CC BY
101УДК 691.33
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ БЕТОНЫ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
19 19
Муртазаев С-А.Ю.12, Саламанова М.Ш.12
'ФГБОУ ВО Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова 364051, г. Грозный, проспект Исаева, д. 100, madina_salamanova@mail.ru 2ФГБУН Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова Российской академии наук 364051, г. Грозный, Старопромысловское шоссе, д. 21, madina_salamanova@mail.ru
Аннотация. Статья посвящена актуальной проблеме разработки высококачественных бетонов комплексным использованием местного техногенного и природного сырья. Приведены результаты анализа сырьевой базы Чеченской Республики и близлежащих регионов с целью их дальнейшего использования в эффективных бетонных смесях для монолитного строительства. Представлены сравнительные данные по реотехнологическим, физико -механическим свойствам бетонных смесей и бетонов на различных видах сырья. Изучены структура и свойства вторичных строительных материалов, полученных на основе техногенного сырья.
Ключевые слова: высококачественные бетоны, суперпластификатор, органоминеральная добавка, бетонный лом, золошлаковая смесь, пылевидная фракция, отсев дробления горных пород, мелкие кварцевые пески.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальной проблемой современной строительной индустрии является применение и усовершенствование бетонов нового поколения, которые в мировом научном сообществе получили единое название «High Performance Concrete». Высококачественные бетоны широко применяют при строительстве монолитных и сборно-монолитных специальных сооружений. Эти бетоны характеризуются уникальными свойствами, такими как: водонепроницаемость W 12 и выше; морозостойкость F 400 и выше; истираемость не более 0,3-0,4 г/см2; водопоглощение 12,5 %; высокая сопротивляемость проникновению хлоридов; высокая газонепроницаемость; регулируемые показатели деформативности (в том числе компенсация усадки бетона в возрасте 14-28 суток естественного твердения) [1, 2, 4, 8-13].
В Российской Федерации опыт применения высококачественных бетонов начался с возведения таких уникальных комплексов как - ЖК «Триумф-палас» (Москва), высочайший небоскреб - «Лахта центр» (Санкт-Петербург), северный небоскреб - БЦ «Высоцкий» (Екатеринбург), многофункциональный высотный комплекс - «Грозный Сити» (Грозный). В настоящее время ведутся работы по возведению башни «Ахмат-Тауэр» (Грозный) высотой более 400 метров (рисунок 1), строительство которой требует обязательного применения высококачественных бетонов с линейкой классов бетона от В40 и выше до В150. Этот выбор обусловлен тем, что именно этот вид бетонов обеспечивает гарантированную эксплуатационную надежность и долговечность зданий и сооружений, работающих в условиях различного сочетания воздействий окружающей среды и собственных нагрузок здания [3, 8, 9, 10].
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ, МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОВ
Теоретические основы проектирования исследуемых композитов базируются на управлении процессом формирования структуры и свойств за счет использования широкой гаммы активных минеральных компонентов, к которым предъявляются жесткие требования по качеству [4, 5, 6, 7].
Так для производства высокопрочных и высококачественных бетонов классов В 40 - В 150 в первую очередь необходимы цементы со стабильным химическим и минералогическим составом, мытые классифицированные пески и мелкозернистые щебни фракции 5-10 и 10-20 мм из высокопрочных горных пород, высокодисперсные микрокремнеземы и порошки минеральных добавок, супер- или гиперпластификаторы.
Рис. 1 - Многофункциональные комплексы в Грозном: в эксплуатации «Грозный Сити» и в проекте
башня «Ахмат-Тауэр»
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
В испытательной лаборатории Грозненского государственного нефтяного технического университета имени академика М.Д. Миллионщикова на протяжении многих лет проводятся исследовательские работы, связанные с совершенствованием технологии высокопрочного бетона. Результаты исследований внедряются при строительстве архитектурного ансамбля в центре Грозного, включающего в себя ТРЦ «Грозный - Молл», который соединяется с «Ахмат-Тауэр» пешеходным мостом - галереей.
