CC BY
48DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-6-18-28 1*Аль-Бу-Али У.С., 1Лесовик Р.В., 1Хархардин А.Н., 1Толстой А.Д., 1Ахмед А.А.А.,
2Аласханов А.Х., 3Айменов Ж. Т.
'Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова 2Грозненский государственный нефтяной технологический университет имени акад. М.Д. Миллионщикова 3Южной Казахстанский государственный технологический университет им. М. Ауэзова
*E-mail walboali@yahoo. com
РАСЧЕТ И ПОДБОР ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ЗАПОЛНИТЕЛЯ ИЗ БЕТОНОГО ЛОМА ВЫСОКОПЛОТНОЙ УПАКОВКИ
Аннотация. Теоретической основой проектирования строительных композитов из фрагментов разрушенных зданий и сооружений является новая трансдисциплинарная наука геоника (геомиме-тика). Техногенные и природные аномалии, военные конфликты на планете Земля приводят к многочисленным разрушениям городов. Актуальным является использование фрагментов разрушенных зданий и сооружений для производства строительных материалов.
Предложена классификация и схема использования фрагментов разрушенных зданий и сооружений для получения щебня, песка, растворов и бетонов на их основе. Плотнейшая упаковка рассчитана по методике подбора высокоплотной упаковки заполнителя, разработанной в БГТУ им. В.Г. Шухова. Апробация результатов осуществлена на сырье разрушенных зданий и сооружений Ирака, которые состоят в основном из железобетона, керамического кирпича и блоков из известняка. Наличие в измельченном бетоном ломе активных не до конца прогидратированных частиц вяжущего, которые впоследствии гидратируются и участвуют в наборе прочности композитом с образованием дополнительного количества кристаллических новообразований, а также приводит к ускорению процесса твердения цементного камня и повышению конечной прочности материала. В дальнейшем, в ранее созданной структуре, в результате продолжающейся гидратации происходит формирование частей системы нового типа, определенным образом организованных, за счет кристаллизационного роста пико-, нано- и микро- размерных высокоосновных гидросиликатов кальция, зависящих степени гидратации бетонного лома. Последующая кристаллизация ранее сформированных фаз, приводит к самоуплотнению разных частей системы и их дальнейшей самоорганизации, что обеспечивает высокую конечную прочность и водостойкость материала. Данный механизм гидратации дает структуру бетона с минимальными внутренними напряжениями и объемными деформациями.
В статье рассмотрена методика подбора высокоплотной упаковки заполнителя из бетонного лома разрушенных здании и сооружении Ирака. Показано, что прочность полученных образцов с уплотненным заполнителем на 31,3 %, выше, чем у образцов, приготовленных традиционным способом.
Ключевые слова: строительные отходы, высокоплотная упаковка, фрагменты разрушенных зданий и сооружений Ирака, бетонный лом.
Введение. Строительные отходы в виде бетонного лома образовались в результате военных действий и сноса различных объектов. Эти отходы сбрасываются и накапливаются ежегодно в больших количествах. Они очень долговечны, не разлагаются и, следовательно, становятся все более серьезной проблемой загрязнения окружающей среды. Главной задачей ученых всего мира является создание комфортной среды обитания человека или оптимизация системы «человек-материал-среда обитания» [1-5].
Стройиндустрия представляет собой важную отрасль, которая обеспечивает строительство и ввод в действие современных объектов на основе новых конструктивных решений, формирующих искусственную среду обитания человека, способствующую повышению уровня его
жизнедеятельности. Быстрое промышленное развитие вызывает серьезные проблемы во всем мире, такие как истощение природных ресурсов и нарастание огромного количества отходов [6]. Одним из способов решить эту проблему является использование техногенного сырья в строй-индустрии. Переработанные строительные отходы могут быть получены из разрушенных зданий, посадочных полос аэропорта, опор мостов и бетонных дорог [7]. Использование переработанных заполнителей для производства бетона включает в себя дробление бетонного лома для получения щебня необходимого размера и качества [8], которых обычно имеют более высокое водопоглощение, плотность ниже, чем плотность обычных агрегатов, а пористость - выше и более низкий удельный вес [4, 5].
Перерабатывания бетона является важным, поскольку он способствует защите природных ресурсов и утилизации строительных отходов из старого бетона. Мелкий заполнитель бетонной смеси необходим для создания жесткого структурного каркаса и вовлечения его в работу при приложении нагрузки на изделие или конструкцию. Можно использовать мелкий заполнитель естественного состава или дополнительно вводить недостающее количество в нем определенных фракции (обогащение). Поскольку пески многих месторождений содержат незначительное количество фракции (2,5-5 мм), то для создания жесткого структурного каркаса, бетонную смесь необходимо обогащать более крупной фракцией. Чтобы снизить расход вяжущего вещества в бетоне, рассчитывается высокоплотная упаковка заполнителя, поскольку при увеличении плотности заполнения частиц на 0,01 увеличение прочности здания наблюдается на 3-5 %.
