Содержание к диссертации
Введение
1. Бетоны с использованием техногенного сырья 12
1.1. Опыт использования бетонного лома в строительстве 18
1.2. Опыт использования техногенного сырья в мелкозернистых бетонах 35
1.3. Опыт использования техногенного сырья в строительных растворах 70
1.4. Строительные материалы для сейсмостойких зданий и сооружений
1.4.1. Основные показатели силы землетрясений 89
1.4.2. Сейсмические районы России и стран СНГ 90
1.4.3. Прочность материалов при немногочисленных повторных нагружениях 92
1.4.4. Особенности поведения различных строительных материалов при сейсмических воздействиях 98
1.4.5. Цель и задачи исследований 103
2. Свойства заполнителей, получаемых дроблением бетонного лома разрушенных зданий и сооружений 104
2.1. Методика оценки свойств щебня из бетона 104
2.2. Свойства щебня из бетона сносимых зданий и сооружений 106
2.3. Свойства отсева дробления бетонного лома 115
2.4. Условия обеспечения качества заполнителей из бетонного лома в производственных условиях 119
Выводы по второй главе 129
3. Свойства бетонных смесей и бетонов на заполнителях из бетонного лома 131
3.1. Исследования контактной зоны заполнителя и цементного камня 132
3.2. Определение состава бетона на щебне из бетона с суперпластификатором 140
3.3. Изучение процесса раннего структурообразования бетона на щебне из бетона 143
3.4. Оптимизация состава бетона на щебне из бетона 147
3.5. Определение характеристик структуры и эксплуатационных свойств на щебне из бетона 148
3.6. Влияние тепловлажностной обработки на свойства бетона с заполнителем из бетонного лома 156
Выводы по третьей главе 159
4. Мелкозернистые бетоны на основе техногенного сырья 161
4.1. Особенности состава и свойств смешанных вяжущих 161
4.2. Свойства смешанных вяжущих на основе отсевов дробления бетонного лома 171
4.3. Определение свойств мелкозернистых бетонных смесей и мелкозернистых бетонов на основе смешанных вяжущих
с отсевами дробления бетонного лома 180
4.4. Свойства смешанных вяжущих на основе золошлаковых смесей и мелкозернистых бетонов на их основе 186
4.5. Определение свойств бетонов с добавкой золошлаковой смеси, активированной в жидкой среде 188
4.6. Мелкозернистый шлакозолобетон для ремонтно-восстановительных работ несущих конструкций 203 Выводы по четвёртой главе 206
5. Структура и свойства строительных растворов с наполнителем из золошлаковых смесей 208
5.1. Разработка органоминеральной добавки на основе золошлаковых смесей 218
5.2. Оптимизация состава органоминеральных добавок 224
5.3. Оптимизация состава и свойств строительных растворов с органоминеральными добавками 234
Выводы по пятой главе 237
6. Проектирование бетонов на основе отходов техно генного сырья для сейсмостойких конструкций 239
6.1. Общие сведения 239
6.2. Динамическая прочность мелкозернистых бетонов 240
6.3. Выносливость бетона при динамических воздействиях
6.3.1. Влияние технологических факторов на выносливость бетона 250
6.3.2. Выносливость обычного бетона 254
6.3.3. Выносливость мелкозернистого бетона 257
6.4. Сопротивление мелкозернистого бетона сейсмическим
нагрузкам 258
Выводы по шестой главе 262
7. Восстановление зданий и их конструктивных элементов, подвергнутых сейсмическим воздействиям 264
7.1. Сейсмичность и сейсмический режим Чеченской Республики 264
7.1.1. Макросейсмический эффект землетрясений на территории
Чеченской Республики 266
7.2. Оценка степени повреждения зданий и сооружений 271
7.3. Определению действительного состояния здания, сооружений и строительных конструкций 275
7.4. Экспертная оценка состояния бетонных и железобетонных конструкций 278
7.4.1. Оценка состояния конструкции при техническом
Обследовании 279
8. Внедрение и технико-экономическое обоснование эффективности применения результатов работы 284
8.1. Внедрение результатов работы 284
8.2. Технология производства мелкозернистого бетона на основе золошлаковых смесей
8.3. Расчёт эффективности использования мелкозернистых бетонов
на основе органоминеральной добавки 290
8.3.1. Общие сведения 290
8.3.2. Расчёт народно-хозяйственного эффекта 291
Общие выводы 296
Список испозольванных источников литературы 299
Приложения
- Основные показатели силы землетрясений
- Свойства щебня из бетона сносимых зданий и сооружений
- Оптимизация состава бетона на щебне из бетона
- Свойства смешанных вяжущих на основе золошлаковых смесей и мелкозернистых бетонов на их основе
Введение к работе
з Актуальность.
