CC BY
6
Исследование влияния комплексной добавки микрокремнезема и отсева дробления бетонного лома на свойства самоуплотняющегося бетона
П.А. Жидков, Т.А. Иванова
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный
университет
Аннотация: Статья отражает результаты исследования самоуплотняющегося бетона с добавкой микрокремнезема отсевов дробления бетонного лома. В работе приведены расчетные составы и результаты физико-механических испытаний полученных самоуплотняющихся бетонов. Проведена оценка влияния добавки микрокремнезема и отсевов дробления бетона на свойства бетона. Установлено, что при использовании комплексной добавки возможно получение бетона класса В80 с прочностью не менее 60 МПа через 7 суток твердения в нормальных условиях. Отмечены высокие показатели по морозостойкости такого бетона. Сделан вывод о возможности применения комплексной добавки и потенциальных преимуществах ее применения в самоуплотняющихся бетонах. Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, микрокремнезем, активные минеральные добавки, отсев дробления бетона, бетон, бетонный лом, тонкомолотый наполнитель, вторичный заполнитель, строительные отходы, определение механических характеристик бетона, высокопрочный бетоны, МК-85
Введение
В современной строительной отрасли быстро развиваются новые технологии в области проектирования бетонных смесей, все большее распространение получают самоуплотняющиеся бетонные смеси [1]. Нередко их изучают в разрезе проблем вторичного использования отходов производства. Большое внимание, как в отечественной, так и в зарубежной научной сфере, уделяется способам применения бетонного лома ввиду его
-5
широкой доступности и относительно низкой стоимости (до 400 руб. за м в г. Санкт-Петербурге) [2 - 4]. Как правило, предлагаются различные варианты его использования непосредственно в качестве крупного заполнителя в самоуплотняющихся бетонных смесях [5, 6] или щебня в дорожном строительстве [7]. В исследованиях также часто отмечается, что при дроблении бетонного лома для получения крупной фракции как правило образуется отсев - тонкодисперсная фракция бетонного лома, являющуюся
отходом переработки и занимающая до 30% объема переработанного бетонного лома [5, 8, 9]. Одним из основных недостатков применения бетонного лома в бетоне является заметное снижение прочности бетонного камня (до 22%) [10]. Одним из путей решения данной проблемы может быть применение альтернативных высокоактивных минеральных добавок, например микрокремнезема, способного нивелировать негативное воздействие бетонного лома в составе бетонной смеси.
Цель исследования - изучение свойств комплексной минеральной добавки из микрокремнезема и отсева дробления бетона в составе самоуплотняющегося бетона.
Методы и материалы
В данном исследовании был задан класс бетона по прочности на сжатие В40 и удобоукладываемость самоуплотняющейся бетонной смеси SF1 (растекаемость 55-65 см).
Использовались следующие материалы: портландцемент ЦЕМ I 32,5Н; активная минеральная добавка микрокремнезем МК-85 (химический состав согласно паспортным данным указан в таблице 1); инертная минеральная добавка отсев дробления бетона (далее ОДБ) (график зернового состава указан на рис. 1); мелкий заполнитель - песок, модуль крупности 2,66; крупный заполнитель - щебень фракции 5-20 мм; суперпластифицирующая добавка - СкайПласт ST-5,0 (Д).
Таблица 1. Химический состав микрокремнезема МК-85 (%)
SiO2 90-92
Л^ 0,68
Fe20з 0,69
CaO 1,58
MgO 1,01
Na2O 0,61
1,23
C 0,98
S 0,26
и
Рис. 1. - График зернового состава ОДБ
Оптимальное количество ОДБ в самоуплотняющейся бетонной смеси подобрано из условия общего количества тонкодисперсных компонентов от 550 до 600 кг на 1 м (Рекомендации по подбору составов бетонных смесей для тяжелых и мелкозернистых бетонов, АО НИЦ Строительство). В дальнейшем предполагается частичная замена цемента на микрокремнезем МК-85 с целью повышения прочностных и эксплуатационных характеристик бетона с возможностью увеличения дозировки ОДБ. Использование микрокремнезема в составе бетонной смеси позволяет улучшить ряд характеристик бетона, например, таких, как увеличение прочности бетона, в том числе на ранних стадиях твердения и повышение скорости процессов гидратации. А с использованием суперпластификатора позволяет понизить водопоглощение бетонной смеси [11, 12, 13]. Экспериментальные расчетные составы бетона представлены в таблице 2. Активная минеральная добавка (микрокремнезем) для первого состава выбрана в количестве 10 %, а для
М Инженерный вестник Дона, №8 (2024) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n8y2024/9433
второго состава 20 % от общей массы вяжущего. Отсев дробления выбран в количестве 11 % от массы вяжущего.
