автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона

На правах рухописи

(Ж?

Мирзалиев Раджив Рзаевнч

БЕТОНЫ С ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ ИЗ ПРОДУКТОВ ДРОБЛЕНИЯ ВТОРИЧНОГО БЕТОНА

Специальность 05.23.05- Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005539520

Ростов — на — ДоНу 2013

005539520

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Курочка Павел Никитович

Официальные оппоненты: Хежев Толя Амирович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университетам. Х.М. Бербекова, профессор кафедры «Строительное производство»

Егорочкнна Инна Олеговна

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный Строительный университет», доцент кафедры «Технология вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный

университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «26» октября 2013 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд. 111, тел/факс 8(863)201 90 03 ; E-mail: dis sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте www.rgsu.ru

Автореферат разослан «24» сентября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат техн. наук, доцент

А.В. Налимова

Актуальность работы. В Российской Федерации развивается строительство новых объектов транспортной, промышленной и гражданской инфраструктуры. Исходя из особенностей землепользования крупных мегаполисов сложилась сложная обстановка по отчуждению земель под новое, особенно жилое строительство. В связи с этим решаются вопросы сноса устаревших и аварийных объектов, в том числе ветхого жилья, для использования их территорий под новое строительство.

Ежегодно при выполнении работ по разборке и реконструкции зданий и сооружений образуется большое количество строительных отходов, особенно бетона, который целесообразно назвать вторичным.

Бетонный лом может быть успешно переработан в инертные заполнители для новых бетонных составов. Вопрос переработки отходов из бетона и железобетона привлек внимание исследователей уже в 70-х - 80-х годах прошлого столетия. Состоявшийся в это время международный симпозиум "Разрушение и вторичное использование материалов" позволил обобщить результаты исследований по этому вопросу, проводившихся в СССР, США, Япония, ФРГ и других странах. В 1984г. НИИИЖБ Госстроя СССР издал "Рекомендации по применению продуктов переработки некондиционных бетонных и железобетонных изделий".

Не смотря на достаточно широкий объем исследований применение продуктов дробления вторичного бетона в производстве бетонных и железобетонных изделий ограничено. Чаще всего эти продукты используют для подстилающих слоев автодорог, фундаментов под малоэтажные здания, автостоянок, береговых сооружений. Рекомендуется щебень из вторичного бетона и для изготовления бетонов классов В25-В30. Однако расход цемента при этом составляет 500 кг и более на 1м3 бетонной смеси.

Ограничение по использованию бетонов на заполнителях из дробленого бетона обусловлено достаточно широким расхождением результатов исследований, выполненных как в России, так за рубежом, что подтверждает актуальность дальнейших научных разработок.

Работа выполнена согласно целевой программе ОАО «РЖД», «Ресурсосберегающие технологии в транспортном строительстве»

Целью диссертационной работы является научное обоснование и разработка нового подхода к подбору составов и технологии изготовления

бетонов заданного класса прочности, при нормативным расходом цемента с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без их рассева на фракции.

Для решения поставленной задачи выполнен комплекс следующих научных исследований:

проведен анализ сырьевой базы для изготовления заполнителей из вторичного бетона;

исследованы свойства щебня и других продуктов, получаемых при дроблении бетонов с различными физико-механическими свойствами;

изучены вяжущие свойства пылепесчаной фракции, получаемой при дроблении вторичного бетона;

разработаны составы и способы активации бетонных смесей с заполнителями из вторичного бетона;

изучены физико-механические свойства бетона с заполнителями из вторичного бетона;

научно обоснованы составы бетонных смесей и технология бетонов с заполнителями из вторичного бетона;

Научная новизна работы

Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность изготовления бетонов заданного класса с нормативным расходом цемента из бетонных смесей, содержащих в качестве наполнителей продукты дробления вторичного бетона без их предварительного рассева на пылевую, песчаную и щебеночные фракции, что обеспечивается введением в бетонную смесь бинарной добавки, содержащей кремнийорганический полимер и поливинилацетат, а так же механохимической активацией бетонных смесей, заключающейся в предварительном сухом перемешивании инертных заполнителей и поэтапном введении компонентов добавки с частями воды затворения.

Экспериментально установлен и теоретически обоснован механизм повышения прочности цементного камня бинарной добавкой, содержащей кремнийорганический полимер ГКЖ-94 и дисперсию поливинилацетата, обусловленный совокупностью физико-химических процессов:

гидролизом кремнийорганического полимера с образованием поликремневых кислот;

алкоголизом поливинилацетата в щелочной среде цементного теста и смещении равновесия реакции гидролиза в сторону образования поликремниевых кислот. 1

Предложен новый показатель оценки формы зерен щебня - коэффициент развития поверхности <р3 = —, где <рв3 - поверхность зерна щебня, а (р^ -

(Р 5 к

поверхность правильного куба, объем которого равен объему зерна щебня.

Практическая ценность

Предложены составы мелкозернистого и тяжелого бетонов заданной прочности и нормативным расходом цемента с инертными заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без их рассева и обогащения. Разработана методика расчета составов этих бетонных смесей.

Для практического внедрения рекомендована бинарная добавка, состоящая из кремнийорганического полимера и поливинилацетата, обладающая водоредуцирующим действием и повышающая прочность цементного камня за счет комплекса физико-химических процессов.

Разработана технология изготовления тяжелого бетона с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона, включающая предварительное сухое перемешивание инертных и поэтапное введение компонентов добавки с частями воды затворения.

Достоверность результатов, основных научных положений и выводов обоснована применением комплекса физико-химических и механических методов анализа в соответствии с требованиями стандартов и научных методик. Научные выводы не противоречат общепринятым теоретическим положениям. Научно-практические рекомендации подтверждены результатами лабораторных и опытно-промышленных испытаний.

Автор защищает:

- результаты анализа технологий и сырьевой базы для изготовления инертных заполнителей из вторичного бетона;

результаты исследований свойств щебня, песка и пыли, получаемых дроблением вторичного бетона;

- теоретическое и экспериментальное обоснование механизма повышения прочности бетона бинарной добавкой, содержащей кремнийорганический полимер и поливинилацетат;

составы бетонных смесей с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без их предварительного рассева и обогащения, а так же методику расчета составов бетонных смесей;

- технологию изготовления бетонных смесей с заполнителями из дробленого бетона, включающую методы механохимической активации.

Апробация работы

Основные результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на XV Академических чтениях РААСН (Казань, 2010 г.), Всероссийски* научно-практических конференциях «Транспорт 2011,2012» (Ростов-на-Дону, 2011 г., 2012 г.), Конференции молодых ученых «Студенческая научная весна» (Новочеркасск, 2012 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы включающего 133 источника и приложений. Работа изложена на 129 страницах, содержит 22 рисунка и 11 таблиц.

