CC BY
0
Взгляд на проблему повторного применения лома бетона в строительной
индустрии
И. И. Романенко, И.Н. Петровнина
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Пенза
Аннотация: Бетонные тротуарные плитки для дорожного строительства изготавливают из смесей, состоящих из гидравлического вяжущего, мелкого и крупного заполнителей и воды. Приготовленная смесь заданной влажности подвергается виброформованию при следующим технологическом режиме: длительность процесса 5-10 секунд, частота вибрации 30-50 Гц и давление 70 - 80 кг/см2. Твердение свежеотформованных образцов осуществляется в камере в тепловлажностной обработке. Установлено, что возможно заменить природный крупный заполнитель на фракционированный лом бетона. Прочность на сжатие бетонов с заполнителем на основе вторичного щебня составляет 300
о
- 400 кг/см , водопоглощение 4,8 - 6,2 %, морозостойкость F2 200 - 300. Предложенная технология позволяет решить, как экономические вопросы, так и экологические для регионов, обладающих большим количеством бетонного лома на временных площадках хранения промышленных отходов.
Ключевые слова: бетонная смесь, виброформование, модификаторы, наполнитель, отход, лом бетона, прочность.
В производстве бетонной смеси для виброформованного изделия -брусчатки для мощения тротуаров, стоянок, площадей и проезжей части дорог широко применяют модификаторы структуры бетонной матрицы: химические добавки, минеральные наполнители. Широкое применение получила зола-унос, которая является побочным продуктом теплоэлектростанций от сжигания угля [1, 2].
При этом бетонная смесь должна иметь водоцементное отношение (В/Ц) в интервале 0,3 - 0,39 для обеспечения хорошей формуемости и получения приемлемой внешней эстетичности изделий [3]. Это обеспечивается применение мелкодисперсного наполнителя, у которого размер зерна частиц не превышает 0,12 мм, что способствует увеличению водопотребности бетонной смеси и снижению прочностных показателей готовых изделий [4, 5].
Использование пластифицирующих добавок второго и третьего поколения способствует снижению В/Ц отношения и получению изделий из бетона с заданными эксплуатационными параметрами [5, 6].
Для получения высококачественной продукции требуется большое количество заполнителей высокого качества, а для этого нужна разработка новых карьеров по добыче песка и щебня, что накладывает отпечаток на стоимость готовой продукции из-за логических цепочек по доставке материалов от карьера до производителя продукции [6]. В то же время на площадках по утилизации промышленных отходов находится лом бетона и железобетона, который представляет из себя ценнейший материал для производства бетона. После вторичной обработки и фракционирования получается кубовидный щебень с покрытием по поверхности частиц оболочкой гидратированного клинкерного фонда, которая является центром гидратации в бетонной смеси [3, 5, 7].
Цель исследования - определение целесообразности применения лома бетона в качестве заполнителя бетонной смеси при производстве изделий дорожного назначения по технологии виброформования.
Для этого бетонная смесь должна обладать хорошей формуемостью за счет однородности состава. В исследованиях предложено три подхода для достижения поставленной цели.
Первый: полная замена крупного заполнителя в бетонной смеси на щебень из лома бетона фракции 5-10 мм.
Второй: замена крупного заполнителя частично на 10; 44; 50 % на щебень из лома бетона фракции 5-10 мм.
Третий: частичная замена песка на пылеватый отход от дробления лома бетона.
При этом рассматривается проблема по снижению водопотребности бетонной смеси, склонность к виброуплотнению и получению ранней
прочности бетонных изделий в соответствии с требованиями к данному виду изделий.
Материалы и методики.
Портландцемент ПТЦ М500 Д0 (ЦЕМ I 42,5 Н); наполнитель - молотый
л
бетонный лом фракции 2,5-5,0 мм, удельная поверхность Sуд=2880 см /г, песок речной, Сурский, модуль крупности Мкр=1,78; крупный заполнитель из лома бетона марки М300 фракции 5-10 мм, гиперпластификатор «Хидитал-ГП-9т» на основе поликарбоксилатов, вода питьевая.
Дробление бетонного лома осуществляли в лабораторной щековой дробилки с последующим разделением по фракциям на горизонтальный ситах. В исследованиях использовали фракцию 5-10 мм, а полученный песок
л
измельчали до удельной поверхности Syд=2880 см /г в шаровой керамической мельнице, наполненной цельпепсами.
Для определения прочностных показателей формовались на виброустановке кубики размером 100*100x100 мм в формах моментального съема. Технологический процесс формовки на лабораторном вибростенде следующий: частота вибрации 30-50 Гц, давление подпрессовки составляет 70 - 80 кг/см , длительность процесса 5 - 10 секунд.
Образцы хранились в камере нормального твердения (НУ) при температуре
Т=23,5 0С и влажности W=95 %. Образцы бетона испытывались в возрасте 3 и 28 суток твердения на гидравлическом прессе.
