CC BY
77
1 УДК 691.32
С-А.Ю. Муртазаев, М.С. Сайдумов, М.А-В. Абдуллаев, А.А. Хасиев ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫХ ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ БЕТОННОГО ЛОМА В ПРОИЗВОДСТВЕ БЕТОНОКОМПОЗИТОВ
S-A. Y.Murtazaev, M.S.Saidumov, M.A-V.Abdullaev, A.A.Hasiev THE USE OF МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫХ CRUSHING CRUSHING OF CONCRETE SCRAP IN THE PRODUCTION OF CONCRETE
Работа посвящена актуальной проблеме утилизации отсевов дробления бетонного лома с использованием его в качестве мелкого заполнителя в мелкозернистых бетонах. В статье приведены анализ экологической обстановки региона и результаты исследования отходов дробления бетонного лома для повышения эффективности использования данного продукта в качестве заполнителя в производстве бетонокомпозитов.
Ключевые слова: отсев дробления бетонного лома, мелкозернистые бетоны, механоактивация бетонной смеси, раздельное перемешивание, поличастотное виброуплотнение смеси, увеличение прочности бетона.
The work is devoted to the topical problem of the utilization of crushing crushing of concrete scrap using it as a fine aggregate in fine-grained concretes. The article presents the analysis of the ecological situation in the region and the results of the research of waste crushing of concrete scrap to increase the efficiency of use of this product as a filler in the production.
Key words: screening crushing of concrete scrap, fine-grained concretes, mechanical activation of the concrete mix, separate mixing,increase of durability of concrete.
В период с 1994 по 2002 гг. из-за военных действий в Чеченской Республике частично или полностью разрушены тысячи зданий и сооружений из кирпича, бетона и железобетона. В результате этих разрушений образовалось огромное количество техногенного сырья в виде бетонного, железобетонного и кирпичного боя, которое перерабатывается на дробильно-сортировочных комплексах (ДСК).
Образующееся при переработке данного техногенного продукта отсев дробления (до 30% от перерабатываемого сырья) в настоящее время находит малое применение в строительстве из-за содержания в его составе пылевидной фракции (частиц менее 0,16 мм) в количестве 15-25 % и более (табл. 1), поэтому задерживается на территории ДСК, повышая при этом запыленность городского воздуха.
Таблица 1
Гранулометрический состав отходов дробления бетонного лома
Наименование материала Остатки на ситах, % по массе Проход через сито № 0,16, % по массе Содержание пыл. и глин. частиц, % по массе Модуль крупности МК
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16
частный частный частный частный частный
полный полный полный полный полный
—1- 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Отсев
дробления бетонного 18,3 18,3 10,4 28,7 7,1 35,8 25,7 61,5 22,6 84,1 15,9 - 2,3
лома
Исследования большинства ученых в области использования отходов камнедробления направлены на создание составов и технологий, предусматривающих: очистку отсевов от пылевидных частиц; рассев песчаной составляющей на фракции и раздельное их применение; обогащение песчаной фракции отсевов; промывка отсевов и т.д. Все указанные технологии связаны со значительными дополнительными энергетическими, материальными и трудовыми затратами [2, 3].
Обзор литературных источников и результаты предварительно выполненных лабораторных исследований позволили высказать предположение о возможности изготовления мелкозернистых бетонов на основе отходов дробления без выполнения выше перечисленных технологических операций.
В учебно-научной лаборатории строительного факультета ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова авторами проведены исследования по изучению влияния пыли отсевов дробления (<0,16мм) на прочность цементной матрицы.
Прочность цементного камня изучалась на образцах, изготовленных согласно ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
Образцы 4х4х16см. приготавливались с содержанием пылевидной фракции (Пл) отсевов 0; 10 и 20% от массы цемента (Ц) (табл. 2).
