CC BY
2УДК 69 Шарапбекова А.Б., Ажибаева А.Э., Базарбаев Д.О.
Шарапбекова А.Б.
магистрант кафедры технология промышленного и гражданского строительства Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
(г. Астана, Казахстан)
Ажибаева А.Э.
магистрант кафедры технология промышленного и гражданского строительства Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
(г. Астана, Казахстан)
Базарбаев Д.О.
PhD, доцент кафедры технология промышленного и гражданского строительства Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
(г. Астана, Казахстан)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В САМОУПЛОТНЯЮЩЕМСЯ БЕТОНЕ
Аннотация: данная научная статья посвящена исследованию эффективности добавок на основе переработки отходов промышленности в самоуплотняющемся бетоне. В исследовании использовались добавки в виде золы в размере 30%, а также микрокремнезем в соотношениях 10% и 25%. Целью работы является оценка влияния данных добавок на удобство укладки, скорость расплыва и механические характеристики бетонных смесей. В ходе экспериментов были проведены анализ расплыва конуса и времени Т500 для оценки укладки и скорости расплыва, а также испытания на прочность и текучесть для определения механических свойств. Полученные результаты позволяют сделать вывод о потенциале использования данных добавок для оптимизации самоуплотняющегося бетона с точки зрения, как его технических характеристик, так и экологической устойчивости.
Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, добавки, переработка отходов промышленности, зола, микрокремнезем, удобство укладки, скорость расплыва, механические характеристики.
Введение.
Бетон является одним из основных строительных материалов, широко применяемых в различных инженерных конструкциях благодаря своей прочности, устойчивости и долговечности. В последние десятилетия проблема устойчивости окружающей среды и увеличение объемов отходов промышленности стали актуальными вызовами для строительной индустрии. В ответ на эти вызовы и в поисках устойчивых и экологически безопасных методов производства строительных материалов, внимание исследователей всё чаще обращается к использованию переработанных отходов промышленности в качестве добавок для бетонных смесей.
Среди различных видов бетона, самоуплотняющийся бетон (СУБ) выделяется своей способностью без дополнительной вибрации распределяться по форме и заполнять её без образования пустот и трещин. Самоуплотняющийся бетон (СУБ) представляет собой перспективный материал, который активно применяется в современном строительстве благодаря его способности автоматического распределения по форме без применения вибрации. Эта особенность делает его особенно привлекательным для использования в различных строительных приложениях, обеспечивая повышенную продуктивность и качество конечных конструкций.
Однако, для дальнейшего улучшения технических и экологических характеристик самоуплотняющегося бетона, исследователи активно работают над разработкой новых добавок, основанных на переработке отходов промышленности. Такие добавки имеют потенциал не только улучшить механические свойства бетона, но и снизить его экологический след.
Целью данной научной работы является оценка эффективности добавок на основе переработки отходов промышленности в самоуплотняющемся бетоне.
В нашем исследовании мы сосредоточимся на добавках в виде золы в размере 30%, а также микрокремнезем в соотношениях 10% и 25%. Мы планируем оценить их влияние на удобство укладки, скорость расплыва и механические характеристики бетонных смесей.
Полученные результаты могут иметь важное значение для развития устойчивых и экологически эффективных строительных материалов. Также, они могут стать основой для дальнейших исследований в области улучшения свойств самоуплотняющегося бетона и его применения в строительной практике.
Обзор литературы.
В настоящее время в мировой практике существуют обширные исследования по использованию добавок из переработки промышленных отходов (IWRAs) в производстве самоуплотняющегося бетона. Исследователи изучали влияние различных добавок на основе переработки промышленных отходов на свойства СУБ, включая удобоукладываемость, прочность и долговечность. Исследования показали, что использование добавок на основе переработки промышленных отходов значительно улучшить механические свойства СУБ, такие как прочность на сжатие, прочность на изгиб и модуль упругости. Кроме того, использование добавок (IWRAs) может уменьшить количество цемента, необходимого для производства СУБ, что может снизить углеродный след от производства бетона.
В рассмотренных трудах приведены результаты и последние инновации в технологии самоуплотняющгося бетона, содержащие отходы промышленного производства. Также рассмотрены последние достижения в области применения добавок и их влияние на качество самоуплотняющегося бетона.