Основное содержание работы

Значительное количество объектов жилого и промышленного комплекса России было построено в 60-х годах прошлого века. Железобетон, являющийся основным строительным материалом этих объектов, уже исчерпал свой ресурс. На сегодняшний день очень актуальны вопросы утилизации и повторного использования материалов от разборки морально и физически устаревших жилых зданий и промышленных сооружений. Вторичное использование этого материала видится целесообразным в качестве сырья для получения инертных заполнителей бетонных смесей.

На основе исследований научных школ: Ю.М. Баженова, В.В. Байкова, Д.К-С. Батаева, Р. Бертачи, A.B. Волженского, Б.В. Гусева, В.А. Загурского, С.Ф. Кореньковой, И.О. Егорочкиной, Б.А. Крылова, М. Кухара, B.C. Лесовика, O.A. Липей, Б.В. Михайлова, Т.М. Петровой, И.Н. Рыбьева, Л.Б. Сватовской, Б.Г. Скрамтаева, А.Е. Шейкина и многих других Российских, и зарубежных ученых разработаны методологические подходы к использованию вторичного сырья, включая продукты дробления бетона, в строительных технологиях.

В настоящее время для дробления твердых пород и других материалов применяют дробилки, подразделяющиеся по форме дробящего органа на 5 классов: щековые; конусные; валковые; молотковые; роторные; стержневые. , Анализ показал, что для дробления бетонного лома наиболее приемлемы роторные дробилки, обеспечивающие наилучшие показатели формы получаемого материала. Для выполнения намеченных исследований приняты продукты дробления бетона, получаемые на дробильно-сортировочном комплексе ЕХТЕС. Принятая для переработки сырьевая база охватывала широкий спектр исходного бетона.

В результате дробления вторичного бетона образуется щебень, песок и пыль. Именно они определяют прочностные свойства бетона, как композиционного материала.

Методом ситового анализа определен гранулометрический состав продуктов дробления вторичного бетона различной прочности (табл. 1).

Таблица 1

Результаты ситового анализа продуктов дробления вторичного бетона

Класс вторичного бетона Остаток (%) на сиге диаметром, мм. (частный/полный)

40 20 10 5 0,16 <0,16

В 12,5 7,6/7,6 20,4/28,0 35,3/63,3 15,2/78,5 17,3/95,8 4,2/100

В15 7,2/7,2 19,1/26,3 36,4/62,7 14,0/76,7 18,2/94,9 5,1/100

В20 12,3/12,3 21,2/33,5 31,5/66,0 13,6/79,6 16,7/96,3 4,7/100

В25 16,8/16,8 21,9/38,7 28,7/67,4 13,5/80,9 14,1/95,0 5,0/100

ВЗО 16,4/16,4 19,6/36,0 31,5/67,5 12,7/80,2 13,9/94,2 5,8/100

Свойства щебня

Соотношение фракций щебня 5-10мм. и 10-20мм. составляет примерно 1:2,5. По мере увеличения прочности вторичного бетона количество зерен щебня размером более 40мм. возрастает от 7,6% до 16,4%. Количество зерен щебня размером 20-40мм. практически одинаково и составляет около 20%.

Микроскопическим анализом установлено, что разрушение бетона при дроблении происходит в основном по цементно-песчаному камню или по поверхности его контакта с крупным заполнителем. Количество дробленых зерен щебня в получаемом продукте весьма незначительно, а площадь обнаженных поверхностей расколотого щебня составляет 10-20%.

На поверхности граней зерен щебня имеются выступы и впадины. В местах раскола по контакту с цементно-песчаным камнем обнаженная поверхность заполнителя покрыта цементным камнем.

Следовательно, при использовании щебня из вторичного бетона в бетонных смесях прочность "нового" бетона будет в значительной мере определяться сцеплением "нового" цементного камня со "старым".

Прк подборе состава бетонной смеси немаловажное значение имеет форма зерен щебня, изменяющаяся от кубовидной до лещадной.

Согласно данным Кушка В.Н. и др. классификация зерен щебня по форме может определяться отношением длины (а) к толщине (в): а:в < 2 -кубовидная; а:в от 2 до 3 - неправильная; а:в равно и более 3 - лещадная.

Для щебня, полученного дроблением вторичного бетона, с различным крупным заполнителем, определены параметры, характеризующие форму его зерен.

Результаты измерений и вычислений показали, что вид горной породы, из которой был изготовлен щебень вторичного бетона, практически не оказывает влияния на форму зерен щебня. Около половины зерен щебня, независимо от прочности вторичного бетона, имеют неправильную форму.

Количество зерен щебня, имеющих кубовидную форму, колеблется от 25% до 39%. Независимо от прочности вторичного бетона наибольшее количество зерен щебня кубовидной формы находится в фракции 5-20мм. Эти же зерна щебня имеют показатель кубовидности Фк наиболее близкий к кубической форме.

При визуальном контроле было отмечено, что зерна щебня из вторичного бетона имеют достаточно большое количество неровностей поверхности (выступающих частей и впадин). Поэтому показатель кубовидности не может однозначно характеризовать форму зерен щебня из вторичного бетона.

У зерен щебня, форма которых (по линейным измерениям) была наиболее близкой к форме куба, измерили объем и величину поверхности. Для измерения объема применили гидростатический метод, а площадь поверхности измерили путем парафинирования зерен щебня с последующим определением объема парафина и толщины его слоя на поверхности зерна.

Для получения сравнительных результатов испытаниям подвергались пробы заводского щебня (гранитного и из песчаника).

Данные измерений показали, что зерна щебня за счет неровностей, возникающих при дроблении, имеют увеличенную (по сравнению с поверхностью правильного куба) поверхность. Наименьшее увеличение

поверхности имеют зерна щебня, полученные дроблением песчаника. Это объясняется слоистым строением исходной горной породы. У зерен щебня из гранита развитие поверхности выше, чем у песчаника, что связано с его кристаллическим строением. Наибольшее развитие поверхности в результате дробления имеют зерна щебня из вторичного бетона. Причем с увеличением размера зерен щебня отличие их поверхности от поверхности куба с равным ребром возрастает.

Так для щебня из вторичного бетона фракции 5-20мм развитие поверхности составляет 8-14%, фракции 20-40мм - 14-24%, фракции 40-70мм -20-31%. Увеличение площади поверхности приведет к повышению расхода цементно-песчаной составляющей при подборе состава бетонной смеси. Для подбора в дальнейшем состава бетона дополнительно предложено ввести показатель - коэффициент развития поверхности определяемый как

Фвк

отношение поверхности зерна щебня к поверхности куба такого же объема.

Испытаниям на дробимость подвергались пробы щебня фракции 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм из гранита, песчаника и дробленого бетона класса В20.

В результате испытаний (рис. 1) установлено, что продукты дробления щебня из вторичного бетона (частицы, прошедшие через сито с отверстиями соответствующего размера) представляют собой в основном зерна из цементно-песчаного камня.

1400 1200

Й

| 1000 Я

"8 800 о.