Водопоглощение, морозостойкость, прочность на сжатие определялись по методикам ГОСТ: ГОСТ 12730.0 Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости; ГОСТ 12730.3 — 2020 Бетоны. Метод определения водопоглощения; ГОСТ10060 — 2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости, ГОСТ 10180—2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам; ГОСТ 18105— 2010 Бетоны. Правила
контроля и оценки прочности; ГОСТ 28570—90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.
За контрольный состав принята бетонная смесь с подборами специализированного предприятия на основе гранитного щебня. Результаты испытаний и составы представлены в табл.
Таблица
Составы и свойства вибробетонов на основе бетонного лома
Ингредиенты Расход материалов на, кг/м
Составы
1к 2 3 4 5 6
ЦЕМ I 42,5 Н 430 430 430 430 430 430
Молотый бетонный лом - - - - 100 120
Щебень (гранитный) фр. 5-10 мм 250 - 250 200 130 -
Щебень (гранитный) фр. 2-4 мм 250 - 250 150 250
Щебень (бетонный лом), фр. 5-10 мм. - 500 250 50 220 250
Песок Сурский, Мкр=1,8 1250 1250 1250 1050 750 600
Песок Сурский, фр. 0,63-0,23 - - - - 100 250
Песок (бетонный лом), фр. 0,32-0,16 - - - 200 300 280
«Хидитал-ГП-9т», л (% от массы вяжущего) - 3,0 (1,0) 3,0 (1,0) 3,0 (1,4) 3,0 (1,0) 3,0 (1,0)
Murasan BWA 16, л (% от массы вяжущего) 2,5 (0,5)
Вода,л 50 50 50 50 50 50
В/Ц 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12
Плотность бетонной смеси, кг/м 2230 2230 2230 2230 2200 2230
Прочность, МПа на 3 сутки 18,8 16,1 15,4 20,0 18.0 19,7
Прочность, МПа на 28 сутки 39,4 29,8 38,6 42,2 39,1 45,4
Водопоглощение на 28 сутки, % 5,8 7,7 6,1 5,9 7,5 6,2
Морозостойкость ^2), цикл 300 200 250 300 300 300
Полученные результаты (табл.) показывают, что можно получить бетон на основе фракционного щебня из лома бетона марки М 300, который будет отвечать требования предъявляемым к виброформованным бетонам для
дорожного строительства. Проблема, связанная с заменой природного заполнителя на вторичный полученный из лома бетона и железобетона стоит очень актуально. Особенно это касается новых регионов России. Но для этого требуется организовать работы по организации сбора отходов, сортировке, освобождению от металла и затем произвести фракционирование щебня и домалывание фракции 0-10 мм до тонины помола портландцемента.
Анализируя результаты испытания (табл.), видно, что использование лома бетона целесообразно. Так, в составе № 2, щебень природный полностью заменен на фракционированный щебень из лома бетона. Прочность состава № 2 составляет 29,8 МПа, меньше контрольного состава на 24,4 %, а морозостойкость F2 200, что позволяет выпускать изделия для мощения тротуаров толщиной 40 - 50 мм.
Состав № 3 - замена расхода природного гранитного щебня на фракционированный щебень из лома бетона в количестве 50 %. Прочность на сжатие - 38,6 МПа (снижение прочности относительно контрольного состава 0,97 %), морозостойкость F2 250, водопоглощение 6,1 %.
Состав № 4 можно характеризовать, как композицию в которой заменили природный заполнитель - щебень на вторичный в количестве 10 % и песок природный на песок из лома бетона в количестве 16 %, что способствовало увеличению прочности относительно контрольного состава на 7,1 % (42,2 МПа), морозостойкость F2 300, водопоглощение 5,9 %.
Наиболее оптимальным составом является № 6, т.к. прочность на сжатие составляет 45,4 МПа (115,25), морозостойкость F2 300, водопоглощение 6,2 %. За счет оптимизации микроструктуры бетонного камня [8 - 10], шероховатости поверхности заполнителей из лома бетона и наличия непрогидратированных частиц цементного камня на поверхности, вторичных материалом создаются центры кристаллизации и ускорения
набора прочности. Это способствует увеличению не только прочностных показателей, но и других эксплуатационных.
Введение в состав бетонных смесей (тал. № 4,5) мелкого заполнителя, отсевы фракций 0,63 - 0,23 мм и 0,32 - 0,16 мм в определенной пропорции позволили снизить пустотность за счет структурирования растворной матрицы.
Выводы
1. Снижение прочности состава № 2 относительно контрольного (№ 1к) обусловлено природой заполнителя на основе лома боя бетона и неоптимальным подбором состава бетонной смеси для виброформовочных изделий дорожного назначения.
2. Применение фракционного щебня из лома бетона подразумевает проведение предварительных испытаний для выработки производственной технологии.
