CC BY
42
J
Исследования бетонов полусухого прессования, изготовленных на сверхтонких песках местного карьера
И.И. Романенко, И.Н. Петровнина, М.И. Романенко
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Аннотация: Использование сверхтонкого песка в качестве основного сырья в производстве бетона, изготовленного методом полусухого формования, является актуальным для многих регионов России в связи с отсутствием песков с высоким модулем крупности и прочных каменных пород. В статье представлены результаты анализа возможного применения песков с модулем крупности Мкр=0,8-1,4 в прессовых бетонных мелкоразмерных изделиях мощения тротуаров. Замена обычного песка до 80 % на мелкозернистый не снижает прочностные и эксплуатационные свойства. Переход на мелкозернистые и пылеватые пески позволяет снизить себестоимость продукции. Ключевые слова: бетон, полусухое прессование, вяжущее, сверхтонкий песок, гиперпластификатор, прочность.
Тончайший песок - разновидность мелкого песка с модулем крупности Мкр=0,8-1,4, характеризующийся высокой водопотребностью. Этот фактор приводит к повышенному расходу вяжущего, воды затворения и резкому снижению прочностных характеристик. Ученые исследовали бетоны, приготовленные на мелких песках [1]. Было установлено, что оптимальное содержание таких песков в смеси не должно превышать 20 %.
H. Binici, T. Shah, O. Aksogan, H. Kaplan [2] варьировали грансоставом мелкого песка за счет введения отсевов от дробления щебня, что способствовало повышению модуля крупности до оптимальных значений Мкр=2,2-3,0. Прочность бетонов на высокодисперсном песке с отсевом от дробления щебня достигала в возрасте 28 суток твердения в нормальных условиях 22,3-30,0 МПа.
Исследователи песчаных бетонов использовали суперпластификаторы на основе меламинформальдегидной смолы, золы от сжигания бурых углей и воздухововлекающих добавок, что позволило сократить расход воды затворения и повысить морозостойкость изделий [3].
Стремление получить изделия с высокими эксплуатационными свойствами способствовало проведению испытаний бетонов на основе различных отходов производств. Установлено, что оптимальные составы бетонных смесей с дробленным песком и демпфирующими добавками имеют расход портландцемента в количестве 420-480 кг/м . Прочность бетона на сжатие соответствует 13,5-25,0 МПа [4, 5].
В исследованиях использовали мелкие речные кварцевые пески с Мкр=1,42 и Мкр=0,87 и влажностью песка 6,6 %. Кристаллические частицы песка под микроскопом прозрачны, имеют округлые края и углы. Химический состав сверхтонкого песка представлен в таблице 1 и его зерновой состав - в таблицах 2, 3.
Таблица1
Химический состав мелкозернистого песка
Соединения 8102 ЛЬ20з Бе20з СаО Mg0 К20 №20 Т102
Содержание, % 70,0 11,2 2,94 9,1 3,00 2,2 1,5 0,06
Таблица 2
Гранулометрический состав мелкого песка
Остатки на ситах, % по массе Диаметр отверстий сит, мм.
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 < 0,16
Частные, г - 50 80 240 500 130
Частные, % 5,0 8,0 24,0 50,0 13,0
Полные, % 5 13 37 87 100
Мкр=1,42
Таблица 3
Гранулометрический состав сверхтонкого песка
Остатки на ситах, % по массе Диаметр отверстий сит, мм.
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 < 0,16
Частные, г - 20 20 80 750 130
Частные, % 2 2 8 75 13,0
Полные, % 2 4 12 87 100
Мкр=0,87
Из таблицы 2 видно, что диаметр зерен сверхтонкого песка составляет 88 % всех частиц, модуль крупности равен 0,87. Тонкую фракцию песка подвергали измельчению в шаровой лабораторной мельнице до удельной поверхности Буд=3000 см /г.
В качестве вяжущего применяли портландцемент марки ПТЦ 500 Д0. Пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 и гиперпластификатор «Хегитал».
Для создания более плотной структуры и повышения модуля крупности мелкого заполнителя вводился отсев от дробления гранитного щебня фракции 2,5-5,0 мм [6, 7].