В данной работе изучена кинетика набора прочности бетона с использованием комплексной органоминеральной добавки, изготовленной на местном портландцементе и дисперсных наполнителях: пылевидная фракция отсева дробления бетонного лома (ОДБЛ), золошлаковая смесь (ЗШС), пылевидная фракция отсева дробления горных пород (известняк) и мелкие кварцевые пески (кварц).
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ
Для первой серии образцов дисперсные минеральные добавки вводились в качестве наполнителя, при этом их количество составляло около 30 % от массы цемента. Пластификация смесей производилась комплексной модифицирующей добавкой Д-5 российского производства в количестве 2,5 %, вводимой с цементом в сухом виде. Использованием стандартных методик определялись параметры удобоукладываемости. Оценка прочности производилась на образцах -кубах с размером ребра 15 см, которые хранились в воздушно-влажностных условиях и испытывались в возрасте 1, 3, 7 и 28 суток.
Бездобавочные составы бетонов с минеральным наполнителем показали прочность на сжатие в пределах 43-47 МПа при расходе цемента около 375 кг на 1 м3 бетона [6].
С целью повышения прочности бетона и определения влияния пластифицирующих добавок на реотехнологические и прочностные свойства наполненных бетонов нами были проведены исследования составов, приведенных в таблице 1 и на рисунке 2.
Анализ полученных результатов показывает, что наиболее положительное действие на кинетику набора прочности бетона оказывает ТМН из бетонного лома в сочетании с комплексной добавкой Д-5. Прочность бетонов на основе ТМН с комплексной пластифицирующей добавкой в возрасте 28 суток составила 68,1 МПа (состав 3, табл. 1), что в среднем на 40-50 % выше по отношению к прочности бетона контрольного состава без пластифицирующей добавки. Суточная прочность исследованных составов составила 12-15 МПа. Однако сохраняемость бетонных смесей выше представленных составов не превышала 3-4 часов.
Таблица 1.
Составы бетонов с различными видами минерального наполнителя и добавкой Д-5
№ п/п Вид ТМН В/Ц Расход материалов, кг Удобоукла-дываемость Плотность бетонной смеси, кг/м3 Плотность бетона, кг/м3
Щ П Ц В Добавки
ТМН Д-5 ОК, см Ж, с
1 Пыль ОДБЛ 0,51 1290 520 375 192 110 9,4 15 - 2493 2323
2 0,45 1295 540 375 169 - 13 2495 2345
3 0,39 1299 563 375 145 - 63 2497 2371
4 ЗШС 0,50 1282 522 375 188 110 9,4 13 - 2486 2316
5 0,45 1296 530 375 170 3 - 2486 2351
6 0,40 1297 550 375 150 - 45 2487 2357
7 Извест-няк 0,51 1275 521 375 191 110 9,4 14 - 2478 2308
8 0,45 1295 525 375 168 3 - 2472 2358
9 0,40 1298 542 375 150 - 42 2479 2363
10 Кварц 0,51 1270 529 375 190 110 9,4 15 - 2480 2332
11 0,45 1280 540 375 170 4 - 2479 2361
12 0,4 1290 555 375 150 - 47 2485 2392
Примечание: В/Ц - водоцементное отношение; Ц - цемент М500 Д0 «Чеченцемент»; П - песок Червленного месторождения; Щ - щебень с Аргунского карьера ЧР; В - вода; ТМН - тонкомолотый минеральный наполнитель; Д - добавка Д-5 (дозировка - 2,5 % от массы цемента); ОК - осадка конуса; Ж -жесткость бетонной смеси.
70 £ 60
и50
I
£ 40
н ь
130
н ч
о р
С 20
10
• состав 1 ■ состав 2 А состав 3
■ • - состав 4 -Я— состав 5
• состав 6
3 7
Продолжительность твердения, сут.
28
Рис. 2. Кинетика набора прочности образцов высококачественного бетона: (составы по табл. 1 №№ 1 - 6)
70 3 60 50
40
е и
Я
с а н ь
тсо30 н
¡г
о р
С 20
10
состав 7
состав 8
состав 9
--- состав 10
™ А— состав 11
состав 12
3 7
Продолжительность твердения, сут.
