Высококачественный бетон с использованием сырьевых ресурсов КМА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова

2009, №4

Черкашин Ю.Н., канд. техн. наук, Лесовик Р.В., канд. техн. наук, доцент, Сопин Д.М., аспирант, Ластовецкий А.Н., аспирант Ракитченко К.С., аспирант Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ БЕТОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ КМА

Показана возможность получения высококачественного мелкозернистого бетона с высокими эксплуатационными характеристиками за счет применения ВНВ-100 и обогащенного отсева дробления кварцитопесчаника.

Ключевые слова: высококачественный, отсев кварцитопесчанника, строительство, мелкозернистый, композиционные.

Мировой финансовый кризис коснулся и рынка нерудных строительных материалов. В

2009 году снижение платежеспособного спроса на базовые строительные материалы прогнозируется в размере около 10%; через год-два отложенный спрос может обернуться острым дефицитом стройматериалов. По прогнозу аналитиков Северо-Западной нерудной компании, в

2010 году дефицит щебня только в Центральном федеральном округе составит порядка 25% от необходимого объема.

Нехватку в крупных заполнителях можно восполнить за счет применения местных сырьевых материалов и отходов промышленности. Это позволит снизить себестоимость строительных материалов и изделий, а утилизация отходов промышленных зон улучшит экологическую обстановку.

В настоящее время получают все более широкое распространение в строительстве мелкозернистые бетоны. Мелкозернисты бетоны, не содержащие крупного заполнителя, нашли применение при изготовлении тонкостенных железобетонных конструкций, армоцементных изделий, кладочных и отделочных растворов, а также для строительства укрепленных оснований дорожных одежд автомобильных дорог. Повышение эффективности производства мелкозернистых бетонов, отличающихся повышенным содержанием цемента, связано с использованием композиционных вяжущих [1,2].

При строительстве монолитных и сборно-монолитных специальных сооружений, покрытий аэродромов, взлетно-посадочных полос, монолитных конструкций стартовых комплексов для космических систем и других специальных объектов широко применяются высококачественные бетоны. Использование высококачественных бетонов позволяет получить строительные конструкции с высокими эксплуатацион-

ными характеристиками и снизить расходы связанные с функционированием зданий и сооружений и с проведением ремонтных работ, что стало возможным благодаря обеспечению высоких физико-механических свойств бетона[3].

В данной работе исследовалась возможность получения высококачественного мелкозернистого бетона на основе отсева дробления кварцитопесчаника Лебединского месторождения Курской магнитной аномалии.

Анализ результатов физико-механических испытаний кварцитопесчаника Лебединского месторождения свидетельствуют об их высоком качестве. Щебень из кварцитопесчаника, не подвергшегося выветриванию, характеризуется высокой прочностью и плотностью, не уступая по показателям гранитному, а по ряду свойств даже превосходя его. Он используется при изготовлении традиционных тяжелых бетонов, однако в процессе дроблении щебня образуется в среднем 17% фракций менее 5 мм. Этот отсев дробления кварцитопесчаника характеризуется высоким содержанием кремнезема (94,56%) поэтому его можно применять в качестве заполнителя для мелкозернистого бетона[4].

В исследованиях использовался обогащенный отсев фракции 0,315-5 мм, использование более мелкие фракций приводит к существенному увеличению водо- и цементопотребности и соответственно к снижению физико-механических характеристик бетона.

Физико-механические характеристики заполнителя приведены в таблице 1.

Для оценки возможности применения отсева дробления кварцитопесчаника как сырья при производстве высококачественного бетона нами были разработаны составы мелкозернистого бетона. Для повышения эффективности производства высококачественного бетона были разработаны составы мелкозернистого бетона с высоко-

Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова плотной упаковкой мелкого заполнителя. С использованием песка Нижнеольшанского месторождения, модуль крупности 1,35 и отсева дробления кварцитопесчаника. В качестве вяжущего применялось ВНВ-100 с удельной по-

_2009, №4

верхностью 51.3 м2/кг, полученное совместным помолом портландцемента с суперпластификатором Полипласт СП-1 в количестве 0,6 % и портландцемент Цем I 42,5Н таблица 2.

Таблица 1.

Физико-механические характеристики заполнителя

Наименование показателя Единица измерения Отсев дробления КВП

Модуль крупности МКр 4.72

Насыпная плотность в неуплотненном состоянии рнас 1.52 г/см3

Насыпная плотность в уплотненном состоянии рнас упл 1.59 г/см3

Истинная плотность рист 2.71 г/см3

Пустотность ^м.п. 47.8%

Водопотребность В 6.5%

Цементопотребность -Цпотр 0.520

Таблица 2.

