Научная статья на тему 'Влияние зернового состава и технологии на свойства мелкозернистого фибробетона с применением вулканического пепла'

Влияние зернового состава и технологии на свойства мелкозернистого фибробетона с применением вулканического пепла Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
59
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ / ОТХОДЫ КАМНЕДРОБЛЕНИЯ / ПЕПЕЛ ВУЛКАНИЧЕСКИЙ / БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО / ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ / МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ ФИБРОБЕТОН / ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ И СЖАТИЕ / СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ / СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ / PORTLAND CEMENT / STONE-BREAKING WASTES / VOLCANIC ASH / BASALT FIBER / GRAIN SIZE DISTRIBUTION / FINE-GRAINED FIBER-REINFORCED CONCRETE / BENDING STRENGTH AND COMPRESSION / METHOD OF MIXTURE PREPARATION / METHOD OF MOLDING PRODUCTS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Хежев Т.А., Карданов А.А., Курашинов И.А., Сижажев К.А., Хатшуков Р.Ю.

Рассматриваются составы мелкозернистых фибробетонов с использованием портландцемента, отходов камнедробления, вулканического пепла и базальтовой фибры. Выявлено, что с увеличением содержания пепла в цементе снижается прочность на сжатие и изгиб мелкозернистого бетона, а водопоглощение повышается. Без существенного снижения свойств мелкозернистого бетона можно вводить не более 10 % вулканического пепла. Установлено, что при увеличении содержания крупных фракций заполнителя прочность на сжатие и изгиб мелкозернистого бетона возрастает в результате более компактного расположения зерен песка. Увеличение содержания мелких фракций песка снижают прочностные характеристики бетона, и повышает водопоглощение. Исследована зависимость свойств мелкозернистого фибробетона от способа перемешивания смеси и формования изделий

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Хежев Т.А., Карданов А.А., Курашинов И.А., Сижажев К.А., Хатшуков Р.Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of grain composition and technology on the properties of fine-grained fiber-reinforced concrete using volcanic ash

The composition of fine-grained fiber-reinforced concrete using Portland cement, stone crushing waste, volcanic ash and basalt fiber are considered. It was revealed that with an increase in the ash content in cement, the compressive and flexural strength of fine-grained concrete decreases, and the water absorption increases. Without a significant reduction in the properties of fine concrete, you can enter no more than 10% of volcanic ash.It has been established that with an increase in the content of large fractions of aggregate, the compressive and flexural strength of fine-grained concrete increases as a result of a more compact arrangement of sand grains. The increase in the content of fine sand fractions reduces the strength characteristics of concrete, and increases water absorption. The dependence of the properties of fine-grained fiber-reinforced concrete on the method of mixing the mixture and molding products

Текст научной работы на тему «Влияние зернового состава и технологии на свойства мелкозернистого фибробетона с применением вулканического пепла»

Влияние зернового состава и технологии на свойства мелкозернистого фибробетона с применением вулканического пепла

Т.А. Хежев, А.А. Карданов, И.А. Курашинов, К.А. Сижажев, Р.Ю. Хатшуков, М.А. Гетежев, Б. Басил, А. Ф. Джаркас Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик

Аннотация: Исследовано влияние зернового состава и технологии на свойства мелкозернистого фибробетона с применением вулканического пепла. Прочностные характеристики мелкозернистого бетона снижаются с увеличением добавки пепла в портландцемент при одновременном росте водопоглощения. Рекомендуется вводить до 10 % пепла в портландцемент по массе. Выявлено, что прочность бетона повышается с увеличением содержания крупных фракций заполнителя в результате более компактного расположения зерен песка. Увеличение содержания мелких фракций песка снижают прочностные характеристики бетона, и повышает водопоглощение. Исследована зависимость свойств мелкозернистого фибробетона от способа перемешивания смеси и формования изделий.

Ключевые слова: портландцемент, отходы камнедробления, пепел вулканический, базальтовое волокно, гранулометрический состав, мелкозернистый фибробетон, прочность на изгиб и сжатие, способ приготовления смеси, способ формования изделий.

Строительство зданий и сооружений на современном этапе требует использование бетонов, имеющих улучшенные физико-механические свойства при минимальной себестоимости. При этом актуальной задачей является обеспечение долговечности конструкций и применение местных материалов. Разработка дисперсно армированных мелкозернистых бетонов является одним из способов решения этой задачи [1-3].

Снижение себестоимости бетона возможно за счет применения промышленных отходов, при этом одновременно решаются и вопросы охраны окружающей среды [4, 5]. Кабардино-Балкарская республика имеет большие сырьевые ресурсы для получения заполнителя и активной минеральной добавки для мелкозернистого бетона. В качестве заполнителя мелкозернистого бетона могут быть использованы отходы дробления гравийно-песчаной смеси, а в качестве активной минеральной добавки -

вулканические горные породы [6, 7]. Для их эффективного применения в мелкозернистом бетоне необходимо проведение исследований.

Для этого в работе проводились исследования влияния зернового состава и технологии на свойства мелкозернистого фибробетона с применением отходов камнедробления и пепла.

