CC BY
10ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ БЕТОНА, СОДЕРДАЩЕГО ДРОБЛЕНЫЙ КИРПИЧ В КАЧЕСТВЕ КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ Джаббарова Н.Э.1, Наджафова Э.А.2, Курбанова А.К.3
1Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент;
2Наджафова Эльнара Алимовсум кызы - магистр;
3Курбанова Алмаз Курбановна - заведующая лабораторией, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: использование дробленого кирпича в качестве крупного заполнителя в бетоне представляет особый интерес для сохранения природных источников заполнителя, а также для сокращения отходов и их хранения. Целью данной экспериментальной работы было изучение долговечности железобетона, изготовленного с использованием дробленого кирпича в качестве заполнителя. С этой целью было проведено сравнительное исследование прочностных свойств бетона, изготовленного с использованием дробленого кирпича в качестве крупного заполнителя и с натуральными заполнителями. Результаты показывают, что природные крупные заполнители могут быть заменены дробленым кирпичом без значительного изменение долговечности бетона при отсутствии стали.
Ключевые слова: промышленные отходы, дробленый кирпич; свойства бетона, прочность на сжатие.
УДК 691.32
Забота об окружающей среде и энергопотребление в настоящее время являются двумя основными темами при производстве материалов на основе цемента. Использование смешанных отходов строительства и сноса зданий в качестве замены природных заполнителей имеет много экономических и экологических преимуществ [1-4].
В процессе производства цемента потребляется большое количество топлива, из-за чего цементная промышленность также вносит свой вклад в повышение концентрации С02 в атмосфере. Согласно имеющейся статистике, объем выбросов С02 в процессе производства цемента занимает 8-9 % от глобальных антропогенных выбросов СО2 и 2-3% энергопотребления [5].
Отходы строительства и сноса зданий, по оценкам, составляют от 10% до 30% всех отходов, попадающих на свалки; из этого мусора преобладающим источником по весу является асфальт, кирпич и бетон [6]. Поскольку кирпичи являются доминирующим материалом в жилищном строительстве [7, 8], на их долю приходится большая доля строительных отходов и отходов сноса [9, 10]. В недавнем исследовании подсчитано, что кирпич останется вторым по значимости строительным материалом после бетона [11] в течение следующих 50 лет. Кирпичи считаются отходами, если они разбиты или повреждены в результате линии по производству кирпича или со строительных и демонтажных площадок.
Предыдущие исследования показали, что кирпичные и бетонные отходы могут составлять до 75% строительных отходов и отходов сноса со строительной площадки [11, 12]. Утилизация любого из этих компонентов, дала бы серьезные результаты к сокращению количества отходов, которые попадают на свалки.
Кирпичная кладка уже давно используется в качестве надежного строительного материала. Однако, отраслевое обследование показало, что примерно 11,5 кг / тонна произведенного кирпича выбрасывается на свалки и не перерабатывается обратно в производство [13]. Учитывая мировое годовое производство глиняных кирпичей, которое составляет примерно 6,25 ><108 тонн [14], около 7 ><106 тонн кирпичей ежегодно отправляются на свалки.
Одним из решений этой проблемы может быть переработка отходов кирпичей, либо избытка новых кирпичей, либо отходов от разрушенных конструкций, и использование их в качестве заполнителей в бетоне.
Целью данной работы было изучение свойств бетона, изготовленного из дробленого кирпича в качестве частичной замены природных заполнителей.
Кирпичные заполнители были получены путем дробления новых глиняных кирпичей с химическим составом, указанным в таблице 1. Новые кирпичи были выбраны для обеспечения консистенции и свести к минимуму возможные загрязнения.
Как измельченный кирпич, так и натуральные заполнители были просеяны, и размер 12,70 мм. Использовался в качестве крупного заполнителя при приготовлении смеси. Во всех бетонных партиях использовался цемент с химическим и фазовым составами, указанными в таблице 1.
Таблица 1. Химические составы портландцемента и глиняного кирпича.