Таблица 2. Расчетные экспериментальные составы бетонных смесей
№ состав а "3 Состав бетонных смесей на 1м РК, см 55-65
Ц, кг МК-85, кг ОДБ, кг П, кг Щ, кг В, л Д, л
1 480,6 53,4 66 798 798 183,5 7,8
2 427,2 106,8 66 787 787 183,5 7,8 55-65
Для проведения испытания компоненты взвешивали и тщательно перемешивали в смесителе принудительного действия в течении 3 минут. Затем определяли растекаемость бетонной смеси с помощью усеченного конуса Абрамса. В процессе проведения лабораторного замеса была установлена недостаточная растекаемость бетонных смесей: 52,5 см и 51 см для составов №1 и №2 соответственно. Для получения заданной растекаемости (55 - 65 см) составы были подвергнуты коррекции, в результате чего дозировка микрокремнезема снизилась до 9,1% и 18,6% для составов №1 и №2 соответственно. Откорректированные составы бетонной смеси представлены в таблице 3.
Таблица 3. Откорректированные составы бетонных смесей
№ состав а -5 Состав бетонных смесей/м РК, см 59,5
Ц, кг МК-85, кг ОДБ, кг П, кг Щ, кг В, л Д, л
1 512,6 51,3 63,8 775 775 195,3 9,0
2 456,2 104,0 63,8 764 764 195,3 9,0 58
Оценка составов производится по результатам испытаний на сжатие в возрасте 7 и 28 суток нормального твердения образцов-кубов 100x100x100 мм, на растяжение при изгибе балки 70х70х280 мм, на морозостойкость.
М Инженерный вестник Дона, №8 (2024) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n8y2024/9433
Результаты физико-механических испытаний образцов самоуплотняющегося бетона представлены в таблице 4.
Таблица 4. Результаты испытаний.
Состав РК, см Прочность бетона в возрасте 7 суток, МПа Прочность бетона в возрасте 28 суток, МПа Прочность на растяжение при изгибе, МПа Класс по морозостойкости
№1 (9,1% МК) 59,5 62,3 77,2 1,47 F600
№2 (18,6% МК) 58 63,0 88,2 1,11 F800
На основании испытаний установлено, что оба откорректированных состава соответствуют классу удобоукладываемости самоуплотняющейся бетонной смеси - SF1 (55-65 см). Смеси однородные, без видимых признаков расслоения.
По результатам исследований мы можем отметить:
- Испытания на прочность при сжатии показали, что состав №2 имеет прочность в возрасте 28 суток выше на 14,2 % по сравнению с составом №1.
- Прочность в возрасте 7 суток по сравнению с проектной прочностью для состава №1 на 19,8% выше, а возрасте 28 суток на 48,5% выше класса В40.
- Прочность в возрасте 7 суток по сравнению с проектной прочностью для состава №2 21,2 % выше, а возрасте 28 суток на 69,6 % выше класса В40.
- Прочность на растяжение при изгибе у состава №2 снизилась на 24,5%, по сравнению с составом №1.
- Полученные классы бетонов по морозостойкости: состав №1 F600, состав №2 F800. Отмечается повышение класса при увеличении дозировки микрокремнезема.
М Инженерный вестник Дона, №8 (2024) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n8y2024/9433
- Полученные классы бетонов по прочности на сжатие: состав №1 В70, состав №2 В80.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о быстром приросте прочности за счет введения микрокремнезема. Полученные бетоны выделяются высокими показателями по морозостойкости. При визуальном анализе (рис. 2, 3) разрушенных образцов можно отметить низкую пористость и однородность текстуры бетонного камня.
Рис. 2. - Характер разрушения сжатого образца
Рис. 3. - Внешний вид испытанных образцов
Более целесообразно использование состава №2 (содержание микрокремнезема - 18,6%). Полученный класс бетона по прочности состава №2 (В80) при дальнейшем увеличением содержания отсева дробления бетона до получения заданного класса бетона по прочности В40 позволяет потенциально снизить расход цемента с сохранением заданных свойств.
Литература
1. Волков Ю. С. Самоуплотняющиеся смеси-новое слово в технологии бетона. Часть 2 //Технологии бетонов. - 2014. - №. 10. - С. 28-34.
2. Кондратенко Т. О., Сайбель А. В. Оценка воздействия строительного производства на окружающую среду // Инженерный вестник Дона. - 2012. -№. 4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1298.
3. Safiuddin M., Alengaram U. J., Rahman M. M., Salam M. A., Jumaat M. Z. Use of recycled concrete aggregate in concrete: a review // Journal of civil engineering and management. - 2013. - V. 19. - №. 6. - PP. 796-810.
