Исследования бетонов полусухого прессования, изготовленных на сверхтонких песках местного карьера

J

Исследования бетонов полусухого прессования, изготовленных на сверхтонких песках местного карьера

И.И. Романенко, И.Н. Петровнина, М.И. Романенко

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Аннотация: Использование сверхтонкого песка в качестве основного сырья в производстве бетона, изготовленного методом полусухого формования, является актуальным для многих регионов России в связи с отсутствием песков с высоким модулем крупности и прочных каменных пород. В статье представлены результаты анализа возможного применения песков с модулем крупности Мкр=0,8-1,4 в прессовых бетонных мелкоразмерных изделиях мощения тротуаров. Замена обычного песка до 80 % на мелкозернистый не снижает прочностные и эксплуатационные свойства. Переход на мелкозернистые и пылеватые пески позволяет снизить себестоимость продукции. Ключевые слова: бетон, полусухое прессование, вяжущее, сверхтонкий песок, гиперпластификатор, прочность.

Тончайший песок - разновидность мелкого песка с модулем крупности Мкр=0,8-1,4, характеризующийся высокой водопотребностью. Этот фактор приводит к повышенному расходу вяжущего, воды затворения и резкому снижению прочностных характеристик. Ученые исследовали бетоны, приготовленные на мелких песках [1]. Было установлено, что оптимальное содержание таких песков в смеси не должно превышать 20 %.

H. Binici, T. Shah, O. Aksogan, H. Kaplan [2] варьировали грансоставом мелкого песка за счет введения отсевов от дробления щебня, что способствовало повышению модуля крупности до оптимальных значений Мкр=2,2-3,0. Прочность бетонов на высокодисперсном песке с отсевом от дробления щебня достигала в возрасте 28 суток твердения в нормальных условиях 22,3-30,0 МПа.

Исследователи песчаных бетонов использовали суперпластификаторы на основе меламинформальдегидной смолы, золы от сжигания бурых углей и воздухововлекающих добавок, что позволило сократить расход воды затворения и повысить морозостойкость изделий [3].

Стремление получить изделия с высокими эксплуатационными свойствами способствовало проведению испытаний бетонов на основе различных отходов производств. Установлено, что оптимальные составы бетонных смесей с дробленным песком и демпфирующими добавками имеют расход портландцемента в количестве 420-480 кг/м . Прочность бетона на сжатие соответствует 13,5-25,0 МПа [4, 5].

В исследованиях использовали мелкие речные кварцевые пески с Мкр=1,42 и Мкр=0,87 и влажностью песка 6,6 %. Кристаллические частицы песка под микроскопом прозрачны, имеют округлые края и углы. Химический состав сверхтонкого песка представлен в таблице 1 и его зерновой состав - в таблицах 2, 3.

Таблица1

Химический состав мелкозернистого песка

Соединения 8102 ЛЬ20з Бе20з СаО Mg0 К20 №20 Т102

Содержание, % 70,0 11,2 2,94 9,1 3,00 2,2 1,5 0,06

Таблица 2

Гранулометрический состав мелкого песка

Остатки на ситах, % по массе Диаметр отверстий сит, мм.

2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 < 0,16

Частные, г - 50 80 240 500 130

Частные, % 5,0 8,0 24,0 50,0 13,0

Полные, % 5 13 37 87 100

Мкр=1,42

Таблица 3

Гранулометрический состав сверхтонкого песка

Остатки на ситах, % по массе Диаметр отверстий сит, мм.

2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 < 0,16

Частные, г - 20 20 80 750 130

Частные, % 2 2 8 75 13,0

Полные, % 2 4 12 87 100

Мкр=0,87

Из таблицы 2 видно, что диаметр зерен сверхтонкого песка составляет 88 % всех частиц, модуль крупности равен 0,87. Тонкую фракцию песка подвергали измельчению в шаровой лабораторной мельнице до удельной поверхности Буд=3000 см /г.

В качестве вяжущего применяли портландцемент марки ПТЦ 500 Д0. Пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 и гиперпластификатор «Хегитал».

Для создания более плотной структуры и повышения модуля крупности мелкого заполнителя вводился отсев от дробления гранитного щебня фракции 2,5-5,0 мм [6, 7].

