Эффективные бетоны для строительных и восстановительных работ с использованием бетонного лома и отвальных зол ТЭС

ЭФФЕКТИВНЫЕ БЕТОНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕТОННОГО ЛОМА И ОТВАЛЬНЫХ ЗОЛ ТЭС

Ю.М. Баженов, С-А.Ю. Муртазаев

Государственная Программа восстановления экономики и социальной сферы Чеченской Республики, рассчитанная на ближайшие годы, предусматривает значительную часть капитальных вложений на производство строительно-восстановительных работ посредством производства работ по капитальному ремонту сохранившихся зданий и сооружений, а также на строительство новых объектов, где капитальный ремонт неприемлем. В Чеченской Республике накоплен огромный объем бетонного лома и отвальных зол ТЭС (1).

Однако, бетоны на таком сырье отличаются повышенными расходами цемента, трудностями прогнозирования свойств из-за отсутствия адекватных зависимостей, что связано, прежде всего, с большой неоднородностью по составу и свойствам отходов промышленности в виде отвальных золошлаковых смесей и бетонного лома.

Отходы в виде бетонного лома могут быть использованы для получения заполнителей. Одной из важнейших задач в этом случае является получение заполнителя, удовлетворяющего требованиям стандартов, при этом необходимо учесть особенности его строения и влияния на формирование структуры и свойств бетонов.

Заполнитель из бетонного лома имеет повышенную водопотребность по сравнению со щебнем из изверженных плотных пород, следовательно его применение в бетоне целесообразно совместно с суперпластифицирующими добавками.

Для изучения характеристик пористости, параметров микротрещинообразования и трещиностойкости были выбраны четыре группы составов бетонов, обеспечивающих прочность 15-20 МПа, 25 МПа, 30 МПа и 40 МПа с подвижностью бетонных смесей П1, П2 и П3. Выбор активности цемента для каждой прочности бетона определяли из условия, что Яц = (1.5-2,5) Яб. Применялся щебень из бетонного лома фракции 5-20 мм со средней плотностью 2.2 г/см3, средней насыпной плотностью 1.56 г/см3, пустот -ностью 43% и водопотребностью 7%; среднеалюминатный портландцемент марки М500 Чир-Юртовского цементного завода и кварцевый песок Червленского месторождения с плотносттью 2.62 г/см3, насыпной плотностью 1.36 г/см3, пустотностью 40.5% и водопотребностью 10.8%.

Выборочные составы бетонов на щебне из бетона с подвижностью 6 см осадки конуса представлены в табл. 1.

Таблица 1.

№ Проч-ноть бетона МПА Активность цемента МПа Расход материалов, кг/м3

Цемент Щебень Песок Вода В/Ц

1 20 30 306 915 851 191 0.62

2 25 40 292 919 858 191 0.65

3 30 50 284 922 862 191 0.67

4 40 50 349 902 829 191 0.55

Для испытаний прочностных и деформативных свойств, при кратковременном нагружении были изготовлены образцы-призмы размером 10x10x40см. Для определения Кт° и Кт ^ измеряли время прохождения ультразвуковых колебаний через бетон в процессе его нагружения на приборе УКБ - 1.

Для получения общих закономерностей изменения критериев разрушения были проведены исследования вязкости разрушения, по значению коэффициента интенсивности напряжений (Кс). Для этого были изготовлены образцы-призмы размером 10x10x40 см с надрезом глубиной 3,3 см, имитирующим трещину.. Толщина клина при вершине составляла 0,1 мм. Отношение глубины надреза к высоте образца было принято 0,33. Вычисление вязкости разрушения Кс, МН/м3/2, производилось по формуле:

3РТ112 г т

Кс=—-— [1.99 - 2.47(/ / а) +12.97(1 / а )2 + 23.17(1 / а )3 + 28.2(1 / а )4 ]

ва

где Р - разрушающая нагрузка, МН; Ь - расстояние между опорами при изгибе, м; В - ширина образца, м; ё - высота образца, м; 1 - глубина надреза, м.

Общую пористость определяли по максимальному водонасыщению под вакуумом. Капиллярную пористость определяли по формуле Пк = ( В - 0.5а Ц)/10 , где а -степень гидратации цемента в бетоне к данному сроку испытания, В и Ц - соответственно расход воды и цемента.

Полученные данные представлены в табл.2

Таблица 2.

Характеристики свойств бетонов на щебне из бетона

Составы бетонов из табл.1 Общая пористость^ п0 Капиллярная пористость, % Кс Мн/м3/2 Призменная прочность, МПа Нижняя параметрическая точка, МПа Верхняя параметрическая точка, МПа

1 16,3 12,3 2,2 13.1 7.75 10,7

2 16,2 12,3 2,19 16.0 9.8 13,1

3 16,3 12,5 2,2 21.6 13.0 17,7

4 16,1 12,1 2,21 29.6 17.5 24,2

Анализ полученных данных показывает, что параметры процесса микротрещино-образования при механическом нагружении бетона на щебне из бетона ( Кт°/ и Я-// Япр ) составляют соответственно 0.57- 0.6 для первой параметрической точки и 0.8-0.82 для второй.

