CC BY
1УДК 624.01
ЮЦОРИ МУСТА^КАМ БЕТОН УЧУН КРЕМНИЙ КУКУНИНИНГ ОПТИМАЛ
МИВДОРИНИ АНЩЛАШ
Мартазаев А.Ш.
НамМКИ доценти, т.ф.ф.д.(РШ), abdurasul.mas@gmail.com, тел.:+998939140506
Аннотация: Бино ва иншоотлар курилишида бетон асосий конструктив материаллар сифатида кулланилади. Бетон тайёрлашда портландцемент богловчи сифатида фойдаланилади. Цементнинг куп микдорда ишлаб чикарилиши карбонат ангидрид чикиндиларига купайишига олиб келади. CO2 эмиссиясини камайтириш учун цемент урнини кисман босувчи мукобил мах,сулотларга утиш керак. Маколада юкори мустах,кам бетон учун кремний кукунининг оптимал микдорлари экспериментал тажриба синовлари асосида аникланди. Кремний кукунининг 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 25 ва 30% микдорларида цемент билан алмаштириш оркали бетон куб намуналари тайёрланди.
Аннотация: Бетон используется как основной конструкционный материал при строительстве зданий и сооружений. Портландцемент используется в качестве вяжущего при приготовлении бетона. Крупное производство цемента приводит к увеличению выбросов углекислого газа. Чтобы сократить выбросы CO2, необходимо перейти на альтернативные продукты, частично заменяющие цемент. В статье на основе экспериментальных испытаний определены оптимальные количества кремниевого порошка для высокопрочного бетона. Образцы бетонных кубов готовили путем замены кремнеземного порошка цементом в количествах 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 17,5, 20, 25 и 30%.
Abstract: Concrete is used as the main structural material in the construction of buildings and structures. Portland cement is used as a binder in the preparation of concrete. Large-scale cement production leads to increased carbon dioxide emissions. To reduce CO2 emissions, it is necessary to switch to alternative products that partially replace cement. Based on experimental tests, the article determines the optimal amounts of silicon powder for high-strength concrete. Concrete cube samples were prepared by replacing silica powder with cement in amounts of 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 25 and 30%.
Таянч сузлар: юкори мустах,кам бетон, кремний кукуни, цемент, суперпластификатор, сикилишдаги мустах,камлик.
Ключевые слова: высокопрочный бетон, микрокремнезем, цемент, суперпластификатор, прочность на сжатие.
Key words: high-strength concrete, silica fume, cement, superplasticizer, compressive strength.
Кириш. Бугунги кунда атмасферада карбонат ангидрид (CO2) чикиндиларининг купайиши туфайли экологик муаммолар яъни иклим узгариши ва глобал исишга олиб келмокда. Курилиш саноати катта микдорда CO2 ишлаб чикаришга х,исса кушадиган асосий тармоклардан биридир. Цемент саноати глобал CO2 нинг 7-8% ни ишлаб чикаради. Бир тонна цемент ишлаб чикариш билан тах,минан бир тонна CO2 х,осил булади. 2022 йилда бутун дунё буйлаб цемент ишлаб чикаришнинг умумий хджми 4.1 миллиард тоннани ташкил этган. Жах,онда 1995 йили жами цемент ишлаб чикариш атиги 1.39 миллиард тоннани ташкил этган булса, бу курилиш саноати уша пайтдан бери кай даражада усганлигидан далолат беради. Куплаб тадкикотчилар цемент сарфини камайтириш ва цементни кисман алмаштириш учун мос кайта тикланадиган материаллар топиш учун куплаб илмий тадкикот ишлари олиб борилган. Кремний кукуни, майдаланган гранулалик шлак, палма ёги ёкилгиси кули, учкинди кул (зола-унос), тухум пустлоги
кукуни, майдаланган шоли кипиги каби кушимча материаллардан фойдаланиш бетоннинг хоссаларига ижобий таъсир курсатади. Оддий портлантцемент билан боглик экологик муаммолар олимларни кремний кукуни ва учкинди кул (зола-унос) каби баркарор ва мустах,кам богловчи материаллардан фойдаланишга ундади [1-2].
Кремний кукуни жуда куп микдорда мавжуд булган материаллардан бири булиб, цементни кисман алмаштириш сифатида фойдаланиш мумкин. Камрок таркибдаги кремний кукуни цемент гидрацияси вактида х,осил буладиган калций гидроксид билан юкори реактивлик туфайли фойдали булиши мумкин. Кремний кукуни узининг кичик заррачалари сабабли бетон учун зарур булган сувнинг хджмини оширади. Шунинг учун, бетон коришмасининг сифат ва функционал характеристикаларини модификация килиш учун супурпластификаторлардан фойдаланилади.
