CC BY
2
Особенности производства прессованного лицевого кирпича, влияние карьерной влажности песка
Р А. Бурханова, С.М. Крахоткин, С.В. Лукиных, К.О. Молчанов,
О.К. Лупиногина Волгоградский государственный технический университет
Аннотация: В статье рассмотрены различные пропорции составляющих цементно-песчаной смеси для производства кирпича с целью строительства частных домов. Особенное внимание уделено значениям осадки конуса, как одному из показателей смеси. Приведены таблицы с описанием разного состава смеси по каждому компоненту. Даны результаты эксперимента по изучению влияния разного соотношения компонентов. Проиллюстрировано оборудование для ручного и автоматического формования и создания из полученной смеси готовых изделий. Дано заключение о возможности использования конкретной смеси в производстве кирпича.
Ключевые слова: кирпич, цемент, песок, вода, цементно-песчаная смесь, цементный раствор, водоцементное отношение, подбор состава, строительство, производство.
Введение
Проектирование состава цементной смеси имеет важное значение при формировании конечного продукта, предназначенного для разных целей и условий эксплуатации [1]. Изделия из цементно-песчаной смеси должны удовлетворять необходимым требованиям прочности, долговечности, морозостойкости, теплоизоляции [2-4]. При этом производство должно быть обосновано экономически выгодными условиями. Данные показатели достигаются применением методики проектирования состава смеси, экспериментальная проверка которого даёт гарантию на формирование качественных материалов. В ходе подбора состава цементо-песчаной смеси должно быть определено такое соотношение между составными компонентами, которое обеспечит необходимую прочность кирпича с учётом технологии её изготовления, нужную удобоукладываемость и подвижность при минимальных расходах вяжущего. Проектирование разделяется на подбор номинального состава, осуществляемый расчётно-экспериментальным путём, и на производственный - при передаче лабораторного в производство (ГОСТ 27006-86) [5-7].
За основу возьмём задачу определения состава в лабораторных условиях - определение расходов материалов в кг/м или соотношения материалов к расходу цемента. Основное требование готового продукта -получение необходимой прочности, достигающееся правильным назначением водоцементного отношения и правильным соотношением основных структурных составляющих смеси [8-10].
Водоцементное отношение (далее В/Ц) колеблется пределах >0,4 для получения изделий обычной прочности и <0,4 - для высокопрочных [2].
Материалы и оборудование
Исходя из этих данных и предполагаемой марки прочности кирпича, использовали следующие материалы: портландцемент ЦЕМ II-A-Ш-42,5 Н (марка М500), песок карьерный, вода проточная.
Ход работы
При планировании эксперимента было решено приготовить растворы в различных пропорциях цемента, песка и воды.
При подготовке использовались предварительно просеянный, а затем высушенный песок с модулем крупности 2,3 мм (ГОСТ 31828-2012; ГОСТ 8735-88; ГОСТ 8735-88 с Изменениями N 1, 2, с Поправкой) для дальнейшего смешивания с цементом. Для скрепления раствора использовали проточную воду комнатной температуры. При подборе цементной смеси с наиболее прочностными характеристиками за исходную точку взяли стандартное соотношение Ц: П: В = 1:3:0,4 и методами варьирования значениями осадки конуса в допустимом диапазоне производилось определение состава смеси. Пробы были разделены на три группы: I - о постоянным содержанием цемента 250 г; II - о постоянным содержанием цемента 500 г; III - о постоянным содержанием цемента 1000 г. Во всех трёх группах менялось водоцементное соотношение от 1:0,4 до 1:1,2 с шагом 0,2.
М Инженерный вестник Дона, №12 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/nl2y2022/8093
После затворения образцов в опалубке через 24 часа производили распалубку, и образцы погружали полностью в воду на 27 суток (ГОСТ 310.4-81 с Изменениями N 1, 2).
После процедуры изымания из воды, проводили экспериментальные исследования по определению предела прочности при изгибе и на сжатие. Испытания по определению прочности на изгиб проводили на лабораторном приборе 2170 П-6 и испытания по определению прочности на сжатие - на прессе ПИ-100-1-1-4 (ГОСТ 310.4-81 с Изменениями N 1, 2).
