Рекомендации по подбору состава бетонов на вторичных заполнителях с разномодульными включениями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ СОСТАВА БЕТОНОВ НА ВТОРИЧНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ С РАЗНОМОДУЛЬНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ

И.О. Егорочкина

Приведены основные положения, касающиеся подбора составов бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях с низкомодульными включениями в виде дробленого керамзитобетона, назначения оптимального количества расширяющей добавки для компенсации усадки, особенностей материалов, а также особенностей приготовления, транспортирования и укладки бетонной смеси. Разработаны предложения по нормативным и расчетным характеристикам основных показателей назначения бетонов.

Ключевые слова: вторичные заполнители, низкомодульные включения, разномодульные заполнители, сульфоалюминатная добавка, самонапряжение, контракция цементного камня, собственные деформации, усадка бетона конструкций, компенсация усадочных деформаций.

Целесообразность повторного использования отслуживших срок эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций для производства заполнителей для нового строительства, так называемых вторичных заполнителей, общеизвестна [3, 7-9]. Однако отсутствие классификации, критериев оценки качества и недостаточная изученность свойств бетонов на вторичных заполнителях ограничивают объемы их использования, несмотря на имеющийся 50-летний опыт применения в строительстве. В работах отечественных и зарубежных исследователей [1, 3, 9] представлены данные о свойствах вторичных гранитных и известняковых заполнителей. Современные комплексы по переработке бетонного лома позволяют получать вторичный заполнитель высокого качества, но разделение демонтируемых конструкций по виду используемого сырья не всегда возможно, особенно в случае повреждения конструкций взрывными и сейсмическими воздействиями. Такой вторичный заполнитель будет содержать гранулы дробленого керамзитобетона, кирпича и других низкомодульных включений (НМВ). Существенным недостатком, ограничивающим область применения бетонов на вторичных заполнителях, особенно с НМВ, являются усадочные деформации, значительно превышающие деформации бетонов на природных заполнителях и предопределяющие формирование в структуре бетона микротрещин, развитие которых приводит к снижению эксплуатационных характеристик конструкций. Рациональным решением проблемы является использование цементов расширяющихся, напрягающих или общестроительного назначения, модифицированных расширяющей добавкой (РД), для полной или частичной компенсации последствий усадочных явлений.

Подбор состава и технология приготовления бетонов с компенсированной усадкой на разномо-дульных вторичных заполнителях имеет свои особенности. На основе результатов исследований,

проведенных в РГСУ, составлены рекомендации, распространяющиеся на подбор состава, приготовление и применение бетонов с компенсированной усадкой на разномодульных вторичных заполнителях. Положения, касающиеся предварительного разрушения некондиционных бетонных и железобетонных изделий, измельчения, фракционирования и обогащения вторичных заполнителей, изложены в работе [4].

Используемые материалы и их свойства

В качестве вяжущих веществ рекомендуется применять цементы:

- портландцемент ПЦ ДО Н М 400-500 по ГОСТ 10178 с содержанием С3А в клинкере не более 6 %;

- расширяющиеся цементы заводского изготовления НЦ-10, НЦ-20, соответствующие ТУ 2120-18-80, ТУ 21-20-48-82, ТУ 212613-90;

-портландцемент, модифицированный суль-фоалюминатной расширяющей добавкой (РД).

Добавка РД сульфоалюминатного типа готовится на основе алюминатного компонента и дву-водного гипса [6]. В качестве алюминатного компонента следует использовать глиноземистый цемент (ГОСТ 969); глиноземистый или сталерафи-нированный шлак; сульфоалюминатный клинкер. Двуводный гипс получают гидратированием строительного гипса. Процесс приготовления добавки включает дозирование компонентов глиноземистого цемента и двуводного гипса, взятыми в соотношении ГЦ:Г = 1:0,5 по массе и совместный помол до удельной поверхности 3400-3500 см2/ г. Оптимальное количество расширяющей добавки устанавливается по величине относительной внешней контракции цементного камня в соответствии с методикой, изложенной в [5]. В наших экспериментах использованы цементы с расширяющими добавками, приготовленные на основе ПЦ М500 новороссийского завода «Октябрь», ко-

Научно-методический раздел

торые в зависимости от количества добавки, 10 или 20 % от массы цемента, соответственно обозначены как РД-10 и РД-20. Свойства используемых вяжущих веществ приведены в табл. 1.

В качестве мелкого заполнителя следует применять природные плотные пески, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8736. Использование пористых песков природных и искусственных, а также полученных дроблением бетонного лома для производства бетонов с компенсированной усадкой недопустимо.

В качестве крупного заполнителя рекомендуется применение фракционированного щебеня из дробленого бетонного лома на тяжелых и легких заполнителях, отвечающего требованиям ГОСТ 8269.

