CC BY
33НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА НА ЗАПОЛНИТЕЛЯХ
ИЗ БЕТОННОГО ЛОМА Ламжав О.1, Сэдэд Д.2
1Ламжав Олзвойбаатар - старший преподаватель, доктор технических наук;
2Сэдэд Дорж - преподаватель, магистр технических наук, Инженерно-строительный институт Монгольский национальный университет, г. Улан-Батор, Монголия
Аннотация: в данной работе представлены результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств вторичного заполнителя и влияния добавок на увеличение прочности бетона на заполнителях из бетонного лома. Установлена возможность изготовления тяжелого бетона класса В20 из вторичного заполнителя. Изучено влияние вторичного заполнителя на процесс гидратации цементного камня и установлено оптимальное содержание замены природного заполнителя на вторичный заполнитель.
Ключевые слова: бетонный лом, вторичные заполнители, зерновой состав, добавка, экология.
I. ВВЕДЕНИЕ
В Монголии ежегодно образуются около 2 миллионов тонн отходы различных видов, из них около 50 % относится в г. Улан-Баторе. По данным городской власти около 80 % всех образующихся отходов это отходы потребления, а около 20 % строительные отходы [1].
К сожалению, все образующие отходы практически не подвергается механической переработке и направляются на захоронение. Поэтому анализ мероприятий по менеджменту отходов столицы является весьма актуальной проблемой.
Согласно стандарту Японии, вторичный бетон подразделяется на три категорий (таб. 1)
I категория - обычный мелкий заполнитель + вторичный крупный заполнитель
II категория - обычный и вторичный мелкий заполнитель + вторичный крупный заполнитель
III категория - вторичный крупный и мелкий заполнитель [2].
Таблица 1. Использование вторичных бетонов
Категория вторичного бетона Область применения Максимальная прочность на сжатии, МПа
Проектная Реальная
I Общее малоэтажное строительство, малоэтажное многоквартирное жилищное строительство, то же, индивидуальное, фундаменты складские и производственных помещений 18 30
II Бетонные блоки фундаментов, гаражи и легкие подсобные помещения, станины машин и механизмов 15 27
III Фундаменты деревянных конструкций ворот, заборы, легкие фундаменты под машины и механизмы и т.п. 12 24
По данным японского исследователя М. Хисаки, прочность вторичного бетона на сжатие, в котором 30 % щебня были заменены вторичным заполнителем, почти не отличается от прочности бетона, изготовленного с использованием только природных заполнителей. Замена 50 % природного щебня вторичным заполнителем, по опыту Японского общества строительных подрядчиков, вызывает резкое снижение прочности вторичного бетона [3].
По данным С. Нисибаяси и др. [4], количество раствора, налипшего на вторичном крупном заполнителе, достигает 36-39 % и по мере увеличения В/Ц первоначального бетона эта величина немного уменьшается. На мелких фракциях вторичного щебня растворной составляющей бетона остается больше. У частиц размером до 0,3 мм количество растворной составляющей достигает примерно 50 %, тогда как на вторичном крупном заполнителе этот показатель составляет 20-25 %.
II. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является исследование физико-механических свойств вторичного заполнителя и изготовления тяжелых бетонов класса В20 из бетонного лома с непреревного фракцирования и установить область их применения.
Ш.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Испытания провели по II категории Японского стандарта JIS A 5023 и использованы следующие материалы: природные пески и гравий из фракций 0-5 мм, 5-10 мм и 10-20 мм; вторичные заполнители из бетонного лома той же фракции; портландцемент КНР, по классу РС 42,5; вода для бетона, соответствующая стандарту MNS ISO 12439 : 2012; химические добавки Master Glenium 8402 и Visco Grete 5520 MN.
Пробу песка и щебня из продуктов дробления вторичного бетона испытывают для определения физико-химических показателей по стандарту MNS 2916 : 2002 и MNS 2998 : 2009. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Таблица 2. Физико-механические показатели щебня из дробленного бетона
Фракции
П/п Показатели Ед.изм 0-5 мм 5-10 мм 10-20 мм
1 Насыпная плотность кг/м3 1268 1089 1153
2 Плотность г/см3 2,60 2,62 2,63
3 Средняя плотность г/см3 2,48 2,41
4 Объем пустот % 51,23 56,09 52,16
5 Модуль крупности - 3,56
6 Пористость % - 5,34 8,36
7 Суммарные остатки на ситах №0,63 % 74,54 - -
8 Содержание частиц менее 0,14 мм % 4,26 - -
9 Содержание пылевидных и глинистых частиц % 2,38 0,22 0,25
10 Водопоглощение % 9,17 6,41
11 Дробимость % - 20,47 16,37
12 Содержание зерен пластичатой и игловатой формы % - 5,0 3,5
13 Влажность % 0 0 0
14 Целые части глины % 0 0 0
15 Содержание щебня в песках % 0 - -
16 Содержание песка в щебне % - 19,53 19,53
17 Дроблённый частиц % - 100 100
18 Наличие органических примесей - Окраски не дало
Присутствие растворного компонента в щебне значительно увеличивает его водопоглощение и дробимость, уменьшает морозостойкось
Установлено влияние содержания заполнителя из бетонного лома и с химической добавкой на прочность исходного бетона. Результаты испытания прочности исходного бетона и вторичного бетона показаны в табл. 3
Таблица 3. Прочность исходных и вторичных бетонов
Состав Замена природного заполнителя, % Добавка, % по массе цемента Дробление, на сколько раз Прочность при сжатии в возрасте 28 суток, МПа Примечание
1 0 0 - 17,7 Исходный бетон
2 30 1 1 22,1 Вторичный бетон
3 0 0 - 21,2 Исходный бетон
4 20 1 2 28,9 Вторичный бетон
Анализ полученных результатов показал, что физико-механические свойства бетонных образцов на заполнителе из бетонного лома близки со свойствами бетона на щебне из природного материала. Это может быть объяснено тем, что на зернах вторичного щебня присутствуют оставшиеся частицы цемента и раствора, в результате механической диструкции при дроблении их структура становится более пористой и величина водопоглощения такого щебня достигает 6-8 %. В совокупности эти факторы приводят к увеличению адгезии вторичного заполнителя с другими компонентами и уплотнению структуры бетона, благодаря чему повышается сцепление цементного камня с заполнителем [5].