Исследователи Моника Батиста Лейта и Марсела Крузоэ Фигейредо которые являются аспирантами по инженерному строительству и охране окружающей среды, в государственным университете Фейра-де-Сантана, Бразилии в своей статье «Экспериментальное исследование самоуплотняющегося бетона, изготовленного с использованием наполнителя из отходов строительства и сноса зданий» [1] оценивали влияние замены
портландцемента на 0, 5%, 10%, 15% и 20% наполнителя, содержащегося в отходах строительства и сноса зданий (CDW) при производстве самоуплотняющегося бетона Их результаты показали, что весь СУБ,
произведенный с наполнителем из отходов, соответствует пределам, установленным при любом уровне замены, без изменения соотношения в/ц ^ / ^ или содержания суперпластификатора.
В работах М.О. Коровкин, А.И. Шестернин, Н.А. Ерошкина приведены результаты использования дробленого бетонного лома в качестве заполнителя для самоуплотняющегося бетона, а так же приведены результаты исследования эффективности многостадийного дробления бетонного лома по «мягкому» режиму. В их исследованиях установлено, что переработка бетонного лома по такой технологии позволяет значительно повысить характеристики вторичного заполнителя бетона, в частности дробимость, водопоглощение и пустотность. [2]
В статье где авторами являются Мохан Кушваха, доктор Салим Ахтар, Сурвеш Раджпут из Индии «Разработка самоуплотняющегося бетона с использованием промышленных отходов (красная грязь)» основной целью эксперимента являлось выяснить влияние добавления красного шлама, который является отходы алюминиевой промышленности, на свойства самоуплотняющегося бетона, содержащего три добавки. В данном эксперименте комбинации добавок, в качестве которых были взяты супер пластификатор + ВМА(УЫ^). [3]
В результате эксперимента авторами установлено, что красный шлам -отход промышленности можно эффективно использовать в разработке самоуплотняющегося бетона, а утилизация шлама уменьшит проблему загрязнения окружающей среды и снизит стоимость строительства.
Методы и материалы:
В работе использовались стандартные, прецизионные методы исследований строительных материалов и физико-механических испытаний.
Выбор бетонных компонентов:
Для приготовления самоуплотняющегося бетона использовались следующие основные компоненты:
- Цемент высокого качества соответствующего стандарту [ГОСТ 31108].
- Песок с модулем крупности (Мк) от 1,1 до 3,0, соответствующие ГОСТ
8736
- Щебень фракций не более 20 мм соответствующие стандартам [ГОСТ
8267].
- Переработанная зола от промышленных отходов, содержание которой составляло [30%].
- Пластификатор С-3 для улучшения текучести и обеспечения самоуплотнения бетона.
- Поликарбоксилатный суперпластификатор для контроля водонепроницаемости и прочности бетона.
- Микрокремнезем в концентрациях 10% и 25% для улучшения механических свойств бетона.
Приготовление бетонных смесей:
Были подготовлены три различных варианта самоуплотняющегося бетона с добавками:
- СУБ-Бетон с добавкой золы в 30% и пластификатором С-3.
- СУБ-Бетон с добавкой микрокремнеземом в концентрациях 10% и поликарбоксилатным суперпластификатором.
- СУБ-Бетон с добавкой микрокремнеземом в концентрация 25%, а также с суперпластификатором С-3.
Для сравнения анализов также был подготовлен контрольный образец
бетона.
Испытания и анализ:
После приготовления каждой бетонной смеси были выполнены следующие испытания и анализы:
Определения удобоукладываемости и скорости расплыва самоуплотняющейся бетонной смеси (расплыва конуса и времени Т500).
Определение текучести.
Определение прочности СУБ бетона и контрольного образца.
Удобоукладываемость самоуплотняющейся бетонной смеси оценивают по расплыву конуса (РК), отформованного из смеси, в соответствии с BS EN 12350-8:2010, ГОСТ 10181. Для определения удобоукладываемости самоуплотняющейся бетонной смеси используется оборудование который состоит из конуса Абрамса из нержавеющей стали (рис. 3), плиты основания с гладкой поверхностью и размерами не менее 800^800 мм (обычно размеры плиты 900x900 мм или 1000x1000 мм) и с разметкой 500 мм - круга и центра (для позиционирования конуса).
Рис. 1. Конус для определения подвижности бетонной смеси и металлический лист.
Рис. 2-6. Испытание для определения удобоукладываемости и скорости расплыва самоуплотняющейся бетонной смеси СУБС с поликарбоксилатом и МК-10%.
Рис. 7-10. Испытание для определения удобоукладываемости и скорости расплыва самоуплотняющейся бетонной смеси, СУБС с поликарбоксилатом и МК-25%.
