CC BY
38
Анализ использования отходов промышленности в производстве
строительных материалов
З.Р.Тускаева, О.А. Дзуцев ФГБОУВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (ГТУ)»
Аннотация: Из отраслей, потребляющих отходы промышленной деятельности, промышленность строительных материалов, пожалуй, самая крупная. В ходе исследований было определено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение отходов промышленности обеспечивает снижение затрат на изготовление строительных материалов по сравнению с производством из их природного сырья до 30%. Достигаемая экономия капитальных вложений составляет приблизительно 35-50%.
Ключевые слова: отходы промышленности, эффективные добавки, снижение затрат, улучшение характеристик, решение экологической проблемы.
Значительная материалоемкость строительного производства диктует специфику требований к источникам сырья с точки зрения их количества и пригодности для использования в производстве строительных материалов, включая приготовление бетонных смесей [1,2].
Одним из способов удовлетворения потребностей и требований строительной отрасли в отношении разнообразия и качества заполнителей для бетонной смеси является переработка и использование в качестве заполнителя отходов металлургической, энергетической и химической промышленности, побочных продуктов добычи и переработки полезных ископаемых, отходов переработки природных ресурсов [3,4].
Минеральные добавки (МД) становятся необходимым компонентом в составе бетонных смесей. Они, как показала практика, улучшают её основные характеристики. Вводятся в больших количествах в бетонную смесь (50-150 кг/м и более). В сравнении с другими типами активных добавок оказывают ощутимое влияние на структуру и свойства бетона [5,6].
При проведении исследований порядок проектирования состава бетона
М Инженерный вестник Дона, №7 (2021) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n7y2021/7075
осуществлялся согласно ГОСТ 27006-86. При выборе проектного класса бетона было принято решение изготовить лабораторные образцы с проектным классом В25 М350 со средней проектной прочностью 327 кгс/см .
Нами были произведены опытные замесы бетонной смеси контрольных образцов: базовые (без добавок), с добавками SikaPlast, ЦМИД-4, с добавлением микрокремнезёма, а также шлаком.
Для проведения лабораторных исследований в качестве основных составляющих бетона использовались:
- портландцемент М500 (Волгоградская область АО «Серебряковцемент»);
- в роли крупного заполнителя был принят гранитный щебень фракций 5-20 мм (ООО «Неруд-автоэкспресс»);
- в роли мелкого заполнителя был принят песок с модулем крупности Мк=2,3 (ООО «Неруд-автоэкспресс»).
Для выявления эффективности добавок (ЦМИД-4, SikaPlast, микрокремнезем, шлак) для основных физико-механических характеристик бетонной смеси и тяжелых бетонов были приняты составы бетонов.
Подбор предварительного состава бетона класса В25 (М 350) приведен в таблице 1.
Состав бетонных смесей на 1 м3:
Таблица 1
Подбор состава бетона
Вид бетона Цемент (кг) Щебень (кг) Песок (кг) Вода (л) Добавка (кг)
1 2 3 4 5 6
Без добавок 380 1100 780 210 -
С добавкой ЦМИД-4 300 (убавление на 20%) 1100 780 153 11,4 (3% от массы цемента б.д.)
Добавка SikaPlast 380 1100 780 194 4,56
1 2 3 4 5 6
С микрокремнеземом 380 1100 780 194 76 (20% от массы цемента)
С микрокремнеземом 300 (убавление на 20%) 1100 780 194 76 (20% от массы цемента б.д.)
Со шлаком 380 1100 780 194 57 (15% от массы цемента б.д.)
Для оценки влияния добавок на подвижность бетонной смеси были определены осадки конусов.
Результаты определения подвижности приведены в таблице 2.
Подвижность всех бетонных смесей была определена с помощью осадки конуса. В конус высотой 300мм, нижним диаметром 200 и верхним - 100 мм была уложена бетонная смесь тремя слоями с последующим штыкованием каждого слоя штыковкой диаметром 16 мм. После выравнивания верха бетона конус был снят и была определена осадка осевшего бетона [7,8].