0 600

1 «00 Р5

^ 200

-гранитный щебень

-щебень из печаникэ

—А»—щебень из вторичного бетона класса В20 на гранитном щебне

Ь-10 10-20 20-40

Фракция щебня, мм

Рис.1 Зависимость марки по дробимости щебня от размера фракции Осколки заполнителя составляют от общей массы (прошедшей через сито) 5-8%. Дробимость гранитного щебня практически не зависит от размера фракции. Щебень из песчаника имеет одинаковую дробимость у фракций 510мм и 10-20мм. При испытании фракции 20-40мм этого щебня марка по дробимости снижается с 1000 до 800. Совершенно иные результаты получены

для щебня из вторичного бетона. С увеличением размера зерен щебня марка по дробимости возрастает. Так для щебня фракции 5-10 мм марка по дробимости 300, 10-20 мм - 400, 20-40 мм - 600.

Получьчные результаты можно объяснить следующим.

В процессе производства щебня исходная горная порода подвергается как минимум трижды механическим воздействиям: буровзрывные работы в карьере; первичное дробление; вторичное дробление (иногда дважды). Эти воздействия могут вызвать накопление в каждом зерне щебня внутренних напряжений и микротрещин. Граниты имеют кристаллическое строение и высокое содержание кварца. Зернисто-кристаллическая структура гранита сохраняется в зернах любого размера и поэтому величина дробимости не зависит от размера зерна щебня.

Песчаники представляют собой цементированные кварцевые пески. Вязкость песчаников (обусловленная их строением) значительно меньше, чем у гранитов. Поэтому в их зернах при дроблении накапливаются внутренние напряжения и микротрещины. Эти дефекты в наибольшей степени сказываются на прочности (при испытании на дробимость) в крупных зернах. Таким образом, с увеличением размера зерен щебня из песчаника показатель дробимости возрастает, т.е. марка по прочности снижается.

Результаты, полученные для щебня из вторичного бетона, имеют следующее отличие. Мелкая фракция щебня состоит в основном из цементно-песчаного камня, прочность которого определяется маркой цемента. В более крупных зернах находится крупный заполнитель, который и повышает марку щебня по величине дробимости.

Гусевым Б.В. и Загурским В.А. предложен способ повышения прочности щебня из вторичного бетона класса В15 по показателю дробимости путем его сухого перемешивания в бетоносмесительных устройствах, а Егорочкиной И.О. путем его помола в шаровой мельнице.

В данной работе щебень фракции 20-40мм., полученный дроблением вторичного бетона класса В20, подвергали сухому перемешиванию в лабораторном бетоносмесителе в течение 60 сек., а затем испытывали на дробимость. Полученные результаты показали, что величина дробимости при этом изменилась весьма незначительно ( потеря массы при испытании вместо

ранее полученного значения 18,3% составила 16,7%), а марка по дробимости осталась 600.

Следовательно, на показатель марки по дробимости щебня из вторичного бетона наибольшее влияние оказывает размер фракции зерен щебня.

Результаты этих испытаний необходимо учитывать при проектировании составов бетонных смесей с различной крупностью заполнителей, полученных дроблением вторичного бетона.

Истираемость щебня определялась для фракций 5-10мм, 10-20мм и 2040мм, полученных дроблением бетонов класса В12,5, В20 и В30.

Результаты испытаний показали, что мелкие фракции щебня (5-10мм и 10-20мм) имеют одинаковую марку по истираемости, составляющую И4 для щебня из бетона класса 12,5 и ИЗ для щебня из бетона классов В20 и В30 (рис 2).

—□—фракция 5-10 мм.

б о

5 40

В20

Класс бетона

■ фракция 10-20 мм.

фракция 20-40 мм.

—Г: • фракция 20-40 мм. После

прокручивания в бе тоносмесител е -—..>—фракция 20-40мм. После обработки поливинила цетатно й дисперсией —*—фракция 10-20мм. После

прокручивания в бетоносмес ител е - ■ — фракция 10-20 мм. После обработки поливинила цетатно й дисперсией

Рис.2 Потеря массы щебня при испытании на истираемость Истираемость щебня фракции 20-40мм меньше, марка составляет И2, однако величина потери массы при испытаниях также уменьшается (в пределах одной марки) с увеличением прочности вторичного бетона.

Микроскопическим анализом частиц, прошедших через сито №1,25 при испытании на истираемость, установлено, что для фракции 20-40 мм они представлены в основном зернами цементно-песчаного камня. Очевидно, при

дроблении вторичного бетона на поверхности крупных зерен щебня остаются частицы цементно-песчаного камня, связь которых с зернами заполнителя исходного щебня во вторичном бетоне частично нарушена, что будет влиять на величину истира ;мости. Для проверки этого предположения прсчеланы следующие опыты.

Из продуктов дробления вторичных бетонов классов В 12,5; В20 и ВЗО были отобраны фракции щебня 10-20мм и 20-40мм, которые подвергались следующим видам обработки:

- прокручивание в лабораторном бетоносмесителе в течение двух минут с последующим просевом через сита 10мм и 20мм;

- пропитка дисперсией поливинилацетата в воде с последующим выдерживанием в течение двух суток при температуре 20 °С.

Результаты испытаний этих образцов (см. рис. 2) показали, что после прокручивания щебня фракции 20~40мм в лабораторном бетоносмесителе его истираемость изменилась следующим образом. Потеря по массе щебня, полученного из бетона В 12,5 уменьшилась с 33% до 26%, однако марка по истираемости осталась И2. Потери по массе щебня из бетонов В20 и ВЗО уменьшилась в меньшей мере (от 28% до 24% и от 26% до 23%), однако марка по истираемости повысилась до И1.Полученные результаты могут быть объяснены тем, что в процессе дробления бетона класса В 12,5 нарушено сцепление с крупным заполнителем цементно-песчаного камня, оставшегося на поверхности зерен щебня. При прокручивании щебня в лабораторном бетоносмесителе этот цементно-песчаный камень отслоился, что и привело к снижению потерь по массе, при испытании на истираемость. В щебне из вторичного бетона более высокой прочности (В20 и ВЗО) количество цементно-песчаного камня, потерявшего сцепление с зернами крупного заполнителя, меньше, поэтому и потери по массе при испытании на истираемость снижаются в меньшей мере. Однако даже такое снижение потерь по массе позволило повысить марку по истираемости с И2 до И1.

После прокручивания в лабораторном бетоносмесителе щебня фракции 10-20мм и последующем его испытании на истираемость получены несколько иные результаты. Потери массы при испытаниях для щебня из бетона В 12,5 снизилась на 3%, что позволило на пределе считать его марку по истираемости ИЗ вместо полученной без прокручивания в мешалке марки И4. Для щебня,

полученного из бетонов классов В20 и ВЗО, потери массы при испытаниях практически не изменились, и марка по истираемости осталась прежней ИЗ.