При подборе состава бетона на разномодуль-ных вторичных заполнителях необходимо предварительно проверить заполнители на их соответствие требованиям ГОСТ 8269.0 по средней плотности, величине водопоглощения, гранулометрическому составу и содержанию пылевидных фракций.

Установлены критерии для классификации и оценки качества вторичных заполнителей - вид горной породы природного заполнителя; гранулометрический состав; соотношение плотных и пористых зёрен в процентах; содержание пылевидных фракций в процентах; физико-механические характеристики - предел прочности при сжатии,

Свойства прим

водопоглощение; вид обогащения и/или активации. В работе представлен фрагмент общей классификации разномодульных вторичных заполнителей с определением области применения (табл. 2) и сводные данные по основным характеристикам (табл. 3). Окончательную оценку свойств того или иного вида вторичных заполнителей следует производить по результатам испытаний в бетоне.

Для обеспечения требуемых реологических свойств бетонной смеси, а также во избежание перерасхода цемента, обусловленного повышенной водопотребностью смесей на вторичных заполнителях, следует вводить соответствующие виды добавок в соответствии с рекомендациями ГОСТ 24211. Вода для затворения бетонной смеси должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732.

Особенности подбора состава бетона

Подбор состава бетона на вторичных разно-модульных заполнителях может производиться любым проверенным на практике способом с учетом особенностей заполнителей, перечисленных в исследовательских работах [1-3].

При подборе состава бетона с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях рекомендуется соблюдать следующие требования:

- ограничивать содержание НМВ в составе вторичных заполнителей до 15 %;

Таблица 1

;мых цементов

Вид цемента Активность, МПа Самонапряжение, Sp, МПа, Расширение, е, % НГ, % Сроки схватывания, ч-мин

сжатие изгиб ^/еу есв есв /еу начало конец

ПЦ 43,2 5,8 - - - 25,4 2-10 4-35

РД-10 44,8 5,9 - - - 26,5 1-25 3-20

РД-20 47,0 6,4 2 / 0,1 1 10 27,0 0-48 2-10

Таблица 2

Классификация вторичных заполнителей по назначению

Категория и вид вторичных заполнителей Обозначение Область применения

I Щебень из дробленого бетона на граните (плотном известняке) без посторонних включений Щ1 Стеновые панели и перегородки жилых зданий с высокими требованиями к качеству поверхности, плиты и панели перекрытий без пустот, ребристые плиты

II Щебень из дробленого бетона на граните (плотном известняке) с НМВ в количестве не более 15% от объёма заполнителей Щ2 Общее малоэтажное многоквартирное строительство, фундаменты складских и производственных помещений, лестничные площадки и марши

III Щебень из дробленого бетона на граните (плотном известняке) с НМВ в количестве не более 35% от объёма заполнителей Щ3 Линейные изделия простого профиля (стеновые панели промзданий, блоки фундаментные и стеновые, плиты креплений откосов земляных сооружений, элементы бункеров)

IV Щебень из дробленого бетона на граните (плотном известняке) с НМВ в количестве более 35 % от объёма заполнителей Щ4 Бетонные блоки фундаментов, гаражи и легкие подсобные помещения, навесные панели с обычными требованиями к качеству поверхности, дорожные покрытия

Егорочкина И.О.

Рекомендации по подбору состава бетонов на вторичных заполнителях с разномодульными включениями

Таблица 3

Сводные данные по характеристикам вторичных заполнителей

Характеристики вторичных заполнителей Характеристики бетона

Категория Фракция, мм Насыпная плотность, кг/м3 Плотность в куске, кг/м3 Водо-поглощение, % Марка по прочности Средняя плотность, кг/м3 Средняя прочность, МПа Водопо-глощение ^с, %

I 5-20 1285-1310 2500-2550 до 5,3 800 2250 45,0 9,5

II 5-20 1240-1300 2420- 2450 до 6,6 600 2224 40,0 10,2

III 5-20 1170-1200 2310-2380 до 7,1 400 2200 34,5 12,6

IV 5-20 1110-1155 2020-2150 >8,0 <400 <2200 30,0 14,5

- показатель прочности вторичных плотных заполнителей, оцениваемый по дробимости (ГОСТ 8269.0), должен быть не более 18 %;

- прочность низкомодульных включений при сдавливании в цилиндре должна быть не менее 4,0 МПа;

- смесь фракций щебня должна обеспечивать получение межзерновой пустотности не более 46 %;

- коэффициент раздвижки зерен заполнителя (а) рекомендуется принимать равным 1,1-1,35;

- применение бетонной смеси подвижностью свыше 3 см без добавок ПАВ не рекомендуется;

- окончательная пригодность вторичных заполнителей должна устанавливаться по результатам испытаний бетона.