Рис. 11-14. Испытание для определения удобоукладываемости и скорости расплыва самоуплотняющейся бетонной смеси.
СУБС с суперпластификатором С-3 и золой-30%.
По результатам испытаний были получены результаты, указанные в таблице 1, и в графике 1.
Таблица 1. Результат значений удобоукладываемости и скорости расплыва самоуплотняющейся бетонной смеси.
Наименование Расплыв конуса, см Время расплыва t500,, сек
СУ Б бетон с 55,5 0,59
□олпкар бокс платом п МС 10%
СУ Б бетон с 56,5 0,32
□олпкар бокс платом и МС 25%
СУ Б бетон с 54 0,23
суперпласшфпкатором С-3
п золой 30%
Показатели испытания по удобоукладываемости и скорости расплыва
55,5 56,5 54
60 ^
50
40
30
20
10 0,59 0,32 0,23
0 СУБ бетон с поликарбоксилатом и МС1094 СУБ бетон с поликарбоксилатом и МС 25% СУБ бетон с суп ерпластнфикаторо м С-3 и золой 30%
Расплыв конуса, см 55,5 56,5 54
Время расплыва t500, сек 0,59 0,32 0,23
Расплыв конуса, см Время расплыва t500, сек
График 1. График зависимости расплыва конуса и время расплыва от содержания добавки.
Для определения текучести использовали метод с помощью блокирующего кольца для оценки способности смеси проникать при ее заливке в узкие пространства, включая просветы между арматурными стержнями и другие препятствия (анкеры закладных деталей и др.) без расслоения или закупоривания (ГОСТ Р 59715— 2022).
Рис. 15-22. Испытание для определения текучести, СУБС с поликарбоксилатом и МК-10%.
Рис. 23-31. Испытание для определения текучести, СУБС с поликарбоксилатом и МК-25%.
Рис. 32-40. Испытание для определения текучести, СУБС с суперпластификатором С-3 и золой-30%.
По результатам испытаний были получены результаты, указанные в таблице 2, и в графике 2.
Таблица 2. Результат значений определения текучести самоуплотняющейся бетонной смеси.
Наименование Текучесть смеси Т, см Расплыв конуса, см Время расплыва 1500]
СУБ бетон с 0,8 55,5 1,11
поликарбоксил атом и МС 10%
СУБ бетон с 2,15 54 1,04
поликарбоксил атом и МС 25%
СУБ бетон с суперпластификаторо м С-3 и ■золой 30% 1,55 53 1,13
График 2. График зависимости текучести самоуплотняющейся бетонной смеси и время расплыва от содержания добавки.
Показатели испытания текучести самоуплотняющейся бетонной смеси
60
50 40 30 20 10 0 0,5 2Д5 1,55
СУБ бетон с поликарбоксилатоми МС 10% СУБ бетон с пол нкарбокси лагом и МС 25% СУБ бетон с супер пластификатором С-3 и золой 30%
Текучесть смеси Т, см 0,8 2,15 1,55
Расплыв конуса, см 55,5 54 53
Время расплыва гБОО] 1,11 1,04 1,13
Те куч е сть сме с и Тг см Распл ы в кон ус а, см Время ра сп л ы ва t500J
После получения результатов по бетонной смеси, данные смеси были залиты в кубические формы для определения прочности за 1,7,14,28 суток.
Рис. 41-43. Образцы СУБ-бетона с добавкой микрокремнеземом и золы, с использованием поликарбоксилатных суперпластификаторов и суперпластификатора С3.
Рис. 44-45. Образцы контрольного бетона.
Результаты значений прочности бетонов приведены ниже в таблицах 3-4:
Таблица 3. Результат значений прочности на сжатие для контрольного образца с фракциями 5-10 и 10-20.
Возраст дн С фракцией 5-10, МПа С фракцией 10-20, МПа
1 12,1 14,4
7 18,1 21,3
14 21,2 27,3
28 25,2 31
График 3. График зависимости предела прочности при сжатии.
Таблица 3. Результат значений прочности на сжатие для СУБ с добавками МК-10%, МК-25% и Зола-30%.
Возраст, дн СУБ бетон с поликарбоксилатом + МК 10%, МПа СУБ бетон с поликарбоксилатом + МК 25%. МПа СУБ бетон с суперпластификатором С-3 + Зола 30%, МПа
1 38,6 40,6 28,3
7 46,5 47,1 30,8
14 50,5 56,5 34,3
28 57,2 61,1 39,8
Возраст, дн СУБ бетон с поликарбоксилатом + МК 10%, МПа СУБ бетон с поликарбоксилатом + МК 25%, МПа СУБ бетон с суперпластификатором С-3 + Зола 30%, МПа.