Таблица 2
Подвижность бетонной смеси
Состав бетонной смеси Осадка конуса, (см) Водоцементное отношение (В/Ц)
1 2 3
Без добавок 13 0,55
С добавкой ЦМИД-4 (цемент 20%) 15 0,42
С добавкой SikaPlast 16 0,42
С микрокремнеземом 11,5 0,51
1 2 3
С микрокремнеземом (-цемент 20%) 14,2 0,51
Со шлаком 12,3 0,51
После определения подвижности были изготовлены образцы кубы, размерами 100*100x100 мм для определения прочности.
Лабораторное испытание было проведено по правилам ГОСТ 10180-2012 «Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочностные характеристики опытных образцов были определена на 7 и 28 сутки твердения бетона в нормальных условиях [9-11].
Результаты испытаний на сжатие образцов кубов (100 ><100*100 мм) контрольного бетона базового и с добавками на 7 сутки приведены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты прочности образцов на 7 сутки
Вид бетона Разрушающая нагрузка, тс Прочность, кгс/см2 Средняя прочность, кгс/см2 Класс бетона на сжатие Марка
1 2 3 4 5
Базовые 15,25 144,79 141,70 В10 М150
14,58 138,604
С добавкой ЦМИД-4 (-цемент 20%) 17,417 165,47 168,42 В12,5 М150
18,05 171,39
С добавкой SikaPlast 15,2 144,4 154,95 В12,5 М150
17,42 165,49
С микрокремнеземом 23,36 221,92 225,53 В15 М200
24,12 229,14
1 2 3 4 5
С микрокремнеземом (-цемент) 20,42 193,99 198,41 В15 М200
21,35 202,825
Со шлаком 19,45 184,775 187,625 В15 М200
20,05 190,475
Результаты испытаний прочности бетонных образцов на сжатие на 28 сутки приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты прочности образцов на 28 сутки
Средняя прочность, кгс/см2 Класс
Вид бетона Разрушающая нагрузка, тс Прочность, кгс/см2 бетона на сжатие Марка
1 2 3 4 5
31,13 295,735 В22,5 М300
Базовые 28,69 272,555 280,725
28,83 273,885
С добавкой 31,03 294,785 В22,5 М300
ЦМИД-4 (-цемент 20%) 33,74 320,53 307,66
С добавкой SikaPlast 34,2 324,9 В25
32,46 308,37 322,5 М350
35,18 334,21
С 34,85 331,075 В25
микрокремнезем ом 35,45 336,775 333,93 М350
1 2 3 4 5
С микрокремнезем ом (-цемент) 31,46 298,87 301,58 В22,5 М300
32,03 304,285
Со шлаком 32,56 309,32 313,22 В25 М350
Влияние добавок на прочность и скорость твердения бетона показано на рисунке 1.
Прочность
Время выдерживания образцов при нормальных условиях (сут.)
-*>■ образцыIбазовые -*>■ образцыIс SikaPlast
-образцыI с ЦМИД- 4
Рис. 1. - График влияния добавок на прочность бетона Влияние отходов промышленности на прочность бетона показано на рисунке 2. На основе анализа научных работ было определено, что минеральные добавки так же эффективны, как и химические.
ЦМИД-4 следует применять в бетонах с высокими требованиями к основным характеристикам, она повышает прочность, значительно увеличивает водонепроницаемость и морозостойкость, целесообразно использовать ЦМИД-4 в гидротехнических сооружениях и конструкциях, на которые оказывает воздействие вода.