Полученные результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 1.
Таблица № 1
Результаты испытаний образцов с высушенным просеянным песком
№ Материалы Пропорция Осадка Предел Предел
группы и партии компонентов, Ц: П: В конуса, мм прочности при изгибе, МПа прочности на сжатие, МПа
Цемент, г Песок, г Вода, мл
1 100 1 7:0,4 104 1 18
2 150 1 7:0,6 105 2 36
I 3 250 1750 200 1 7:0,8 110 3 51
4 250 1:7:1 117 2 45
5 300 1 7:1,2 121 1 10
1 200 1 3:0,4 105 3 47
2 300 1 3:0,6 108 4 50
II 3 500 1500 400 1 3:0,8 114 3 42
4 500 1:3:1 120 2 34
5 600 1 3:1,2 134 1 18
1 400 1 1:0,4 106 3 48
2 600 1 1:0,6 110 3 46
III 3 1000 1000 800 1 1:0,8 120 1 26
4 1000 1:1:1 136 1 19
5 1200 1:1:1,2 - - -
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что предел прочности на изгиб в образцах группы I находится в пределах от 1 до 3 МПа, а предел прочности на сжатие от 10 до 51 МПа. При этом среднее значение
при изгибе - 1,8 МПа, при сжатии - 32 МПа. Наибольшие показатели в этой группе у образца с соотношением компонентов 1:7:0,8.
Аналогично, что предел прочности на изгиб в образцах группы II находится в пределах от 1 до 4 МПа, а предел прочности на сжатие от 18 до 50 МПа. При этом, среднее значение при изгибе - 2,6 МПа, при сжатии - 38,2 МПа. Наибольшие показатели в этой группе у образца с соотношением компонентов 1:3:0,6.
Соответственно, предел прочности на изгиб в образцах группы III находится в пределах от 1 до 3 МПа, а предел прочности на сжатие - от 18 до 50 МПа. При этом, среднее значение при изгибе - 1,6 МПа, при сжатии - 26,8 МПа. Наибольшие показатели в этой группе у образца с соотношением компонентов 1:1:0,4.
Помимо этого, результаты наглядно демонстрируют, что чем больше в составе раствора песка, тем больше требуется воды, что также подтверждается значением осадки конуса, как одним из показателей необходимого количества воды. Также в группе III в партии 5 при соотношении составных частей 1:1:1,2 отсутствует значение осадки конуса, в связи с высокой подвижностью цементно-песчаного раствора и не может быть использовано для приготовления образцов, но является демонстрацией границы пропорций компонентов.
В процессе проведения испытаний появилась задача по определению прочностных характеристик образцов с использованием просеянного невысушенного (влажного) песка для получения цементного-песчаного раствора для производства кирпича. Опытным путём было получено значение влажности, которое находится в пределах 9-11 %. Примем за основу среднее значение 10 % и повторим испытания для всех групп и партий образцов с уменьшением количества воды на показатель среднего значения влажности (10 %) (ГОСТ 310.4-81 с Изменениями N 1, 2).
Полученные результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 2.
Таблица № 2
Результаты испытаний образцов с влажным просеянным песком
№ группы и партии Материалы Пропорция компонентов, Ц:П:В Осадка конуса, мм Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности на сжатие, МПа
Цемент, г Песок, г Вода, мл
I 1 250 1750 90 1 7:0,36 103 1 17
2 135 1 7:0,54 106 2 33
3 180 1 7:0,72 109 3 49
4 225 1:7:0,9 118 2 44
5 270 1 7:1,08 120 2 10
II 1 500 1500 180 1 7:0,36 104 2 45
2 270 1 7:0,54 107 3 48
3 360 1 7:0,72 114 3 41
4 450 1:7:0,9 122 2 35
5 540 1 7:1,08 133 1 19
III 1 1000 1000 360 1 7:0,36 105 3 45
2 540 1 7:0,54 110 3 46
3 720 1 7:0,72 115 2 26
4 900 1:7:0,9 124 1 21
5 1080 1:7:1,08 136 1 10
Как мы можем наблюдать, значения пределов прочности на изгиб и на сжатие во всех трёх группах образцов не существенно изменились при влажном песке с учётом компенсации количества воды. Среднее значение предела прочности в образцах группы I при изгибе - 2 МПа, при сжатии -30,6 МПа. Среднее значение предела прочности в образцах группы II при изгибе - 2,2 МПа, при сжатии - 37,6 МПа. Среднее значение предела прочности в образцах группы III при изгибе - 2 МПа, при сжатии - 29,6 МПа.