Полученные результаты можно объяснить тем, что щебень фракции 1020мм. состоит в основном из цементно-песчаного камня с небольшими включениями осколков щебня. Поэтому при предварительном прокручивании в лабораторном бетоносмесителе от зерен щебня отделится незначительная часть слабо закрепленных зерен.

При испытании на истираемость щебня, обработанного поливинилацетатной дисперсией установлено, что для щебня фракции 20-40мм. обработка поливинилацетатной дисперсией менее эффективна по сравнению с механическим перемешиванием. Его марка по истираемости практически не изменилась, однако потери массы при испытаниях несколько уменьшились. Для щебня фракции 10-20мм обработка дисперсией ПВА (поливинилацетатной) более эффективна по сравнению с механической обработкой в бетоносмесителе. Потери массы при испытаниях позволили на ступень повысить марку щебня по истираемости.

Свойства песка

На технологические свойства бетонной смеси и строительно-технические свойства бетона оказывают влияние гранулометрический состав песка, содержащегося в продуктах дробления, а также его водопотребность.

Экспериментально установлено, что прочность вторичного бетона не оказывает существенного влияния на гранулометрический состав песка в продуктах дробления.

Водопоглощение определяли раздельно для каждой фракции песка: 0,160,315; 0,315-0,63; 0,63-1,25; 1,25-2,5; 2,5-5,0мм.

Результаты испытаний показали, что с увеличением размера зерен песка его водопоглощение возрастает от 1,7% до 6,1% (песок из бетона В 12,5) и 4,9% (песок из бетона В25). Повышение водопоглощения с увеличением крупности песка очевидно связано с наличием пористости в зернах, которая практически отсутствует в мелких частицах. Следовательно, при подборе состава бетонных смесей целесообразно учитывать содержание в песке фракций 1,25-2,5мм и 2,55,0мм которые и определяют в основном его водопоглощение.

Свойства пыли

Пыль, образующаяся при дроблении вторичного бетона, является

многокомпонентной системой, содержащей тонкодисперсные частицы из песка и щебня, цементного камня, частицы цементного камня с обнаженной не гидратированной поверхностью. Влияние такой многокомпонентной системы на свойства цементного камня практически не исследовалось.

На анализаторе частиц УРС-50ИМ определен гранулометрический состав цемента ПЦ500-Д0 и пыли, полученной при дроблении бетона. Установлено испытаний показали, что пыль является тонкодисперсным порошком, частицы которого, по классификации Ю.М. Баженова, могут быть наполнителем (50-80 мкм) и уплотнителем (<10мкм) цементного камня (рис.3).

Размеры часпщ, мкм

Рис.3 Распределение частиц пыли и цемента по размерам Рентгеноструктурный анализ пыли показал, что однозначно судить о её составе весьма затруднительно, однако с некоторой степенью вероятности можно предположить, что в пыли из продуктов дробления вторичного бетона присутствуют следующие характерные линии: минерала Сз8(3,034А°), минерала С3А(2,631А°), продуктов гидратации минералов С4АР и С3А(2,493А°), кварца (3,831А°).

Свойства цементного камня, содержащего пыль из продуктов дробления В результате исследовании установлено, что с увеличением содержания пыли количество воды, необходимое для обеспечения заданной подвижности цементно-песчаных паст, возрастает (рис.4). Прочность цементного камня при этом снижается (табл.2).

.......ба добавок

----с добавкой ГКЖ-94

~ ~ с добавкой ПВА

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 0,7 0,8 0.9 1 соотношение пыль:немеят

Рис.4 Водотвердое отношение в равноподвижном цементно-пылевом тесте.

Таблица 2

Прочность цементного камня, содержащего пыль из продуктов дробления

вторичного бетона

Соотношение П:Ц в/т Прочность цементного камня, МПа

1сут | Зсуг | 7суг | 14суг | 28суг

Без добавок

0,0 0,277 10,8 21,4 33,6 44,4 53,4

0,5 0,286 9,6 18,2 29,9 37,1 42,1

1,0 0,298 6,8 11,0 13,6 18,4 27,2

С добавкой ПВА

0.0 0,252 8,6 29,2 41,1 53,0 65,1

0,5 0,254 7,1 22,0 37,5 48,3 57,3

1,0 0,260 6,4 15,8 21,6 30,1 39,8

С добавкой ГКЖ-94

0,0 0,247 14,9 27,6 40,4 51,8 63,1

0,5 0,260 13,2 25,4 37,4 49,3 59,8

1,0 0,276 6,9 | 15,3 20,4 28,8 36,4

Для снижения величины водотвердого отношения изучены добавки, повышающие подвижность цементно-водных систем:

- гидрофобно-пластифицирующая добавка ГКЖ-94;

- диспергирующая - дисперсия поливинилацетата в воде (ПВА). Количество ГКЖ-94 в каждом опыте составляло 1% от массы цемента, а

дисперсии ПВА-4%. Установлено, что добавки ПВА и ГКЖ-94 снижают водотвердое отношение в цементно-пылевых пастах (рис.4). При содержании пыли более 30% (соотношение пыль:цемент более 0,4) эффективность действия добавки ГКЖ-94 ниже, чем добавки ПВА. Обе добавки повышают прочность цементного камня (табл.2). Однако при соотношении пыль:цемент более 0,7 прочность цементного камня ниже марочной прочности цемента

Весьма неожиданный результат был получен при одновременном добавлении в цементно-пылевое тесто добавок ГКЖ-94 и ПВА (1% и 2% от массы цемента). Уже в первые сутки твердения прочность цементного камня с

добавкой «ПВА+ ГКЖ-94» превысила прочность цементного камня без добавки на 52%, а через 28 суток на 33%. Эффективность действия «ПВА+ГКЖ-94» превышает эффективность действия каждой отдельно взятой добавки. Через 28 суток твердения прочность цементного камня с добавкой ПВА составляет 65,1 Мпа, с добавкой ГКЖ-94 - 63,1 МПа, а с добавкой «ПВА+ГКЖ-94» - 71,2 МПа. Бинарная добавка обеспечивает марочную прочность цементного камня при содержании пыли до 90% от массы цемента.

Полученный результат имеет следующее теоретическое обоснование. Кремнийорганический полимер ГКЖ-94 гидролизуется согласно реакции С^Н5

(—Я— о— )п + тН20 пС2Н$0Н + пБЮ2 • тН20 (1)

Н

В результате, помимо поликремниевых кислот, образуется этиловый спирт, который за счет адсорбции его молекул на полярных связях -81-0-может затормозить или остановить реакцию гидролиза.