Цемент ишлаб чикариш натижасида юзага келадиган салбий экологик таъсирларни бартараф этиш учун кремний кукунидан цемент урнини босувчи восита сифатида фойдаланиш имкониятларини аниклаш учун куплаб тадкикотлар утказилган.
Насрин ва Иброх,им [3] лар кремний кукуни цемент билан кисман алмаштириш оркали цемент сарфини камайтириш буйича илмий тадкикот ишларини олиб боришган. Бетонга кремний кукуни 10%; 15% ва 20% микдорларда кушилиши оркали бетоннинг сикилишдаги мустах,камлиги мос равишда 9.4%; 30.76% ва 34% га ошган.
Амин ва бошкалар [4] кремний кукуни асосидаги бетоннинг механик хусусиятларини аниклаш учун 5% ва 10% микдорларда кремний кукунидан фойдаланган. Бетоннинг 90 кунликдаги сикилишдаги мустах,камлиги мос равишда 60% ва 47% га камайгани кузатилган. Сикилишдаги мустах,камлиги бетоннинг мух,им хусусиятларидан бири булиб, унга материалнинг кимёвий таркиби, йирик ва майда тулдирувчилар, цементнинг кисман алмаштириш учун фойдаланиладиган турли кушимчалар, хдрорат ва цемент тури таъсир курсатади.
Jiao ва бошкалар[5] кремний кукуни асосида юкори мустах,камликдаги бетоннинг сикилишдаги, чузилишдаги, эгилишдаги мустах,камлигини тадкик этганлар. Юкори мустах,камликдаги бетоннинг чузилишдаги мустах,камлиги 12,3 МПа ни, сикилишдаги мустах,камлиги 120,4 МПа ни ташкил этган.
Ака^ ва бошкалар [6] кремний кукунидан 7% фойдаланган х,олда бетоннинг сикилишдаги мустах,камлиги 77 МПа булишига эришган. Худди шундай, Baxbergen ва бк. с/б нисбати паст булган реактив кукунли бетон ишлаб чикаришда кремний кукунидан 15%, 20%, ва 25% микдорларда фойдаланган. Кремний кукун асосидаги бетоннинг сикилишдаги мустах,камлиги пасайиши кайд этилган.
Куплаб олиб борган илмий тадкикот ишлари шуни курсатадики, бетонга кремний кукунини кушилиши бетоннинг сикилишдаги мустах,камлиги маълум бир кийматга кутарилиб, кейин аста секин камайганлигини курсатади (1-расм). Кремний кукунининг кичик зарралари ва юкори пуццолан реакцияси туфайли бетоннинг дастлабки сикилишдаги мустах,камлигига ижобий таъсир килади [7, 8].
Кремний кукуни юкори мустах,кам бетон тайёрлашда асосий таркибий кисм х,исобланади ва юкори мустах,камли бетоннинг реологик ва механик хусусиятларини яхшилашда мух,им рул уйнайди. Кремний кукуни ултра юкори мустах,кам бетон тайёрлашда коришмани зичланишини я^шилайдиган хусусиятга эга.
Турли х,ил тадкикотлар юкори муста^кам бетон таркибидаги кремний кукунининг микдорлари бетон массасига нисбатан 10-30% гача оралигида фойдаланишган. Бирок, кремний кукуни юкори мустах,кам бетонда сувга булган талабни оширади. Шунинг учун, кремний кукуни сувни камайтирадиган аралашмалар билан биргаликда фойдаланиш керак.
Е
^УРИЛИШ
Кремний кукунининг юкори микдорлари супер пластификаторларнинг юкори микдорини талаб килади ва купрок ёпишкок коришмани х,осил килади. Бундан ташкари, кремний кукунининг юкори микдори бетоннинг котишининг дастлабки кунларида киришиш деформацияни ривожланишига олиб келиши мумкин, бу эса уз навбатида конструкциянинг узок муддатли чидамлилигига таъсир киладиган микродарзларни келтириб чикариди. Шунинг учун, юкори мустах,кам бетон таркибидаги кремний кукунининг микдорини оптималлаштириш талаб этилади.
