CC BY
8ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТНОГО БЕТОНА С УЧАСТИЕМ РАЗЛИЧНЫХ
ДОБАВОК
Мамедова Г.М.1, Вазирова Л.З.2, Джамалова Р.Х.3, Мустафалы Н.Э.4
1Мамедова Гюлнура Мустафа - кандидат технических наук, доцент;
2Вазирова Лейла Закир - кандидат химических наук;
3Джамалова Рена Хафиз- диссертант;
4Мустафалы Нурана Эльдар - магистр, кафедра химии и технологии неорганических веществ, Химико-Технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: утилизация промышленных отходов, строительных отходов, сельскохозяйственных отходов, коммерческих отходов и т.д. Бетон играет жизненно важную роль в минимизации проблем с утилизацией. Ежегодно химическими и сельскохозяйственными процессами в Баку производится более 12 миллионов тонн промышленных отходов. Эти материалы создают проблемы утилизации, опасности для здоровья и эстетической проблемы [8]. Гипошлам (ГШ) представляет собой отходы бумажной промышленности, которые можно использовать в качестве материала для замены цемента в бетоне, поскольку содержание извести в шламе велико. Медный шлак представляет собой отходы, образующиеся в процессе производства меди, и его можно использовать в качестве материала для замены мелкого заполнителя (песка), поскольку размер частиц подобен песку. В ходе настоящего исследования была предпринята попытка изучить механические свойства бетона, в котором гипошлам и медный шлак использовались в качестве материала для замены цемента и мелкого заполнителя соответственно [9]. Процент замены, использованный во время этого исследования, составлял 10%, 20% и 30% шлама для цемента. Мелкий заполнитель был заменен 30%, 40% и 50% медного шлака. Прочность кубиков на сжатие определяли на 7, 28 и 56 сутки. На 28-е и 56-е сутки были обнаружены разрывные разрывы цилиндров. Прочность призменных образцов на изгиб была определена на 28-е сутки. Было обнаружено, что использование гипошлама и медного шлака в качестве замещающего материала благотворно влияет на механические свойства бетона [10, 11]. Ключевые слова: медный шлак, гипошлам, прочность на изгиб, прочность на сжатие.
Ведение. Бетон - прочный и универсальный строительный материал. Это смесь цемента, песка, заполнителя, воды и добавок. Производство с использованием портландцемента (ПЦ), который является основным ингредиентользованием портландцемента (ПЦ), который является основным ингредиентользованием портландцемента С другой стороны, сброс отходов, производимых предприятиями, корпорациями или муниципалетететасымлами, производимых предприятиями. Чтобы свести к минимуму эти эффекты, исследователи пытаются использовать отходы промышленности в качестве заменителя цемента, крупного или мелкого заполнителя. Использование промышленных отходов в бетоне может изменить удобоукладываемость и твердотитодова сворститви. Летучая зола, зольный остаток, зола багассы, молотый гранулированный доменный шлак, метал каолин, кивер д. используются в качестве заменителей цемента. Литейный песок, кварцевый песок, карьерная пыль, искусственный песок и т. используются в качестве материала для замены мелкого заполнителя. В ходе настоящего исследования была предпринята попытка одновременной замены цемента гиполедования была попытка одновременной замены цемента гипозошламам имолмозегламам имлмотенной замены [1, 2, 4].
Обыкновенный портландцемент ^ПК) состоит из силикатов кальция, алюминатов ve алюмоферрита. Его получают путем смешивания заданных пропорций известняка, глины и других материалов в небольших количествах, которые измельчаются и нагреваются при высокой температуре около 1500° C для получения «клинкера». Затем клинкер измельчают с небольшим количеством гипса. В настоящей работе использовался OПК, соответствующий Ш 12269-1987 [7]. Некоторые физические свойства цемента приведены в таблице 1.
Таблица 1: Свойства цемента.
Особенности Тестовое значение Тестовое значение
Тонкость 4-5,5%
Удельный вес 3.25
Консистенция 32,5-33,5%
Начальное время схватывания 120 мин
Время окончательного схватывания 240 мин
Гипошлам (ГШ) ежегодно занимает большую часть площади местных свалок. Это побочный продукт завода по производству ацетилена. В этом типе шлама известь колеблется от %25 и %50. При сжигании
бумажной пульпы при температуре около 800°С образующаяся летучая зола может содержать реактивный кремнезем, магний и оксид алюминия (в форме метакаолина), а также известь (СаО), которая придает химические свойства портландцементу. В ходе этого исследования в качестве материала, заменяющего цемент, использовался гипошлам, так как оба материала обладают свойствами кремнезема и магния, что улучшает схватывание и удобоукладываемость бетона. Свойства шлама приведены в таблице 2.