В то же время поливинилацетат в щелочной среде (жидкая фаза цементного теста) вступает в реакцию алкоголиза с этиловым спиртом, что приведет к дальнейшему гидролизу ГКЖ-94 по реакции (1) и образование поликремниевых кислот

СН2— СН — СН2—СН— +Са(0Н)г + С2Н^0Н

I I этиловый спирт

ОСОСН3 0С0СН3 поливинилацетат

—> СН2— СН — СН2 — СН— +Са(СН3С00~)2+СН3СООСН3 (2)

I | ацетат кальция метилацетат

ОН ОН

поливиниловый спирт

Образующийся ацетат кальция будет способствовать насыщению реакционной среды гидроксидом кальция

Со (СНзСООъ * нг0 Са (0Н)2 + 2 СНзСООН (3)

Таким образом, при совместном введении в цементное тесто ГКЖ-94 и

ПВА теоретически обосновано образование в нем ортокремниевых кислот,

способных упрочнять цементный камень за счет образования низкоосновных

гидросиликатов кальция.

Мелкозернистый бетон Изучены свойства мелкозернистого бетона из продуктов дробления

вторичного бетона. В качестве заполнителя в мелкозернистых бетонах использован отсев продуктов дробления вторичного бетона фракции < 5,0мм. В этом отсеве соотношение песок:пыль составляет от 2,4 до 4,3. Следовательно в мелкозернистом бетоне состава 1:3 (цемент:отсев) количество пыли может составлять 20-30% от массы отсева и 60-70% от массы цемента.

Для исследований были выбраны следующие материалы. Портландцемент ПЦ500-ДО (ОАО "Новоросцемент"). Песок кварцевый средней крупности (МК = 2,62). Песчано-пылевая фракция из продуктов дробления вторичного бетона. В качестве добавок применялись кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 и поливинилацетатная дисперсия ПВА-МБ. Свойства мелкозернистого бетона изучались на образцах-кубах с ребром 7 см. Прочность образцов определялась в возрасте 28 суток твердения в нормально-влажных условиях. Все образцы изготавливались из равноподвижных смесей марки П1. В качестве контрольных приняты образцы, изготовленные из смеси Ц:П (кварцевый песок) равным 1:3 при В/Ц = 0,48 (табл. 3, состав №1).

Составы мелкозернистого бетона приведены в табл. 3

Таблица 3

Составы и свойства мелкозернистого бетона

№ n/n Содержание компонентов, вес частей R, МПа

Ц п пДР Вода (В/Ц) Добавки

0,14-5,0 мм <0,14 мм ГКЖ-94 ПВА

1 1 3 - 0,48 - - 47,9

2 1 3 - 0,42 0,01 - 55,6

3 1 3 _ - 0,39 - 0,04 57,6

4 1 3 . - 0,37 0,01 0,02 62,3

5 1 . 3 - 0,50 - - 42,3

6 1 3 - 0.44 0,01 - 49,7

7 1 3 0,45 - 0,04 51,2

8 1 3 - 0,42 0,01 0,02 56,1

9 1 2.31 0,69 0,54 - - 34,6

10 1 2.31 0,69 0,48 0,01 42,6

11 1 2,31 0,69 0,46 - 0,04 43,4

12 1 2.31 0,69 0,43 0,01 0,02 48,4

13 1 ',5 1.15 0,35 0,51 . . 40,3

14 1 1,5 1.15 0,35 0,42 0,01 0,02 53,7

Примечание: Ц-цемент; П-кварцевый песок; Плр-песчанопылевая фракция дробленого бетона.

Результаты испытаний показали, что мелкозернистый бетон состава 1:3 (Ц:П) на кварцевом песке при В/Ц = 0,48 имеет прочность при сжатии 47,9 МПа. Добавки ГКЖ-94 и ПВА увеличивают его прочность соответственно на 16% и 20%. Наибольшее увеличение прочности наблюдается при введении в

раствор бинарной добавки ГКЖ-94 и ПВА, которое составляет 30% (прочность достигает 57,6 МПа).

При замене кварцевого песка обеспыленым песком из продуктов дробления вторичного бетона прочность мелкозернистого бетона снижается на 12%.

Добавки ГКЖ-94 и ПВА повышают прочность этого бетона до значений, превышающих прочность контрольного мелкозернистого бетона на кварцевом песке. Однако такой способ получения прочного мелкозернистого бетона вряд ли найдет промышленное применение, поскольку очистка песка от пыли является энергоемким и трудоемким процессом.

Прочность мелкозернистого бетона, изготовленного с применением в качестве заполнителя песчано-пылевой фракции продуктов дробления вторичного бетона (соотношение Ц:Пдр = 1:3, В/Ц = 0,54), ниже прочности контрольного мелкозернистого бетона на 38 %. Добавки ГКЖ-94 и ПВА (взятые отдельно) повышает прочность мелкозернистого бетона, однако она не достигает прочности контрольных образцов.

При совместном введении в состав мелкозернистого бетона добавок ГКЖ-94 и ПВА его прочность соответствует контрольным значениям.

Образцы, изготовленные с заполнителем, представляющим собой смесь кварцевого песка (50%) и песчано-пылевой фракции из продуктов дробления вторичного бетона (50%), имеют прочность ниже прочности контрольных образцов на 18%. В то же время прочность этих образцов с бинарной добавкой ГКЖ-94+ПВА превосходит контрольную прочность. Из всех изученных составов наиболее рациональным является состав, включающий песчано-пылевую фракцию продуктов дробления вторичного бетона и бинарную добавку ГКЖ-94+ПВА. Рациональность заключается в том, что в технологическом процессе нет необходимости обеспыливать песок из продуктов дробления или применять смесь из кондиционного песка и песка, получаемого дроблением вторичного бетона.

Бетон

На основании выполненных исследований определены составы (табл.4) и изучены свойства (табл.5) бетонов с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без разделения их на фракции. Полученные при этом результаты показали следующее.

Таблица 4

Составы бетонных смесей

№ состава Расход компонентов (кг) на 1м5 бетонной смеси Механоактивация (предварительное перемешивание сухого щебня в мешалке)

Цемент Песок кварцевый Песок из продуктов дробления вторичного бетона, включающий зерна Щебень гранитный фракций Щебень из вторичного дробленого бетона фракций Вода ГЮК-94 ПВА

0,16-5,0 мм (песок) <0,16 мм (пыль) 5-20 мм 20-40 мм 5-20 мм 20-40 мм

1 373 608 - - 1275 - - - 197 - - -

2 374 610' - - - 1227 - - 198 - -

3 368 600 - - - - 1258 - 210 - -

4 368 600 - - - - 1258 - 210 - +

5 371 605 - - - - - 1217 208 - - .

6 371 605 - - - - - 1217 208 - +

7 376 613 - - - - 1286 - 192 - 15 -

8 382 623 - - - - - 1253 195 - 15 -

9 365 595 - - - - 865 383 208 - +

10 371 605 - - - - 879 389 185 - 15 -

11 378 616 - - - - 896 397 185 4 7,5 +

12 342 - 557 116 - - 810 359 205 - - -

13 356 - 580 121 - - 844 374 174 4 7,5 +

14 367 312 286 92 - - 859 378 176 4 7,5 +

Контрольные образцы, не содержавшие продуктов дробления вторичного бетона, имели прочность при сжатии 32,7Мпа.