Для проведения экспериментов применялись: портландцемент ПЦ500-ДО; отходы камнедробления с зернами размером до 5 мм; пепел вулканический с зернами размером до 0,14 мм; волокна базальтовые марки РНБ-9-1200-4с.

Зерновой состав заполнителя приведен в табл. 1.

Таблица 1

Песок Частные остатки на ситах, % Прошло сквозь сито 0,14

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14

Отсевы дробления гравийно-песчаной смеси 13,7 13,9 26,9 27,3 14,2 4,0

Для исследования физико-механических характеристик бетона состава 1:2 изготавливались балочки размерами 4х4х16 см. Образцы формовались из смеси подвижностью 3-5 см на виброплощадке. На рис. 1 и 2 приведены. результаты экспериментов.

Рис. 1. Влияние добавки пепла на прочность мелкозернистого бетона

Рис. 2. Влияние добавки пепла на водопоглощение мелкозернистого бетона

Установлено, что прочностные характеристики мелкозернистого бетона снижаются с увеличением добавки пепла в портландцемент при одновременном росте водопоглощения. Рекомендуется вводить до 10 % пепла в портландцемент по массе.

Исследовалась возможность замены мелкодисперсных фракций песка на пепел в мелкозернистом бетоне (табл. 2).

Таблица 2

Физико-механические свойства бетона

Портландцемент к песку по массе Пепел (ё < 14 мм) в % от массы песка Прочность при изгибе (МПа) Прочность на сжатие (МПа) Водопоглощение по массе, %

1:2 - 8,9 30,5 11,1

1:2 4 8,2 28,2 11,3

1:3 - 5,0 25,3 10,6

1:3 4 4,6 22,7 10,9

1:4 - 3,6 13,9 9,8

1:4 4 3,2 12,2 10,1

Из таблицы следует, что замена пеплом мелкодисперсных зерен отходов камнедробления уменьшает прочностные характеристики мелкозернистого бетона, а водопоглощение увеличивается. Это объясняется гидравлической активностью тонкодисперсных фракций отходов камнедробления.

Известно, что на свойства бетона существенно влияет зерновой состав заполнителя [8]. Зависимость прочности мелкозернистого бетона состава 1:2 от зернового состава исследовалась с применением симплексно-центроидного плана эксперимента в виде равностороннего треугольника.

Варьируемыми факторами были:

- Х] - содержание в заполнителе зёрен размерами 1,25<ё<5 мм;

- Х2 - содержание в заполнителе зёрен размерами 0,31<ё<1,25 мм;

- Х3 - содержание в заполнителе зёрен размерами 0<ё<0,31 мм.

Исследовались:

- У] - прочность на сжатие Ксж, МПа;

- У2 - прочность при изгибе Яизг, МПа.

План эксперимента приведен в табл. 3.

Таблица 3

План эксперимента

№№ Кодированные переменные (доля фракций песка в заполнителе) МПа У2, МПа У

Х1 Х2 Х3

1 1 0 0 29,55 6,27 У1

2 0 1 0 20,55 6,48 У2

3 0 0 1 18,58 5,13 У3

4 0,5 0,5 0 33,72 7,68 У12

5 0,5 0 0,5 28,50 5,66 У13

6 0 0,5 0,5 22,80 5,48 У23

7 0,33 0,33 0,33 26,03 5,70 У123

В результате исследований получены уравнения регрессии:

71 = 29,55X + 20,55Х2 + 18,58Х3 + 34,66ХХ +17,73Х^3 + 12,93Х2Х3 -34,41ХХХ3; У2 = 6,27Х1 + 6,48X2 + 5,13Х3 + 5,23ХХ - 0,13Х1Х3 -1,3Х2Х3 - 5,65Х1Х2Х3

По уравнениям регрессии построен рисунок 3.

Рисунок 3. Диаграммы зависимости прочности на сжатие и изгиб мелкозернистого бетона от зернового состава заполнителя; "к" - точка, соответствующая прочности бетона на заполнителе исходного зернового

состава

Диаграммы показывают, что при увеличении содержания крупных фракций заполнителя прочность на сжатие и изгиб мелкозернистого бетона возрастает в результате более компактного расположения зерен песка. Увеличение содержания мелких фракций песка снижают прочностные характеристики бетона, и повышает водопоглощение.

Для улучшения свойств мелкозернистого бетона нами осуществлялось армирование фибрами из базальта. Исследовалась зависимость прочности на сжатие и при изгибе мелкозернистого бетона от параметров фибрового армирования с использованием ротатабельного плана второго порядка типа правильного шестиугольника.

В результате выявлено, что армирование базальтовыми волокнами обеспечивает существенный рост прочности на сжатие (36,4 МПа) и на изгиб (15,2 МПа) бетона мелкозернистого.

Свойства мелкозернистого фибробетона существенно зависят от способа перемешивания смеси и формования изделий [9, 10].