График 4. График зависимости предела прочности при сжатии от содержания добавки.
Выводы.
Научная статья была посвящена исследованию текучести и удобоукладываемости трех видов самоуплотняющихся бетонных смесей с различными добавками. В результате проведенных экспериментов были получены данные о прочности на сжатие этих бетонов в течение различных временных интервалов, а также проанализированы их основные характеристики.
Из результатов исследования следует, что бетонные смеси с добавкой поликарбоксилата и микрокремнезема демонстрируют значительное увеличение прочности по сравнению с контрольным образцом. Смесь с содержанием поликарбоксилата и микрокремнезема в 10% показала прочность в пределах 38,6-57,2 МПа, в то время как смесь с содержанием МК в 25% достигала значений прочности от 38,9 до 61,1 МПа. Это свидетельствует о высокой эффективности данных добавок в увеличении прочностных характеристик самоуплотняющихся бетонов.
Самоуплотняющийся бетон с суперпластификатором и золой в 30% также показал улучшение прочности по сравнению с контрольным образцом, однако
его характеристики были несколько ниже, чем у бетонов с поликарбоксилатом и микрокремнеземом. Прочность этой смеси составила от 28,3 до 39,8 МПа.
Таким образом, экспериментальные данные подтверждают эффективность добавок поликарбоксилата и микрокремнезема в увеличении прочности самоуплотняющихся бетонов, что делает их перспективными для использования в строительстве сооружений, требующих высокой прочности и долговечности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Okamura H., Ouchi M. Self-Compacting Concrete // Advanced Concrete Technology, 2003, Vol. 1, No. 1;
2. Monica Batista Leite, Marcela Crusoe Figueiredo. "An Experimental Study of Self-Compacting Concrete Made with Filler from Construction and Demolition Waste", Open Journal of Civil Engineering, 2020, 10, 364-384;
3. М.О. Коровкин, А.И. Шестернин, Н.А. Ерошкина, "Использование дробленого бетонного лома в качестве заполнителя для самоуплотняющегося бетона", Инженерный вестник Дона, №3 (2015) http//ivdon. ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3090;
4. Mohan Kushwaha , Dr. Salim Akhtar , Survesh Rajput, "Development of the Self Compacting Concrete By Industrial Waste (Red Mud)", International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622 www.ijera.com Vol. 3, Issue 4, Jul-Aug 2013, pp. 539-542;
5. Okamura, H, "Self-Compacting HighPerformance Concrete", Concrete International, pp.50-54 (1997);
6. NAGATAKI, S. and FUJIWARA, H. "Self-compacting property of Highly-Flowable Concrete" ICI Journal July-September 2002;
7. ГОСТ 10180-2012. «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». - М.: Издательство стандартов, 2018;
8. ГОСТ 10181— 2014. «СМЕСИ БЕТОННЫЕ Методы испытаний»;
9. ГОСТ Р 59715-2022. «СМЕСИ БЕТОННЫЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ Методы испытаний»
Sharapbekova A.B., Azhibayeva A.E., BazarbayevD.O.
Sharapbekova A.B.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Kazakhstan)
Azhibayeva A.E.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Kazakhstan)
Bazarbayev D.O.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Kazakhstan)
INVESTIGATION OF EFFECTIVENESS OF ADDITIVES BASED ON PROCESSING OF INDUSTRIAL WASTE IN SELF-SEALING CONCRETE
Abstract: this scientific article is devoted to the study of the effectiveness of additives based on the processing of industrial waste in self-sealing concrete. The study used additives in the form of ash in the amount of 30%, as well as silica in the proportions of 10% and 25%. The aim of the work is to assess the effect of these additives on the convenience of laying, the rate of spreading and the mechanical characteristics of concrete mixtures. During the experiments, analysis of the cone spreading and the T500 time were carried out to assess the laying and spreading rate, as well as strength and fluidity tests to determine mechanical properties. The results obtained allow us to conclude about the potential of using these additives to optimize self-sealing concrete in terms of both its technical characteristics and environmental sustainability.
Keywords: self-sealing concrete, additives, industrial waste recycling, ash, silica, ease of installation, spreading rate, mechanical characteristics.