Состав бетона на вторичных заполнителях должен назначаться строительной лабораторией на основе опытных замесов, проводимых на материалах-представителях для данного предприятия или стройки с учетом применяемой технологии приготовления, формования и твердения бетона. Рекомендуется при предварительном назначении Ц/В-отношения пользоваться формулой:

R = 0,63а(1,1- 0,11(Ц/В))Rц ((Ц/В)- 0,5), (1)

где а = 1 - 0,01НМВ при НМВ < 15 %; а = 0,82 при НМВ свыше 15 %; НМВ - содержание низкомодульных включений в виде дробленого керам-зитобетона в составе вторичного заполнителя, % по объему.

При отсутствии данных о фактическом содержании НМВ рекомендуется пользоваться формулой:

Ябу = Ятб (р /2,4)

2,36

(2)

где ЯБУ - предел прочности бетона на вторичных заполнителях, МПа; ЯТБ - предел прочности бетона с равным Ц/В на природных заполнителях, МПа; р - плотность бетона, т/м3.

Повышение до 20 % водопотребности бетонных смесей на вторичных разномодульных заполнителях следует нейтрализовать введением пластифицирующих добавок и, соответственно, сокращением расхода воды. При необходимости подбора составов одновременно нескольких марок бетона, а также в случаях, когда в процессе подбо-

ра необходимо уточнить ряд дополнительных факторов (соотношение компонентов в бетонной смеси, дозировку расширяющих и других добавок (пластификаторов)), рекомендуется использование методов математического планирования экспериментов.

Приготовление, транспортировка

и укладка бетонной смеси

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси на вторичных разномодульных заполнителях принципиально не отличается от аналогичных технологических переделов для бетонов на плотных природных и вторичных заполнителях. Вышеназванные операции следует производить согласно рекомендациям по приготовлению и применению бетонов на заполнителях из дробленого тяжелого бетона [4].

Твердение бетонов с компенсированной усадкой на вторичных разномодульных заполнителях должно протекать в условиях, обеспечивающих достижение бетоном распалубочной, передаточной, отпускной и проектной прочности в наиболее короткие сроки при одновременном соблюдении требований к качеству готовых изделий. Нарастание прочности бетонов на вторичных заполнителях, твердеющих без тепловлажностной обработки, рекомендуется определять по формуле, при т > 28 сут:

Ят= 0,95 KуЯ28 х

xexp(Kц (0,95 - 0,013Л28) (1 - (28 / т)0,5), (3) где R28 - марочная прочность, МПа; Kц = 1,0 для ПЦ; Kц =1,15 для бетонов с РД; ^ - коэффициент, зависящий от вида цемента и степени «'зрелости»' бетона к моменту окончания влажно-стного ухода, принимаемый по табл. 4.

При т < 28 сут нарастание прочности бетонов на вторичных заполнителях можно принимать аналогично бетонам на природных заполнителях.

Тепловлажностную обработку бетонов с компенсированной усадкой на вторичных разномо-дульных заполнителях следует производить по режимам, рекомендуемым для бетонов на природных тяжелых заполнителях, к которым предъявляются

Научно-методический раздел

Таблица 4

Значения коэффициента Ky в формуле (3)

Относительная прочность к моменту окончания ухода, Ry, % Количество сульфоалюминатной РД, %

0 10 20

50 0,85 0,865 0,65

70 0,90 0,92 0,84

80 0,92 0,94 0,93

85 0,93 0,95 0,97

100 0,95 0,97 1,10

повышенные требования по водонепроницаемости и морозостойкости - длительность предварительного выдерживания не менее 4 часов, скорость подъёма температуры - не более 20 °С /ч, температура изотермического выдерживания - не более 60 °С, охлаждение со скоростью не более 20 °С /ч.

Контроль качества таких бетонов необходимо производить в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Разработанные рекомендации по подбору составов, классификации и нормированию параметров качества бетонов с компенсированной усадкой на вторичных разномодульных заполнителях позволят существенно расширить область применения продуктов дробления бетонных и железобетонных конструкций, решая актуальные проблемы ресурсосбережения и охраны окружающей среды.

Разработанные рекомендации внедрены на ЗАО «КСМ № 1» в г. Ростов-на-Дону.

Литература

1. Егорочкина, И.О. Структура и свойства бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях: автореф. дис. ... канд. техн. наук /И.О. Егорочкина. - Ростов-н/Д, 1998. - 23 с.

2. Айрапетов, Г.А. Структура и свойства бетонов с компенсированной усадкой на вторичных заполнителях / Г.А.Айрапетов, Г.В. Несвета-

ев, И.О. Егорочкина // Бетон и железобетон.-1998. - № 2. - С.12-16.

3. Гусев, В.А. Вторичное использование бетона / В.А. Гусев, Б.В. Загурский. - M.: Стройиз-дат, 1986. - 158 с.

