы.
• Строительная засыпка – Профессионалы-строители используют заполнители для заполнения пустот, чтобы выровнять или приподнять грунт в эстетических или строительных целях.
• Ландшафтный дизайн – Заполнители полезны при создании основания или выравнивании дорожек и патио. Ландшафтные дизайнеры также используют заполнители в грядках, чтобы уменьшить эрозию и улучшить эстетику открытых площадок.
• Габионная стена – Габионы представляют собой контейнеры из проволочной сетки, в которых хранятся заполнители. Инженеры используют их для борьбы с эрозией подпорных стен и стабилизации склонов.
• Сборные элементы – Заполнители используются в сборных железобетонных элементах для обеспечения прочности и стабильности бетонной смеси. Производители используют широкий спектр заполнителей в зависимости от производимых ими сборных изделий.