[9, 10].
Ускорение темпов строительства привело к серьезному увеличению строительных отходов, между тем, природное сырье быстро истощается. Альтернативным способом решить эту проблему является использование бетонных отходов в качестве техногенного сырья [12-14].
Методика. Расчет зернового состава бетона с использованием бетонного лома проводят по методу, описанному в [11]. Путем повышения эффективности бетонов за счет повышения плот-
Результаты определения
ности упаковки заполнителя, полученного из бетона разрушенных зданий и сооружений. Разработана схема использования фрагментов разрушенных зданий и сооружений для получения щебня, песка, растворов и бетонов на их основе, путем дробления обломков бетонных отходов из снесенных зданиях в Ираке с использованием дробилка, затем измельченные фракции просеивали с использованием стандартных ситах и сортировали на крупных фракциях (10...20 и 5...10 мм) и на мелких фракциях (2,5...5, 1,25...2,5, 0,630...0,315 и 0,315...0,16 мм).
Результаты ситового анализа зернового состава бетонного лома из провинции Ирака приведены в таблице 1. Установлено, что бетонный лом из разрушенных зданий характеризуется большим содержанием мелких фракций, сумма частных остатков на ситах + 0,315 - 0,16 составляет 80 %, на ситах - 0,315-0,16 более 28 %. Зерновой состав бетонного лома содержит меньшее количество мелких фракций и не соответствует созданию высокой плотности, а также не вписывается в область идеальных зерновых композиций. Поэтому насыпная плотность смеси (рнас.), средняя плотность зерен данной фракции (рСр.) и плотность упаковки в ней частиц (о) в свободном и уплотненном состоянии соответственно равны: - насыпная плотность рНас. = 1600 кг/м3, а плотность упаковки зерен в смеси о = лсм = 0,631,
Рнас. 1600 кг/м3, о = Рнас./Рср = 0,631, где Рср. = 2520 кг/м3.
Таблица 1
гава зерна из лома бетона
Показатели Размер отверстий сит, мм Проход сквозь сито № 0,16
5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16
Остатки на ситах, г 200 50 160 280 240 280 20
Частные,% 20 5 16 28 24 28 0,2
Полные,% 20 5 21 49 73 101 100
Плотность упаковки 0,476 0,51 0,468 0,476 0,51 0,54 0,55
Модуль крупности Мкр —2,49
Большая часть заполнителя обычно принимают за 100 масс. частей (1; 10; 100; 1000 кг), тогда массовую часть каждой последующей реакции рассчитывают по формуле:
Лп ' 1
О = (1 -о^) •
о
•Р Е о
(1)
п-1
(=1
где Оп-1 - плотность упаковки зерен в смеси, состоящей из (п-1) фракций, так при п=2, 01— ^1; Пп - плотность упаковки частиц в каждой очередной фракции; Рп—1 - для умеренно подвижных зернистых смесей; Рп—( оп-1/цп)1/п-1, где т—1,2,3 для умеренно жестких смесей; Рп—оп-1/^п - для подвижных полидисперсных смесей.
Для снижения расхода каждой фракции в жестких полидисперсных смесях (Рп — 1) используют формулу (1) с пониженным до минимума расходом мелких фракций и степенью заполнения свободного объема в них виде:
4 о (2)
(3)
где уп - насыпная плотность смеси в воздушной среде, либо в увлажнённом состоянии
Л(п+1)/2
' Лп ]
Оп-1
£
Оп =
Р
О па О п
Рп
(4)
п
п
(=1
либо вычисляют по формуле:
0„ ~а„-1Л
(1 ^
р.
(5)
1 Х„
где
Е Е ¥
Х_ i=l j=¿+1
„
V,
(6)
„ („ - 1) / 2
- приращение плотности бимодальных упа-
ковок частиц при введении в смесь очередной фракции.
Значение т для бимодальных упаковок в
' V
зависимости от т или от относительного размера частиц dn/ dl приведены в таблице 2. Минимальное количество мелкого заполнителя при Р2=(Ц1/о2)1/(п-1)=( ц / ца), тогда
(„ V
Gn _ (1 -щ) •
П У
„-1
п Е *
(7)
Фракция (2,5-5 мм) и другие фракции крупного и мелкого заполнителя, получаемого дроблением бетонного лома и последующим рассевом имеет повышенное (30-40 %) содержание зерен лещадной формы [15].