При замене в составе контрольных образцов

гранитного щебня на щебень из дробленого вторичного бетона, прочность образцов при сжатии снижается на 2530%.

Введение в состав бетонной смеси дисперсии ПВА повышает прочность бетона на 15%-28%, однако она остается значительно ниже контрольной.

При испытании составов №9 и №10 установлена возможность совместного применения щебня фракции 5-20мм и 20-40мм из дробленого бетона, поскольку получаемая прочность бетона.

При одновременной замене в составе контрольной бетонной смеси гранитного щебня на щебень из дробленого бетона и кварцевого песка на песок из дробленого бетона прочность бетонных образцов резко снижается (на 40%) и составляет 19,7 МПа. В то же время если для этой смеси применить технологию, включающую предварительное сухое перемешивание щебня и введение бинарной добавки «ГКЖ-94+ПВА», то можно получить бетон, прочность которого (34,8 МПа) не уступает прочности контрольных образцов (состав №13).

Наиболее оптимальным является состав №14. В этом составе используется не разделенная на фракции «щебеночно-песчано-пылевая» смесь из дробленого бетона. Недостающая часть песка дополняется кварцевым песком и применяется технология сухого перемешивания и введения бинарной добавки.

Таблица 5 Свойства бет.онов с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона

№состава Водопогло- Коэффициент Прочность, МПа

по табл.2 щение,% размягчения

1 7,59 0,88 32,7

2 7.54 0,88 32,9

3 7,92 0,86 22,3

4 7,88 0.86 25,8

5 8,19 0,84 24,7

6 8,11 0,85 26,9

7 7,86 0.87 28,6

8 7,86 0,87 27,9

9 8,24 0,84 23,8

10 7,63 0,87 29,4

11 5,93 0,96 39,6

12 8,75 0,85 . 19,7

13 5,01 0,96 34,8

14 4,76 0,96 41,2

Прочность этого бетона (состав №14) на 26% превосходит прочность контрольных образцов, достигая значения 41,2 МПа.

Подбор и приготовление бетонной смеси с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона целесообразно производить согласно предлагаемой технологии.

Подбор состава

Технология производства

Реализация указанной технологии позволяет получить бетон заданной прочности с нормативным расходом цемента, используя при этом продукты дробления вторичного бетона вместе с пылью без разделения их на отдельные фракции.

Рекомендации, разработанные на основании выполненных исследований, внедрены ЗАО «КСМ №1» г. Ростов-на-Дону.

Основные выводы

1. Предложено новое решение актуальной проблемы использования заполнителей, получаемых дроблением вторичного бетона, для получения высокопрочных бетонов путем введения в бетонную смесь бинарной добавки,

содержащей кремнийорганический полимер и поливинилацетат, и технологии приготовления бетонной смеси, заключающейся в предварительном сухом перемешивании заполнителя и поэтапном введении составляющих добавки с частями воды затворения;

2. Предложен новый показатель оценки формы зерен щебня из дробленого бетона - коэффициент развития поверхности зерен щебня

ЧР5к

где (рцз - площадь поверхности зерен щебня, а <р5к - площадь поверхности правильного куба, объем которого равен объему зерна щебня;

3. Марка по дробимости и истираемости щебня из вторичного бетона возрастает с увеличением размера зерен и практически не зависит от класса исходного бетона. Марка щебня по истираемости может быть повышена путем его сухого перемешивания в смесителе или предварительным смачиванием поливинилацетатной дисперсией;

4. Экспериментально установлен и теоретически обоснован механизм повышения прочности цементного камня бинарной добавкой, содержащей кремнийорганический полимер ГКЖ-94 и поливинилацетатную дисперсию, обусловленный совокупностью физико-химических процессов:

- гидролиз кремнийорганического полимера с образованием поликремниевых кислот;

- алкоголиз в щелочной среде цементного теста поливинилацетата, приводящий к смещению реакции гидролиза в сторону образования поликремниевых кислот;

5. Мелкозернистый бетон нормативной прочности может быть получен с применением в качестве заполнителя песчано-пылевой фракции из дробленого вторичного бетона и бинарной добавки, включающей ГКЖ-94 (1% от Ц) и ПВА (2% от Ц).

6. Разработаны составы и технология приготовления бетонов классов В25-В30 из бетонных смесей, содержащих в качестве заполнителей дробленый вторичный бетон фракции 0-40мм и бинарную добавку ГКЖ-94+ПВА;

7. Предложен технологический прием механохимической активации бетонных смесей, включающий последовательно:

- сухое перемешивание в смесителе продуктов дробления вторичного бетона, с целью отделения слабо закрепленных частиц с поверхности крупных зерен заполнителя;

— введение в бетонную смесь поливинилацетатной дисперсии с долей воды затворения и последующим перемешиванием с целью увеличения сцепления цементно-песчаной матрицы с зернами заполнителя;

— введение в бетонную смесь кремнийорганического полимера и оставшейся воды затворения с целью образования в системе поликремниевых кислот, способствующих повышению прочности цементного камня и бетона;

8. Составлены рекомендации по расчету состава бетонных смесей с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона и технологии изготовления из них бетонов заданного класса прочности.

По теме диссертации автором опубликовано 7 работ, из которых 3 в издашшх, рекомендованных ВАК РФ:

1. Мирзалиев P.P. Свойства щебня из продуктов дробления вторичного бетона как инертного заполнителя бетонных смесей / P.P. Мирзалиев, П.Н. Курочка // Инженерный вестник Допа. - Ростов-на-Дону.

- 2012. - №4 (часть 2). - С. 85.

2. Мирзалиев P.P. Бетоны с заполнителем из продуктов дроблепия вторичпого бетона/ П.Н.Курочка, P.P. Мирзалиев // Вестник РГУПС. -Ростов-на-Дону. - 2012. - № 3. - С.140-147.

3. Мирзалиев P.P. Оценка формы зерен щебня, получаемого дроблением вторичного бетона / P.P. Мирзалиев, П.Н. Курочка // Вестник Майкопского государственного технологического университета. - Майкоп.

- 2013. - №2. - С.104-109.

4. Курочка П.Н. Мелкозернистые бетоны из отсевов дробления горных пород / П.Н. Курочка, И.П. Пахрудинов, P.P. Мирзалиев // XV Академические чтения РААСН, Том 2. - Казань. - 2010. - С. 151.

5. Мирзалиев P.P. Анализ технологий и сырьевой базы для изготовления щебня из вторичного бетона / P.P. Мирзалиев // Труды всероссийской научно-практической конференции "Транепорт-2011". - Ростов-на-Дону. -2011.-С. 165-167.

6. Мирзалиев P.P. Оценка формы зерен щебня, полученного дроблением вторичного бетона / P.P. Мирзалиев // Труды всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2012". - Ростов-на-Дону. -2012.-С. 167-169.