28
Рис. 3. Кинетика набора прочности образцов высококачественного бетона: (составы по табл. 1 №№ 7 - 12)
1
С целью улучшения параметров удобоукладываемости и сохраняемости бетонных смесей были проведены исследования второй серии с использованием замедлителя твердения «Линамикс РС» в количестве 0,8 % от массы цемента (табл. 2). В бетонных смесях использовался ТМН из бетонного лома.
Таблица 2.
Составы бетонов с ТМН из бетонного лома и химическими добавками Д-5 и Линамикс РС
Расход материалов, кг Удобоукла-
№ п/п Добавки дываемость Плотность бетона, кг/м3
Щ П Ц В ТМН Д-5 «Линамикс РС» ОК, см Ж, с
1 1290 530 375 181 110 17 - 2333
2 1290 540 375 168 110 9,4 3,0 2 - 2348
3 1300 560 375 144 110 - 45 2374
4 1200 400 500 273 110 18 - 2389
5 1200 450 500 223 110 12,5 4,0 3 - 2396
6 1230 470 500 173 110 - 55 2414
7 1040 400 600 330 110 18 - 2397
8 1100 400 600 270 110 15,0 4,8 2 - 2400
9 1160 400 600 210 110 - 50 2410
10 1200* 400 500 273 110 12,5 4,0 19 - 2443
11 1230* 470 500 173 110 - 45 2441
12 1040* 400 600 330 110 12,5 4,8 19 - 2446
13 1160* 400 600 210 110 - 60 2462
Примечание: Щ* - гранитно-диабазовый щебень с маркой по дробимости М1200-М1400 фракции 510 мм из РСО-Алания.
Поскольку расход цемента для высокопрочных бетонов по литературным данным находится в пределах 500 - 650 кг на 1 м3 бетонной смеси, то нами получены составы с повышенным расходом вяжущего. В качестве заполнителей помимо местных использовался привозной гранитно-диабазовый щебень с маркой по дробимости М1200-М1400 фракции 5-10 мм из РСО-Алания.
Продолжительность твердения, сут.
Рис. 4. Кинетика набора прочности образцов высококачественного бетона с замедлителем твердения «Линамикс РС»
Анализ таблицы 2 и рисунка 4 показывает, что прочность бетона с комплексными органоминеральными добавками, уже на первые сутки достигает 20-25 МПа, что составляет в среднем 30 % от нормативной 28-суточной. Это достигнуто путем введения добавок суперпластификатора и ускорителя процесса твердения в комплексе с минеральным наполнителем.
ВЫВОДЫ
Таким образом, установлена возможность получения бетонов классов на сжатие В60 -В80 (М800-1000), модифицированных комплексными органоминеральными добавками, состоящими из ТМН, суперпластификатора Д-5 и замедлителя твердения бетона «Линамикс РС». Сохраняемость полученных бетонных смесей составила 6-10 часов, в зависимости от расхода добавки «Линамикс РС», что позволяет применять предложенные рецептуры для монолитного строительства.
Особенностью полученных составов было то, что при такой достаточно высокой сохраняемости их суточная прочность составила 15 -25 МПа, что существенно превышает известные литературные данные для рядовых цементов невысокой активности. Важно отметить, что достигнутая прочность бетона с использованием дисперсных наполнителей на основе природных и техногенных продуктов не уступает прочности бетонов с микрокремнеземом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Муртазаев, С-А.Ю. Высокопрочные бетоны с использованием фракционированных заполнителей из отходов переработки горных пород / Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш. // Устойчивое развитие горных территорий. - 2015. - № 1(23). - С. 23-28.
2. Баженов, Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. -368 с.
3. Dosho, Y. Development of a Sustainable Concrete Waste Recycling System «Application of Recycled Aggregate Concrete Produced by Aggregate Replacing Method» // Journal of Advanced Concrete Technology. Japan Concrete Institute. Scientific paper. - 2007. - Vol. 5. - №1. - Р. 27-42.
