Исследование процесса раннего структурообразования бетона на щебне из бетонного лома

1/2012

УДК 666.972

С.М. Пуляев, М.Б. Каддо, И.С. Пуляев

ФГБОУВПО «МГСУ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАННЕГО СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ БЕТОНА НА ЩЕБНЕ ИЗ БЕТОННОГО ЛОМА

Исследованы процессы раннего структурообразования, происходящие в твердеющем бетоне, в котором в качестве крупного заполнителя используются отходы предприятий в виде бетонного лома.

Ключевые слова: бетон, щебень, цемент, исследование, структурообразование, отходы предприятий, суперпластификатор, пористость, прочность, бетонный лом.

Одним из важнейших резервов экономии материальных и энергетических ресурсов в области строительной индустрии является использование отходов предприятий сборного железобетона и строительных объектов в виде бетонного лома.

В настоящее время в связи с широким внедрением комплексов по разрушению некондиционных железобетонных изделий механическим способом и получению щебня из дробленого бетона встает вопрос его рационального применения в технологии железобетонных изделий и конструкций.

Однако существующие сложности при утилизации щебня из дробленого бетона, вызванные, прежде всего, особенностью свойств и неоднородностью исходного материала по прочности, зерновому составу, загрязненности, содержанию слабых составляющих и т.д., сдерживают широкое использование щебня из дробленого бетона в технологии железобетонных конструкций и в строительстве.

Решение задачи рационального использования щебня из бетона в технологии железобетонных изделий и конструкций возможно, прежде всего, при разработке технических условий и создании нормативной базы по получению кондиционного заполнителя, а также возможности его использования в бетонах различного назначения. А это в свою очередь требует проведения большого комплекса исследований, направленных на получение информации о влиянии щебня из дробленого бетона на микро- и макропроцессы, происходящие в твердеющем бетоне, среди которых изучение процесса раннего структурообразования бетона на щебне из бетонного лома.

Процесс формирования структуры бетона можно разбить на три периода: первоначальный, в течение которого бетонная смесь превращается в бетон, последующий, во время которого структура бетона постепенно упрочняется, и третий, когда структура стабилизируется и почти не изменяется со временем (рис. 1). Границей между первым и вторым периодами является точка А, определяющая момент, когда первоначальная структура бетона уже возникла и в дальнейшем происходит ее упрочнение.

Первый период характеризуется тем, что продукты гидратации цемента имеют гелеоб-разный вид. Это особо мелкие частицы волокнистой, волокнообразной и пластинчатой форм, заполняющие пространства между зернами цемента. Они формируют коагуляционную структуру в виде рыхлого каркаса, своеобразную пористую матрицу, которая постепенно запол-

II Ш

I

. .

Рис. 1. Расчетные периоды структурообразования: I — период образования первоначальной структуры; II — период

68

© Пуляев С.М, Каддо М.Б, Пуляев И.С., 2011

Строительное материаловедение

упрочнения структуры; Ш — период стаби- НЯеТСЯ Продуктами ГИДратаЦИИ [1, 2]. лизации структуры

Второй период процесса раннего структурообразования характеризуется резким увеличением прочности. Это происходит за счет роста новообразований и процесса кристаллизации внутри сложившегося первоначального каркаса. К концу периода формирования структуры (точка А) происходит резкий переход от пластично-вязкой цементной системы к хрупкому твердому телу — цементному камню.

Структура цементной системы, сложившейся к концу первого периода, оказывает существенное влияние на структуру и свойства цементного камня. Процесс формирования структуры определяется главным образом наличием трех фаз в этих системах: жидкой, твердой и газообразной. Количественное соотношение между этими фазами оказывает значительное влияние на распределение и формы связи воды и, тем самым, на свойства смеси, а также на физико-химические процессы, происходящие при гидратации цемента.

Исследование процесса раннего структурообразования бетонов на щебне из бетонного лома проводилось по изменению предельного напряжения сдвига, скорости прохождения ультразвука, контракции и тепловыделениям по стандартным методикам.

Были исследованы бетонные смеси, приготовленные на белгородском цементе марки М500, щебне из бетона фракции 5...20 мм и кварцевом песке средней крупности. Для сравнения были приготовлены бетонные смеси также на гранитном щебне Питкарантского месторождения фракции 5.20 мм. В качестве ПАВ применялся суперпластификатор С-3.

Были исследованы две серии образцов бетонов на гранитном щебне и щебне из бетона:

при одинаковом водоцементном отношении, равном 0,49, при следующих расходах материалов, кг на 1 м3:

1) цемента — 395, воды — 195, песка 588 и гранитного щебня — 1208;

2) цемента — 395, воды — 195, песка — 347, щебня из бетона — 1149;

3) то же, что и в составе 2, но с добавкой С-3 в количестве 0,6 % от массы цемента;

при одинаковой подвижности, равной 5 см OK, при следующих расходах материалов в кг на 1 м3:

1) цемента — 395, воды —195, песка — 588 и гранитного щебня 1208;

2) цемента — 395, воды — 214, песка 321 и щебня из бетона — 1311 при В/Ц = 0,54.

Зависимости, представленные на графиках (рис. 2), показывают, что более интенсивный рост пластической прочности, увеличение скорости прохождения ультразвуковых колебаний, контракции и тепловыделения наблюдается в бетоне на щебне из бетонного лома. Объяснить это явление можно тем, что структура бетонной смеси существенно изменяется в результате перераспределения воды в системе, так как щебень из бетона обладает повышенной пористостью и, как следствие, более высоким водопоглощением. В результате этого часть воды затворения иммобилизуется в бетонной смеси за счет отсасывания воды заполнителем.