7. Мирзалиев P.P. Электрогидравлическое дробление щебня / P.P. Мирзалиев // Студенческая научная весна. - Новочеркасск. - 2012. - С. 201.

Мирзалиев Раджнв Рзаевич

БЕТОНЫ С ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ ИЗ ПРОДУКТОВ ДРОБЛЕНИЯ ВТОРИЧНОГО

БЕТОНА

Специальность:05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 23.09.2013г. Формат бумаги 60x84/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100. Заказ № 70££.

Ростовский государственный университет путей сообщения Ризография ФГБОУ ВПО РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка

Народного Ополчения, 2.

РОСЖЕЛДОР ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

04201450785

На правах рукописи

Мирзалиев Раджив Рзаевич

Бетоны с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона

Специальность 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Курочка Павел Никитович

Ростов-на-Дону - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................................................................4

Глава 1. Анализ современных научных достижений в области использования твердых техногенных отходов в производстве строительных

материалов. Цель и задачи исследований............................................9

Глава 2. Анализ технологий и сырьевой базы для изготовления щебня из вторичного бетона..............................................................................................18

2.1 Характеристика дробильно-сортировочных установок и имеющийся опыт их применения..........................................................................................21

2.2 Сырьевая база получения заполнителей из вторичного

бетона..................................................................................................................33

Глава 3. Свойства щебня, песка и пыли, полученных дроблением и рассевом вторичного бетона.............................................................................37

3.1 Гранулометрический состав продуктов дробления вторичного бетона..................................................................................................................40

3.2 Свойства щебня, получаемого дроблением вторичного бетона.......................................................................................41

3.3 Свойства песка, полученного при дроблении вторичного бетона......................................................................................60

3.4 Свойства пыли из продуктов дробления вторичного бетона..................................................................................................................63

3.5 Выводы по главе 3........................................................................................64

Глава 4. Мелкозернистый бетон с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона..............................................................................................66

4.1 Свойства цементного камня, содержащего пыль из продуктов дробления вторичного бетона. Добавки, повышающие прочность цементного камня...............................................................................................66

4.2 Свойства мелкозернистого бетона из продуктов дробления вторичного бетона..................................................................................................................79

4.3 Выводы по главе 4........................................................................................83

Глава 5. Бетоны с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона..................................................................................................................84

5.1 Составы и свойства бетонов........................................................85

5.2 Рекомендации по технологии изготовления бетона с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона........................................................91

5.3 Выводы по главе 5........................................................................................92

Общие выводы....................................................................................................94

Литература..........................................................................................................96

Приложение 1 - Анализ научных достижений в области использования

техногенных продуктов в строительстве.......................................................113

Приложение 2 - Акт внедрения.....................................................133

ВВЕДЕНИЕ

В Российской Федерации развивается строительство новых объектов транспортной промышленной и гражданской инфраструктуры страны. Одновременно с этим исходя из особенностей землепользования крупных мегаполисов сложилась сложная обстановка по отчуждению земель под новое, особенно жилое строительство. В связи с этим решаются вопросы сноса устаревших и аварийных объектов, в том числе ветхого жилья для использования их территорий под новое строительство.

Ежегодно при выполнении работ по разборке и реконструкции зданий и сооружений образуется большое количество строительных отходов, в том числе бетона, который целесообразно назвать вторичным. Тонны некондиционных бетонных и железобетонных изделий скапливаются у производителей железобетонных конструкций, на железных дорогах, в строительных организациях, производящих снос и реконструкцию зданий и сооружений.

Между тем строительный бетонный лом может быть успешно переработан в инертные заполнители для новых бетонных составов. Вопрос переработки отходов из бетона и железобетона привлек внимание исследователей уже в 70-х - 80-х годах прошлого столетия. Состоявшийся в это время международный симпозиум "Разрушение и вторичное использование материалов" позволил обобщить результаты исследований по этому вопросу, проводившихся в СССР, США, Япония, ФРГ и других странах. В 1984г. НИИИЖБ Госстроя СССР издал "Рекомендации по применению продуктов переработки некондиционных бетонных и железобетонных изделий". В 1988г. Б.В. Гусевым и В.А. Загурским была опубликована монография "Вторичное использование бетонов". Исследования по изучению свойств и технологий тяжелого бетона на заполнителях из дробленого бетона также проводили Б.А. Крылов, O.A. Липей и другие ученые.

В настоящее время в ФГБОУ ВПО "МГСУ" (НИУ) проводятся исследования свойств материалов, получаемых в результате переработки бетонных и железобетонных изделий. Разработаны технические условия ТУ 5711-001-40296246-99 и "Щебень из бетона".

Вопрос использования вторичного бетона является наиболее актуальным для регионов, в которых отсутствует сырьевая база для изготовления инертных заполнителей. К таким регионам относится район Большого Сочи, где развернуто крупномасштабное строительство Олимпийских объектов, транспортных магистралей, гостиничных комплексов, вокзалов, жилых зданий и других объектов. В тоже время в этом районе горные породы представлены в основном аргелитами и алевролитами, не пригодными для изготовления инертных заполнителей бетонов.

Не смотря на достаточно широкий объем исследований применение продуктов дробления вторичного бетона в производстве бетонных и железобетонных изделий ограничено. Чаще всего эти продукты используют для подстилающих слоев автодорог, фундаментов под малоэтажные здания, автостоянок, береговых сооружений. Рекомендуется щебень из вторичного бетона и для изготовления бетонов классов В25-В30, однако расход цемента при этом составляет 500 кг и более на 1м3 бетонной смеси.

Ограничение по использованию высокопрочных бетонов на заполнителях из дробленого бетона обусловлено достаточно широким расхождением результатов исследований, выполненных как в России, так за рубежом. Различие результатов, прежде всего можно объяснить неоднородностью исходного сырья, поскольку при дроблении используется вторичный бетон разной прочности, с различными вяжущими, подвергающийся агрессивным воздействиям и т.д.

В связи с этим в диссертационной работе поставлена цель - выполнить исследования и разработать новый подход к подбору составов и технологии изготовления бетонов заданного класса прочности и нормативным расходом

цемента с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без рассева на фракции.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность изготовления бетонов заданного класса с нормативным расходом цемента из бетонных смесей, содержащих в качестве заполнителей продукты дробления вторичного бетона, без их предварительного рассева на пылевую, песчаную и щебеночные фракции. Указанная возможность обеспечивается введением в бетонную смесь бинарной добавки, содержащей кремнийорганический полимер и поливинил ацетат, а так же механо-химической активации бетонов смеси, заключающейся в предварительном сухом перемешивании инертных заполнителей и поэтапном введении компонентов добавки с частями воды затворения.