Таблица 2
Прочность цементного камня с добавкой пылевидной фракции отсевов_
Соотношение компонентов Прочность ЯСЖ / ЯИзГ (МПа) цементного камня в возрасте
Пл В/Ц
Ц Отсев Содержание 1 сут. 3 сут. 7 сут. 14 сут. 28 сут.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1,0 - - 0,4 11,6/1,5 24,1/3,9 31,2/5,3 39,9/7,2 52,6/8,4
Отсев дробления бетонного 0,10 0,4 9,8/- 21,2/3,4 28,6/4,1 35,1/5,9 47,6/7,2
1,0 0,20 0,4 8,1/- 18,8/3,0 26,4/3,9 30,0/4,7 43,3/6,9
лома 0,20* 0,4 11,6/1,4 23,8/3,6 30,8/4,9 39,4/6,9 51,3/7,8
Полученные результаты показали, что с увеличением количества пылевидной фракции отсева в цементной пасте прочность цементного камня снижается. Это можно объяснить тем, что пылевидная фракция отсевов имеет удельную поверхность (Б0) 130-150 м2/кг, то есть гораздо меньшую, чем высокодисперсные микронаполнители. В.В. Бабковым и П.Г. Комоховым показано, что высокодисперсный наполнитель при его концентрации в цементе 0,30-0,35 обеспечивает повышение прочности цементного камня в два и более раз при Б0 = 950 - 1330 м2/кг. Это подтверждается проведенными нами исследованиями (см. табл. 2, состав 4). При увеличении удельной поверхности пылевидной составляющей отсева до 500-600 м /кг значительное снижение прочности цементного камня не наблюдается, потому что имеющаяся в его составе (в отсеве дробления бетонного лома)
А-
часть негидратированного цемента в дробимом бетоне, удалось "пробудить" в процессе помола [4]. Химический состав отхода дробления, представленный в таблице 3, свидетельствует о возможном наличии в материале соединений способных твердеть при взаимодействии с водой, так как соединения, входящие в состав данного отсева, свидетельствуют о химической однородности данного отхода с минералами портландцемента.
Поскольку пылевидные фракции в отсеве существенным образом снижают прочность цементного камня, нами исследовались способы увеличения его прочности -механоактивация смеси (раздельное перемешивание и поличастотное виброуплотнение смеси).
Осажденная на частицах песка и щебня пылевидная фракция оказывает отрицательное влияние на процессы, происходящие в контактной зоне цемент-наполнитель. Для определения эффективности механоактивации были приготовлены составы по традиционной технологии и раздельным перемешиванием компонентов смеси. В лабораторный бетоносмеситель в начале загружали дозированное количество отсевов и 2/3 необходимого по расчету количества воды затворения. Перемешивание воды и отсева производили в течение 60 с. После этого в бетоносмеситель добавляли требуемое согласно дозировке количество цемента и оставшуюся 1/3 воды и перемешивали еще 60 с.
Таблица 3
Химический состав продукта дробления
Компо-ненты CaO AI2Oз Fe2Oз MgO SOз Na2O ТО MnO2 Всего
Содержание, % 51,4 35,23 5,01 3,72 1,5 1,25 0,6 0,51 0,31 0,29 0,087 99,91
Для уплотнения полученной смеси по принципиальной схеме, представленной на рисунке 1, была сконструирована поличастотная виброустановка. В качестве основы взята лабораторная виброплощадка (1), на которой был смонтирован вибровозбудитель (2). Создания давления на бетонную смесь не предусматривалось.
Рис. 1. Схема поличастотной виброустановки:1 - вибровозбудитель
лабораторной виброплощадки; 2 - дополнительный вибровозбудитель; 3 - пластина 9,7х9,7см.; 4 - крепление пластины; 5 - монтажная рама;
6 - соединение механизма с рамой; 7 - ребро жесткости; 8 - металлическая форма для бетонных образцов.