Для оценки прочностных свойств прессованных образцов готовилась смесь сухих компонентов в заданных пропорциях в течении 2-3 мин. После получения однородного состава вводилось отмеренное количество воды с заданным количеством пластифицирующей добавки и перемешивалось в течение 2-3 мин. Частота вращения ротора лопастей смесительного агрегата составляла 60 оборотов в минуту. Затем одновременно формовались на вибростоле две формы размером 100*100x100 мм с пригрузом 100 кг. в течение 8 сек.

Твердение образцов бетона производилось в камере нормального твердения, где поддерживались следующие условия: температура 20°С и влажность 95 %.

Прочность на сжатие образцов бетона определялась путем разрушения на гидравлическом прессе в возрасте 7, 14 и 28 суток (набор прочности в камере нормального твердения). Водопоглощение оценивалось согласно методике ГОСТ 12730.3-78 Бетоны. Метод определения водопоглощения.

Расходы материалов и результаты определения прочностных показателей в возрасте 28 суток представлены в таблице 4.

Таблица 4

Составы бетонов с местными песками

Расход ингредиентов кг/м3 Прочн ость на сжати

№ пп Марка цемент ного ПТЦ М500 Кварце вый песок Природн ый кварцевы Отсевы от дробления гранитного щебня фракции 2,5-5 мм С-3, % от массы Вода В/ Ц

камня Д0 МКр 1,42-2,0 й песок МКр 0,87 вяжуще го е, МПа

1 М75 260208 16301304 - 636-367 0,6 100-80 0,3 8 6,8-5,9

2 М100 310248 17401392 - 463-201 0,6 120-96 0,3 8 11,49,2

3 М75 400360 - 16301304 429-143 0,85 137152 0,3 8 6,4-5,9

4 М100 495420 - 17021392 210 0,85 171188 0,3 8 10,59,9

Полученные результаты (таблица 4) свидетельствуют о невозможности

получения бетонов полусухого прессования прочностью 25-40 МПа на местных песках из-за повышенного расхода воды затворения и не оптимальной структуры бетона. Водопоглощение образцов в возрасте 28 суток варьируется от 6,5 до 7,4 %, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к тротуарной плитке полусухого прессования.

Для получения бетонов полусухого прессования на местных песках нами предложены составы с молотым песком. Результаты подбора ингредиентов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Расход ингредиентов бетонной смеси на 1 м

№ п/п Ингредиенты Расход, кг/м

Состав 5 Состав 6

1 ПТЦ 500 Д0 178 230

2 Песок с Мкр 1,4-2,0 600 553

3 Песок фр.0,16-0,63 500 450

4 Песок Буд =3000 см2/г 180 205

5 Отсев от дробления гранита фр. 2,5-5,0 мм 835 835

6 Хегитал, % от массы вяжущего. 0,7 0,7

7 Вода 90 110

8 В/Ц 0,5 0,49

9 В/Т 0,039 0,048

Результаты исследований приставлены на рис. 1 и 2.

60

50

40

30

20

10

_42_ 49

41 33

30 а 35 * ^^^ - — *

14

28

Возраст твердення, сут

Рис.1. - Кинетика набора прочности бетона: состав —  — 5 ; состав 6

Возраст твердения, сут.

Рис. 2. - Кинетика водопоглощения бетона: состав —  — 5 ; состав 6

Из анализа полученных результатов (рис.1) видно, что с увеличением содержания тонких песков, по сравнению с содержанием песков мелких, прочность на сжатие увеличивается. Этому способствует оптимизация гранулометрического состава бетонной смеси, что подтверждено исследованиями водопоглощения (рис. 2). Водопоглощение составляет около

2,4-3,8 %, установлено, что со временем значение величины снижается, тем самым повышается морозостойкость, эрозионная стойкость и долговечность материала [8-10].