химический анализ (%)
портландцемент
Глиняный кирпич
SiO2 20.6 69.43
5.1 17.29
Fe2Oз 3.4 6.4
CaO 64.5 0.51
SOз 3.1 2.54
MgO 1.0 1.14
Пропорции смеси определялись по объему, при этом крупный заполнитель составлял 35%, мелкий заполнитель - 25%, а соотношение воды и цемента составляло 0,42.
В этом исследовании использовались три различные смеси: (1) 100% натуральная гранитный заполнитель (контроль), (2) 25% дробленого кирпичного заполнителя и 75% натурального гранитного заполнителя (25%В) и (3) 50% заполнителя из дробленого кирпича и 50% заполнителя из натурального гранита (50%В).
Из-за высокой пористости и водопоглощения кирпичных заполнителей рекомендуется замачивать кирпичные заполнители в воде перед добавлением в бетонную смесь [16]. Поэтому эта процедура была принята в данной работе для всех крупных заполнителей. Как натуральный, так и кирпичный заполнители замачивали в воде в течение 48 часов и добавляли в смесь в насыщенном сухом состоянии поверхности, чтобы поддерживать постоянное соотношение масс. Мелкие заполнители сушили в печи при 110°С в течение 48 часов. За несколько часов до смешивания давали остыть до комнатной температуры. Затем бетонные заполнители, цемент и вода были объединены и перемешаны в барабанном смесителе.
Три идентичных бетонных цилиндра диаметром 100 мм = 200 мм из каждой смеси были отлиты и подвергнуты влажному отверждению в течение 28 дней, а затем была определена их прочность на сжатие результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2. Физические свойства крупных заполнителей.
Результат испытаний заполнитель
естественный кирпич
Поглощение холодной воды (%) Поглощение кипятком (%) Насыпная плотность, г^м3 0.95 1.79 1.80 2.46 2.31
Результаты истирания для крупных заполнителей
Результат испытаний заполнитель
100% 25% 50% 100% естественный кирпич кирпич кирпич
Потери на истирание 64.50 49.30 43.20 30.60 Твердость к истиранию 0.35 0.25 0.26 0.26
Как видно из таблицы 2, как натуральные, так и дробленые кирпичные заполнители имели одинаковую насыпную плотность. Однако измельченные кирпичные заполнители имели почти в два раза большую абсорбцию, чем природные заполнители, использованные в этом исследовании, и были более пористыми. Результаты истирания показывают, что природные заполнители, использованные в этом исследовании, были мягче, чем измельченные кирпичные заполнители. Более низкий коэффициент твердости соответствует заполнителю с более равномерной твердостью. В этом отношении кирпичные заполнители имели более равномерную твердость по сравнению с природными заполнителями.
Обрабатываемость свежего бетона была определена с помощью теста на усадку, и результаты приведены в таблице 3.
Как видно, при постоянном соотношении воды и цемента обрабатываемость бетона повышалась с увеличением количества дробленого кирпича в качестве крупного заполнителя. Это можно объяснить большей
пористостью кирпичных заполнителей по сравнению с природными заполнителями. Более проницаемые заполнители могут удерживать больше воды, что, в свою очередь, улучшает обрабатываемость свежего бетона.
Таблица 3. Результаты теста на усадку.
Смесь Спад (мм)
Контроль 100% естественный 25% кирпич 50% кирпич 44.45 63.50 88.90
Образец 1 Образец 2
Образец 3
^ 50,00 С 49,00
IL 48,00
^ 47,00
ГО 46,00
В 45,00
2 44,00
¡15 43,00
О 42,00 х
Z 41,00
о
£ 40,00
49,2 49 49,3
45,90
45,545,6
контроль
48,00
25% кирпич 50% кирпич
I Ряд 1 ■ Ряд 2 ■ Ряд 3
Рис. 1. 28-дневная прочность образцов на сжатие.