-\-
Лабораторная виброплощадка со своим вибровозбудителем создавала частоту колебаний 2900 кол/мин (48 Гц), а амплитуду А=0,5 мм. Дополнительный вибровозбудитель с пластинкой, установленной без прижима на поверхность бетонной смеси, создавал более высокую частоту колебаний - 8000кол/мин. (133 Гц) с амплитудой 0,35 мм. Время уплотнения в каждом опыте составляло 45 с.
Таким образом изготовленные образцы-кубы с ребром 10 см были испытаны в возрасте 28 суток на сжатие.
Соотношение Ц:ОД (цемент:отсев дробления) было принято 1:2, 1:3 и 1:4. Полученные результаты опытов показали следующее (табл. 4).
Раздельное перемешивание компонентов приводит к увеличению прочности мелкозернистого бетона на 12 - 24% в указанных составах, а вместе с поличастотным виброуплотнением - на 39 - 53%. Прирост прочности зависит от содержания пылевидной фракции в отсеве.
Таблица 4
Прочность мелкозернистого бетона (МЗБ) при механоактивации бетонной смеси
Состав МЗБ, ЦОД Прочность на сжатие МЗБ в возрасте 28 суток, МПа Приращение прочности за счет механоактивации, %
Без механоактивации Механоактивация смеси
раздельное перемешивание компонентов поличастотное виброуплотнение
1 2 3 4 5
1:2 25,1 28,1 34,9 39
1:3 17,5 21,5 25,8 47
1:4 12,4 15,4 19,0 53
Механизм действия принятого способа механоактивации (раздельное перемешивание) может быть объяснен следующим. При перемешивании отсева и воды мелкодисперсные пылевидные частицы переходят в водную фазу, образуя взвеси (рис. 2).
а)
Рис. 2. Эффект механоактивации смеси:
а - поверхность заполнителя до перемешивания с водой; б - то же, после перемешивания с водой; 1 - заполнитель; 2 - пылевидные частицы на поверхности заполнителя; 3 - водная среда; 4 - взвеси (пылевидные частицы)
Известно, что такие компоненты, как БЮ2, при образовании суспензий в воде образуют агрегативно устойчивые системы. В таких системах мелкодисперсные частицы весьма медленно осаждаются на твердых поверхностях, в нашем случае на поверхности зерен отсевов. При добавлении в систему цемента и ее перемешивании частицы цемента
-\-
также находятся во взвешенном состоянии в воде. Поскольку пылевидные частицы не
образуют агрегатных комплексов, очевидно происходит их распределение между частицами цемента. Таким образом, на поверхность зерен заполнителя осаждаются частицы цемента и распределенные между ними частицы пыли, т.е. последние включаются в цементную матрицу и не образуют прослоек между цементным камнем и зернами заполнителей и, следовательно, исключается возможность снижения прочности бетона присутствием непрочных пылевидных компонентов в самой ответственной прослойке - в контактной зоне.
Из полученных результатов очевидно, что механоактивация мелкозернистых бетонных смесей (двухстадийное перемешивание компонентов и поличастотное виброуплотнение) позволяет получить на основе отсева камнедробления (без его обогащения и фракционирования) мелкозернистый бетон с прочностью от 19,0 МПа (Ц:ОД = 1:4) до 35 МПа (Ц:ОД = 1:2).
Библиографический список
1. Липей, О.А. Заполнители из дробленого бетона / О.А. Липей, Б.А. Крылов, А.С. Дмитриев // Бетон и железобетон, - 1981, - №5.
2. Фильченков, И.Ф. и др. Влияние структурных особенностей заполнителей на прочность и деформативность бетона / М.: СИ, 1965.
3. Горностаева, Т.А. Мелкозернистые бетоны с использованием отсевов дробления щебня изверженных горных пород: дис... канд. тех. наук: 05.23.05 / Т.А. Горностаева. - М.: 2005. - 318 с.
4. Ходаков, Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. - М.: Издательство литературы по строительству. - 1972. - 239 с.
