Введение к работе
Актуальность. Нехватка кондиционных мелких заполнителей для тяжелого бетона предопределяет необходимость использования местных сырьевых ресурсов, в том числе песка из отсевов дробления.
В настоящее время одним из приоритетных направлений производства щебня признан выпуск продукции кубовидной формы с минимальным содержанием лещадных зерен. Улучшение формы щебня достигается применением центробежно-ударных дробилок. Однако производство щебня на таком оборудовании сопровождается большим выходом отсевов дробления.
Общий объем отсевов дробления, образующихся ежегодно на предприятиях по производству щебня, составляет около 54 млн. м3, в том числе около 6-9 млн. м3 - отсевы центробежно-ударного измельчения. И пока не установлены области рационального использования отсевов, они складируются в многотоннажные отвалы, что негативно отражается на экологической обстановке многих регионов РФ и Челябинской области в частности.
Особый интерес представляет использование такого материала в мелкозернистом бетоне (МЗБ), который, как показывает отечественный и зарубежный опыт, по качеству и долговечности не уступает обычному бетону.
На сегодняшний день свойства отсевов при производстве щебня цен-тробежно-ударным способом мало изучены. В литературе сведения о свойствах бетонов на их основе весьма ограниченны. Расширение сырьевой базы стройиндустрии за счет использования песка из отсевов центробежно-ударного дробления в мелкозернистых бетонах является экономически выгодным. Вместе с этим утилизация отсевов дробления является актуальной задачей, решение которой будет способствовать сохранению благоприятной экологической обстановки в районах, где располагаются дробильно-сортировочные комплексы.
Цель работы: повышение эффективности использования песков из отсевов центробежно-ударного дробления для производства мелкозернистого бетона.
Задачи исследования:
-
Обосновать возможность применения в мелкозернистом бетоне отсевов центробежно-ударного дробления в качестве заполнителя.
-
Провести выбор способа количественной оценки характера поверхности мелкого заполнителя.
-
Разработать рациональные зерновые составы мелкого заполнителя из отсевов центробежно-ударного дробления для мелкозернистого бетона.
-
Определить фрактальные размерности песков из отсевов центробежно-ударного дробления рациональных зерновых составов и заполнителя исходного состава.
-
Разработать составы мелкозернистого бетона на основе рациональных зерновых составов мелкого заполнителя.
-
Установить взаимосвязь между фрактальной размерностью, свойствами мелкого заполнителя и физико-механическими характеристиками мелкозернистого бетона.
-
Провести апробацию результатов исследований в производственных условиях.
-
Оценить экономический эффект от замены речного песка отсевами центробежно-ударного дробления при производстве мелкозернистого бетона.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые, с позиции фрактальной геометрии, показано, что количественной характеристикой структуры и характера поверхности заполнителя является величина его фрактальной размерности - Д;
установлено, что использование песков с максимальной фрактальной размерностью обеспечивает получение мелкозернистого бетона с улучшенными физико-механическими характеристиками;
установлен эффект механоактивации при центробежно-ударном дроблении, заключающийся в увеличении фрактальной размерности мелкого заполнителя, обусловленный увеличением количества поверхностных дефектов.
Достоверность результатов работы и научных выводов и обеспечена:
применением стандартных методов испытаний и современных методов исследований, в том числе метода электронно-микроскопического анализа;
использованием аттестованного лабораторного оборудования;
сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований;
- корреляцией полученных результатов с данными других исследователей.
Практическая значимость: разработан способ оценки рациональности
состава мелкозернистого бетона с применением фрактальной геометрии; обоснована экономическая эффективность применения обогащенного песка из отсевов центробежно-ударного дробления в качестве заполнителя для мелкозернистого бетона; подобран рациональный состав мелкозернистого бетона для использования в промышленных условиях.
Реализация работы. Результаты проведенных исследований внедрены в производственный процесс ООО «ДОМ» (г. Магнитогорск) для выпуска опытно-промышленной партии элементов мощения.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе подготовки бакалавров, магистров и специалистов, обучающихся по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
На защиту выносятся следующие вопросы:
- принцип и результаты подбора рационального зернового состава отсе
вов центробежно-ударного дробления для получения мелкозернистого бетона;
метод количественной оценки характера поверхности мелкого заполнителя путём определения его фрактальной размерности;
результаты определения фрактальной размерности песков как количественной характеристики формы и микрорельефа их поверхности;
влияние фрактальной размерности на свойства заполнителя и строительно-технические характеристики мелкозернистого бетона;
составы мелкозернистых бетонов и их физико-технические характеристики.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на следующих конференциях: II и III Международная научно-техническая конференция «Центробежная техника — высокие технологии» (Минск, 2005 и 2008 гг.); Международная научно-практическая конференция «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (Ростов-на-Дону, 2004 и 2006 гг.); Всероссийская конференция «Строительное материаловедение сегодня: актуальные проблемы и перспективы развития» (Челябинск, 2010 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 16 научных публикациях, в том числе в трех статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, включающего 18 таблиц, 43 рисунка, библиографический список из 117 наименований.