К сведению - в образцах группы III партии 5, значение осадки конуса достаточно велико, но при этом позволило провести испытания на приготовленных образцах и определить значения прочностных характеристик.
Средние значения двух испытаний представлены в таблице 3.
Таблица № 3
Результаты испытаний образцов с сухим и влажным просеянными
песками
№ Пропорция компонентов Среднее значение Среднее значение
группы смеси с сухим и предела прочности на предела прочности на
и партии влажным песком, Ц: П: В изгибе в смеси с сухим и сжатие в смеси с сухим
влажным песком, МПа и влажным песком, МПа
1 1 7:0,4 1 7:0,36
2 1 7:0,6 1 7:0,54
I 3 1 7:0,8 1 7:0,72 1,8 2 32 30,6
4 1:7:1 1:7:0,9
5 1 7:1,2 1 7:1,08
1 1 3:0,4 1 7:0,36
2 1 3:0,6 1 7:0,54
II 3 1 3:0,8 1 7:0,72 2,6 2,2 38,2 37,6
4 1:3:1 1:7:0,9
5 1 3:1,2 1 7:1,08
1 1 1:0,4 1 7:0,36
2 1 1:0,6 1 7:0,54
III 3 1 1:0,8 1 7:0,72 1,6 2 26,8 29,6
4 1:1:1 1:7:0,9
5 1:1:1,2 1:7:1,08
Сравнение результатов испытаний образцов с высушенным просеянным песком и влажным просеянным песком представлены на рисунке 1. Данные внутри области построения отображают результаты испытаний образцов с высушенным просеянным песком, а за пределами - с влажным просеянным песком.
Рис. 1. - Сравнение результатов испытаний образцов с высушенным просеянным песком и влажным просеянным песком
Сравнение средних значений пределов прочности на изгиб и на сжатие образцов с высушенным просеянным песком и влажным просеянным песком представлены на рисунке 2.
Рис. 2. - Сравнение результатов прочностных характеристик образцов с высушенным просеянным песком и влажным просеянным песком
По результатам проделанных экспериментов, можно с уверенностью рекомендовать использовать данные для приготовления цементно-песчаного раствора в производстве кирпича. Применяемое оборудование для прессования может быть ручного характера и автоматического (рис. 3).
Рис. 3. - Установка для прессования кирпича: а) ручной механизм; б)
автоматический
Выводы
1. Получены результаты предела прочности на изгиб и на сжатие для различного соотношения Ц: П: В. Определены наилучшие результаты в каждой группе: I - 1:7:0,8 предел прочности на изгиб - 3 МПа, предел прочности на сжатие - 51 МПа; II - 1:3:0,6 предел прочности на изгиб - 4 МПа, предел прочности на сжатие - 50 МПа; III - 1:1:0,4 предел прочности на изгиб - 3 МПа, предел прочности на сжатие - 48 МПа.
2. Проведены дополнительные экспериментальные исследования по получению образцов, в которых один из компонентов был влажный песок. Результаты коррелируют с результатами образцов, где использовался сухой песок. Определены средние значения предела прочности в образцах группы I при изгибе - 2 МПа, при сжатии - 30,6 МПа. Среднее значение предела прочности в образцах группы II при изгибе - 2,2 МПа, при сжатии - 37,6
МПа. Среднее значение предела прочности в образцах группы III при изгибе - 2 МПа, при сжатии - 29,6 МПа.