В результате планового сноса устаревших зданий и сооружений, а также природных и техногенных катастроф, вооруженных конфликтов в различных регионах Российской Федерации и зарубежных стран образуются большие объемы лома из бетона и железобетона, которые в первую очередь должны быть использованы для ремонтно-восстановительных работ и нового строительства на местах их возникновения, что позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели, а зачастую и качество строительства. Это особенно актуально для Чеченской Республики, которая расположена в регионе с высокой сейсмоопасностью, где к строительным материалам и изделиям предъявляются жесткие требования.
Повышение эффективности бетонов при производстве строительных и ремонтно-восстановительных работ может быть осуществлено с помощью использования техногенного сырья.
Рациональное использование техногенных продуктов возможно только после их предварительной механической и механохимической обработки с учетом их химического и вещественного состава, а также предъявляемых требований.
Имеется многолетний опыт использования бетонного лома и золы тепловых электростанций в качестве сырья для производства строительных материалов и изделий, однако принципы их рационального применения с учетом их состава достаточно четко не сформулированы.
Современные технологии измельчения, применение суперпластификаторов и других модификаторов при переработке техногенного сырья открывают новые перспективы при производстве из них эффективных строительных материалов и изделий.
Работа выполнена в соответствии с федеральными целевыми программами «Восстановление экономики и социальной сферы Чеченской Республики на 2002 и последующие годы» и «Социально-экономическое развитие Чеченской Республики на 2008-2011годы».
Цель и задачи работы.
Целью диссертационной работы является получение эффективных бетонов и растворов для строительно-восстановительных работ в сейсмоопасных районах на основе комплексного использования техногенного сырья.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- установить теоретические положения и принципы проектирования строи
тельных композитов с использованием бетонного лома, отсевов его дробления и 30
лошлаковых смесей, с учетом их состава и свойств.
- разработать технологии производства заполнителей, органоминеральны добавок и смешанных вяжущих на основе техногенного сырья, а также бетонов растворов на их основе. Научная новизна:
разработаны теоретические положения получения эффективных строитель ных композитов путем модификации техногенного сырья, заключающейся в дезин теграции бетонного лома для получения крупного заполнителя и механохимическо обработке в присутствии ПАВ отсевов его дробления, а также отвальных золошла ковых смесей, позволяющие значительно повысить однородность, создать новы химически активные поверхности, снизить водопотребность и целенаправленн влиять на свойства бетонных смесей и на формирование структуры строительны композитов;
установлен характер влияния состава заполнителя из бетонного лома н формирование структуры цементного камня и контактной зоны новообразований, заключающийся в том, что в начальный период заполнитель поглощает воду из бе тонной смеси, а после образования капиллярно-пористой структуры вода из пор заполнителя отсасывается клинкерными минералами и новообразованиями, увеличивая тем самым степень гидратации цемента без отрицательного влияния на подвижность бетонной смеси;
выявлено влияние механохимической активации отсева дробления бетонного лома, отличающегося повышенным сродством и сцеплением с цементом, а также содержанием остатков гидратированного белита, портландита и высокоосновных гелеобразных гидросиликатов кальция C-S-H (II), способствующих проявлению вторичных вяжущих свойств и применению его как активного наполнителя для смешанных вяжущих и строительных композитов на их основе с повышенными характеристиками трещиностойкости и пониженными относительными деформациями усадки, что позволяет рекомендовать их для сейсмостойкого строительства;
-установлена эффективность получения органо-минеральной добавки, производимой из отсевов дробления бетонного лома и золошлаковой смеси, обусловленная наличием на поверхности частиц наполнителя алюмосиликатного состава поло-
жительно заряженных активных центров, стимулирующих адсорбцию на них молекул С-3 и других анионных суперпластификаторов и способствующих образованию скрытокристаллической структуры высокоосновных гидросиликатов кальция типа C-S-H(ll);
- установлен характер зависимости параметров микротрещинообразования
при механическом нагружении строительного композита на заполнителе из бетон
ного лома от его состава и структуры, при этом получена математическая зависи
мость коэффициента интенсивности напряжения, оценивающего трещиностойкость
бетона от его общей пористости;
- выявлен характер влияния содержания органоминеральной добавки, состоящей из минерального наполнителя в виде золошлаковой смеси в сочетании с ПАВ, на подвижность, водоудерживающую способность, жизнеспособность растворных смесей и прочность затвердевших композитов.