Поэтому проводились исследования влияния порядка загрузки компонентов мелкозернистого фибробетона на их свойства с применением турбулентного смесителя СБ-133.

Загрузка компонентов и приготовление мелкозернистой фибробетонной смеси осуществлялось двумя способами:

1) приготовление сухой однородной смеси, затем фибробетонной смеси с добавлением воды;

2) приготовление подвижной однородной смеси без волокон, далее мелкозернистой фибробетонной смеси с добавлением фибр.

Установлено, что второй способ приготовления смеси обеспечивает более высокие прочностные показатели фибробетона при формовании на виброплощадке за счет равномерного распределения базальтовых волокон (табл. 4).

Таблица 4

Влияние способа приготовления смеси на прочность мелкозернистого

фибробетона

№№ п/п Портландцемент к отсеву по массе Содержание фибр 1А = 1444 % по объему Подвижность, см Способ перемешивания Прочность, МПа

при изгибе при сжатии

1 1:2 1,0 4 первый 13,3 30,5

2 1:2 1,0 4 второй 15,2 36,4

Далее исследовалось влияние способа формования на прочность мелкозернистого фибробетона. Образцы формовались методом литья и вибрирования на стандартной виброплощадке из смесей, приготовленных по второму способу (табл. 5).

Таблица 5

Влияние способа формования образцов на прочность мелкозернистого

фибробетона

№№ п/п Портландцемент к отсеву по массе Содержание фибр V, = 1444 (/ё ), % по объему Подвижность, см Способ перемешивания Прочность, МПа

при изгибе при сжатии

1 1:2 1,0 4 вибрационный 15,2 36,4

2 1:2 1,0 8 литьевой 11,7 29,2

Выявлено, что формование образцов методов вибрирования повышает предел прочности мелкозернистого фибробетона на сжатие в 1,25, а на изгиб в 1,3 раза по сравнению с методом литья.

Таким образом, исследованы влияние зернового состава заполнителя, добавки пепла, содержания базальтовых фибр, способа приготовления смеси и формования изделий на свойства мелкозернистого фибробетона на основе отходов камнедробления.

Литература

1. Волков И.В. Фибробетон: Состояние и перспективы применения // Промышленное и гражданское строительство. 2GG2. №9. С. 37.

2. Craig J., Parr J.A., Germain E., Mosquera V, Kamilares S. Fiber reinforced beams in torsion // ACI Journal. 2G14. Vol. 83. Heft б. pp. 934-942.

3. Gopalaratnam V.S., Shah S.P. Properties of steel fiber reinforced concrete subjected to impact loading // ACI Journal. 2G14. Vol. 83. Heft l. pp. 117-12б.

4. Хежев Х.А., Хежев Т.А., Кимов У.З., Думанов К.Х. Огнезащитные и жаростойкие композиты с применением вулканических горных пород // Инженерный вестник Дона, 2G11. №4 URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

5. Хежев Т.А., Кажаров А.Р., Налоев А.Ю., Семенов Р.Н., Хамуков З.А., Желоков Т.Х. Строительные растворы на отходах камнедробления // Инженерный вестник Дона, 201 б. №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2G1б/377б.

6. Ахматов М.А. Эффективность применения местных строительных материалов и бетона. Нальчик: Эльбрус, 198б. 1б0 с.

7. Ахматов М.А. Эффективность применения легких бетонов, изделий и конструкций из них // Строительные материалы. 1998. № 4. С. 9 - 13.

8. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высшая школа, 1987. 415 с.

9. Рабинович Ф.Н. Дисперсно армированные бетоны. М.: Стройиздат, 1989. 174 с.

10. Моргун Л.В., Моргун В.Н. Технология производства и применение фибробетона в строительстве // Строительные материалы. 2005. №8. С. 3435.

References

1. Volkov I.V. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2002. №9. P. 37.

2. Craig J., Parr J.A., Germain E., Mosquera V, Kamilares S. ACI Journal. 2014. Vol. 83. Heft 6. pp. 934-942.

3. Gopalaratnam V.S., Shah S.P. ACI Journal. 2014. Vol. 83. Heft l. pp. 117-126.

4. Khezhev Kh.A., Khezhev T.A., Kimov U.Z., Dumanov K.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011. №4 URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

5. Khezhev T.A., Kazharov A.R., Naloys A.YU., Semenov R.N., Khamukov Z.A., Zhelokov T.KH. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016. №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3776.

6. Akhmatov M.A. Effektivnost' primeneniya mestnykh stroitel'nykh materialov i betona [Effectiveness of the application of local building materials and concrete]. Nal'chik: El'brus, 1986. 160 p.

7. Akhmatov M.A. Stroitel'nye materialy. 1998. № 4. pp. 9-13.

8. Bazhenov Yu.M. Tekhnologiya betona [Concrete technology]. Moscow: Vysshaya shkola, 1987. 415 p.

9. Rabinovich F.N. Dispersno armirovannyye betony [Disperse reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1989. 174 p.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10. Morgun L.V., Morgun V.N. Stroitel'nyye materialy. 2005. №8. pp. 3435.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.