Для оценки прочностных свойств прессованных образцов готовилась смесь сухих компонентов в заданных пропорциях в течении 2-3 мин. После получения однородного состава вводилось отмеренное количество воды с заданным количеством пластифицирующей добавки и перемешивалось в течение 2-3 мин. Частота вращения ротора лопастей смесительного агрегата составляла 60 оборотов в минуту. Затем одновременно формовались на вибростоле две формы размером 100*100x100 мм с пригрузом 100 кг. в течение 8 сек.
Твердение образцов бетона производилось в камере нормального твердения, где поддерживались следующие условия: температура 20°С и влажность 95 %.
Прочность на сжатие образцов бетона определялась путем разрушения на гидравлическом прессе в возрасте 7, 14 и 28 суток (набор прочности в камере нормального твердения). Водопоглощение оценивалось согласно методике ГОСТ 12730.3-78 Бетоны. Метод определения водопоглощения.
Расходы материалов и результаты определения прочностных показателей в возрасте 28 суток представлены в таблице 4.
Таблица 4
Составы бетонов с местными песками
Расход ингредиентов кг/м3 Прочн ость на сжати
№ пп Марка цемент ного ПТЦ М500 Кварце вый песок Природн ый кварцевы Отсевы от дробления гранитного щебня фракции 2,5-5 мм С-3, % от массы Вода В/ Ц
камня Д0 МКр 1,42-2,0 й песок МКр 0,87 вяжуще го е, МПа
1 М75 260208 16301304 - 636-367 0,6 100-80 0,3 8 6,8-5,9
2 М100 310248 17401392 - 463-201 0,6 120-96 0,3 8 11,49,2
3 М75 400360 - 16301304 429-143 0,85 137152 0,3 8 6,4-5,9
4 М100 495420 - 17021392 210 0,85 171188 0,3 8 10,59,9
Полученные результаты (таблица 4) свидетельствуют о невозможности
получения бетонов полусухого прессования прочностью 25-40 МПа на местных песках из-за повышенного расхода воды затворения и не оптимальной структуры бетона. Водопоглощение образцов в возрасте 28 суток варьируется от 6,5 до 7,4 %, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к тротуарной плитке полусухого прессования.
Для получения бетонов полусухого прессования на местных песках нами предложены составы с молотым песком. Результаты подбора ингредиентов представлены в таблице 5.
Таблица 5
Расход ингредиентов бетонной смеси на 1 м
№ п/п Ингредиенты Расход, кг/м
Состав 5 Состав 6
1 ПТЦ 500 Д0 178 230
2 Песок с Мкр 1,4-2,0 600 553
3 Песок фр.0,16-0,63 500 450
4 Песок Буд =3000 см2/г 180 205
5 Отсев от дробления гранита фр. 2,5-5,0 мм 835 835
6 Хегитал, % от массы вяжущего. 0,7 0,7
7 Вода 90 110
8 В/Ц 0,5 0,49
9 В/Т 0,039 0,048
Результаты исследований приставлены на рис. 1 и 2.
60
50
40
30
20
10
_42_ 49
41 33
30 а 35 * ^^^ - — *
14
28
Возраст твердення, сут
Рис.1. - Кинетика набора прочности бетона: состав — ■ — 5 ; состав 6
Возраст твердения, сут.
Рис. 2. - Кинетика водопоглощения бетона: состав — ■ — 5 ; состав 6
Из анализа полученных результатов (рис.1) видно, что с увеличением содержания тонких песков, по сравнению с содержанием песков мелких, прочность на сжатие увеличивается. Этому способствует оптимизация гранулометрического состава бетонной смеси, что подтверждено исследованиями водопоглощения (рис. 2). Водопоглощение составляет около
2,4-3,8 %, установлено, что со временем значение величины снижается, тем самым повышается морозостойкость, эрозионная стойкость и долговечность материала [8-10].