Куплаб тадкикотчилар кремний кукунининг бетон хусуситларига таъсирини урганган булсада, кремний кукунининг бетоннинг механик хусуситлари, мустах,камлиги ва микро тузилишига таъсирини, кремний кукунини цемент урнига кисман алмаштириш учун кремний кукунини оптимал микдорларини аниклаш буйича кушимча илмий тадкикот ишларини утказиш талаб этади. Шу сабабли, ушбу макола кремний кукунининг курилиш материалларига таъсирини урганиш, кремний кукунини цемент билан кисман алмаштириш оркали бетон учун кремний кукунини оптимал микдорларини аниклаш буйича экспериментал тадкикотларга утказишга каратилган.
1-расм. Кремний кукунининг турли микдорларда цемент билан алмаштирилганда бетоннинг сицилишдаги мустах,камлигини узгариши графиги
Метод. Кремний кукуни билан цементнинг кисман алмаштириш оркали бетон учун кремний кукунининг оптимал микдорини аниклаш максадида олиб борилган экспериментал тадкикотларда цемент, кум, кремний кукуни, сув, суперпластификатор фойдаланилди.
Цемент бетоннинг мух,им таркибий кисмидир, бу унинг мустах,камлик даражасига бевосита таъсир килади. Ушбу синовда «Namangansement» заводининг ЦЕМ I 42,5Н портландцементидан фойдаланилди (1-жадвал).
1-жадвал.
№ Таркиб Кимёвий таркиби, масса улуши, %
1 СаО 65,04
2 А12О3 5,19
3 Бе2О3 3,66
1 ^УРИЛИШ |
4 20,74
5 MgO 1,71
6 СаО 0,9
Тадкикот ишида "Узметкомбинат" АЖ томонидан ишлаб чикарилган конденсацияланган кремний кукуни (МК-85) фойдаланилган. Кремний кукунининг кимёвий таркиби 2-жадвалда ва унинг умумий куриниши 2-расмда курсатилган.
2-жадвал.
_ Кремний кукунининг кимёвий таркиби_
№ Таркиб Кимёвий таркиби, масса улуши, %
1 ^2 95,8
2 MgO 0,7
3 Fe2O3 0,8
4 Al2O3 0,4
5 MnO 0,4
6 СаО 0,4
7 W 0,3
Бетон учун кремний кукунининг оптимал микдорини аниклаш учун кесими 100x100x100 мм булган куб намуналар 10 та серияда тайёрланди. Биринчи серия намуналарида кремний кукуни кушилмаган х,олда, колган серия намуналарда эса цементнинг кисман кремний кукуни билан алмаштирилган х,олда тайёрланди. Кремний кукуни бетонга 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 20, 25, 30% микдорларида кушилди.
2-расм. Кремний кукунининг умумий куриниши
Синов учун тайёрланган намуналарда фойдаланилган кремний кукуни, цемент, кварц куми, суперпластификатор ва сув микдари 3-жадвалда келтирилган.
3-жадвал
№ Серия Кремний кукуни, кг/м3 Кремний кукуни, % Цемент, кг/м3 Кварц Куми, кг/м3 Сув, кг/м3 Сп, кг/м3
1 ОВ 0 0 998.8 1010.1 141 75.2
2 КВ5 49.94 5 948.86 1010.1 141 75.2
КУ ТИЛИШ
3 КВ7.5 74.91 7.5 923.89 1010.1 141 75.2
4 КВ10 99.88 10 898.92 1010.1 141 75.2
5 КВ12.5 124.85 12.5 873.95 1010.1 141 75.2
6 КВ15 149.82 15 848.98 1010.1 141 75.2
7 КВ17.5 174.79 17.5 824.01 1010.1 141 75.2
8 КВ20 199.76 20 799.04 1010.1 141 75.2
9 КВ25 249.70 25 749.1 1010.1 141 75.2
10 КВ30 299.64 30 699.16 1010.1 141 75.2
Намуналар ОВ ёки КВ5 куринишида маркировкаланди. Бунда ОВ ва КВ хдрфлар бетон турини, ундан кейинги ракамлар - кремний кукунининг микдорини (фоизларда) курсатади. Бетон коришмаларини колипларга жойлашда стандарт тайёрлаш талабларига ва намуналардаги коришманинг зичлаштирилишига алох,ида эътибор каратилди. Тайёрланган намуналар хонада саклангандан сунг колиплардан олинди хдмда намуналарга белги куйилиб, меъёрий котиш камерасида 28 сутка давомидаги сакланди. Синовга тайёрланган куб намуналари 3-расмда курсатилган.
г 1 шт 1 ■Ы :Л
цн Ц ■, ив
КЪшт.