Прочность (кгс/смА
(В27,5)360 (В25)327,3 (В22,5)294,6 (В20)261,8
333,93(102 %) 313,22(96 %) 301,58(92 %) 280,725(86 %)
(В15)196,4 (В12,5)163,7 (В10)130,9
Время вьберживания образцов при нормальных условиях (сут)
*■ образцы базовые *■ образцы со шлаком
образцы с микрокремнеземом образцы с микрокремнеземом (- цемент)
Рис. 2. - График влияния отходов промышленности на прочность бетона
Добавку SikaPlast используют в небольшом количестве, несмотря на активное воздействие на прочность и удобоукладываемость бетонной смеси, она значительно увеличивает стоимость бетона, что не совсем целесообразно. Использование же металлургических отходов в качестве добавок, позволяет не только улучшить свойства бетона и уменьшить его стоимость, но и сэкономить природный материал, а также решить актуальную экологическую проблему.
1. Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья для производства строительных материалов. - Л.-М.: Стройиздат, 1963. 368 с.
2. Баженов Ю.М., Шубенкин П.Ф., Дворкин Л.И. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1986. 255 с.
3. Гладких К.В. Шлаки - не отходы, а ценное сырье. - М.: Стройиздат,
Литература
1966. 125 с.
4. Дворкин Л.И., Пашков О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности. - К.: «Феникс», 2007. 368 с.
5. Дворкин Л.И., Пашков И.А. Строительные материалы из отходов промышленности. - К.: Выща школа, 1989. 111 с.
6. Попов Л.Н. Строительные материалы из отходов промышленности. -М.: Знание, 1978. 56 с.
7. Tuskaeva Zalina, Soslan Karyaev. Influence of various additives on properties of concrete. W3S Web of Confereces/Voe/1640931(220).
8. Богдасаров А.С., Нестеренко А.И. Использование отходов промышленности для производства шлако-известково-гипсового вяжущего // Инженерный вестник Дона, 2020, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2020/6374.
9. Грушко И.С., Яценко Е.А. Разработка технологии стеклокристаллических материалов на основе шлака Несветай ГРЭС // Инженерный вестник Дона, 2009, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2009/150/.
10. Quoc Huy Vu, Pham Gabrie, Chonier A, Brouard E, Rathnarajan S and others. Construction and Building Materials, 2019. URL: doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.263
11. Dzigita Nagrockiene, Giedrius Girskas, Gintautas Skripkiunas Construction and Building Materials, 2017. URL: doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.215
References
1. Bozhenov P.I. Kompleksnoe ispol zovanie mineral nogo sy r ya dlya proizvodstva stroitelnyx materialov. [Complex use of mineral raw materials for the production of building materials]. L.-M.: Strojizdat, 1963. 368 p.
2. Bazhenov Yu.M., Shubenkin P.F., Dvorkin L.I. Primenenie promy'shlenny'x otxodov v proizvodstve stroitel'ny'x materialov. [The use of industrial waste in the production of building materials]. M.: Strojizdat, 1986. 255 p.
3. Gladkix K.V. Shlaki - ne otxody', a cennoe sy'r'e. [Slags are not waste, but valuable raw materials]. M.: Strojizdat, 1966. 125 p.
4. Dvorkin L.I., Pashkov O.L. Stroitel'ny'e materialy' iz otxodov promy'shlennosti. [Construction materials from industrial waste]. K.: «Feniks», 2007. 368 p.
5. Dvorkin L.I., Pashkov I.A. Stroitel'ny'e materialy' iz otxodov promy'shlennosti. [Construction materials from industrial waste]. K.: Vy'shha shkola, 1989. 111 p.
6. Popov L.N. Stroitel'ny'e materialy' iz otxodov promy'shlennosti. [Construction materials from industrial waste]. M.: Znanie, 1978. 56 p.
7. Tuskaeva Zalina, Soslan Karyaev. W3S Web of Confereces Voe 1640931(220).
8. Bogdasarov A.S., Nesterenko A.I. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2020/6374.
9. Grushko I.S., Yacenko E.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2009, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2009/150/.
10. Quoc Huy Vu, Pham Gabrie, Chonier A, Brouard E, Rathnarajan S and others. Construction and Building Materials, 2019. URL: doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.263
11. Dzigita Nagrockiené, Giedrius Girskas, Gintautas Skripkiunas Construction and Building Materials, 2017. URL: doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.215