Таблица 2: Сравнение процентного содержания компонентов в гипошламе и цементе.
Состав % в шламе % в цементе
Влага 55-57 -
Оксид магния (MgO) 3.35 1.25
Оксид кальция (CaO) 45,5 69.8
Потери при зажигании 26.2 0.85
Кислот нерастворимый 10.6 0.25
Кремнезем (БЮ2) 9.3 22.2
R2Oз 3.8 8.69
Заполнители, проходящие через сито 4,75 мм, определяются как мелкие заполнители. Мелкий заполнитель добавляется в бетон для облегчения удобоукладываемой и обеспечения однородности смеси. Обычно в качестве мелкого заполнителя используется природный речной песок. Проведя ситовой анализ, было установлено, что песок, использованный для этой работы, соответствует классификационной зоне II по Ш 383:1970, а модуль крупности песка составил 2,72. Удельный вес мелкого заполнителя 2,63.
Медный шлак (МШ) представляет собой побочный продукт, получаемый в процессе плавки и рафинирования меди. В медном шлаке содержание СаО составляет от 0,15% до 3,30%. Это указывает на то, что содержание извести очень низкое. Шлак также проявляет пуццолановые свойства, так как содержит мало СаО. Поскольку большинство свойств МШ сходны со свойствами речного песка, его можно использовать в качестве заменителя песка/мелкого заполнителя [3,5].
Физическое свойство МШ: Внешний вид -черные стекловидные гранулы; форма-гранулированная; удельный вес-3.6; содержание хлоридов в воде-11 частей на миллион,
Химические свойства МШ: рН водного раствора водного экстракта-6.9; Fe2Oз-55.4%; SiO2-27.8%; CaO-2.3%; AШз-3,2%; ^-0,8-1,1%; Свободная влага-1.2%,
Свободная влага. Крупный заполнитель представляет собой химически стабильный материал, присутствующий в бетоне. Наличие крупного заполнителя снижает усадку при высыхании и другие размерные изменения, происходящие за счет движения влаги [6]. Крупный заполнитель способствует непроницаемости бетона при условии, что он правильно отсортирован и смесь составлена соответствующим образом. В настоящей работе используется заполнитель угловым размером 20 мм. Удельный вес крупного заполнителя составляет 2,68, а модуль крупности крупного заполнителя - 3,18.
Вода, используемая для приготовления бетона, должна быть чистой и не содержать вредных щоперимаскелит, кочаселит и др. Для приготовления и выдержки бетона использовалась обычная питьевая вода, имевшаяся в лаборатории. Установлено, что качество воды удовлетворяет требованиям ИСО 456-2000.
Экспериментальные Исследования. Смесь марки М25 была разработана в соответствии с ГОСТ 102622009, и пропорция смеси была определена как 1:1,80:2,95 с соотношением В/Ц
Гипошлам использовался в качестве материала для замены цемента, а медный шлак использовался в качестве материала для замены мелкого заполнителя. Принятый процент замены составлял 10%, 20% и 30% для гипошлама и 30%, 40% и 50% для медного шлака. Были отлиты образцы и определены механические свойства бетона.
Различные процентные замены материалов, использованных в данном исследовании, приведены в Таблице 3.
Таблица 3. Подробная информация об образце.
Образец Замены в процентах
Образцы Цемент Гипошлам Агрегат Медь шлак
А 100 0 100 0
В 100 0 70 30
С 90 10 70 30
Б 80 20 70 30
Е 70 30 70 30
Для исследования механических свойств были отлиты кубы размером 160 мм х 160 мм х 160 мм, цилиндры диаметром 160 мм и длиной 300 мм и призмы 110 мм х 110 мм х 500 мм. Общее количество отлитых образцов составило 144 куба, 96 цилиндров и 48 призм. Образцы были отверждены и испытаны в соответствии с положениями соответствующих кодексов.
Прочность бетона на сжатие определяли путем проведения испытаний на кубических образцах размером 40 мм х 40 мм х 160 мм на 7, 28 и 56 дни в соответствии с Ш 516-1959. Испытания проводились на компрессионной машине (8сЬНкбг УА"^300Б) мощностью 2000 кН. Кубики помещали в машину для испытаний на сжатие и прикладывали нагрузку со скоростью примерно 140 Н/мм2/мин до разрушения образца. За прочность принимали среднее значение трех образцов.