Практическая значимость:
- разработана методика оценки качества щебня из бетонного лома для тяжелого бетона классов по прочности до ВЗО, включающая технические требования, правила приемки, методы контроля, транспортирования и хранения;
-рекомендуется организация промежуточного осреднитсльного склада сырья для обеспечения достаточной однородности и стабильности щебня и наполнителя из бетонного лома, что повысит качество производимых из них строительных материалов и изделий;
получен щебень из бетона фракции 5-20 мм с маркой по прочности 400, во-допотребностью 7 % и плотностью 2300 кг/м3, стоимость которого вдвое ниже, чем у традиционного щебня с теми же свойствами;
разработаны составы тяжелых бетонов на дробленых заполнителях классов по прочности В15-В30, применение которых взамен традиционных позволит снизить их себестоимость;
разработана технология механохимической активации смешанных вяжущих на основе отсевов дробления бетонного лома и отвальных золошлаковых смесей, включающую сушку наполнителя и совместный помол портландцемента, наполнителя и суперпластификатора, применение которых в составе строительных растворов и мелкозернистых бетонов обеспечит повышение качества и уменьшение стоимости ремонтно-восстановительных работ;
- предложена технология, позволяющая использовать отсев дробления бе
тонного лома, а также золошлаковые смеси, в составе ВНВ взамен кварцевого песка.
Внедрение результатов работы.
Результаты проведенных исследований позволили апробировать и внедрить в производство технологии: получение крупного заполнителя из бетонного лома разборки зданий и сооружений; мелкозернистого бетона с наполнителями на основе отсева дробления бетонного лома и золошлаковых смесей; растворов на основе ор-ганоминеральной добавки, полученной механохимической активацией золошлако-вой смеси и суперпластификатора.
Для широкомасштабного внедрения результатов работы при проведении ре-монтно-восстановительных работ и возведения зданий из монолитного бетона разработаны технологические документы:
технические условия на «Щебень из бетонного лома разборки зданий и сооружений» ТУ 5711-001-02066502-08;
технические условия на «Мелкозернистый бетон класса по прочности до В30 - В45 на золошлаковых смесях, портландцементе и органоминеральной добавке» ТУ 5711-001-02066501-08;
- рекомендации на приготовление и укладку мелкозернистых бетонов класса по прочности В12,5-В22,5 на золошлаковых смесях, портландцементе и органоминеральной добавке.
Разработанные нормативные документы были внедрены в условиях производства строительно-восстановительных работ ГУП «Стройинвестиции ПЧР» и ООО «Авангард».
Результаты работы использовались при реализации Федеральных целевых программ: «Восстановление экономики и социальной сферы Чеченской Республики на 2002 и последующие годы» и « Социально-экономическое развитие Чеченской Республики на 2008-2011годы». При этом получен значительный экономический, социальный и экологический эффект.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных и лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям: 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 270102 «Промышлен-
ное и гражданское строительство» и 270105 «Городское строительство и хозяйство» и отражены в двух монографиях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на 12 международных, Всероссийских и межвузовских конференциях и симпозиумах в том числе таких, как: Региональная межвузовская научно-практическая конференция «Вузовская наука в условиях рыночных отношений» (Грозный, 2002); научно-практическая конференция «Чечня на рубеже веков: состояние и перспективы», РОО ИН ЧР (Грозный, 2004); Всероссийская научно-практическая конференция «Наука, образование и производство» (Грозный, 2003); Всероссийская конференция «Чеченская республика и чеченцы: история и современность», РАН (Москва, 2005); Всероссийская научно-практическая конференция «Экологическая ситуация на Северном Кавказе: проблемы и пути их решения», АН ЧР, КНИИ РАН, ГГНИ, ЧГУ, ЧГПИ ( Грозный, 2007); Международная научно-техническая конференция, посвященная 50-летию Пензенского государственного университета «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2008); Всероссийская научно-практическая конференция «Наука, образование и производство» ( Грозный, 2008); Всесоюзное научно-практическое совещание по технологии изготовления железобетонных изделий и конструкций с использованием климатических факторов жарких районов (IV координационное совещание по проблеме «Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата») (Душанбе, 1988).
Под руководством автора защищено 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 53 работах, в том числе в 7 статьях научных журналов по списку ВАК России; отражены в 2 монографиях и защищены 2 патентами.