Методика расчета и подбора фракций из отсева продукта дробления фрагментов разрушенных зданий и сооружений Ирака для получения высокоплотной смеси заключается в том, что теоретическое количество каждой фракции определяют расчетом по приведенным выше формулам и подбор их ведут из имеющегося дисперсного сырья, рассеянного на узкие фракции [16]. Предварительно устанавливают подбором подходящий класс т системы распределения частиц в высокоплотной полидисперсной смеси, определяющий прерывность в их средних размеров частиц наиболее крупной фракции (основы) с плотностью их упаковки п по формуле:
й1
( 2,549 ^
ппТ
т(„-1) 3
т( „—1) 4 3
10п(л/3 -1)3
(8)
где йг, йп - диаметр наибольших частиц (шаров), образующих упаковку, и диаметр частиц (шаров) последовательно меньшего размера, заполняющих в ней образуемые при этом соответствующие пустоты; Щ- плотность случайной упаковки монодисперсного слоя частиц наиболее крупной
фракции; т - класс системы распределения по размеру частиц в смеси, определяющий прерывность в их размерах, т= 0...15...(„+1);
Расчет зависит от определения распределения зерна по сравнению средних расстояний между каждой составляющей смеси высокой плотности (2). В начале выбирают большую объемную плотность, а затем рассчитывают блоки
заполнения объема зернами заполнителя, у
П = —, где у„ , р - насыпная и средняя плот-Р
ность зерен данной фракции.
Плотность заполнения гранул крупными фракциями агрегатов известна, в зависимости от формы их гранул, в пределах от ц 1=0, 6.....0,56.
Основная часть. Экспериментальная плотность упаковки зерен бетонного лома из фрагментов разрушенных зданий и сооружений Ирака Ц1=0,5. Подставив в выражение (2) это значение ц,1 и средний размер зерен dl= (10.5) 1/2 =7,07 мм для различного класса распределения т=1... 12, получим систему распределений соответствующего класса прерывности в их гранулометрическом составе. Для широкого набора фракций принимаем т=3: й„/ й= (2,549/10 Ц1)п-1 = (0.2549/0.5)п-1 = 1; 0,50; 0,25; 0,132; 0,068; 0,0344; 0,0176; 0,009;0,0046
Расчет завершается, когда средний размер частиц мелкой фракции й„ = (й„/ й]) й] мм = 0,0176^7,07 = 0,124 мм указан рекомендуемым размером бетонного заполнителя, например, dn= 0,14.0,1 мм. Согласно dn / d1 размеры зерна для каждой узкой части будут равны: й„= 10.5 мм (1; 0,50; 0,25; 0,132; 0,068; 0,0344; 0,0176; 0,009; 0,0046) =10.5; 5.2,5; 2,5.1,25; 1,32.0,66; 0,68.0,34; 0,344.0,172; 0,176.0,088; 0,09.0,045; 0,046.0,023 мм.
Каждая гранулированная часть отбирается на стандартных ситах, а плотность заполнения их гранул определяется насыпной плотностью/
У
(п„ = — где р - средняя плотность зерна): Р
Ц1=0,51; Ц2=0,476; Ц3=0,511; Ц4=0,468; Ц5=0,476; Ц6=0,51; ц,7=0,544; -для каждой фракции определяют экспериментально.
При расчете количества каждой фракции для получения плотнейшей упаковки смеси используется любое произвольное значение G1 объемной части, например, 1 кг, 10 кг, 100 кг или 100 Вт. Части. Затем вычисляется вторая дробь и каждая последующая дробь с учетом коэффициента зернистости п по формуле (1).
т
1
Таблица 2
Степень заполнения свободного объема в слое крупных молекул мелкими частицами в зависимости от класса систем т и их относительного размера в бинарных пакетах
т < 1 1 2 з 4 4,5 5
V", з з е, Л, 2 з ь л, 2 2 ь л, ь,2Л, ь,2 ь л,2 ь2/ л,
ап/а 1 < 1 0,7з < 0,54 < 0,з9 0,29 0,25 0,21
V" 0,011 0,0зз 0,052 0,080 0,12з 0,148 0,189
т 6 7 8 9 10 11 12
ьл 2 2 ь п л,2 ь/ Л, 1 -л,2 л,
йп/й 1 < 0,15 < 0,4 < 0,08 < 0,06 < 0,04 < 0,0зз < 0,024
V] 0,227 0,290 0,з50 0,422 0,5з9 0,578 0,65
Принимая 100 мас. ч. для первой крупной фракции заполнители, согласно выражению (1 и фракции, смеси класса т = 3, количество второй 2), потребуется:
л Г л ^(П+1)/2 -1
лрпУо1 и = (1 -*_,)• -
ап-1 ¿=1
При Р2 = 1 ,ап = (1 -ап_1)-лр„УО, и Оп = (1 -ап-1). Л РпУ О
У
¿=1
где сгп-1 = лп-\, Gl=100 мас. ч, сгп-1 = л1 = 0.5 соответственно получим:
либо
О2 = (1 - п) • — • Р2 У О1 = (1-0,5) (0,476/0,5).1.100 = 48 мас.ч. Л1 1=1
Г Л(п+1)/2 п-1
О2 = (1 _п) • .р2 У Ох = (1-0,5) (0,476/0,5)32.1. 100 = 47 мас.ч.
