CC BY
53
УДК 691.535
С-А.Ю. Муртазаев, Н.В. Чернышева, А.С. Успанова, Б.Т. Муртазаев ПРИМЕНЕНИЕ МЕСТНЫХ ПЕСКОВ И ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ
S-A.Y. Murtazaev, N. V. Chernyshevа, A.S. Uspanova, B.T. Murtazaev APPLICATION OF LOCAL SAND AND TECHNOGENIC WASTE IN BUILDING SOLUTIONS
Разработаны составы строительных растворов на мелких местных песках и отсеве дробления бетонного лома с комплексной органоминеральной добавкой на основе золошлаковых отходов ТЭЦ г.Грозный. Разработанные составы строительных растворов обладают повышенными технологическими и физико-механическими свойствами, их применение позволяет не только сэкономить вяжущее и улучшить качество растворов, но и решить вопрос об утилизации техногенных золошлаковых отходов и отсева дробления бетонного лома.
Ключевые слова: строительный раствор, мелкие пески, отсевы дробления бетонного лома, золошлаковые отходы, органоминеральная добавка.
The summary: structures of building solutions on small local sand and elimination of crushing of a concrete breakage with complex органоминеральной an additive on a basis золошлаковых a waste of thermal power station Grozny are developed. The developed structures of building solutions possess the raised technological and physicomechanical properties, their application allows not only to save knitting and to improve quality of solutions, but also to solve a question on recycling technogenic золошлаковых a waste and elimination of crushing of a concrete breakage.
Keywords: a building solution, small sand, eliminations of crushing of a concrete breakage, a cindery and slag waste, an organic and mineral additive.
Распределение запасов крупных и мелких заполнителей, соответствующих требованиям ГОСТ для бетона, неравномерно в большинстве регионов и возникают трудности в связи с отсутствием природных средне- и крупнозернистых песков для получения высококачественных строительных композитов. Известно, что заполнители занимают значительную часть объема строительного раствора и, следовательно, от их характеристик зависит качество растворной смеси. Для строительных растворов в качестве заполнителей используют пески природные, кварцевые, искусственные, дробленные из горных пород. Качество песка определяется его основными показателями: зерновым составом, плотностью, пустотностью, водопотребностью, модулем крупности.
Использование в строительных композитах местного мелкого заполнителя позволило бы решить вопрос о ресурсосбережении, экономии (за счет исключения транспортных расходов на перевозку заполнителя), утилизации техногенных сырья и повышения эффективности использования местного сырья.
Наиболее известным и разработанным в республике является Червленское месторождение, и в производстве строительных композитов в широких масштабах песок именно с этого карьера. Однако на территории республики имеются и другие месторождения песка - Толстой-Юртовское, Беноевское, Эрсеноевское (Веденское), которые не расширяют топографию добычи песка, но и вполне претендуют на заполнители более качественные и дешевые.
Степень эффективности месторождений мелкого и крупного заполнителя в стройиндустрии зависят от ряда нижеследующих факторов: ^ доступность месторождения;
А-
^ удобство добычи, переработки и транспортирования;
^ востребованность данного вида песка в регионе;
^ функциональное назначение мелкого заполнителя (в качестве подсыпок под тротуары и дороги; в качестве составляющего бетонов и растворов; при планировании местности и т.д.);
^ ряда специфических требований предъявляемых к заполнителю, зависящих от его назначения (генезис, соответствие зернового состава, наличие примесей и т.п.)
С целью изучения свойств местных песков и рациональности их применения в строительных растворах исследовались составы растворов с мелким заполнителем Червленного, Веденского, Беноевского и Толстой - Юртовского месторождений.
В качестве вяжущего используем Чири-Юртовский цемент М500 Д0. Водоцементное соотношение варьировалось в пределах 0,5-0,7 для определения наиболее оптимального для каждого вида заполнителя. В качестве техногенных отходов применялись отсевы дробления бетонного лома (ОДБЛ).
Согласно нормативным требования для обеспечения слитности структуры растворной смеси, т.е. наличие достаточного количества цементного теста для заполнения пустот в заполнителе, достигается при расходе цемента около 600 кг/м3. Как показали ранее проведенные исследования [1], в основном применяемые строительные растворы не имеют слитной структуры. С целью обеспечения слитности структуры строительного раствора соотношение Ц:П было принято 1:2,33.