На защиту выносятся:
- принципы рационального использования бетонного лома в зависимости от возраста зданий, из которых он получен, а также стоимости цемента, щебня, заполнителей и наполнителей в данном регионе;
- теоретические положения о повышении эффективности бетонов путем использования техногенного сырья в виде отвальных золошлаковых смесей и бетонного лома от сноса зданий и сооружений;
структура и свойства крупного заполнителя из бетонного лома и его влияние на формирование структуры и свойства тяжелого бетона;
зависимость прочностных и деформативных свойств, микротрещинообра-зования, трещиностойкости бетонов на основе щебня из бетона от главных факторов, отражающих их компонентный состав и технологию переработки;
технология получения органоминеральной добавки на основе отвальных золошлаковых смесей для строительных растворов;
технология механохимической активации смешанных вяжущих на основе отсевов дробления бетонного лома и отвальных золошлаковых смесей;
- технологические и эксплуатационные свойства строительных растворов
различных марок с органоминеральными добавками;
- результаты внедрения разработанных мероприятий.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, списка использованной литературы, включающего 405 наименований, 6 приложений, содержит 383 страницы машинописного текста, 86 таблиц, 63 рисунка.
Основные показатели силы землетрясений
По данным С. Нисибаяси и др. [4], количество раствора, налипшего на вторичном крупном заполнителе, достигает 36-39 % и по мере увеличения В/Ц первоначального бетона эта величина немного уменьшается. На мелких фракциях вторичного щебня растворная составляющая бетона остается больше. У частиц размером до 0,3 мм количество растворной составляющей достигает примерно 50 %, тогда как на вторичном крупном заполнителе этот показатель составляет 20-25 %.
Активация составляющих бетонной смеси позволяет существенно улучшить основные технические свойства бетона. Эффект активации заполнителей состоит в разрушении слабых зерен щебня или удалении остатков цементного камня, образовании свежих сколов, что приводит к повышению технических характеристик бетонов за счет улучшения качества контактной зоны. Для широкого внедрения методов активации составляющей бетонной смеси разработаны «Рекомендации по приготовлению активированных цементов, добавок и заполнителей к бетону» М., НИИЖБ, 1986 [3].
В качестве методов активации можно отметить механические, химические и др. При механических методах активации дробленого бетона предусматривается самоизмельчение при перемешивании щебня в смесительных установках или их обработку в шаровых мельницах с металлическими шарами. Удаление части ослабленных зерен, полученных в процессе дробления отходов из бетона и железобетона, может явиться предварительное интенсивное сухое перемешивание крупного заполнителя в бетоносмесительных устройствах, которое позволяет повысить марку щебня по дробимости.
Проведенные исследования показывают, что для улучшения качества крупного заполнителя из дробленого бетона можно рекомендовать механическую или термомеханическую обработку кусков дробленого бетона фракций 5-40 мм [7,8].
Активация заполнителей из естественного каменного материала растворами электролитов с рН=4-6 хорошо известна. Однако, в данном случае мы имеем дело с заполнителем, обладающим повышенной пористостью, что может внести существенные коррективы в конечную прочность бетона.
Активация раствором электролита осуществлялась путем предварительного (10 мин) насыщения щебня из дробленого бетона 0,5-молярным раствором хлористого алюминия. Затем определялось количество поглощенной щебнем жидкой фазы, которое учитывалось при дозировании общего количества воды. Заполнитель вместе с остальными ингредиентами переносился в смеситель, где получал требуемую бетонную смесь. Полученные данные показывают увеличение прочности бетона в 28-суточном возрасте нормального твердения на 5 % и практически одинаковую прочность с контрольным образцом после тепловлажностной обработки. Такая зависимость хорошо согласуется с кинетикой набора прочности бетонов, когда добавка электролита используется при введении в воду затворения.
Существенное влияние на прочность бетона при одинаковом исходном водоцементном отношении оказывает водопоглощение щебня из дробленого бетона, изменяющее истинное В/Ц вторичной бетонной смеси. Так, при замене природного крупного заполнителя щебнем из дробленного бетона и сокращении исходного В/Ц прочность вторичного бетона на 5-14 % выше прочности бетона аналогичного состава на естественном заполнителе, вследствие получения более жесткой бетонной смеси и уменьшения истинного значения В/Ц [9].
