CC BY
61Экономическая эффективность, исследование и оптимизация состава
мелкозернистого бетона Economic efficiency, research and optimization of the composition of fine-grained concrete
Ь й московский щшттмтт
^Л ЖУРНАЛ
DOI 10.24412/2413-046Х-2021-10027 Ляпидевская Ольга Борисовна,
НИУ Московский государственный строительный университет, доцент кафедры «Строительные материалы и материаловедение
Калякина Вероника Максимовна, Донской Государственный Технический Университет, факультет. «Безопасность жизнедеятельности и инженерная экология» ДГТУ, Ростов — на-Дону
Lyapidevskaya Olga Borisovna, NRU MGSU (Moscow State University of Civil Engineering) Kalyakina Veronika Maksimovna,
DGTU (Donetsk National Technical University)
Аннотация. В статье представлены результаты исследований и экономической эффективности применения мелкозернистого бетона. В статье представлены результаты исследований влияния модификаторов и добавок на свойства мелкозернистого бетона. Для приготовления бетонов применялись мелкий заполнитель (песок Камского, Волжского месторождения и песок дробленый);ц емент: быстротвердеющий портландцемент ЦЕМ I 42,5Б и шлакопортландцемент ЦЕМ II / А-К (Ш-П) 32,5Б; модификатор - микрокремнезем в количестве 10%, 20% и 30%; суперпластификаторы: STACHEMENT 2280, Sika Viskocrete, Cemmix CemPlast.
По результатам проведенного исследования сделан вывод. Фактором, который оказывает влияние на прочность бетона считается водоцементное отношение. Удобоукладываемость снижается при малом содержании цемента в смеси и тем самым затрудняется укладка, что приводит к снижению показателей плотности и прочности бетона. Чем больше цемента в смеси, тем количество избыточной воды в бетоне выше, значит увеличивается пористость и понижается прочность бетона. Для этого применяются суперпластификаторы, которые снижают содержание воды в смеси бетона.
Summary. The article presents the results of research and economic efficiency of the use of fine-grained concrete. The article presents the results of studies of the effect of modifiers and additives on the properties of fine-grained concrete. For the preparation of concretes, fine aggregate (sand of the Kama and Volga deposits and crushed sand) was used;cement: fast-hardening Portland cement CEM I 42.5 B and slag-portland cement CEM II / A-K (W-P) 32.5 B; modifier - microsilica in the amount of 10%, 20% and 30%; superplasticizers: STACHEMENT 2280, Sika Viskocrete, Cemmix cemplast.
According to the results of the study, a conclusion was made. A factor that affects the strength of concrete is considered to be the water-cement ratio. Workability is reduced with a low content of cement in the mixture and thus it is difficult to lay, which leads to a decrease in the density and strength of concrete. The more cement in the mixture, the higher the amount of excess water in the concrete, which means that the porosity increases and the strength of the concrete decreases. For this purpose, superplasticizers are used, which reduce the water content in the concrete mixture.
Ключевые слова: бетонная смесь, мелкозернистый бетон, суперпластификаторы, модификаторы, плотность, прочность, пористость.
Keywords: concrete mix, fine-grained concrete, superplasticizers, modifiers, density, strength, porosity.
При строительстве современных сооружений и зданий применяются материалы с высокими эксплуатационными свойствами, основным из которых считается бетон. Бетон при использовании в течение многих веков, развивается и совершенствуется. В настоящий период времени специалисты всего мира ведут разработки высокопрочного бетона особо плотной структуры, который называется мелкозернистым бетоном и имеет высокие показатели прочности. Применяя мелких заполнители гомогенность бетона повышается [3], за счет этого достигаются высокие показатели прочности повышением плотности и однородности материала, благодаря сокращению промежуточной зоны между цементным камнем и заполнителем, резко снижается количество пустот и значительно уменьшается водоцементное отношение. Для совершенствования качества мелкозернистого бетона используют добавки для обеспечения подвижности и снижения количества воды.
Заменяя крупный заполнитель песком, размеры микротрещин в бетоне уменьшаются, увеличивая при этом прочность бетона на растяжение и сжатие.