и У ^
Плотность упаковки зерен в смеси, состоящей из первых двух фракции, где С7Х =Л\, будет равна: При Р2 = 1 и ь2=(1-л2);
<г2 =а1 + (1 - ст1)X2 //32 = 0.492 + (1 - 0.5)ь22л2 /Р2 = 0,5 + 0,5. 0,5242. 0,476 =0,565 при Р2 = =( 0,5/0,476 ) = 1,050;
Лп
02 = 0,5 + 0,5. 0,5242. 0,476 /1,050 = 0,562
Для класса т = 3 системы распределения частиц в смеси Х2=ь2 л2, табл.2. необходимое количе-
ство третьей фракции потребуется: Рз = 1, Оз = (1 ^ Рз У О
^ п-1 Лз_
2 У Уз / , О2
а2 ,=1
Оз= (1-0,562) (0,51/0,562). 1 .(100+48) = 59 мас.ч. либо
Оз= (1-0,562) (0,51/0,562)4/2.1.(100+47) = 54 мас.ч.
Расчет величины Х, производится согласно схеме распределения зерен в пустотах зернистого слоя. Хз = (г22л2 + £з2Лз + £з Лз) /з(з-1)/2 = ( 0,5242.0,476 +0,492.0,51 +0,49.0.51)/з=0.168.
Рис.1. Распределение зерен в смеси, состоящей из 3-х фракций Плотность упаковке зерен в смеси, состоящей из первых трех фракций, будет равна:
—3 _—2 + (1 -—2) X 3/ р3, Р3 = —1 = 0,562/0,51= 1,102
Пп
оз = 0,562+(1-0,562) 0,168/1,102=0,6290
при Р3 = —1 = (0.562/0.51) =1.1019 и при 03 = (^2)1/2=(0.562/0.51)°-5=1.05
П П
оз = 0,562+(1-0,562) 0,168/1,1019=0,6288 оз = 0,562+(1-0,562) 0,168/1,105=0,6286 Принимают меньшее значение — п , — 3 _ 0.6286.
Для расчета требуемого количества четвертой и последующих фракций зерен смеси из четырех и более фракций рассматривается распределение с т = 3. Число двусторонних связей (двустороннее распределение) молекул в пространствах разделенных слой т=„(„-1)/2=4.3/2=6, где п - число всех фракций в смеси, принимая во внимание каждую следующую фракцию смеси.
£3^4
= Г—2 \1/2=/
Рис.2. Распределение зерен в смеси, состоящей из 4-х фракций
Распределение частиц в 4-х фракционной смеси вычисляют, используя Х4, согласно схемы, а затем Р4:
Х4
/2,2,2., ,2Ч
(^2 П+£3 П+^4 П + £3 П+^4 П+П )
2
/[4(4-1)/2]
(
0,5242.0,476
0.492.0.51+0,5 322.0,468+0.49.0.51+0,5 32.0,468+0,4682)/6=0.184
при Р4 =
'—Л
1/ „-1
= (0,6286/0,468)1/3 =1,103 , в4 =
3 ]
П4 У
= (0,6286/0,468) =1,343.
П У
В расчетах принимают при р4 =1 G4= (1-0,6286) (0,468/0,6286). 1.(100+48+59) = 58 мас.ч. либо, G4= (1-0,6286) (0,468/0,6286)5/2.1.(100+47+54) = 36 мас.ч.
при Р4 = — = (0.6286/0.468) =1.343,и при 04 = ( —)1/3= (0.6286/0.468)05 =1.103 Лл Л 4
а4 = 0,6286+(1-0,6286) 0,184/1,343=0,679
а4 = 0,6288+(1-0,6286) 0,184/1,103=0,691
Представим схему распределения зерен в 5-ти фракционной смеси:
Ь Ь ь
ст3
Рис. 3. Распределение зерен в смеси, состоящей из 5-х фракций
2 2 2 2 2 2 Х5 = (£2 Лг + БЪ Лэ + *Л Лл + £ Ль+8Ъ Лэ +£ Лл+£ Л5 +Лл + Лъ + Лъ )/[5(5-1)/2] =
= (0,52Л2.0,Л76+0.Л92.0.51+0.5322.0.Л68+0,52Л2.0,Л76+0.Л9.0.51+0.532.0.Л68+0,52Л.0,Л76+0.Л682+0,Л762
+0.476)/10=0,219.
при 05 = 1, Оз= (1-0,679) (0,476/0,679). 1.(100+48+59+58) = 60 мас.ч. Оз= (1-0,679) (0,476/0,679)6/2.1.(100+47+54+36) = 27 мас.ч.
при в =
Лп
, в5 =
Л
= (0.679/0.476) =1.43, в5 =
Л у
1/ п—1
= (0.691/0.476) =1.1 ,
аз = 0,679+(1-0,679) 0,219/1,43=0,728
аз = 0,691+(1-0,691) 0,219/1,1=0,752.
В связи с громоздкостью схемы распределения зерен в смеси, состоящей из шести и семи фракций, мы их опускаем. Число бимодальных связей в смеси, состоящей из шести фракций, будет равно п ( п-1 )/2 = 6(6-1)/2 = 15.