4. Рекомендации по приготовлению и применению бетонов на заполнителях из дробленого тяжелого бетона. НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1982. - 24 с.

5. Несветаев, Г.В. Бетоны / Г.В. Несветаев. - Ростов н/Д: Феникс, 2011. - 382 с.

6. Петрова, Т.М. Современные модифицирующие добавки в бетоны / Т.М. Петрова, О.М. Смирнова // Материалы XV Академических чтений РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии». - Казань. - 2010, Т. I. - С. 247-252.

7. Egorochkina, I.O. Properties of shrinkage compensated concrete made with recycled aggregate / I.O. Egorochkina, G.V. Nesvetajev, G.A. Airapetov // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: материалы 2-й межд. конф. - Ростов н/Д, 2002. -С. 4-7.

8. Concrete - 2000. Economic and durable construction through excellence // University of Dundee. Scotland, UK 7-9 Sept., 1996.

9. Hansen, T. Recycled aggregates and re-cycled-aggregate concrete / T. Hansen // Concrete international. - 1988. - № 1. - P. 79-83 (USA).

Егорочкина Инна Олеговна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики», Ростовский государственный строительный университет (Ростов-на-Дону), [email protected]

Поступила в редакцию 18 февраля 2014 г.

Егорочкина И.О.

Рекомендации по подбору состава бетонов на вторичных заполнителях с разномодульными включениями

Bulletin of the South Ural State University Series "Construction Engineering and Architecture" _2014, vol. 14, no. 3, pp. 49-53

RECOMMENDATIONS FOR THE PREPARATION, TRANSPORTATION AND STORAGE OF SHRINKAGE COMPENSATED CONCRETE MADE OF RECYCLED LOW-MODULUS AGGREGATES

I.O. Egorochkina, Rostov State University of Civil Engineering, Rostov-on-Don, Russian Federation, [email protected]

The properties of concrete with cube compressive strength up to 66 MPa made of re-used aggregates were studied in comparison with ND concrete. Both re-used aggregates obtained from ND and LWA concrete in different proportions were used. Sulfo-aluma expansive admixture was used to compensate high shrinkage of concrete made of re-used aggregates. The relationships between compressive strength and E-modulus, strain at the peak stress, indirect tensile strength and others are discussed and recommended for practical use. Regulations estimates of destination are proposed.

Keywords: re-used aggregates, re-used aggregate made of LWA concrete, sulfo-aluma expansive admixture, shrinkage of concrete, microcraking characteristics, contraction of cement paste.

References

1. Egorochkina I.O. Struktura i svoystva betonov s kompensirovannoy usadkoy na vtorichnykh zapolnite-lyakh. Avtoref. kand. diss. [Structure and properties of concrete with shrinkage on the secondary aggregates. Abstract of cand. diss.]. Rostov-na-Donu, 1998. 23 p.

2. Ayrapetov, G.A., Nesvetaev, G.V., Egorochkina, I.O. [Structure and properties of concrete with shrinkage on the secondary aggregates]. Beton i Zhelezobeton [Concrete and Reinforced concrete], 1998, no. 2, pp.12-16 (in Russ).

3. Gusev V.A., Zagurskiy B.V. Vtorichnoe ispol'zovanie betona [Recycling concrete]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1986. 158 p.

4. Rekomendatsii po prigotovleniyu i primeneniyu betonov na zapolnitelyakh iz droblenogo tyazhelogo betona [Recommendations for preparation and application of concrete aggregates from crushed heavy concrete]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1982. 24 p.

5. Nesvetaev G.V. Betony [Concretes]. Rostov-na-Donu, Feniks Publ., 2011. 15 p.

6. Petrova T.M., Smirnova O.M. [Modern modifying additives in the concrete] Materialy KhV Akademi-cheskikh chteniy RAASN "Dostizheniya i problemy materialovedeniya i modernizatsii stroitel'noy industrii" [Materials XV Academic readings RAAC "Achievements and problems of material science and modernization of the construction industry]. Kazan, 2010, vol. 1, pp. 247-252 (in Russ).

7. Egorochkina I.O., Nesvetajev G.V., Airapetov G.A. Properties of shrinkage compensated concrete made with recycled aggregate. Beton i Zhelezobeton v tretem tysyacheletii. Materialy 2-y mezhdunarodnoy konferentsii [Concrete and reinforced concrete in the third Millennium: proceedings of the 2nd international conference]. Ros-tov-na-Donu, 2002, pp.4-7.

8. Concrete - 2000. Economic and durable construction through excellence. University of Dundee. Scotland, UK 7-9 Sept., 1996.

9. Hansen T. Recycled aggregates and recycled-aggregate concrete. Concrete international, 1988, no. 1, pp. 79-83 (USA).

Received 18 February 2014