При обеспечении заданной удобоукладываемости бетонной смеси на вторичном крупном заполнителе требуется, как правило, увеличение воды зо затворения на 6-8 % что, в свою очередь, ведет к снижению достигаемой прочности на сжатие. Для получения требуемой подвижности бетонной смеси на щебне из дробленого бетона в отечественной и зарубежной практике осуществляли введение пластифицирующих добавок в традиционной технологической последовательности, т. е. со всей водой затворения. При этом эффективность использования пластифицирующих добавок была значительно ниже, чем в бетонах на природных заполнителях.
По данным японского исследователя М. Хисаки прочность вторичного бетона на сжатие, в котором 30 % щебня были заменены вторичным заполнителем, почти не отличается от прочности бетона, изготовленного с использованием только природных заполнителей. Замена 50 % природного щебня вторичным заполнителем, по опыту Японского общества строительных подрядчиков, вызывает резкое снижение прочности вторичного бетона.
В результате исследований, выполненных в США, установлено, что прочность бетона на вторичном заполнителе на 20 % меньше, чем бетона на природных заполнителях. При этом указывается на возможность повышения прочности бетонов на щебне из дробленого бетона путем увеличения содержания цемента. Производство вторичного бетона даже при повышении на 10 % расхода цемента обходится примерно вдвое дешевле, чем бетона на природных заполнителях [11].
По данным японского ученого Й. Касаи [4], бетоны на вторичном крупном заполнителе имеют модуль упругости на 10-20 % ниже, чем бетоны на природных заполнителях при прочих равных условиях. Использование мелкого и крупного заполнителя из дробленого бетона снижает модуль упругости на 30-40 %. Замена вторичного мелкого заполнителя на 50 % обычным при введении в полном объеме вторичного крупного заполнителя обусловливает снижение модуля упругости вторичного бетона на 20-30 %.
Свойства щебня из бетона сносимых зданий и сооружений
Составы 1:6 ... 1:10, характерные для наиболее распространенных низкомарочных растворов, имеют высокопористую структуру, обусловленную недостатком теста, и растворов, изготавливаемых преимущественно на воздушной извести, было известно характеризуются пониженными: подвижностью, водоудерживающей способностью, жизнеспособностью, прочностью и стойкостью. Отсутствие крупного заполнителя в строительных растворах выдвигает повышенные требования к обеспечению рациональной гранулометрии и оптимального соотношения мелкой (цемент) и крупной (песок) фракций для получения растворов слитного строения. Известны два пути совмещения противоречивых требований, предъявляемых к строительным растворам: - применение низкомарочных так называемых «кладочных цементов», получаемых совместным помолом клинкера (25-35 %) с минеральными веществами; - введение добавок-пластификаторов. Применение добавок органического происхождения как способа улучшения свойств строительных ещё в древние времена. Так, в летописях указывается, что зодчие добавляли в известь коровье молоко, отвар еловой коры, боенскую кровь [218]. Р.Д. Тешебаев [206] указывает, что действие танина, содержащегося в отваре еловой коры, аналогично действию некоторых современных технических ПАВ. Зодчие древности находили и применяли добавки чисто эмпирически.
Над улучшением качества строительных растворов введением гидрофобизующих добавок работали многие отечественные и зарубежные учёные [121, 151,152,174,189,211,219,233]. Введение химических добавок, воздействующих, главным образом, на активную составляющую растворных смесей - цемент - представляет радикальный способ направленного регулирования технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств цементных систем. Механизм воздействия химических добавок неоднократно обсуждался на международных симпозиумах РИЛЕМ и конгрессах по химии цемента, отмечавших перспективность широкого использования химических добавок как наиболее универсального, доступного и гибкого способа управления технологическими параметрами цементных систем [127].
Получившие широкое распространение химические добавки ПАВ представляют собой органические соединения, имеющие ассиметричные молекулы, состоящие из полярных и неполярных групп. Полярная группа является носителем дипольного момента и обладает ярко выраженным силовым полем. К ним относятся такие группы как -ОН, -СНО, -NH2, -N02, -СООН, -S02OH, -SH, -CNS и другие. Неполярные группы состоят из углеводной цепи или ароматических радикалов со слабыми валентными побочными силами [180]. ПАВ, адсорбируется на поверхности минерального адсорбента, своими полярными группами вступает в химическое взаимодействие с ионами кристаллической решётки минералов. Поверхностно-активная добавка зависит от её химической природы и состава обеих фаз, образующих поверхность раздела. Она возрастает с увеличением углеводородной цепи по правилу Траубе в 3,5 раза при удлинении цепи на одно звено СН2 [183].