22222 222 Х6=(£2 Л2 + £3 Лъ + 8Л Л4 + £5 Л5 + £6 Лб + £3 Л3 +£ Лл + £5 Л5+£6 Л^ + Ла + Лъ + Лб + Лл + Л5 + Лб )
/[5(5-1)/2],
Х6=(0,5242.0,476+0.492.0.51+0.5322.0.468+0.5242.0.476+0,Л92.0,51+0.49.0.51+0.532.0.468+0.524.0.476+0, 49.0,51+0,Л682+0.Л762+0.512+0,Л68+0.Л76+0,51)/15=0.253.
при в6 = 1, Об= (1-0,728) (0,51/0,728).1 .(100+48+59+58+60) = 62 мас.ч. либо, Об= (1-0,728) (0,51/0,728)7/2.1 .(100+47+54+36+27) = 21 мас.ч.
при Р6 = ^ , Р5 = Лп
Л у
= (0.728/0.51) =1.4, при 06 =
V Л6 у
1/ п—1
= (0.752/0.51) =1.08 ,
а6 = 0,728+(1-0,728) 0,253/1,43=0,776
а6 = 0,752+(1-0,752) 0,253/1,08=0,810.
При ведении седьмой фракции в смесь, состоящей из шести фракций, число бимодальных связей в ней будет: п (п-1) / 2 = 7(7-1 )/2=21;
Х7 = (15 Хб +е7 ?7у + е6 Г16 + е1 г/т+щ +Щ +Щ ) /21 = (15.0,253+0,4562.0,544+0,49.0,51+0,456.0,544+0,5442+0,544+0,544)/21=0,276 при Рт = 1, 07 = (1-0,116) (0,544/0,116). 1.(100+48+59+5 8+60+62) = 61 мас.ч. либо, 07= (1-0,116) (0,544/0,116)8/2.1.(100+41+54+36+21+21) = 16 мас.ч.
при = 1 , = 7п
/ у
= (0,116/0,544) =1,43, =
/- \1/п—1
/ у
= (0,810/0,544)1/6 =1.01
07 = 0,116+(1-0,116) 0,216/1,43=0,819 07 = 0,810+( 1-0,810) 0,216/1,01=0,859.
Исходные данные для расчета и его результаты приведены в табл.3.
Таблица 3
Гранулометрический состава высокоплотной смеси из отсева дробления бетонного лома
Ситовые фракции, мм Расчетный раз- Плотность Состав смеси, Насыпная Плотность
мер части, мм упаковки зе- мас.ч. плот- упаковки,
рен ность(кг/м3)
5.2,5 5.2,5 0,416 41 (48) 1300(1320) 0,562
2,5.1,25 2,5.1,25 0,51 54(59) 1360(1400) 0,6286
1,25.0,63 0,68.0,34 0,468 36(58) 1480(1500) 0,619
0,63.0,315 0,344.0,112 0,416 21(60) 1550(1600) 0,128
0,315.0,16 0,116.0,088 0,51 21(62) 1610(1650) 0.И6
0,16.0,04 0,088.0,09 0,544 16(61) 1680(1120) 0,8191
Пылевидный отсев - - 0 - -
Расход вяжущего по размеру из цементного а3 = 1,0519 ... 1,330, исходя из смешиваемости 1 вяжущего в зависимости от движения 1 м3 бетон- м3 бетонной смеси при В/Т=0,449, будет равен: ной смеси при В/Ц =0,449 будет равна:
V = 1 — 0,8191/(1,058.. .1,330) = 0,226 ... 0,3842 м3 тц= (0,226.0,3842) рт= (0,226 .0,3842), м3 2150кг=486.826 кг где рт - плотность цементного вяжущего теста 0 8191 — 0 631 при В/Т=0,451 —---3% = 5643% .
Увеличение прочности бетона моет соста- '
вить более, чем Исходные данные для расчета и его результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4
Состав бетона с высокой плотностью упаковки
Ситовые фракции, мм Масса заполнителя для образцов размером 10x10x10 см (г) Расход цемента (кг) на один куб размером 10x10x10 см, (г) В/Ц-52 % (мл) Насыпная плотность (кг/м3) Плотность упаковки, ^п
1* 2*
10.5 615 413 486 230 1260 1260 0,500
5.2,5 289 198 1300 1320 0,562
2,5.1,25 332 244 1360 1400 0,6286
1,25.0,63 221 240 1480 1500 0,619
0,63.0,315 166 248 1550 1600 0,128
0,315.0,16 129 256 1610 1650 0.И6
0,16.0,04 98 252 1680 П20 0,819
Сум. 1850 1850
Примечание: 1 - Gn-из формулы (1); 2 - Gn-из формулы (2).
В таблице 5 приведены значения прочности суток после отверждения для двух разных сме-при сжатии образцов бетона в возрасте 3,7 и 28 сей: обычного бетона и с высокоплотной упаковкой заполнителя.