Строительные растворы приготавливались по стандартной методике, согласно ГОСТ 28013-98 «Растворы строительные. Общие технические условия» и СП 82-101-98 «Приготовление и применение растворов строительных», одновременно определялись диаметр расплыва на ЛВС и водоудерживающая способность растворной смеси (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика стандартного состава строительного раствора_
№ п/п Расход составляющих, кг
Цемент Песок Вода
1 450 1049 270
2 400 932 240
3 350 816 210
4 300 699 180
Для определения прочности строительных растворов были проведены испытания на различных местных песках - Червленном, Веденском, Толстой-Юртовском и Беноевском в соотношении 1:2,33 на Чири-Юртовском цементе М500 Д0. Испытания проводились на образцах - кубах размером 70,7х70,7х70,7 мм при принятом В/Ц=0,6. После твердения в течение 28 суток образцы испытывались на прессе ИП Щелкунчик 1000. Строительные растворы на Червленном, Веденском, Толстой-Юртовском и Беноевском можно отнести к марке М10 (рис. 1), т.е. низкомарочным растворам.
16
га
С л
I—I
о О К
14
12
16Д2^
15,8 1 1 15,8
15,61
14,1Ж
13,8 Х14Д < 14,1
13,83^ Г13/7
13,1 13,74
12,9 , изд
12,81 Ь«^
12,5
■Червленный песок ■Веденский песок Толстой-Юртовский песок ■Беноевский песок
7 14
Время.сут
28
Рис. 1. Динамика набора прочности образцов строительного раствора на Чири-
Юртовском цементе М500 ДО
Для улучшения физико-механических и технологических характеристик требуется введение добавок и материала с более крупными фракциями для обеспечения более высокой прочности.
Также необходимо учитывать, что, стоимость строительных материалов находится в прямой связи от стоимости сырья для их производства. Снижение стоимости современных видов строительных материалов достигается путем их производства на местах, исключая транспортные расходы, с применением местных сырьевых материалов и отходов техногенного происхождения. На территории республики в результате сноса разрушенных, устаревших и аварийных объектов образовались техногенные отходы в виде бетонного лома из разрушенных конструкций зданий и сооружений, а также бетонного лома из бракованных бетонных и железобетонных изделий на полигонах ЖБИ.
Использование отсевов дробления бетонного лома в строительных растворах имеет свою специфику, в виду их полиминеральности, полигенетичности и характера поверхности зерен. Для применения ОДБЛ в строительных растворах требуется современная методология проектирования составов с учетом их характеристик, применение комплексных органоминеральных добавок, нормативное сопровождение для широкомасштабного внедрения, и т.д.
Применение ОДБЛ позволит не только снизить расход природных песков и снизить нагрузку на проектируемые месторождения, но и решить проблему текущих отходов и техногенных месторождений.
Для исследования физико-механических характеристик растворов отсев дробления был использован в качестве мелкого заполнителя для строительных растворов состава 1:2,33 на Чири-Юртовском цементе М500 ДО. Испытания проводились в учебно-научной лаборатории строительного факультета ГГНТУ.
Основные результаты испытаний представлены на рис. 2.
18
16
14
о 12
10
16,43
13,6
12,24
6,61
7 14 21 28
Время, сух
Рис. 2. Физико-механические свойства строительного раствора на отсеве дробления бетонного лома
Для использования ОДБЛ в строительных растворах их гранулометрический состав должен быть оптимизирован (табл. 2), т.е. должен проявить свойства удобоукладываемости при минимальном расходе цемента без расслоения растворной смеси [2].
Таблица 2
Зерновой состав отходов дробления бетонного лома
Номера сит, см Остатки на ситах, %
Частные Полные
2,5 42,2 42,2
1,25 22,7 64,9
0,63 30,1 95
0,314 4,7 99,7
0,16 0,3 100
Строительные растворы на ОДБЛ в виду отсутствия достаточной пластичности не удобоукладываемы, растворная смесь жесткая и не жизнеспособная, т.е. требуется оптимизация и разработка приемлемых составов для строительных растворов.
По результатам расчета математических моделей и на основании проведенных экспериментальных исследований, принимаем соотношение - 30 % мелкого песка и 70 % отсева дробления для строительных растворов. Это позволит получать прочные растворы с повышенными технологическими свойствами.
Предложенные составы могут быть использованы как для оштукатуривания, так и в виде кладочных растворов. Введение в составы строительных растворов ОДБЛ повышает их адгезию и прочность, но для строительных растворов различного назначения требуется разработка составов с различным зерновым составом песка и ОДБЛ в виду специфики предъявляемых требований.