Зависимость коэффициента интенсивности напряжений имеет вид:

Кс = 0,9 * По - 0,03 * По2 - 4,5

Для исследования морозостойкости бетонов были выделены три состава, характеризующиеся подвижностью 2 см осадки конуса, пропаренные по оптимальному режиму. Составы бетонов представлены в табл. 3.

Морозостойкость определяли по ГОСТ 10069.3-95 «Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости». Испытания показали, что эти составы бетонов соответствуют морозостойкости Б-15.

ВЕСТМГСУ 3/2008

Таблица 3.

№ Расход материалов, кг/м3 Марка цемента Пористость, % Прочность. МПа

Цемент Щебень Песок Вода В/Ц

1 271 939 887 176 0.65 400 15.5 25

2 264 941 891 176 0.65 500 15.6 30

3 324 922 896 176 0.55 500 15.4 40

Примечание: расход суперпластификатора С-3 для всех составов был принят равным 0.6% от массы цемента.

Таким образом, проведенные исследования бетонов различных составов на заполнителе из бетонного лома показали возможность применять этот заполнитель для бетонов классов по прочности до В30 включительно.

В связи с развитием монолитного и сборно-монолитного строительства и особенно при ремонтно-восстановительных работах, целесообразно использовать мелкозернистые бетонные смеси литой консистенции, которые позволяют широко использовать бетононасосы и осуществлять укладку бетонной смеси без вибрационного воздействия.

Ээффективным является смешанное вяжущее с использованием овальной золош-лаковой смеси ТЭС со следующим содержанием компонентов в масс.%:

БЮ2 А1203 Бе^ БеО ТЮ2 Mg0 СаО к2о ш2о

51.1 23.14 8.94 2.28 1.13 0.84 1.38 3.12 1.54

Целесообразно использовать золошлаковые смеси для гидроактивации совместно с суперпластификатором с естественной их влажностью, не подвергая предварительно их сушке. Пробы золошлаковой смеси подвергались измельчению в шаровой вибромельнице СВМ-2 в 50 процентной водной суспензии. После помола золошлаковой смеси в вибромельнице в течение 20-30 мин она имела удельнаю поверхность около 450 м2/кг. Помол золошлаковой смеси производили как в присутствии ПАВ, так и без него. Золошлаковые смеси с содержанием 50% воды имеют консистенцию густой сметаны, а при присутствии суперпластификатора С-3 имеют литую консистенцию.

Были исследованы мелкозернистые бетоны, составы которых представлены в табл.4.

Изготовляли образцы балочки размером 4x4x16 см, которые твердели при тепло-влажностной обработке по режиму: подъем температуры - 3 ч, изотермический прогрев при Т=85-90° С - 3 ч, остывание - 6 ч.

Были изготовлены образцы-балочки размером 4x4x16 см, которые твердели при тепловлажностной обработке по режиму: подъем температуры - 3 ч, изотермический прогрев при Т=85-90° С - 3 ч, остывание - 6 ч.

Таблица 4.

№ Состав вяжущих Ц/ЗШС Расход материалов в кг/м3 В/Вяж

Цемент Песок Вода Суспензия

1 100 524 1500 262 - 0.5

2 75:25 393 1500 223 196 0.55

3 60:40 315 1500 199 314 0.58

4 50:50 262 1500 183 393 0.6

5* 50:50 262 1500 105 393 0.45

Примечание. При активации золошлаковой смеси в суспензию была введена добавка в количестве 2% от массы золошлаковой смеси. Подвижность мелкозернистых бетонных смесей составляла 17-18 см расплыва стандартного конуса на встряхивающем столике. Полученные результаты представлены в табл.5

Таблица 5.

Прочностные свойства мелкозернистых бетонов на золошлаковых смесях

Составы из табл.4 Ср. плотность, кг/м3 Прочность при изгибе Прочность при сжатии

МПа % МПа %

1 2246 8.8 100 34.7 100

2 2246 8.2 93 33.6 97

3 2230 6.8 77 30 86

4 2200 5.0 55,7 19.2 55

5 2010 7.8 88 33 95

С увеличением содержания золошлаковой смеси в равноподвижных бетонных смесях прочность мелкозернистого бетона уменьшается. Однако использование суперпластификатора С-3 при помоле позволяет практически получить ту же прочность, что и у мелкозернистого бетона на портландцементе.

Таким образом, накопленные в больших количествах отходы в виде бетонного лома сносимых и разрушенных зданий и сооружений и отвальные золошлаковые смеси не отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для бетонов, так как они обладают большой неоднородностью по составу и свойствам, содержат примеси, например, в виде несгоревших частиц топлива, их использование требует специальной подготовки, которая заключается в предварительной сушке, механохимической активации, которая способствует устранению выше перечисленных недостатков, появлению новых химически активных поверхностей и снижению водопотребности бетонных смесей, вследствие присутствия ПАВ. Все этот позволяет получать эффективные бетоны для строительных и ремонтно-восстановительных работ с помощью использования техногенных отходов.

Литература:

1. Баженов Ю.М.,Батаев Д.К-С.,Муртазаев С-А.Ю. Энерго-и ресурсосберегающие материалы и технологии для ремонта и восстановления зданий и сооружений. М, «Комтех-Принтер»,2006.