Таблица 5
Свойства бетона с высокоплотной упаковкой заполнителя
Назначения Рб, (кг/м3) Цемент, (кг/м3) Бетонный лом (фр. 0,16-10 мм), В/Ц,% Оуп Прочность образцов, МПа
(кг/м3) 3 сут 7 сут 28 сут
Естественная 2260 513 1800 53 0,6671 14,5 17 23,5
смесь
Плотная смесь 2340 486 1800 47 0,8191 19 26,5 34,2
Выводы. Установлено, что прочность опытных образцов при сжатии в 28-ми суточном возрасте с плотнейшей упаковкой частиц заполнителя из фрагментов, разрушенных зданий и сооружений выше прочности образцов с обычным заполнителем. Увеличение плотности упаковки зерен заполнителя с 0,631 до 0,8191 приводит к увеличению прочности при сжатии на 31,3 %. Повышение плотности упаковки частиц заполнителя на 0,01 способствует увеличению прочности образцов бетона на 2,65 %.
Простейший способ повышения плотности упаковки частиц в смеси мелкого заполнителя из бетонного лома разрушенных здании и сооружении, и получения оптимального ее состава заключается во ведении в эту смесь частиц разных размеров (до 7 фракций), включая фракцию 20...5 мм в количестве 100 мас. частей на 101 мас. частей мелкой фракции 0,04.5 мм, либо 100 масс. частей фракции 20.5 мм на 248 масс. частей мелкого заполнители фракции 0,04. 5 мм.
Расчет и подбор компонентов заполнителя высокой плотности из смеси песка и бетонных отходов позволил увеличить плотность упаковки зерен с 0,631 до 0,8191, что снизило пустотность смеси и, как следствие - расход цемента до 5,2 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лесовик В.С. Генетические основы энергосбережения в промышленности строительных материалов //Известия высших учебных заведений. Строительство. 1994. № 7-8. С. 96-100.
2. Толстой А.Д., Лесовик В.С., Милькина А.С. Особенности структуры бетонов нового поколения с применением техногенных материалов // Вестник СбАДИ. Строительство и архитектура. 2018. Том 15, № 4 (62). С. 588-595.
3. Чернышева Н.В., Лесовик В.С. Быстро-твердеющие композиты на основе водостойких гипсовых вяжущих. Белгород: Изд-во БГТУ, 2011. 123 с.
4. Gridchin A.M., Lesovik V.S., Zum Problem der Forchung des System «Mensch-Stoff-Umwelt». 12. Ibaus. Internationale Baustofftagung. Weimar, 1994.
5. Франтов Г.С. Геология и живая природа : (Уровни организации вещества, бионика и геоника, клетки и газово-жидкие включения). Ленинград: Недра, 1982. 145 с.
6. Shahidan S., Bunnori N.M., Md Nor N., Basri S.R. Damage severity evaluation on reinforced concrete beam by means of acoustic emission signal and intensity analysis // 2011 IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications. 2011. Pp. 337-341.
7. Ortiz O., Pasqualino J.C., Castells F. Environmental performance of construction waste: comparing three scenarios from a case study in Catalonia, Spain. J. WasteManag. 2010. 30 (4). Pp. 7-12.
8. Shahidan S., Isham I., Jamaluddin N. A Review on Waste Minimization by Adopting in Self Compacting Concrete // MATEC Web Conf. 2016. Vol. 47.
9. Tumadhir M.B. Effect of Using Recycled Lightweight Aggregate on the Properties of Concrete. Journal of Babylon University // Engineering Sciences. 2015. No. 2. Vol. 23.
10.Medina C., Zhu W., Howind T., Rojas M., FriasM. Influence of mixed recycled aggregate on the physical and mechanical properties of recycled concrete. J. Clean. 2014.Prod. 68, 216e225.
11.Хархардин А.Н. Способы получения высокоплотных составов зернистого сырья. Известия вузов. Строительство. Новосибирск. Изд.-во НГАСУ. 1996. №10. С. 46-60.
12. Сулейманова Л.А., Лесовик В.С., Сулей-манов А.Г. Неавтоклавные газобетоны на композиционных вяжущих. Белгород: КОНСТАНТА, 2010.С. 152.
13.Abdul Rahim M., Ibrahim N.M., Idris Z., Ghazaly Z. M., Shahidan S., Rahim N.L., Sofri L.A., Isa N.F. Properties of Concrete with Different Per-centange of the Rice Husk Ash (RHA) as Partial Cement Replacement // Mater. Sci. Forum. 2014. Vol. 803. Pp. 288-293.
14. Andreu G.C., Miren E. Effects of using recycled concrete aggregates on the shrinkage of high performance concrete. Construction and Building Materials, 2016. Vol. 115.
15.Лесовик В.С., Хархардин А.Н., Анохин С.А. К проблеме оптимизации гранулометрического состава песка при производстве песчаных бетонов // Сборник тезисов докладов. Тр. Между-нар. Научно-технич. Конференции. Старый Оскол. Изд. Филиала МИСИ,1999. С. 29-31
16.Хархардин А.Н. Эффективные составы заполнителя бетоного. Известия вузов. Строительство. 1991. №5. С. 21-25.