4. Лесовик, В.С. Строительные композиты на основе отсевов дробления бетонного лома и горных пород / В.С. Лесовик, С-А.Ю. Муртазаев, М.С. Сайдумов. - Грозный: ФГУП «Издательско-полиграфический комплекс «Грозненский рабочий», 2012. - 192 с.
5. Brameshhuber, W. Noue Entwicklungen bei Beton und Mauerwerk. Centrum Baustoffe und Material- prufund: Fest-schrift zum 60. / Brameshhuber W., Schubbert P. - Geburgtstag von Prof. Dr.-Jng. Peter Schlupi. - 2003. - H. 2. - Рр. 199-220.
6. Каприелов, С.С. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях / С.С. Каприелов [и др.] // Строительные материалы. - 2008. - №3. -С. 9-13.
7. Саламанова, М.Ш. Разработка составов долговечных бетонов с использованием композиционного вяжущего / М.Ш. Саламанова, Р.Г. Бисултанов, Т.С-А. Муртазаева, М.С-М. Хубаев // Научное обозрение. - 2016. - №10.- С. 56-65.
8. Солдатов, А.А. Строительные материалы на основе жидкого стекла / Солдатов А.А., Сариев И.В., Жаров М.А., Абдураимова М.А. // Актуальные проблемы строительства, транспорта, машиностроения и техносферной безопасности. Материалы IV-й ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета. Н.И. Стоянов (ответственный редактор). - 2016. - С. 192-195.
9. Shcherbina, E. Anti-erosion protection for recreational and sports facilities / Shcherbina E., Afonina M. // MATEC Web of Conferences 5. "5th International Scientific Conference "Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education", IPICSE 2016". - 2016. - Р.03012.
10. Удодов, С.А. Применение пористого заполнителя в отделочных составах для ячеистого бетона / Удодов С.А., Черных В.Ф., Черный Д.В. // Сухие строительные смеси. - 2008. - № 3. -С. 70.
11. Nesvetaev, G. On effect of superplasticizers and mineral additives on shrinkage of hardened cement paste and concrete / Nesvetaev G., Koryanova Y., Zhilnikova T. // MATEC Web of Conferences 27. "27th R-S-P Seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering (27RSP), TFoCE 2018". - 2018. -Р. 04018.
12. Stelmakh, S.A. Selection of the composition for centrifuged concrete, types of centrifuges and compaction modes of concrete mixtures / Stelmakh S.A., Nazhuev M.P., Shcherban E.M., Yanovskaya A.V., Cherpakov A.V. // Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications (PHENMA 2018) Abstracts & Schedule. Edited by Yun-Hae Kim, I.A. Parinov, S.-H. Chang. - 2018. -Р. 337.
13. Shuisky, A. Recipe-technological aspects of improving the properties of non-autoclaved aerated concrete / Shuisky A., Stelmakh S., Shcherban E., Torlina E. // MATEC Web of Conferences Сер. "International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2017". - 2017. - Р. 05011.
HIGH QUALITY CONCRETE FOR MONOLITHIC CONSTRUCTION Murtazaev S-AY.1 2, Salamanova M. Sh.1 2
'Grozny State Oil Technical University named after academician M.D. Millionshtchikov, Grozny 2Comprehensive Research Institute named after H.I. Ibragimov Russian Academy of Sciences, Grozny
Annotation. The article is devoted to the actual problem of the development of high-quality concretes by the integrated use of local man-made and natural raw materials. The results of the analysis of the raw material base of the Chechen Republic and nearby regions for the purpose of their further use in effective concrete mixtures for monolithic construction are presented. Comparative data on the reotechnological, physicomechanical properties of concrete mixes and concrete on various types of raw materials are presented. The structure and properties of secondary building materials obtained on the basis of technogenic raw materials are studied
Keywords: high-quality concretes, superplasticizer, organo-mineral additive, concrete scrap, ash-and-slag mixture, dust-like fraction, sifting of rock crushing, fine quartz sand.