Мелкозернистые бетоны имеет особенности структуры, представленные на рисунке 1.
Далее представим результаты проведенного исследования влияния модификаторов и добавок на свойства мелкозернистого бетона.
Для приготовления бетонов использовались следующие виды материалов:
- мелкий заполнитель (песок Камского, Волжского месторождения и песок дробленый);
- цемент: быстротвердеющий портландцемент ЦЕМ I 42,5Б и шлакопортландцемент ЦЕМ II / А-К (Ш-П) 32,5Б;
- модификатор - микрокремнезем в количестве 10%, 20% и 30%;
- суперпластификаторы: STACHEMENT 2280, Sika Viskocrete, Cemmix [2].
В качестве мелкого заполнителя применяется песок следующих параметров (Рисунок
2).
Параметры песка, как мелкого заменителя
крупный природный песок Камского месторождения (Мч,=3:,53)
мелкий природный песок Камского месторождения крупный (Мбр=1,33)
дробленый песок и песок природный Волжского месторождения из гранитного щебня Челябинской области (Мкр.=Зг40)
Рисунок 2 - Параметры песка, как мелкого заменителя
Микроскопическое изучение образцов бетона [1] на природных песках после испытания на прочность дает результат: разрушение в большинстве случаев происходит по зоне контакта заполнитель - цементный камень, зерна песка получаются в цементном камне вырванными из «гнезд».
Московский экономический журнал №1 2021 Данные по составу бетонной смеси с заполнителем из Камского песка представим в
таблице 1. Таблица 1 - Состав бетонной смеси
№ партии 1 2 3
(Ц+МК):П = 1:2 (Ц+МК):П =1:2 (Ц+МК):П = 1:2
10% МК 20% МК 30% МК
Ед. изм. кг/м3
Цемент 1012 900 7S7
МК Ш 225 33S
Камский песок (фр. 05) 2250 2250 2250
Вода 490 530 600
Суперпластиф икатор <:<cemmix>} Cem Plast 11 m - 1% от (МК+Ц) 11 мл - 1 % от (МК- Ц) 11 мл - 1 % от (МК -Ц)
В/Ц 0,436 0.471 0,533
Плотность бетонной смеси, кг/м"' 2271 2169 2157
Расплыв на Естряхив аю щем столике. см 22 21,5 22
Результаты, проведенных испытаний образцов на прочность представим на рисунке
На рисунке 4 наглядно представлена контактная зона зерна Камского песка и цементного камня после проведения испытания на прочность. Контакты между зернами цементного камня и песка прочные и плотные, разрушение происходит в зоне цементного
камня. Наблюдается отсутствие сцепления зерен песка с цементным камнем в виде узкой сплошной или прерывистой полосы на некоторых участках зоны контакта.
В) Г)
а) Зерно в цементном камне прн увеличении в 300 раз Камского песка;
б) Структура при увеличении в 300 раз цементного камня; в) Зерно Камского песка прн увеличении в 22 раза в цементном камне; г) Зона контакта зерна при увеличении в 60 раз цементного камня
и Камского песка
В состав партии бетона 4 входит микрокремнезем в количестве 30% от массы цемента и в количестве 1% от массы цемента (+МК) гиперпластификатор Sika. При проведении исследования под микроскопом при увеличении в 300 раз видно покрытие зерна Камского песка полимерной составляющей гиперпластификатора Sika (рис. 4, а). Граница между зерном песка и цементного камня четкая, видно плотное сцепление.
Данные по составу бетонной смеси с заполнителем из Камского песка представим в таблице 2
Таблица 2 - Состав бетонной смеси
^"г партии 4 5 6 7
(Ц+МК)Л = 1:2 (Ц-МК):П = 1:2 (Ц—МК):П = 1:2 (Ц+МК):П = 1:2
МК 30% МК 30% МК 30% МК 30%
Ед_ изм. кгм11
Цемент 73т 36 б 737 737
МК 333 372 335 зза
ПесоЕ Камский Сфр. 0-5) 22:0 2250 2250 2250
Вода 495 540 690 650
Су-пер пластификатор 11 МП ¡^асЬеяаеп! -1% ст (МК +Ц5 11 Э1ка - 1% от (МК +Ц) 11 мл ЩСГЖ 1% от (МК+Ц) 11 ып СП-2 1% от (МК +Ц>
В/Ц 0.44 0,436 0,613 0,57Б
Плотность бетонной смеси, кг. м- 2192 2216 2055 19Б2
РасплыБ на встряхивающем столяре, см 22:5 27,5 21,5 21,5
Результаты, которые получены испытания образцов на прочность представим на рисунке 5.