В качестве добавок к строительным растворам получили распространение следующие виды ПАВ [108,111,112,128,176,186,212,221]: мелассная упаренная последрожжевая барда - смесь гумусовых веществ и минеральных солей, отход производства кормовых дрожжей; канифольное мыло - продукт омыления канифоли С10Н30О2; омыленная абиетиновая смола (СНВ) - добавка, получаемая путём нейтрализации едким натром абиетиновой смолы, являющейся канифольной производной с преимущественным содержанием окисленных смоляных кислот С20Н30О4 и СгоНзоОб- Канифольные продукты получают путём переработки извлечённых из древесины пород смолистых веществ; препарат ЦНИПС-1 (омыленный древесный пек) - основным сырьём для получения являются липовые и хвойные пеки, образующиеся в виде остатка твёрдой смолы от сухой перегонки дёгтя хвойных пород. Для получения препарата древесный пек подвергается омылению едким натром с последующим растворением в горячей воде; мылонафт — натровая соль нафтеновых кислот и асидол-нафтеновые кислоты СпН2п-СООН, п=8+13 - продукты щелочной очистки керосиновых, газойлевых, соляровых дистиллятов нефти; керосиновый контакт Петрова - смесь сульфокислот С20Н27О3Н, получаемых при сульфировании газойлевых и керосиновых дистиллятов нефти дымящей серной кислотой или серным ангидридом; препарат ГК (пенообразователь на основе гидролизной крови) — представляет комплексную железную соль белка гидролизной крови. Гидрофобизирующее действие обеспечивается присутствием сернокислого железа, переходящего в нерастворимую в воде окись железа; животные жиры и масла - смеси различных глицеринов (сложные эфиры глицерина) и ряда жирных органических кислот - пальмитиновой, стеариновой, олеиновой; растительные масла - как и животные жиры - являются смесями различных глицеридов, главные составляющие которых - глицериды ненасыщенной линоленовой кислоты СібНзоСООН; соапсток — отход при очистке жиров и растительных масел. Содержат до 25-50 % жирных кислот в свободном состоянии и в виде натровых солей мазеобразной консистенции; отходы соапстока - отходы мыловарения из соапстока - остатки после рафинации растительных масел. Содержат до 25-50 % жирных кислот в виде натровых мыл в смеси с нежировой частью — красящим веществом (3-5 % от кислот); сырое сульфатное мыло - отход щелочной варки целлюлозы, представляющий натровые соли высших жирных и смоляных кислот - мыла, нейтральные вещества примеси (сода 0,2-0,3 %, соединения серы 0,3 %); таловое масло - (сырец) - продукт разложения сырого сульфатного мыла или очищенного сульфатного мыла кислотными реагентами; всплывные масла - отходы при сухой перегонке древесных пород, содержащие до 34 % растворимые в щёлочи кислоты и фенолы; подмыльный щелок - отход мыловаренного производства (при варке хозяйственного мыла), получаемый при высаливании омыленных жиров. При этом мыла, отстаиваясь, всплывают, а внизу скапливаются подмыльные щелоки, которые сливаются через ловушки в отстойники. Действие аналогично действию пенообразователей - мылонафту, препарату ЦНРШС-1, отходам соапстока. Эффект подмыльного щелока сводится к созданию растворимой смеси устойчивых пузырьков воздуха, благодаря наличию которых уменьшается количество воды, потребной для заданной подвижности. Пузырьки воздуха являются своего рода смазкой, повышающей пластичность растворной смеси.
Оптимизация состава бетона на щебне из бетона
Для определения содержания в щебне из бетона зерен слабых пород надо брать пробу от каждой фракции высушенного до постоянной массы: 5-10 мм - 0,25 кг, 10-20 мм - 1кг, 20-40 мм - 5 кг. Производят разборку пробы, выделяя зерна слабых пород с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии менее 20 МПа. При этом руководствовались следующими отличительными признаками: зерна слабых пород либо разламываются руками или разрушаются легким ударом молотка.
Содержание слабых зерен щебня из бетона вычисляют как среднее значение результатов испытания каждой фракции.
Косвенную оценку прочности зерен заполнителя из бетона в соответствии со стандартом определяют по дробимости щебня при сжатии в цилиндре. Сущность этого испытания состоит в том, что пробу зерен заполнителя одного размера сжимают с необходимым усилием в толстостенном стальном цилиндре, а затем определяют, какая часть зерен при этом раздробилась.