3. Наилучшие показатели (табл. № 3 - 5) получены благодаря наличию центров кристаллизации и оптимизации структуры матрицы цементного камня за счет наполнением ее тонкомолотой составляющей и мелкой фракцией кварцевого песка.
4. Проведенные исследования в первую очередь являются экономическими и экологическими, так как решают вопрос о снижении себестоимости продукции и транспортных расходов, а также решают экологические проблемы из-за большого количества пылеобразующих отходов на площадках хранения. Таким образом, щебень и песок из лома бетона и железобетона - ценнейшие материалы для строительной индустрии.
Литература
1. Рахимов, Р.З., Магдеев У.Х., Ярмаковский В.Н. Экология, научные достижения и инновации в производстве строительных материалов на основе и с применением техногенного сырья // Материалы международного конгресса «Наука и инновации в строительстве SIB-2008». Современные проблемы строительного материаловедения и технологии, 2008. С. 441- 448.
2. Курочка П.Н., Гаврилов А.В. Бетоны на комплексном вяжущем и мелком песке // Инженерный вестник Дона, 2013, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1562.
3. Kadri EH, Tahar ZA, Mouret M, Rogat D. Effect of recycled aggregate on fresh concrete properties. In: Concrete recycling research and practice. Edited by F. de Larrard, H. Colina. CRC Taylor & Francis; 2019, рр. 79 -92.
4. Pellegrino C, Faleschini F. Recycled Aggregates for Concrete Production: State-of-the-Art in: Sustainability Improvement in the Concrete Industry. Use of Recycled Materials for Structural Concrete Production. Springer; 2016, р.34 - 45.
5. Романенко И.И., Петровнина И.Н., Еличев К.А., Романенко М.И. Пробуждение гидравлической активности наполнителей и заполнителей из лома глиняного кирпича // Инженерный вестник Дона, 2022. №11. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n 11 y2022/7988.
6. Rodriguez C, Parra C, Casado G, Minano I, Albaladejo F, Benito F, Sanchez I. The incorporation of construction and demolition wastes as recycled mixed aggregates in non-structural concrete precast pieces. J. Clean. Prod. 2016: рр. 152 -161. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.03.137.
7. Баженов, Ю.М., Демьянова, B.C., Калашников, В.И. Модифицированные высококачественные бетоны / Научное издание. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 368 с.
8. Nedeljkovic M, Visser J, Savij B, Valcke S, Schlangen E. Use of fine recycled concrete aggregates in concrete. J. Build. Eng. 2021: 38:102196. doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102196.
9. López Gayarre F, López-Colina C, Serrano MA, López-Martínez A. Manufacture of concrete kerbs and floor blocks with recycled aggregate from C&DW. Con. Build. Mat. 2013; 40: pp. 1193-1199. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.11.040.
10. Hüsken G, Brouwers HJH. A new mix design concept for earth-moist concrete: A theoretical and experimental study. Cem. Concr. Res. 2008. 38: pp. 1246-1259.
References
1. Rahimov, R.Z., Magdeev U.H., Yarmakovskij V.N. Materialy mezhdunarodnogo kongressa «Nauka i innovacii v stroitel'stve SIB-2008». Sovremennye problemy stroitel'nogo materialovedeniya i tekhnologii, 2008, pp. 441- 448.
2. Kurochka P.N., Gavrilov A.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1562.
3. Kadri EH, Tahar ZA, Mouret M, Rogat D. Concrete recycling research and practice. Edited by F. de Larrard, H. Colina. CRC Taylor & Francis; 2019, pp. 79 -92.
4. Pellegrino C, Faleschini F. Sustainability Improvement in the Concrete Industry. Use of Recycled Materials for Structural Concrete Production. Springer; 2016, pp.34 - 45.
5. Romanenko I.I., Petrovnina I.N., Elichev K.A., Romanenko M.I. Inzhenernyj vestnik Dona, 2022. №11. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n 11 y2022/7988.
6. Rodríguez C, Parra C, Casado G, Miñano I, Albaladejo F, Benito F, Sanchez I. Clean. Prod. 2016: pp. 152 -161. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.03.137.
7. Bazhenov, Yu.M, Dem'yanova, B.C., Kalashnikov, V.I. Modificirovannye vysokokachestvennye betony [Modified high quality concretes]. Nauchnoe izdanie. M.: Izdatel'stvo Associacii stroitel'nyh vuzov, 2006. 368 Р.
8. Nedeljkovic M, Visser J, Savij B, Valcke S, Schlangen E. Build. Eng. 2021: 38:102196. doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102196.
9. López Gayarre F, López-Colina C, Serrano MA, López-Martínez A. Con. Build. Mat. 2013; 40: рр. 1193-1199. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.11.040.
10. Hüsken G, Brouwers HJH. Cem. Concr. Res. 2008. 38: рр. 1246-1259.
Дата поступления: 4.03.2024 Дата публикации: 10.04.2024