Физико-механические характеристики вяжущих

Вид вяжущего Нормальная густота теста, % Сроки схватывания, мин В/Ц Активность вяжущего, кг/см2 (МПа)

начало конец при изгибе при сжатии

ЦЕМ I 42.5 Н 26.2 160 220 0.4 72(7.2) 489(48.9)

ВНВ-100 22.8 130 190 0.28 124(12.4) 902(90.2)

Изучение микроструктуры цементного камня показала, что у ВНВ-100 структура более плотная по сравнению с обычным портландцементом, она представляет собой очень плотную упаковку зерен в общей массе новообразований. Это предопределяется наличием тончайших пленок воды между зернами вяжущего и преимущественное образование в стесненном объеме низкоосновных гидросиликатов кальция и других новообразований.

На рисунке 1 и 2 представлены микрофотоснимки микроструктуры вяжущих.

Рисунок 1 - Морфология новообразований цементного камня Цем I 42,5Н

Для реализации результатов теоретических исследований были изготовлены образцы из мелкозернистого бетона. Уплотнение бетонной смеси при изготовлении образцов осуществляют методом вибрирования на лабораторной виброплощадке. Физико- механические характеристики мелкозернистого бетона представлены в таблице 3.

Из полученных данных видно, что прочностные и деформативные свойства мелкозернистого бетона с применением ВНВ-100 выше, чем у бетона контрольного состава на обычном портландцементе, что можно объяснить высокими характеристиками самого вяжущего низкой водопотребности, его высокой дисперсности, низкой водопотребности, высокой активно-

Физико- механические хар

сти, за счет чего улучшается состояние контактной зоны на границе раздела цементный камень - заполнитель, а также состав и структура новообразований в этой зоне. Также следует отметить, что для получения высококачественных мелкозернистых бетонов большое значение имеет применяемый заполнитель. Используемый отсев дробления кварцитопесчаника состоит из зерен кварца, имеющих остроугольную форму, со следами механического воздействия, развитая поверхность кварцитопесчаника способствует лучшей адгезии между цементным камнем и заполнителем. Полученные бетоны характеризуются низкими показателями водопоглощения и истираемости, за счет уплотненной и улучшенной структуры бетона.

Таблица 3

еристики мелкозернистого бетона

о т а Заполнитель, кг/м3 3 а кг, Л н с о н * С тП сМ а и о т е ю а с/ /г

Вид вяжущет Вяжущее, кг/] Отсев дробления КВП Песок Нижне-ольшанский 3 3м /л, ,а д о т св н о т е б ь т о о н т о л П й о & Призменная проч МПа Модули упруго бетона Еь -10-3 , ] Водопоглощение по массе, % о ,ь т с о м £ р и т с К

Я

<м

720 1115 325 180 2330 57,6 42,4 37,4 3,6 0,43

&

о о

И 720 1115 325 180 2355 85,6 60,4 50,9 2,5 0,35

К В

Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова

Таким образом, получение высококачественного мелкозернистого бетона с высокими эксплуатационными характеристиками возможно за счет применения ВНВ-100 и обогащенного отсева дробления кварцитопесчаников. Использование этих бетонов будет способствовать не только снижению себестоимости строительства, но и улучшению экологической обстановки региона.

Данная работа выполнялась при финансовой поддержке в форме гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых. МК-3123.2008.8 "Разработка теоретических принципов повышения эффективности мелкозернистого бетона с использованием техногенных песков для жилищного строительства".

_2009, №4

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лесовик, Р.В. Мелкозернистый бетон для дорожного строительств /Р.В. Лесовик// Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2003. -№11. - С. 92-93.

2. Строкова, В.В. К проблеме использования типоморфных признаков при выборе рациональных областей использования техногенного сырья /В.В. Строкова, В. С. Лесовик// Записки горного института. Экология и рациональное природопользование. - С.Петербург: Изд-во СПб горного института им. Г.В. Плеханова, 2005. - Т. 166. - С. 58-60.

3. Баженов, Ю.М. Новому веку - новые бетоны /Ю.М. Баженов// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.- 2000. - № 2. - С. 10 -11.

4. Лесовик, В.С. Строительные материалы из отходов горнорудного производства Курской магнитной аномалии: Учебное пособие /В. С. Лесовик. -Белгород: Изд. АСВ, 1996. - 155 с.