Принципиальным отличием заполнителя из природного камня от заполнителя из дробленого бетона является наличие в нем цементного раствора, который остается на поверхности щебня (гравия), либо присутствует в виде отдельных кусков (зерен), сопоставимых с размерами фракций. Количественное содержание этого компонента в различных фракциях щебня из бетонного лома имеет существенное значение для прогнозирования поведения этого заполнителя в бетонных смесях и в затвердевшем бетоне в целом. Исследования заполнителей из отходов от разрушения бетонных и железобетонных конструкций показали, что содержание растворной части в щебне из дробленого бетона фракции 10-20 мм и 20-40 мм примерно одинаково и соответствует количеству в исходном бетоне. В более мелкой фракции дробленого бетона с размером зерен св. 5 до 10 мм доля раствора увеличивается и достигает 73 %, что связано с условиями дробления бетона. Присутствие растворного компонента в щебне значительно увеличивает его водопоглощение и дробимость, уменьшает морозостойкость, возрастают потери массы при испытаниях на истираемость, і Кроме того, сцементированные частицы, поверхность которых покрыта цементным камнем, включают сеть пор и микротрещин, образовавшихся при дроблении, что приводит к увеличению расхода воды в смесях бетонных (до 12- 15%) и растворных (до 13 %).
Прочностные свойства щебня, отобранного из разных мест, достаточно близки и находятся в диапазоне марок 300-400. Марка по прочности равная 600 получена только для фракции 20-40 мм при переработке плит перекрытий. Потеря при дробимости характеризуется остатками на контрольных ситах с размером отверстий 1,25; 2,5 и 5,0 мм v соответственно для фракций 5-10 мм, 10-20 мм и 20-40 мм. При этом остатки представлены в основном цементно-песчаными растворами и значения их изменяются в пределах 17,4 % до 23,4 % (при марке 600 - 17 %). Как правило, прочностные свойства нового щебня ниже, чем у исходного природного щебня в бетоне разрушенных зданий. В проведенных исследованиях средняя плотность изменялась в пределах 2100 - 2400 кг/м3 (2410 кг/м3 для марки 600).
На малопрочном щебне из фундаментных блоков получены низкие значения насыпной плотности: от 1055 до 1151 кг/м3, по сравнению с природным щебнем из известняков и гравия.
Марка по прочности на истираемость в полочном барабане не превышала И2. Истираемость фракции 5-10 мм, определяемая потерей массы в процентах, составляет 31 %, а для фракции 10-20 мм - 32 %. Например, для исходного низкомарочного бетона в Нидерландах допускается для фракции 4-8 мм - 41,4 % потеря массы, а во Франции 16-32 мм щебня из прочного бетона - 22,4 %. В Японии учеными было установлено, что для фракции 5-13 мм в зависимости от прочности исходного бетона равной 15, 16, 21, 30, 38 и 40 МПа соответственно, потери в массе в % по методу «Лос-Анджелес» составляют 28,7; 27,3; 28,0; 29,6; 22,9; 20,0.
Зерновой состав щебня регламентируется действующими нормативными документами. Установлено, что на наиболее широко используемые в строительстве смеси фракции 5-20 мм и фракции 20-40 мм приходится менее 60 % щебня из дробленого бетона, на фракции более 40 мм приблизительно 25 %, а на фракции менее 5 мм - около 20 %. Поэтому, дробление зачастую производят в замкнутом цикле.
Особое внимание уделялось возможному загрязнению щебня из дробленого бетона посторонними примесями, такими как бой кирпича, керамическая плитка, штукатурка и т.п. материалами. Для низкомарочных бетонов, в которых в качестве крупного заполнителя используется изучаемый щебень, допускается содержание этих материалов от 1 до 1,5 %. Испытания показали, что такое количество примесей практически не влияет на свойства бетона. Однако попадание в щебень линолеума, картона, дерева, теплоизолирующих и т.п. материалов нежелательно. Например, при работающих в ФРГ более 100 комплексов, выпускающих «вторичный» заполнитель, существуют линии ручного отбора посторонних примесей или проводится мокрая очистка в специальных бассейнах-отстойниках. В проведенных испытаниях предварительная сортировка бетона до его дробления практически исключала попадание посторонних нежелательных примесей.
Кроме отмеченных недостатков, щебень из дробленого бетона имеет ряд неоспоримых преимуществ. Прежде всего его цена ниже примерно в 1,5-2,5 раза, чем цена природного щебня, за счет исключения таких переделов производства, как добыча горной массы, транспортирование ее на фабрики, многоступенчатое дробление и рассев для получения стандартных фракций. Кстати, за рубежом из-за низкой стоимости и высокой степени подготовки этот материал становится все более привлекательным для потребителей.