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

- использование сверхтонкого и молотого песков в качестве основного структурообразующего компонента бетонной смеси, наряду с отсевом от дробления гранитного щебня, позволило получить бетоны полусухого прессования с высокими эксплуатационными свойствами при минимальном расходе вяжущего;

- применение мелкодисперсных мелких кварцевых песков в производстве бетонов позволило расширить номенклатуру сырьевой базы для производства бетонов с высокими прочностными свойствами и малым процентом водопоглощения;

- основная цель этого исследования - использование сверхтонких и мелких песков в качестве материала-заменителя высокопрочного гранитного щебня в производстве бетона была достигнута, что доказано в исследованиях.

Литература

1. Dolage D.A.R., Dias M.G.S., Ariyawansa C.T. Offshore sand as a fine aggregate for concrete production // British Journal of Applied Science & Technology, 2013. №3 (4), pp. 813-825.

2. Binici H., Shah T., Aksogan O., Kaplan H. Durability of concrete made with granite and marble as recycle aggregates // Journal of Materials Processing Technology, 2008. №. 208 (1-3). pp. 299-308.

3. Siddique R., Noumowe A. Utilization of spent foundry sand in controlled low-strength materials and concrete // Resources, Conservation and Recycling, 2008. № 53 (1-2), pp. 27-35.

4. Лотошникова Е.О. Мелкозернистые жесткопрессованные бетоны с демпфирующими добавками. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2006, 588 с.

5. Лотошникова Е.О. Физико-химические исследования микро- и макроструктуры бетонов жесткого прессования с демпфирующей добавкой зольных микросфер // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2092.

6. Шляхова Е.А., Холостова А.И. К вопросу повышения качества мелкозернистых бетонов на мелких песках // Инженерный вестник Дона,

2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2110.

7. Глухова М.В., Грачева Ю.В. Влияние методов формования на свойства мелкозернистых бетонов на модифицированном геошлаковом вяжущем // Современные научные исследования и инновации, 2015, №2 Ч. 1 URL: web.snauka.ru/issues/2015/02/46667.

8. Шляхова Е.А., Мартемьянова Ю.Н. Искусственные минеральные добавки для производства цементов камня // Науковедение, 2012, №4 URL: naukovedenie.ru/PDF/95trgsu412.pdf.

9. Романенко И.И., Романенко М.И., Петровнина И.Н., Пинт Э.М., Еличев К.А. Вторичное использование в дорожном строительстве щебня полученного из дробленого бетона // Интернет-журнал Науковедение. 2015. Т. 7. № 1 (26). С. 86.

10. Романенко И.И., Романенко М.И., Петровнина И.Н., Пинт Э.М. Влияние водорастворимого полимерного стабилизатора грунта на физико-механические свойства песчаного грунта // Интернет-журнал Науковедение.

2014. № 5 (24). С. 157.

References

1. Dolage D.A.R., Dias M.G.S., Ariyawansa C.T. British Journal of Applied Science & Technology, 2013. №3 (4), pp. 813-825.

2. Binici H., Shah T., Aksogan O., Kaplan H. Journal of Materials Processing Technology, 2008. №. 208 (1-3). pp. 299-308.

3. Siddique R., Noumowe A. Resources, Conservation and Recycling, 2008. № 53 (1-2), pp. 27-35.

4. Lotoshnikova E.O. Melkozernistye zhestkopressovannye betony s dempfiruyushchimi dobavkami [Fine-grained hard-pressed concretes with damping additives]. Rostov n/D: Rost. gos. stroit. un-t, 2006, 588 p.

5. Lotoshnikova E.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2092.

6. Shlyakhova E.A., Kholostova A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2110.

7. Glukhova M.V., Gracheva YU.V. Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovatsii, 2015, №2 CH. 1 URL: web.snauka.ru/issues/2015/02/46667.

8. Shlyakhova E.A., Martem'yanova YU.N. Naukovedenie, 2012, №4 URL: naukovedenie.ru/PDF/95trgsu412.pdf.

9. Romanenko I.I., Romanenko M.I., Petrovnina I.N., Pint EH.M., Elichev K.A. Internet-zhurnal Naukovedenie. 2015. T. 7. № 1 (26). 86 p.

10. Romanenko I.I., Romanenko M.I., Petrovnina I.N., Pint EH.M. Internet-zhurnal Naukovedenie. 2014. № 5 (24). 157 p.