Экспериментально установлен и теоретически обоснован механизм повышения прочности цементного камня бинарной добавкой, содержащей кремний органический полимер ГКЖ-94 и дисперсию поливинилацетата, обусловленный совокупностью физико-химических процессов:

- гидролизом кремнийорганического полимера с образованием поликремневых кислот;

- алкоголизом поливинилацетата в щелочной среде цементного теста, приводящим к смещению равновесия реакции гидролиза в сторону образования поликремниевых кислот.

Установлено, что дробимость и истираемость щебня из вторичного бетона практически не зависит от его исходной прочности и снижается при увеличении размера зерен щебня.

Марка щебня по истираемости может быть повышена предварительной его обработкой водной дисперсией поливинилацетата.

Предложен новый показатель оценки формы зерен щебня -коэффициент развития поверхности <р5=—, где (р53 - поверхность зерна

Фзк

щебня, а (р5к - поверхность правильного куба объем которого равен объему зерна щебня.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Предложены составы мелкозернистого и тяжелого бетонов заданной прочности и нормативным расходом цемента с инертными заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без их рассева и обогащения. Разработана методика расчета составов этих бетонных смесей.

Для практического внедрения рекомендована бинарная добавка, состоящая из кремнийорганического полимера и поливинилацетата, обладающая водоредуцирующим действием и повышающая прочность цементного камня за счет комплекса физико-химических процессов.

Разработана технология изготовления тяжелого бетона с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона, включающая предварительное сухое перемешивание инертных и поэтапное введение компонентов добавки с частями воды затворения.

Для лабораторных испытаний предложена методика определения нового показателя формы зерен щебня, характеризующего развитие поверхности зерна при сохранении от его объема.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- результаты анализа технологий и сырьевой базы для изготовления инертных заполнителей из вторичного бетона;

- результаты исследований свойств щебня, песка и пыли, получаемых дроблением вторичного бетона;

- теоретическое и экспериментальное обоснование механизма повышения прочности бетона бинарной добавкой, содержащей кремнийорганический полимер и поливинилацетат;

- составы бетонных смесей с заполнителями из продуктов дробления вторичного бетона без их предварительного рассева и обогащения, а так же методика расчета составов бетонных смесей;

- технология изготовления бетонных смесей с заполнителями из дробленого бетона, включающая методы механо-химической активации.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ В

ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Мировая промышленность выпускает десятки тысяч наименований разнообразной продукции. При этом в производство вовлекается во много раз больше как видов, так и количества исходного сырья, чем выпускается исходных продуктов. Так, например, на выпуск 1 т. алюминия расходуется от 3 т. до 10 т. сырья, соответственно: извести 1,5-2,0 т.; цемента 1,4-1,7 т.. При этом на разных стадиях технологических процессов возникают отходы.

Из отраслей, потребляющих промышленные отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов и изделий, доля которых в себестоимости строительных объектов достигает 50% и более [1].

Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья [1].

Кроме того, из промышленных отходов можно создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими свойствами.

Для построения классификации промышленных отходов их целесообразно разделить на непосредственно отходы, побочные продукты промышленности и вторичное сырье. При этом отходами принято считать все виды остатков данного производства, имеющие какую-либо потребительскую ценность. К побочным относятся продукты, получение которых не являлось целью данного производственного процесса. Они могут быть использованы как самостоятельная готовая продукция, так и в качестве сырья для производства других видов продукции. Вторичным сырьем являются материалы и изделия, которые после первоначального

использования (износа) могут применяться повторно в производстве, как исходное сырье.

Все отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Теоретический и практический уровень технологии их применения в строительстве приведен в приложении 1.

Из приведенных результатов научных исследований становится очевидным, что большое количество техногенных продуктов различных производств может применяться в строительной индустрии по научно обоснованным технологиям.

В то же время необходимо отметить следующее. Значительное количество строительных объектов жилого и промышленного комплекса России было построено в 60-х годах прошлого века. Железобетон, являющийся основным строительным материалом этих объектов, уже исчерпал свой ресурс. На сегодняшний день очень актуальны вопросы утилизации и повторного использования материалов от разборки, как жилых зданий, так и промышленных сооружений.

По данным [92] объем отходов бетонов в Российской Федерации и странах СНГ оценивается миллионами тонн в год. Тонны некондиционных железобетонных изделий скапливаются на заводах ЖБК, железных дорогах и т.д. Вторичное использование железобетона видится целесообразным вследствие дальнейшего использования стальной арматуры и крупнозернистого заполнителя.

Анализ опыта вторичного использования бетона показывает, что за счет применения рациональных технологических схем переработки отходов бетона и железобетона, высокотехнологичного оборудования и улучшения качества вторичного щебня может быть обеспечена его конкурентоспособность с природными заполнителями. Исследованиями доказано, что полученные после переработки материалы возможно использовать:

- при устройстве подстилающего слоя подъездных и малонапряженных дорог;

- при устройстве фундаментов под складские, производственные помещения и небольшие механизмы;

- при устройстве оснований или покрытий пешеходных дорожек, автостоянок, прогулочных аллей, откосов вдоль рек и каналов;

- при приготовлении бетона, используемого для устройства покрытий пешеходных дорожек, внутренних площадок гаражей и сельских дорог;

- при заводском производстве бетонных и железобетонных изделий класса по прочности до В25.

Первоначально повторно использовали лишь незначительную часть разрушаемого бетона и железобетона в качестве подстилающего слоя при прокладке железных и автомобильных дорог, устройстве площадок. Затем, по мере увеличения стоимости строительных материалов и дефицита площадей под захоронение отходов, вторичные заполнители из строительных отходов встали в один ряд с первичными материалами, и их переработку предусматривают в проектах реконструкции в большинстве стран. Некондиционные и поврежденные бетонные и железобетонные изделия, конструкции и изделия, отслужившие свой срок, полученные при демонтаже строительных объектов, отходы производства строительных материалов после переработки превращаются в строительный щебень вторичного происхождения.

МГСУ совместно с корпорацией «Сатори» с 1999г. проводит исследования свойств материалов, получаемых в результате переработки бетонных и железобетонных изделий сносимых зданий и сооружений.

Корпорация «Сатори» производит снос железобетонных сооружений с тщательной разборкой и отделением железобетонных изделий от других материалов. Эти изделия подвергаются глубокой переработке на дробильно-сортировочном комплексе. В результате переработки отделяют стальную арматуру и путем дробления получают щебень различных фракций. При этом

образуется отсев (в количестве 25-30%) фракции менее 10 мм, который практически не находит применения. Исследования щебня из бетона проводились с целью разработки технических условий сертификации продукции.

Установлено, что содержание в щебне из бетона слабых и лещадных зерен составляет менее 15%. Щебень из бетона по дробимости соответствует марке 400. Его морозостойкость соответствует 100 циклам. Оценка однородности этого щебня показала, что коэффициент вариации составляет 8-9%.

На основании проведенных исследований впервые были разработаны технические условия ТУ 5711-001-40296246-99 «Щебень из бетона». Материал может быть использован в качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона класса по прочности до В25 включительно, а также для дорожных строительных рабо