Свойства смешанных вяжущих на основе золошлаковых смесей и мелкозернистых бетонов на их основе
Суммарная микропористость цементного камня на ВНВ снижается почти в 2 раза по сравнению с пористостью обычного портландцемента.
Приведенные данные пористости цементного камня на основе ВНВ показывают, что его структура резко отличается от структуры цементного камня исходного портландцемента.
Дилатометрические исследования показывают, что для цементных . камней на основе ВНВ характерно уменьшение КЛТР по мере снижения температуры [42,44,55]. Значение КЛТР для цементного камня на основе ВНВ100, ВНВ50 и ВНВ30 находится в пределах 11,2 - 12,6 град "" .
Электронно-микроскопические исследования показали, что цементный камень на основе ВНВ 100 с удельной поверхностью 550 м2/кг более плотный по сравнению с обычным цементным камнем, структура представляет собой очень плотную упаковку клинкерных зерен в цементном камне. Это предопределяет наличие тончайших пленок воды между зернами и преимущественное образование в стесненном объеме низкоосновных гидросиликатов. Отмечается избирательное точечное распределение поверхностно-активных веществ на зернах цемента, а не эффект «припудривания». Именно по этой причине количество ПАВ для приготовления ВНВ составляет очень небольшую долю от суммарной поверхности цементных зерен.
Для ВНВ характерно замедление процесса гидратации в начальный период твердения. Взаимодействие ВНВ с водой замедляется в начальный период потому, что необходимо время на диффузионное проникновение воды к микротрещинам, защищенным ПАВ на поверхности клинкера. Поверхность зерна цемента, не защищенная ПАВ и не имеющая трещин, реагирует с водой очень медленно, но когда вода проникает к микротрещинам и растворяет частицы ПАВ, скорость взаимодействия воды с цементным зерном резко возрастает, что приводит к быстрому набору прочности материала.
При механохимической обработке портландцемента с активной минеральной добавкой и ПАВ в начальной стадии происходит интенсивное измельчение ПАВ, частицы которого распределяются на поверхности зерен вяжущего за счет адгезионных сил. В процессе помола, наряду с измельчением цемента и разрушением агрегатов из активных минеральных добавок, происходит усиление их взаимодействия с частицами ПАВ на поверхности. В условиях контактных взаимодействий частиц между собой и с мелящими телами происходит «размазывание» прилипших частиц ПАВ и активных минеральных добавок по поверхности цемента. По мере развития этого процесса отдельные фрагменты ПАВ на поверхности цемента постоянно сливаются с образованием сплошного слоя в виде своеобразной микрокапсулы. Таким образом, процесс получения ВНВ можно рассматривать как процесс твердофазного микрокапсулирования.
Так как вяжущие низкой водопотребности обладают специфическими свойствами: загустеванием, удлиненным периодом формирования структуры, повышенной тиксотропиеи и т.д., не всегда стандартными методами удается определить стандартные свойства ВНВ. В наших исследованиях оценка стандартных свойств проводилась по методикам, разработанным в МГСУ.
При оценке водопотребности ВНВ (нормальной густоты) необходимо учитывать их более высокую тиксотропию. Поэтому при определении нормальной густоты пользовались двумя методиками: по ГОСТ 310.3-81 и на встряхивающем столике, которые включает следующую аппаратуру: чашка сферическая, лопатка для перемешивания, встряхивающий столик, форма-конус, виброплощадка, штангенциркуль, штыковка.
Испытания осуществляются следующим образом: для определения нормальной густоты отвешивают 800 г вяжущего и всыпают в предварительно протертую мокрой тканью сферическую чашку. В центре вяжущего делают лунку. Вливает в нее воду в количестве, с необходимым (ориентировочно) для получения теста нормальной густоты и в течение I мин перемешивают вручную. Затем в течение 5 мин перемешивание осуществляют на вибрационной площадке; форму-конус устанавливают в центре стеклянного диска встряхивающего столика. Внутреннюю поверхность конуса слегка смазывают машинным маслом. Диск столика перед испытанием протирают мокрой тканью; по окончании перемешивания заполняют тестом форму-конус на половину высоты и уплотняют 15 штыкованиями металлической штыковки. Затем заполняют конус тестом с небольшим избытком и штыкуют 10 раз.
После уплотнения верхнего слоя излишек теста срезают ножом вровень с краями конуса, затем конус снимают в вертикальном направлении; тесто встряхивают 30 раз за 30±5 с, после штангенциркулем измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.