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
- использование сверхтонкого и молотого песков в качестве основного структурообразующего компонента бетонной смеси, наряду с отсевом от дробления гранитного щебня, позволило получить бетоны полусухого прессования с высокими эксплуатационными свойствами при минимальном расходе вяжущего;
- применение мелкодисперсных мелких кварцевых песков в производстве бетонов позволило расширить номенклатуру сырьевой базы для производства бетонов с высокими прочностными свойствами и малым процентом водопоглощения;
- основная цель этого исследования - использование сверхтонких и мелких песков в качестве материала-заменителя высокопрочного гранитного щебня в производстве бетона была достигнута, что доказано в исследованиях.
Литература
1. Dolage D.A.R., Dias M.G.S., Ariyawansa C.T. Offshore sand as a fine aggregate for concrete production // British Journal of Applied Science & Technology, 2013. №3 (4), pp. 813-825.
2. Binici H., Shah T., Aksogan O., Kaplan H. Durability of concrete made with granite and marble as recycle aggregates // Journal of Materials Processing Technology, 2008. №. 208 (1-3). pp. 299-308.
3. Siddique R., Noumowe A. Utilization of spent foundry sand in controlled low-strength materials and concrete // Resources, Conservation and Recycling, 2008. № 53 (1-2), pp. 27-35.
4. Лотошникова Е.О. Мелкозернистые жесткопрессованные бетоны с демпфирующими добавками. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2006, 588 с.
5. Лотошникова Е.О. Физико-химические исследования микро- и макроструктуры бетонов жесткого прессования с демпфирующей добавкой зольных микросфер // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2092.
6. Шляхова Е.А., Холостова А.И. К вопросу повышения качества мелкозернистых бетонов на мелких песках // Инженерный вестник Дона,
2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2110.
7. Глухова М.В., Грачева Ю.В. Влияние методов формования на свойства мелкозернистых бетонов на модифицированном геошлаковом вяжущем // Современные научные исследования и инновации, 2015, №2 Ч. 1 URL: web.snauka.ru/issues/2015/02/46667.
8. Шляхова Е.А., Мартемьянова Ю.Н. Искусственные минеральные добавки для производства цементов камня // Науковедение, 2012, №4 URL: naukovedenie.ru/PDF/95trgsu412.pdf.
9. Романенко И.И., Романенко М.И., Петровнина И.Н., Пинт Э.М., Еличев К.А. Вторичное использование в дорожном строительстве щебня полученного из дробленого бетона // Интернет-журнал Науковедение. 2015. Т. 7. № 1 (26). С. 86.
10. Романенко И.И., Романенко М.И., Петровнина И.Н., Пинт Э.М. Влияние водорастворимого полимерного стабилизатора грунта на физико-механические свойства песчаного грунта // Интернет-журнал Науковедение.
2014. № 5 (24). С. 157.
References
1. Dolage D.A.R., Dias M.G.S., Ariyawansa C.T. British Journal of Applied Science & Technology, 2013. №3 (4), pp. 813-825.
2. Binici H., Shah T., Aksogan O., Kaplan H. Journal of Materials Processing Technology, 2008. №. 208 (1-3). pp. 299-308.
3. Siddique R., Noumowe A. Resources, Conservation and Recycling, 2008. № 53 (1-2), pp. 27-35.
4. Lotoshnikova E.O. Melkozernistye zhestkopressovannye betony s dempfiruyushchimi dobavkami [Fine-grained hard-pressed concretes with damping additives]. Rostov n/D: Rost. gos. stroit. un-t, 2006, 588 p.
5. Lotoshnikova E.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2092.
6. Shlyakhova E.A., Kholostova A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2110.
7. Glukhova M.V., Gracheva YU.V. Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovatsii, 2015, №2 CH. 1 URL: web.snauka.ru/issues/2015/02/46667.
8. Shlyakhova E.A., Martem'yanova YU.N. Naukovedenie, 2012, №4 URL: naukovedenie.ru/PDF/95trgsu412.pdf.
9. Romanenko I.I., Romanenko M.I., Petrovnina I.N., Pint EH.M., Elichev K.A. Internet-zhurnal Naukovedenie. 2015. T. 7. № 1 (26). 86 p.
10. Romanenko I.I., Romanenko M.I., Petrovnina I.N., Pint EH.M. Internet-zhurnal Naukovedenie. 2014. № 5 (24). 157 p.