Литература
1. Quagliarini E., Lenci S. The influence of natural stabilizers and natural fibres on the mechanical properties of ancient Roman adobe bricks // Journal of cultural heritage. - 2010. - V. 11. - №. 3. - С. 309-314.
2. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. - М.: Стройиздат, 1975. - с. 268.
3. Zhilkina T., Sychugov S., Gumeniuk A., Mackevicius R., Turchin V., Vasilev V., Zakirov M. and Alexander Ilinsky A. Technology of soil stabilization with cement-sand grouting mortar with optimal aggregate grading // MATEC Web of Conferences. - EDP Sciences, 2018. - V. 193 URL: researchgate. net/publication/327113595_Technology_of_soil_stabilization_with_c ement-sand_grouting_mortar_with_optimal_aggregate_grading
4. Бычков М. В., Удодов С. А. Особенности разработки легких самоуплотняющихся бетонов на пористых заполнителях // Инженерный вестник Дона, 2013, №. 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1774
5. Маилян Д. Р., Польской П. П., Георгиев С. В. Свойства материалов, используемых при исследовании работы усиленных железобетонных конструкций // Инженерный вестник Дона, 2013, №. 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1673
6. Форопонов К. С., Ткаченко Г. А. Структурообразование и свойства модифицированных жесткопрессованных цементно-меловых композиций // Инженерный вестник Дона, 2010, №. 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2010/230
7. Загородных К. С., Кукина О. Б., Глазков С. С., Черепахин А. М. Исследоваение возможности применения комплексной добавки к цементу
при стабилизации грунтов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. - 2016. - №. 1. - С. 20-24.
8. Waheed A., Azam R., Rizwan Riaz M., Zawam M. Mechanical and durability properties of fly-ash cement sand composite bricks: an alternative to conventional burnt clay bricks // Innovative Infrastructure Solutions. - 2022. - Т. 7. - №. 1. - С. 1-12.
9. Arulmoly B., Konthesingha C. Pertinence of alternative fine aggregates for concrete and mortar: a brief review on river sand substitutions // Australian Journal of Civil Engineering. - 2021. - С. 1-36.
10. Dogan-Saglamtimur N., Bilgil A., Szechynska-Hebda M., Parzych S., Hebda M. Eco-friendly fired brick produced from industrial ash and natural clay: A study of waste reuse // Materials. - 2021. - Т. 14. - №. 4. - С. 877.
References
1. Quagliarini E., Lenci S. Journal of cultural heritage, 2010, V. 11, №. 3, pp. 309-314.
2. Bazhenov Yu.M. Sposoby' opredeleniya sostava betona razlichnyx vidov [Methods for determining the composition of concrete of various types] Yu.M. Bazhenov. M.: Strojizdat, 1975. p. 268.
3. Zhilkina T., Sychugov S., Gumeniuk A., Mackevicius R., Turchin V., Vasilev V., Zakirov M. and Alexander Ilinsky A. MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2018, V. 193. URL: researchgate. net/publication/327113595_Technology_of_soil_stabilization_with_c ement-sand_grouting_mortar_with_optimal_aggregate_grading
4. Bychkov M. V., Udodov S. A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №. 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1774
5. Mailyan D. R., Pol'skoj P. P., Georgiev S. V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1673
6. Foroponov K. S., Tkachenko G. A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2010, №. 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2010/230
7. Zagorodnyx K. S., Kukina O. B., Glazkov S. S., Cherepaxin A. M. Nauchny'j vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arxitekturno-stroiteFnogo universiteta. Seriya: Fiziko-ximicheskie problemy' i vy'sokie texnologii stroitefnogo materialovedeniya, 2016, №. 1, pp. 20-24.
8. Waheed A., Azam R., Rizwan Riaz M., Zawam M. Innovative Infrastructure Solutions, 2022, V. 7, №. 1, pp. 1-12.
9. Arulmoly B., Konthesingha C. Australian Journal of Civil Engineering, 2021, pp. 1-36.
10. Dogan-Saglamtimur N., Bilgil A., Szechynska-Hebda M., Parzych S., Hebda M. Materials, 2021, V. 14, №. 4, P. 877.