В связи с чем, становится актуальным разработка полифункциональных добавок на основе местного техногенного сырья, позволяющее улучшить качество строительных растворов на местных песках и ОДБЛ.
А-
Известно, что применяемые модифицирующие добавки, необходимые для
достижения строительными смесями и растворами основных требуемых показателей, в основном применяют как систему, состоящую из компонентов, рассматриваемых в качестве добавок:
1) тонкомолотых минеральных наполнителей, (в том числе аморфная окись кремния);
2) органических ПАВ;
3) суперпластификаторов (СП).
Данные компоненты являются основными для разработки комплексной модифицирующей добавки для регулирования свойств строительных растворов. Каждая из них по отдельности, конечно же, обладает рядом достоинств, но при индивидуальном использовании не достигается комплексный эффект от применения, например, при использовании органических добавок и ПАВ, (глины), улучшаются удобоукладываемость растворной смеси, но вместе с тем ухудшается прочность затвердевшего раствора и т.п. Суперпластификаторы эффективны для улучшения технологических свойств (уменьшение В/Ц), повышения прочности и т.д., но не решают вопросы удобоукладываемости и жизнеспособности растворной смеси и т.п., тонкомолотые минеральные наполнители, в том числе минеральные добавки улучшают удобоукладываемость, уменьшают пористость, но они не обеспечивают достаточную пластичной растворной смеси, морозостойкость и т.д.
Добавки, при всем их многообразии, должны отвечать определенным требованиям:
1. присутствие основных химических соединений для получения требуемого композита;
2. стабильность химического состава и физических свойств;
3. возможность длительного хранения и транспортирования без изменения свойств;
4. нетоксичность и пожаровзрывобезопасность.
С учетом требований к добавкам и учитывая климатические условия различных регионов, строительные растворы должны соответствовать следующим обязательным критериям:
• прочность;
• удобоукладываемость;
• жизнеспособность;
• водоудерживающая способность;
• морозостойкость;
• постоянство объема.
Для удовлетворения строительного раствора всем этим критериям возможно одной добавки недостаточно, в виду того, что она не обеспечивает синергизм заданных свойств полученных растворов и, как следствие этого, для получения строительных растворов, отвечающих вышеперечисленным требованиям, необходимо разработать комплексную модифицированную добавку.
Комплексная модифицирующая добавка для регулирования свойств растворных смесей и растворов нами разрабатана на основе:
а) тонкомолотого минерального компонента, получаемого из золошлаковой смеси (ЗШС) отходов ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3 г. Грозный;
б) суперпластификатора С-3.
Предварительно для сравнения качественных характеристик полученных растворов в качестве добавки в растворные смеси вводилась тонкомолотая ЗШС с различной удельной поверхностью. Помол ЗШС производился в мельнице МЛР-15, предназначенной для помола цементного клинкера, мергеля, гипса и кокса, предусматривающей два вида дробления. Загрузка мельницы составляет 5кг, влияние времени помола на удельную поверхность ЗШС представлены в рис. 3.
7787
6736
6051 ^Н
4895
■ 1 I I
1 3 5 10
Время помола. млн
Рис. 3. Влияние времени помола золошлаковой смеси на удельную поверхность
Размолотая ЗШС вводилась в составы строительных растворных смесей двумя способами: с водой затворения и перемешивалась одновременно с ингредиентами в количестве от 25 до 75 % от массы цемента.
Для исследования влияния самой золошлаковой смеси производились также определение прочности стандартного раствора с введенной тонкодисперсной золошлаковой смесью, размолотой до различных значений удельной поверхности, в количестве от 10 % до 70 % от массы цемента. Измельчение в обоих методах производилось в лабораторной мельнице МЛР-15, объем загрузки 15 кг. Время помола варьировалось для ЗШС от 5 до 20 минут, для ОМД от 1 до 5 минут с получением удельной поверхности от 4000-10000 см2/г. Испытания проводились на образцах - кубах размером 70,7х70,7х70,7 мм при принятом В/Ц=0,6. После твердения в течении 28 суток образцы испытывались на прессе ИП Щелкунчик 1000. Результаты представлены на рис. 4.
■ Черв. Песок ■ Веден. Песок ■Толстой-Ю. песок ■ Беноевский песок
Рис. 4. Влияние золошлаковой смеси на прочность строительных растворов
9000
и
8000
&
7000
1-4
о 6000 О
^ 5000
¿и
« 4000
К 3000
£ 2000
И 1000
А-
Результаты испытаний строительного раствора выявили незначительное повышение
прочности строительного раствора и значительное увеличение водопотребности растворных смесей. Таким образом, в «чистом» виде тонкомолотая ЗШС не оказывает значительного положительного воздействия на качественные характеристики растворов.