Результаты испытания на прочность при сжатии (рис. 1) показали, что все смеси соответствуют стандартам Министерства транспорта Азербайджана для применения в мостах с целевой 28-дневной прочностью на сжатие 27,6 МПа. Цилиндры, содержащие кирпичные заполнители, были в среднем немного прочнее, чем контрольная смесь, и прочность увеличивается за счет увеличения содержания кирпича, что может быть связано с относительно низкой прочностью природных заполнителей по сравнению с прочностью кирпичных заполнителей, как определено испытанием на истирание.
На основе наблюдений и экспериментальных результатов этого исследования можно сделать следующие выводы:
Кирпичные заполнители имеют более высокую пористость и водопоглощение, чем натуральные заполнители, поэтому при смешивании необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы учесть изменение потребности в воде и скорректировать соотношение воды и цемента.
Бетон с кирпичными заполнителями показал повышение своей обрабатываемости по сравнению с бетоном с натуральным заполнителем. Улучшение обрабатываемости усиливается с увеличением содержания крупнозернистого заполнителя в кирпиче. Это объясняется более пористой структурой кирпичных заполнителей по сравнению с природными заполнителями.
Бетон с кирпичными заполнителями показал незначительное улучшение прочности на сжатие по сравнению с бетоном, изготовленным из 100% натурального заполнителя. Это увеличение прочности при сжатии становится более значительным, когда большее количество натуральных заполнителей заменяется кирпичными заполнителями.
Список литературы
1. Ben Said, S.E.; Khay, S.E.; Louilizi, A. Experimental investigation of PCC incorporating RAP. Int. J. Concr. Struct. Mater. 2018, p. 12.
2. Akhtar, A.; Sarmah, A.K. Construction and demolition waste generation and properties of recycled aggregate concrete: A global perspective. J. Clean. Prod. 2018, p. 186, 262.
1. Бой кирпича: универсальный и недорогой материал для строительства. Сайт СТК «Барс». Санкт-Петербург, 2014
2. Свойства битого кирпича. Сайт ООО ГК «Строй Актив». Санкт-Петербург, 2014.
3. А.Ю. Муртазаев, З.Х. Исмаилова. Использование местных техногенных отходов в мелкозернистых бетонах. Строительные материалы. - 2008. - № 3. с. 57.
4. АлександровА.В. Снос зданий и переработка строительного мусора. Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века. 2003. №1. с.50.
5. Ю.М. Баженов, Д.К-С. Батаев, С-А.Ю. и др. Мелкозернистые бетоны из техногенного сырья для ремонта и восстановления поврежденных зданий и сооружений. Грозный, 2011. с. 342.
6. Баженов, С-А.Ю. Муртазаев, М.С. Сайдумов. Строительные композиты на основе бетонного лома и отходов камнедробления. Грозный: ФГУП «Издательско -полиграфический комплекс «Грозненский рабочий», 2014, с. 266.
7. Crowther P., Building deconstruction in Australia, in Overview of deconstruction in selected countries, CIB Report No. 252, C. J. Kibert and R. A. Chini, Editors. 2000. p. 28.
8. Formoso C.T., Soibelman L., Cesare C.D., and Isatto E.L., Material waste in building industry: main causes and prevention. Journal of Construction and Engineering and Management, 2002. July-August: p. 316-325.
9. Demir I. and Orhan M. Reuse of waste bricks in the production line. Building and Environment, 2003. 38: p. 14511455.
10. Lennon M. Recycling Construction and Demolition Wastes, A Guide for Architects and Contractors. 2005.
11. Etxeberria M. Recycled Aggregate Concrete as Structural Material. Materials and Structures, 2007. 40(5): p. 529541.
12. Lalchandani D. and Maithel S. Towards cleaner brick ilns in India: a win-win approach based on zigzag firing technology. 2013, A Shakti Sustainable Energy Foundation Supported Initiative, ADCS (Academic and Development Communication Services): Chennai. p. 22.
13. Debeib F. and Kenai S. The use of coarse and fine crushed bricks as aggregate in concrete. Construction and Building Materials, 2008. 22: p. 886.
14. Cachim P.B. Mechanical properties of brick aggregate concrete. Construction and Building Materials, 2009. 23: p. 1292.