Раздельная прочность на растяжение - это косвенный метод определения прочности бетона на растяжение. Испытание проводят, помещая цилиндрические образцы горизонтально между нагрузочными поверхностями машины для испытания на сжатие, и нагрузку прикладывают до разрушения цилиндра по вертикальному диаметру. Испытание проводили по Ш 5816:1999 на 28-й и 56-й дни.
Испытания на прочность на изгиб были проведены на балках размером 40мм х 40мм х 160мм на 28-й день с использованием универсальной испытательной машины ^сЬИкбг YAW-300D) мощностью 2000 кН. Система нагруженное, используемая при определении изгибного напряжения, представляет собой двухточечное нагруженные по Ш 516-1959.
Значения прочности при сжатии, растяжении при разделении и изгибе образцов приведены в таблице 4.
Таблица 4. Значения прочности при сжатии, растяжении при разделении и изгибе образцов.
Образцы % Замена ГШ и МШ Сжимающий Прочность Разделение на растяжение прочность Изгиб прочность
7-й День N/mm2 28-й День N/mm2 56 -й День N/mm2 28-й День N/mm2 56-й День N/mm2 28-й День N/mm2
A1 0 25.6 33.15 37.66 2.59 3.45 5.45
B1 30% 33.4 44.05 49,5 3,01 3.56 3.48
C1 10% ГШ -30%МШ 25.5 32.66 42.03 3.25 3.26 3.42
D1 20% ГШ -30% МШ 16.90 33.08 36.05 2.95 2.89 5.56
E1 30% ГШ -30% МШ 17.08 21,5 22.02 2.75 2.58 4.04
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Оптимальная замена 50% мелкого заполнителя медным шлаком показывает увеличение прочности на сжатие по сравнению с обычной смесью.
2. При 10% замене цемента на Гипошлам наблюдается увеличение прочности на сжатие по сравнению с 20% и 30% замещающей смесью.
3. Оптимальная замена 10% цемента гипошламом и 50% замена мелкого заполнителя медным шлаком показывает увеличение прочности на сжатие по сравнению с другими комбинациями.
4. При замене мелкого заполнителя медным шлаком на 40 % наблюдается увеличение прочности на раскалывание.
5. С увеличением дней отверждения замена цемента гипошламом на 30 % показывает снижение прочности на разрыв по сравнению с другими комбинациями.
6. Оптимальная замена 10% цемента гипошламом и 50% замена мелкого заполнителя медным шлаком показывает увеличение прочности на изгиб по сравнению с обычной смесью.
Список литературы
1. L.B. Zala, F.S. Umrigar "A techno-economic study on paper industry waste- hypo sludge concrete in rigid pavement" in International Journal of Civil, Structural,Environmental and Infrastructure EngineeringResearch and Development (IJCSEIERD), 2013,Vol. 3,Issue 5, p.133-144.
2. Чернильник А.А., Яновская А.В. и др. Исследование эффективности применения промышленных отходов в качестве заполнителей для бетона вибрированных железобетонных изделий и конструкций. Вестник евразийской науки. 2019, № 2(1), рр 49-51
3. Zala L.B., Umrigar F.S. Experimental investigation of the usage of hypo sludge as partial replacement of cement on the mechanical properties of concrete" in Journal of international academic research for multidisciplinary (2013), "volume 1, issue 10, and p. 339-349.
4. Arivalagan S. (2013), "Experimental Study on the Flexural Behavior of Reinforced Concrete Beams as
Replacement of Copper Slag as Fine aggregate" in Journal of Civil Engineering and Urbanism, Volume 3, Issue 4: pp: 176-182.
5. Kilimanov A.F. Use of industrial waste for concrete // Concrete and reinforced concrete. -1988, No. 6. р. 24-25
6. Page C.L. ve Page M.M. Durability of Concrete and Cement Composites, Woodhead Publishing Ltd., U.K. 2007. Р.86-88
7. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. - Москва : Высшая школа, 1985. 327с.
8. БесединП.В. Энерготехнологический анализ процессов в технологии цементного клинкера / П. В. Беседин, П. А. Трубаев ; под общ. ред. П. В. Беседина. - Белгород :Издательство БГТУ им. В. Г. Шухова ; БИЭИ, 2005. - 460 с.
9. Василик Г.Ю. Цементная промышленность России в 2018 году / Г.Ю. Василик, Е.М. Еремина // Цемент и его применение. - 2018. № 6. С. 22-33
10. Эксергетические расчеты технических систем : Справ. пособие / [В. М. Бродянский и др.]. — Киев : Наукова думка, 1991. - 360 с.