По данным ряда исследователей [1, 2] доказано, что период формирования структуры цементного камня в бетоне при изотермических условиях строго зависит от его В/Ц. Поэтому период формирования структуры бетона на щебне из бетона оказался несколько короче, чем у контрольного бетона на гранитном щебне при одинаковом В/Ц. В дальнейшем при твердении вода, поглощенная заполнителем из бетонной смеси, в результате повышенного капиллярного потенциала и контракции цементного камня после периода формирования структуры, начинает отсасываться цементным камнем и активно участвовать в гидратации цемента. Все это способствует формированию более плотного цементного камня с пониженной пористостью и более мелким характером пор, а также образованию прочной и плотной контактной зоны между цементным камнем и заполнителем.

1/2012

О-1000. Дж/кг

1МПа_

V, %

2 / У ъ/

Т, час

Т, час

в г

Рис. 2. Зависимости тепловыделения Ц от времени Т (а), предельного напряжения сдвига т от времени Т (б), величины контракции Д V от времени Т (в), скорости прохождения УЗК V от времени Т (г): 1 — бетон на гранитном щебне; 2 — бетон на щебне из бетона; 3 — бетон на щебне из бетона с добавкой С-3

Введение в бетонную смесь суперпластификатора при том же В/Ц (состав 3) приводит к удлинению периода формирования структуры, вызванного увеличением скрытого периода гидратации цемента, что согласуется с данными [3].

Таким образом, проведенные исследования показали, что применение щебня из бетонного дома положительно сказывается на формировании структуры твердеющего бетона, повышая его прочностные и эксплуатационные характеристики, а также улучшая экологические и экономические показатели.

Библиографический список

1. Повышение долговечности бетона и железобетонных конструкций в суровых климатических условиях / Ю.М. Баженов, Г.И. Горчаков, Л.А. Алимов, В.В. Воронин. М. : МИСИ, 1984.

2. Структурные характеристики бетонов / Ю.М. Баженов, Г.И. Горчаков, Л.А. Алимов, В.В. Воронин // Бетон и железобетон. 1972. № 9.

3. Принцип оптимизации составов бетонов для энергетического строительства с учетом структурных характеристик / Г.И. Горчаков, Л.А. Алимов, В.В. Воронин, Г.М. Соболев // Энергетическое строительство : сб. науч. тр. М., 1974. № 9.

Поступила в редакцию в декабре 2011 г.

Об авторах: Пуляев Сергей Михайлович — кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8-(499)-188-01-02, uoup@mgsu.ru;

Каддо Мария Борисовна — кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8-(499)-183-35-29, kaddo@pisem.net;

Пуляев Иван Сергеевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ОАО ЦНИИС, г. Москва, ул. Кольская, д. 1, 8-(499)-189-33-45, ivanes50@mail.ru.

70

ISSN 1997-0935. УвзШк MGSU. 2012. № 1

Строительное материаловедение

Для цитирования: Пуляев С.М., Kaddo М.Б., Пуляев И.С. Исследование процесса раннего структурообразования бетона на щебне из бетонного лома // Вестник МГСУ. 2012. № 1. С. 68—71. S.M. Puljaev, M.B. Kaddo, I.S. Puljaev

RESEARCH OF EARLY STRUCTURE FORMATION PROCESS OF CONCRETE WHERE CONCRETE WASTE ARE USED AS CRUSHED STONE

The process of early structure formation that occurs in hardening concrete where concrete waste are used as coarse aggregate is examined in this article.

Key words: concrete, crushed stone, cement, research, structure formation, industrial wastes, su-perplasticizer, porosity, strength, concrete scrap

Reference

1. Bazhenov J.M., Gorchakov G.I., Alimov L.A., Voronin V.V. Povyshenie dolgovechnosti betona i zhelezobetonnyh konstrukcij v surovyh klimati-cheskih uslovijah [Increase of durability of concrete and ferroconcrete designs in severe environmental conditions]. Moscow, MISI, 1984.

2. Bazhenov J.M., Gorchakov G.I., Alimov L.A., Voronin V.V. Strukturnye harakteristiki betonov [Structural descriptions of concretes]. Beton i zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 1972, № 9.

3. Gorchakov G.I., Alimov L.A., Voronin V.V., Sobolev G.M. Princip optimizaciisostavovbetonovdlja jenergeticheskogo stroitel'stva s uchetom strukturnyh harakteristik [Principle of optimization of compositions of concretes for power building taking into account structural descriptions]. Jenergeticheskoe stroi-tel'stvo : sb. nauchnyh trudov [Energy construction, Collection of scientific works], № 9, 1974.

A b o u t a u t h o r s: Puljaev Sergej Mihajlovich — Candidate of Engineering Sciences (PhD), Prof., Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26, Jaroslavskoe shosse, Moskow, 129337, Russia, +7-(499)-188-01-02, uoup@mgsu.ru;

Kaddo Maria Borisovna — Candidate of Engineering Sciences (PhD), Prof., Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26, Jaroslavskoe shosse, Moskow, 129337, Russia, +7-(499)-183-35-29, kaddo@pisem.net;

Puljaev Ivan Sergejevich — Candidate of Engineering Sciences (PhD), Senior staff scientist, Research Institute of Transport Construction (TSNIIS), 1, Kolskaya str., Moskow, 129329, Russia, +7-(499)-189-33-45, ivanes50@mail.ru.

F o r c i t a t i o n: Puljaev S.M., Kaddo M.B., Puljaev I.S. Issledovanie processa rannego strukturoobra-zovanija betona na webne iz betonnogo loma [Research of early structure formation process of concre-tewhere concrete waste are used as crushed stone]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no 1, Pp. 68—71.