4. Зимин Е. В. Эколого-экономическая целесообразность использования материалов вторичной переработки в сфере ЖКХ в рамках программы реновации // Вестник университета. - 2017. - №. 7-8. - С. 22-27.
5. Головин Н. Г., Алимов Л. A., Воронин В. В. Проблема утилизации железобетона и поиск эффективных путей ее решения // Вестник МГСУ. -2011. - №. 2-1. - С. 65-71.
6. Коровкин М. О., Шестернин А. И., Ерошкина Н. А. Использование дробленого бетонного лома в качестве заполнителя для самоуплотняющегося бетона // Инженерный вестник Дона. - 2015. - №. 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3090.
7. Романенко И. И., Романенко М. И., Петровнина И. Н., Пинт Э. М., Еличев К. А. Вторичное использование в дорожном строительстве щебня полученного из дробленого бетона //Вестник евразийской науки. - 2015. - Т. 7. - №. 1 (26). - С. 86.
8. Муртазаев С. А. Ю. Эффективные бетоны и растворы на основе техногенного сырья для ремонтно-строительных работ: дис. - Белгород. гос. технол. ун-т им. В. Г. Шухова, 2009. - 43 c.
9. Наруть В. В., Ларсен О. А., Самченко С. В., Александрова О. В., Булгаков Б. И. Разработка составов самоуплотняющегося бетона на основе бетонного лома с использованием структурных характеристик //Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. - 2020. - №. 4. - С. 8-16.
10. Щеулов Р. И. Влияние добавок тонкомолотого бетонного лома на прочность мелкозернистых бетонов //Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2012. - №. 1 (30). - С. 117-120.
11. Дубенский М. С., Каргин А. А. Микрокремнезем отход или современная добавка? //Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2012. - №. 1 (89). - С. 119-120.
12. Иванов И. М., Крамар Л. Я., Кирсанова А. А., Винсент Т. Влияние комплекса "микрокремнезем-суперпластификатор" на формирование структуры и свойств цементного камня //Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 18. - №. 1. - С. 32-40.
13. Massana J., Reyes E., Bernal J., León N., Sánchez-Espinosa E. Influence of nano-and micro-silica additions on the durability of a highperformance self-compacting concrete //Construction and Building Materials. -2018. - V. 165. - PP. 93-103.
References
1. Volkov Ju. S. Tehnologii betonov. 2014. №. 10. PP. 28-34.
2. Kondratenko T. O., Sajbel' A. V. Inzhenernyj vestnik Dona. 2012. №. 4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3090.
3. Safiuddin M. Alengaram U. J., Rahman M. M., Salam M. A., Jumaat M. Z. Journal of civil engineering and management. 2013. V. 19. №. 6. PP. 796-810.
4. Zimin E. V. Vestnik universiteta. 2017. №. 7-8. PP. 22-27.
5. Golovin N. G., Alimov L. A., Voronin V. V. Vestnik MGSU. 2011. №. 2-1. PP. 65-71.
6. Korovkin M. O., Shesternin A. I., Eroshkina N. A. Inzhenernyj vestnik Dona. 2015. №. 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3090.
7. Romanenko I. I., Romanenko M. I., Petrovnina I. N., Pint E. M., Elichev K. A. Vestnik evrazijskoj nauki. 2015. V. 7. №. 1 (26). P. 86.
8. Murtazaev S. A. Ju. Jeffektivnye betony i rastvory na osnove tehnogennogo syr'ja dlja remontno-stroitel'nyh rabot [Effective concrete and solutions based on technogenic raw materials for repair and construction works] Belgorod. gos. tehnol. un-t im. V. G. Shuhova, 2009. 43 p.
9. Narut' V. V., Larsen O. A., Samchenko S. V., Aleksandrova O. V., Bulgakov B. I. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V. G. Shuhova. 2020. №. 4. PP. 8-16.
10. Shheulov R. I. Izvestija Peterburgskogo universiteta putej soobshhenija. 2012. №. 1 (30). PP. 117-120.
11. Dubenskij M. S., Kargin A. A. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2012. №. 1 (89). PP. 119-120.
12. Ivanov I. M., Kramar L. YA., Kirsanova A. A., Vinsent T. Vestnik Juzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: Stroitel'stvo i arhitektura. 2018. V. 18. №. 1. PP. 32-40.
13. Massana J., Reyes E., Bernal J., León N., Sánchez-Espinosa E. Construction and Building Materials. 2018. V. 165. PP. 93-103.
Дата поступления: 21.06.2024 Дата публикации: 3.08.2024