Для устранения негативного воздействия «чистой» ЗШС на свойства раствора была разработана ОМД: предварительно очищенная ЗШС подверглась совместному помолу в МЛР-15, но уже с добавлением суперпластификатора С-3 (табл. 3).
Таблица 3
Проектирование состава ОМД _
ЗШС, % С-3,% от массы ЗШС Время помола, мин Удельная поверхность, см2/г
99,5 0,5 3 6000
99 1 5 7600
97 3 1 4900
В качестве сырьевых материалов при приготовлении стандартного раствора использовались Чири-Юртовский цемент М500 Д0, местные пески с Мк=1,6-1,9 и органоминеральная добавка (ОМД) на основе золошлаковых отходов ТЭЦ в сочетании с ПАВ. Содержание ПАВ в ОМД варьировалось от 0,5 % до 3%, содержание ОМД в растворной смеси изменялось до 30 % от массы цемента.
Эффективность введения разработанной ОМД определялась по влиянию на прочность стандартного раствора, твердевшего в нормальных условиях (табл. 4).
Исследования показали, что увеличение доли содержания ОМД в составе строительных растворов больше чем на 10 % кроме как для Червленного и Толстой-Юртовского песков ведет к снижению прочности (табл. 4 и 5). Для Червленного и Толстой-Юртовского песков снижение прочности наблюдается при содержании ОМД более 20 % .
Таблица 4
Влияние ОМД на прочность строительных растворов_
Наименование заполнителя (месторождения) Количество ОМД от массы Ц, % Время помола ОМД, мин Прочность на сжатие, МПа
3 сут. 7 сут. 14 сут. 28 сут.
Червленный песок 10 3 14,8 17,6 18,2 18,6
20 15,9 18,1 18,3 18,9
Веденский песок 10 13,6 15,4 15,9 16,1
20 13,1 14,0 14,1 14,6
Толстой-Юртовский песок 10 12,6 14,8 14,9 15,6
20 13,3 15,7 16,3 16,4
Бено-Юртовский песок 10 13,3 13,5 14,0 14,2
20 13,3 13,5 13,8 14,0
ОДБЛ 10 8,3 10,1 17,5 20,3
ОДБЛ 20 8,2 10,3 15,3 18,2
Таблица 5
Зависимость прочности строительных растворов на основе мелких песков и ОДБЛ _от содержания ОМД_
Наименование заполнителя (месторождения) Количество ОМД от массы Ц, % Время помола ОМД, Прочность на сжатие, МПа, в возрасте, сут. Рекомендуемая марка
3 7 14 28
1
мин
Червленный песок и ОДБЛ 10 3 20,3 39,5 57,9 76,6 75
20 19,6 38,9 49,2 73,9 50
Веденский песок и ОДБЛ 10 14,2 25,8 37,5 51,8 50
Толстой-Юртовский песок и ОДБЛ 10 19,6 37,8 56,9 77,6 75
20 14,3 26,7 38,3 49,6 50
Беноевский песок и ОДБЛ 10 13,9 24,5 37,0 53,2 50
Таким образом, предложенные в настоящей работе составы строительных растворов на основе использования ранее не изученных местных мелких заполнителей и ОДБЛ являются эффективными для их приготовления и отвечают действующим нормативным требованиям. Введение ОДБЛ обеспечивает прочность раствора, ОМД повышает удобоукладываемость, жизнеспособность и водоудерживающую способность растворной смеси, применение местных песков значительно снижает себестоимость растворной смеси, а комплексное их применение экономит вяжущее на 20...30 %. Кроме того, предложенные составы растворных смесей экономически выгодны и экологически безопасны.
Библиографический список
1. Баженов, Ю.М., Батаев, Д.К-С., Муртазаев, С-А.Ю. и др: Мелкозернистые бетоны из техногенного сырья для ремонта и восстановления поврежденных зданий и сооружений / Ю.М. Баженов, Д.К-С. Батаев, С-А.Ю. Муртазаев и др. - Грозный, 2011. С - 342.
2. Муртазаев, С-А.Ю., Исмаилова, З.Х. Использование местных техногенных отходов в мелкозернистых бетонах //С-А.Ю. Муртазаев, З.Х. Исмаилова // Строит.материалы. -2008. - № 3. - С. 57.