Информация об авторах
Аль-Бу-Али Уатик Саед Джассам, аспирант кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций. E-mail: walboali@yahoo.com. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 44.
Лесовик Руслан Валерьевич, доктор технических наук, профессор, проректор по международной деятельности. E-mail: ruslan_lesovik@mail.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Хархардин Анатолий Николаевич, доктор технических наук, профессор, кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46
Толстой Александр Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций. E-mail: tad56@mail.ru . Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Ахмед Анис Ахмед, аспирант кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций. E-mail: civileng85@yahoo.com. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Аласханов Арби Хамидович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций. E-mail: alasxanov.arbi@mail.ru. Грозненский государственный нефтяной технологический университет имени акад. М.Д. Миллионщикова. Чечения, г. Гудермес, ул. Грозненская, д. 33.
Айменов Жамбул Талхаевич, доктор технических наук, профессор, зам. Директор НИИ СМСИА. E-mail: zhambul_ukgu@mail.ru. Южной Казахстанский государственный технологический университет им. М. Ауэзова. Казахстан, 160012, г. Шымкент, пр. Таухе-хана 5.
Поступила 09.12.2019
© Аль-Бу-Али У.С., Лесовик Р.В., Хархардин А.Н., Толстой А.Д., Ахмед А.А.А., Аласханов А.Х., Айменов Ж.Т, 2020
1*Albo Ali W.S., 1Lesovik R.V., 1Kharkhardin AN, 1Tolstoy A.D., 1AhmedA.A.A.,
2Alaskhanov А.К, 3Aimenov Z. T.
1Belgorod State Technological University named after V.G.Shukhov 2Grozny State Oil Technological University named after Acad. M.D. Millionschikova 3South Kazakhstan State Technological University named after M. Auezova *E-mail: walboali@yahoo.com
CALCULATION AND SELECTION OF THE HIGH DENSITY AGGREGATES FROM CONCRETE SCRAP
Abstract. The new transdisciplinary science of geonics (geomimetics) is the theoretical basis for designing construction composites from fragments of destroyed buildings and structures. Technogenic and natural anomalies, military conflicts on planet Earth lead to destruction of cities. Utilization offragments of destroyed buildings and structures for the production of building materials is relevant.
The classification and scheme of using fragments of destroyed buildings and structures to obtain crushed stone, sand, solutions and concretes based on them is proposed. The densest packaging is calculated using the method of selecting high-density filler packaging developed at BSTU named after V. G. Shukhov. The results are tested on the raw materials of destroyed buildings and structures in Iraq, which consist mainly of reinforced concrete, ceramic bricks and limestone blocks. The presence of binder particles that are not fully hydrated in the concrete scrap, which are subsequently hydrated and participate in the curing of the composite
becmhuk erty um. bt. hyxoea
2020, №6
with the formation of an additional number of crystalline neoplasms, and also accelerates the hardening of cement stone and increases the final strength of the material. Subsequently, in the previously created structure, as a result of continuing hydration, a new type of system parts is formed, organized in a certain way, due to the crystallization growth of pico -, nano - and micro-sized high-base calcium hydrosilicates, depending on the degree of hydration of concrete scrap. The following crystallization ofpreviously formed phases leads to self-sealing of different parts of the system and their further self-organization, which ensures high final strength and water resistance of the material. This hydration mechanism gives a concrete structure with minimal internal stresses and volume deformations. The article discusses the methodology for the selection of high-density packing of aggregate from concrete scrap in the destroyed building and construction of Iraq. It is shown that the strength of the obtained samples with compacted aggregate is 31,3 % higher than that of samples prepared in the traditional way.
Keywords: construction waste, high-density packaging, fragments of destroyed buildings and structures in Iraq, concrete scrap.
REFERENCES
1. Lesovik V.S. Genetic principles of energy conservation in the building materials industry [Ge-neticheskie osnovy energosberezheniya v promysh-lennosti stroitel'nyh materialov]. Proceedings of the higher educational institutions. Building. 1994. No. 7-8. Pp. 96-100.
2. Tolstoy A.D., Lesovik V.S., Milkina A.S. Structural features of new generation concrete using technogenic material [Osobennosti struktury betonov novogo pokoleniya s primeneniem tekhnogennyh materialov]. Bulletin Sibadi. Construction and architecture. 2018. Vol.15, No. 4 (62). Pp. 588-595. (rus)
3. Chernysheva N.V., Lesovik V.S. Quick-hardening composites based on waterproof gypsum binders [Bystrotverdeyushchie kompozity na osnove vodostojkih gipsovyh vyazhushchih]. Belgorod: Pub. BSTU, 2011. 123 p. (rus)
4. Gridchin A.M., Lesovik V.S. On the problem of studying the system "man-environment-matter" [K probleme issledovaniya sistemy «chelovek-sreda-materiya]. 12. Ibaus. International Building Materials Conference. Weimar, 1994.