Рисунок 5 - Результаты испытания ооразцоЕ на прочность(кгя3) Данные состава бетонной смеси с заполнителем из Камского песка представим в
таблице 3.
Таблица 3- Состав оетоиной смеси
Уе партии В 9 10
(Ц+МК) :П = 1:2 (Ц+МК) :П = 1:2 (Ц+МК} :П= 1:2
МК 30% МК 30% МК 30%
Ед. из. ЕГ/Ы3
Цемент 787 131 757
МК Ш ЗЗБ 33S
Песок нз гранита дрооленый 2250 2250 2250
Вода ТОО 600 600
Суггерпласгафнкатор 11 мл Plast - 1% от (Ц+МК) 11 мл Stachement -1% от (Ц+МК} 11 мл Sita - 1% от (Ц+МК)
В.Ц 0.622 0,533 0.533
Плотность смеси бетонной . кг. м3 2064 2201 2216
Распльш на столике встряхивающем, см 20,5 24 28
Результаты испытания образцов на представим на рисунке 6.
4Б 43
315 30
гъ
23 1Б Ш Б С
Рисунок б - Результаты испытания беюна (кг я5)
Далее на рисунке 7 представим диаграмму сравнения образцов бетона из песка Камского партий 3,45 и образцы песка дробленого партий 8,9,10 .
Представленные образцы содержат в количестве 30% микрокремнезем и пластификаторы (Sika, Stachement, CemPlast [1].) в количестве 1% от массы (МК +Ц).
На Камском песке прочность бетонных образцов (партии 3,4,5) прочности образцов на дробленом песке из гранита (партии 8,9,10). Самый большой предел прочности образцов бетона в возрасте 28 суток на заполнителе из песка Камского (55,9 МПа) с применением гиперпластификатора Sika.
Список литературы
1. Баженов, Ю.М., Харченко, А.И. Безусадочные мелкозернистые бетоны с использованием некондиционных песков // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 5. С. 86-88.
2. Гусенков, А. С. Модифицированные мелкозернистые бетоны на основе отсевов дробления известняка : диссертация к.т.н. — М.: РГБ ОД,2019. 158с.
3. Касторных, Л. И. Добавки в бетоны и строительные растворы : учеб.- справ. пособие. Ростов-на-Дону. — М.: Феникс, 2015. 221 с.
4. Лесовик, Р.В. Мелкозернистые бетоны на композиционных вяжущих и техногенных песках: диссертация д.т.н. Белгород. — М.: ОД, 463 с.
5. Шишканова, В.Н., Путилова, М.Н. Особенности структуры мелкозернистого бетона и его преимущества // Научно-методический журнал «Наука и образование: новое время», №3, 2018г.
References
1. Bazhenov, Y. M., Kharchenko, A. I. dimensionally Stable fine-grained concrete with the use of substandard sand // Scientific-technical Vestnik of the Volga region. 2012. No. 5. pp. 86-88.
2. Gusenkov, A. S. Modified fine-grained concretes based on limestone crushing screenings: dissertation of Candidate of Technical Sciences-M.: RSE OD, 2019. 158c.
3. Kastornykh, L. I. Additives in concrete and building solutions: textbook.- help. stipend. Rostov-on-Don, Moscow: Feniks, 2015. 221 p.
4. Lesovik, R. V. Fine-grained concretes on composite binders and technogenic sands: dissertation of Doctor of Technical Sciences Belgorod. — M.: OD, 2019. 463 p.
5. Shishkanova, V. N., Putilova, M. N. Features of the structure of fine-grained concrete and its advantages / / Scientific and methodological Journal «Science and Education: new time», No. 3, 2018.