ш ЯШ V - В и ■ В
' * 1 Ям "1
в л ■ - в в в
3- расм. Куб намуналарни куриниши
Бетон кубларни "SYE-2000" туридаги гидравлик пресс ёрдамида синаб, бетоннинг сикилишга булган мустах,камликлари аникланди. Намуналар пресснинг куйи плитасининг марказига урнатилди 4-расм. Синовда ташки юк микдори узлуксиз ошириб борилди. Бунда юк бериш тезлиги 0,6 МПа/с ни ташкил к;илди.
4- расм. Куб намуналарни синаш жараёни
5- раем. Куб намуналарни синовдан кейин куриниши
Кгетгйу кикигнгипд а1та5М1п5|1 гш)<1ог (%)
6- расм. Сикилишдаги мустахкамлик графиги Хулоса. Кремний кукуни билан цементнинг кисман алмаштириш оркали бетон учун кремний кукунининг оптимал микдорини аниклаш максадида экспериментал тадкикотларда утказилди ва илмий натижалар олинди.
Кремний кукуни кушилмаган намуналарда сикилишдаги мустахкамлик 78.9 МПа ни ташкил этган булса, кремний кукунини цемент билан 5% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 83.5 МПа ни, 7.5% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 91.5 МПа ни, 10% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 94.9 МПа ни, 12.5% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 83.5 МПа ни, 15% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 90.8 МПа ни, 17.5% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 89.2 МПа ни, 20% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 88.0 МПа ни, 25% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 84.5 МПа ни, 30% алмаштирилганда сикилишдаги мустахкамлик 62.1 МПа ни ташкил этди. Кремний кукунини цемент билан 10 % микдорида алмаштирилганда энг юкори мустахкамликка эришди яъни сикилишдаги мустахкамлик кремний кукуни кушилмаган намуналарга нисбатан 20.3 % га ортди. Кремний кукунини цемент билан 30 % микдорида алмаштирилганда бетоннинг сикилишдаги мустахкамлиги кремний кукуни кушилмаган намуналарга нисбатан 9.3 % га камайди. Утказилган тадкикот натижалари шуни курсатадига. Кремний кукунини цемент урнини кисман босувчи богловчи материал сифатида фойдаланиш мумкин.
^ypHHHm A^ABHETtfAP
1. Hamada, H. M., Abed, F., Katman, H. Y. B., Humada, A. M., Al Jawahery, M. S., Majdi, A., ... & Thomas, B. S. (2023). Effect of silica fume on the properties of sustainable cement concrete. Journal of Materials Research and Technology, 24, 8887-8908.
2. S. Razzakov and A. Martazaev Mechanical properties of concrete reinforced with basalt fibers, V International Scientific Conference "Construction Mechanics, Hydraul ics and Water Resources Engineering" CONMECHYDRO, E3S Web of Conferences (2023) https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340105003
3. Nasrin, S., & Ibrahim, A. (2021). Flexural response of Ultra-High-Performance Concrete (UHPC) hybrid bridge deck connections made with local materials. Construction and Building Materials, 270, 121451. https://doi .org/10.1016/j .conbuildmat.2020.121451
4. Amin, E. H., Khalid, A. R., & Alam, A. (2014, December). Use of silica fume and marble dust as partial binding material in concrete. In 1st International Conference on Emerging Trends in Engineering, Management and Sciences (ICETEMS-2014), Peshawar, Pakistan.
5. Jiao, C., Ta, J., Niu, Y., Meng, S., Chen, X. F., He, S., & Ma, R. (2022). Analysis of the flexural properties of ultra-high-performance concrete consisting of hybrid straight steel fibers. Case Studies in Construction Materials, 17, e01153. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01153
6. Akarsh, P. K., Marathe, S., & Bhat, A. K. (2021). Influence of graphene oxide on properties of concrete in the presence of silica fumes and M-sand. Construction and Building Materials, 268, 121093. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121093
7. Shi, C., Wang, D., Wu, L., & Wu, Z. (2015). The hydration and microstructure of ultra high-strength concrete with cement-silica fume-slag binder. Cement and Concrete Composites, 61, 44-52. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.04.013
8. R. Mavlonov and S.Razzakov Numerical modeling of combined reinforcement concrete beam, V International Scientific Conference "Construction Mechanics, Hydraulics and Water Resources Engineering" CONMECHYDRO, E3S Web of Conferences (2023) https://doi .org/10.1051/e3sconf/202340103007