5. Frantov G.S. Geology and a live nature. (Organization levels of matter, bionics and geonics, cells and gas-liquid inclusions) [Geologiya i zhivaya pri-roda : (Urovni organizacii veshchestva, bionika i geonika, kletki i gazovo-zhidkie vklyucheniya]. Leningrad: Nedra, 1982. 145 p. (rus)
6. Shahidan S., Bunnori N.M., Md Nor N., Basri S.R. Damage severity evaluation on reinforced concrete beam by means of acoustic emission signal and intensity analysis. 2011 IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications. 2011. Pp. 337341.
7. Ortiz O., Pasqualino J.C., Castells F. Environmental performance of construction waste: comparing three scenarios from a case study in Catalonia, Spain. J. WasteManag. 2010. 30 (4). Pp. 7-12.
8. Shahidan S., Isham I., Jamaluddin N. A Review on Waste Minimization by Adopting in Self
Compacting Concrete. MATEC Web Conf. 2016. Vol. 47.
9. Tumadhir M.B. Effect of Using Recycled Lightweight Aggregate on the Properties of Concrete. Journal of Babylon University. Engineering Sciences. 2015. No. 2. Vol. 23.
10. Medina C., Zhu W., Howind T., Rojas M., FriasM. Influence of mixed recycled aggregate on the physical and mechanical properties of recycled concrete. J. Clean. 2014. Prod. 68, 216e225.
11. Kharkhadin A.N. Methods for producing high-density compositions of granular raw materials [Sposoby polucheniya vysokoplotnyh sostavov zern-istogo syr'ya]. Proceeding from universities. Construction. Novosibirsk. Pub. in Ngasu. 1996. No.10. Pp. 46-60. (rus)
12. Suleymanova L.A., Lesovik V.S., Sul-eymanov A.G. Non-autoclaved aerated concrete on composite binders [Neavtoklavnye gazobetony na kompozicionnyh vyazhushchih]. Belgorod: CONSTANT, 2010. 152 p. (rus)
13. Abdul Rahim M., Ibrahim N.M., Idris Z., Ghazaly Z.M., Shahidan S., Rahim N.L, Sofri L.A, Isa N.F. Properties of Concrete with Different Per-centange of the Rice Husk Ash (RHA) as Partial Cement Replacement. Mater. Sci. Forum. 2014. Vol. 803. Pp. 288-293.
14. Andreu G.C., Miren E. Effects of using recycled concrete aggregates on the shrinkage of high performance concrete. Construction and Building Materials, 2016. Vol. 115.
15. Lesovik V.S., Kharkhardin A.N., Anokhin S.A. On the problem of optimizing the particle size distribution of sand in the production of sandy concrete [K probleme optimizacii granulometricheskogo sostava peska pri proizvodstve peschanyh betonov. Sbornik tezisov dokladov]. Collection of Abstracts. Tr. Int. Scientific and technical. Conferences. Stary Oskol. pub. MISISI branch, 1999. Pp. 29-31. (rus)
16. Kharkhardin A.N. Effective compositions of aggregate concrete [Effektivnye sostavy zapolnitelya betonog]. Proceeding from universities. Construction.-Novosibirsk.-Pub. NGASU. 1997. No. 5. Pp. 21-25. (rus)
Information about the authors
Lesovik, Ruslan V. DSc, professor. E-mail: ruslan_lesovik@mail.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov.Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Tolsto, Alexander D. PhD, Assistant professor. E-mail: tad56@mail.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov.Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Albo Ali Wathiq S. Postgraduate student. E-mail: walboali@yahoo.com .Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 44.
Ahmed, Ahmed A.A. Postgraduate student. E-mail: civileng85@yahoo.com .Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 44.
Kharkhardin, Anatoly N. DSc, professor. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov.Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Alaskhanov, Arbi K. PhD, Assistant professor. E-mail: alasxanov.arbi@mail.ru_. Grozny State Oil Technological University named after Acad. M.D. Millionschikova Chechenia R., Gudermes, st. Groznenskaya, d. 33
Aimenov, Zhambul T. DSc, professor. E-mail: zhambul_ukgu@mail.ru. South Kazakhstan State Technological University named after M. Auezova Kazakhstan R., 160012, Shymkent, Tauhe Khan Ave. 5.
Received 09.12.2019 Для цитирования:
Аль-Бу-Али У.С., Лесовик Р.В., Хархардин А.Н., Толстой А.Д., Ахмед А.А.А., Аласханов А.Х., Айменов Ж.Т. Расчет и подбор зернового состава заполнителя из бетоного лома высокоплотной упаковки // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 6. С. 18-28. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-6-18-28
For citation:
Albo Ali W.S., Lesovik R.V., Kharkhardin A.N, Tolstoy A.D., Ahmed A.A.A., Alaskhanov A.K, Aimenov Z.T. Calculation and selection of the high density aggregates from concrete scrap. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2020. No. 6. Pp. 18-28. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-6-18-28