С целью исследования влияния вторичного заполнителя на процесс гидратации цементного камня изготовлено два образца и затвердевщего при пропаривании. Испытание проводил на дифрактометре типа ДРОН-2. Рентгенограммы цементного камня показаны на рис. 1.
Рис. 1. Рентгенограмм цементного камня: замена портландцемента на 20 % вторичным заполнителем, при В/Ц = 0,4; Ь) портландцемент, при В/Ц = 0,4
Шебень из бетонного лома состоит из фрагментов крупного и мелкого заполнителя, скрепленных цементным камнем, и контактной зоны между ними, состоящей преимущественно из кристаллов портландита, эттрингита карбонатов кальция и других кристаллических гидросиликатов кальция. Теоретический интерес
представляет положение о том, что при получении щебня из бетонного лома путем дробления происходит разрушение кусков бетона с образованием новых химически активных поверхностей как гранитного заполнителя, так и цементного камня, негидратированная часть которого может подвергаться дальнейшей гидратации [6].
С помощью математического моделирования в программе STATISTIKA 6.0 приведен анализ результатов. При проведении анализа выбрано два фактора, это водоцементное отношение (Х1 ) и объем вторичного заполнителя в составе бетона (Х2).
Уравнение регрессии показателя прочность при сжатии в возрасте 28 суток:
Y = 16.9 + 0,263X1 -0.006X2 - 48,7X2 + 35,3X2
Из математического анализа установлено, что на прочность вторичного бетона положительно влияет объем вторичного заполнителя. Зависимость прочность бетона от процента вторичного щебня и водоцементного отношения показана на рис. 2.
8 10 12 14 1Е 18 20 22 24 2Б 23 30 32
Рис. 2. Зависимость прочность бетона от процента вторичного щебня и водоцементного
отношения
Как видно из рис. 2, при получении вторичного бетона класса В25 и выше, оптимальным вариантом является то, что водоцементное отношение меньше 0,64 и замена природного заполнителя на вторичный заполнитель составляет 22-24 %.
Переработка и повторное использование отходов бетонного лома позволит решить сразу несколько проблем: экономия природных ресурсов; уменьшение площадей для хранения отходов; снижение нагрузки на окружающую среду.
1У.ВЫВОДЫ
По результатом проведённой теоретической и экспериментальной работы сделаны следующие выводы:
1. Установлено возможность изготовления тяжелых бетонов на заполнителе с непреревными фракцами из бетонного лома для производства фундаментных блоков и стеновых камней класса по прочности класса В 20.
2. С помощью программы STATISTIKA 6.0 установлено, что для вторичного бетона класса В 20 и выше, оптимальным вариантом является, то что водоцементное отношение меньше 0,64 и замена природного заполнителя на вторичный заполнитель 22-24 % с химической добавкой в 1 %.
3. Заполнители из бетонных отходов можно применять в устройстве щебеночных оснований под полы и фундаменты зданий, под асфальтобетонные покрытия дорог всех классов, в качестве мелкого и крупного заполнителя в бетоне прочностью 5-20 МПа, при производстве бетонных и железобетонных изделий.
Список литературы
1. Olzvoibaatar L., Enkhchimeg Т. Improvement of the ulan-bator waste management mechanism. lviii international correspondence scientific and practical conference «European Research: innovation in science, education and technology». December 8-9, 2019. London, United Kingdom. ISBN 978-1-948507-04-2. UDC 08.
2. AóñááA.Á., QáaódñeeéÁ.A. AóióeHia efreüQiáaíea ááóiíiá. liñeáá, Ñ.E., 1988. Стр. 95.
3. Пуляев С.М. Ááóiíü íá 5ЙШе0аёуб ёд ááóiííiai ёпй аёу сборных жáëá?iááóiííüб ë5aáëëé [Текст] : дëññáóóáóëу íá ñieñeáíeá ученой степени еандидата технических наук. МГСУ. liñeáá, 2005. 200 ñ.
4. Yoshio Kasai. Studies into the reuse of demolished concrete in Japan. EDA/RILEM Conference "Re-use of concrete and brick materials", June, 1985.
5. Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебное пособие. Ростов на Дону: "Феникс", 2007. 368 с.
6. Чурсин С.И., Лобзанов Е.А. Особенности крупного заполнителя из лома тяжелых бетонов // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры, 2016-3 (119).
7. Олзвойбаатар Л.Исследование свойств вторичного заполнителя и бетона, изготовленного из бетонного лома. Сборник статей по материалам. VIII международной научно-практической конференции: Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке. № 8 (8) г.Новосибирск. Декабрь, 2017.
8. Fachrato Myhammet. Crushed concrete as concrete aggregate in the manufacture of reinforced concrete structures. MATEC Web of Conferences 193, 02005 (2018) ESCI 2018 Moscow State University of Civil Engineering, Yaroslavskoe shosse, 26, Moscow, 129337, Russia. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://doi.org/10.1051/matecconf/201819302005/ (дата обращения: 10.11.2020).
