Эффективные мелкозернистые бетоны на песках Воеводских и Ускляйского месторождений Республики Мордовия

ТЕРЕШКИН И. П., МИРСКИЙ В. А., КОЧЕТКОВ А. А., РУМЯНЦЕВ А. В.

ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ НА ПЕСКАХ ВОЕВОДСКИХ И УСКЛЯЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ

Аннотация. В данной статье представлены результаты исследований по разработке мелкозернистых бетонов на песках Воеводских и Ускляйского месторождений Республики Мордовия. Показана возможность получения мелкозернистых бетонов класса В20 на основе песков Ускляйского месторождения, что доказывает перспективность данного вида наполнителя при производстве цементных бетонов.

Ключевые слова: мелкозернистые бетоны, пески, цементные бетоны, Воеводское месторождение, Ускляйское месторождение, строительные материалы.

TERESHKIN I. P., MIRSKY V. A., KOCHETKOV A. A., RUMYANTSEV A. V.

EFFECTIVE FINE CONCRETES ON SANDS OF VOYEVODSKOYE AND USKLYAYSKOYE DEPOSITS OF MORDOVIA REPUBLIC

Abstract. The article presents the study results of developing fine-grained concretes on the sands of Usklyayskoye and Voyevodskoye deposits of Mordovia Republic. The study demonstrates the process of obtaining B20 class fine-grained concretes based on the sands of Usklyayskoye deposit. Consequently, the filler holds much promise for the cement concrete production.

Keywords: fine-grained concrete, sand, cement concrete, Voyevodskoye sand deposit, Usklyayskoe sand deposit, building material.

Строительная индустрия - важнейший рычаг роста национальной экономики. Развитие инфраструктуры и возведение жилья - приоритетные государственные задачи. В современных условиях строительства с каждым годом потребность в материалах и конструкциях на основе цементного вяжущего возрастает. Сырьевые смеси на цементном вяжущем позволяют получать достаточно широкую линейку товаров: от товарных бетонов и растворов до штучных строительных материалов и изделий (декоративный камень и плитка, стеновые материалы, кровельные (цементно-песчаная черепица)); от отдельных конструкций зданий, образующих его остов (основу), до модульных конструктивных элементов, составляющих здания и сооружения.

В технологии производства цементных бетонов используются строительные пески, причем их качество во многом определяет заявленные эксплуатационные характеристики продукции. По ГОСТ 26633 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» к пескам для бетонов предъявляются требования по зерновому составу, модулю крупности песка, наличию

1

примесей и т.д. Не менее важным показателем песка для получения высокоэффективных строительных бетонов является его пустотность; в песках с меньшей пустотностью происходит наиболее компактная упаковка частиц, и, вследствие этого, достигается меньший расход цемента на их обволакивание и раздвижку.

Пески слагают значительную часть геологического разреза Мордовии. Это морские пески юрских, меловых, палеогеновых, четвертичных ледниковых и аллювиальных отложений. Однако их качественные характеристики по некоторым параметрам (модуль крупности, содержание пылеватых и глинистых частиц) не соответствуют действующим ГОСТам, поэтому для использования их в изготовлении высокоэффективных строительных бетонов необходимо обогащение и фракционирование (пески большинства месторождений без обогащения не пригодны для приготовления цементных бетонов).

В данной статье представлены результаты исследований по разработке мелкозернистых бетонов на песках одного из Воеводских месторождений Республики Мордовия, пробы которого содержали до 2,5% пылевидных и глинистых частиц в природном состоянии. По зерновому составу данные пески схожи с песками Ускляйского месторождения на участке № 5. Наличие окислов металлов практически одинаково, т.к. залежи песков формировались в общих геологических условиях и относятся к одному виду с очень близкими характеристиками [1]. В качестве вяжущего использовали портландцемент без минеральных добавок «ЦЕМ I 42,5Б», выпускаемый ОАО «Мордовцемент» (пос. Комсомольский, Республика Мордовия).

Пробы песка Воеводских и Ускляйского месторождений Республики Мордовия были отобраны и испытаны в соответствии с требованиями действующих ГОСТ. Значения величин физических свойств проб песков составили:

- естественная влажность (W ) - 4,5%;

- истинная плотность (У ) - 2620 кг/м3;

- насыпная плотность (Р ) - 1420 кг/м3;

- пустотность - 34%.

По содержанию органических примесей пески пригодны для использования в цементных бетонах (жидкость над пробой бесцветна). Зерновой состав песков представлен в таблицах 1 и 2. Модуль крупности песка Воеводского I месторождения составил 2,04; Ускляйского месторождения (участок № 5) - 2,16.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в пробах песка Воеводского I месторождения составило не более 1,5%, содержание глины в комках - не более 2,5%. Значительное количество примесей глины определено в пробах песка Ускляйского

месторождения (участок № 5) - 9,8%. По значению модуля крупности пески характеризуются как средние (нижняя граница показателя модуля крупности по ГОСТ 8736), а по полному остатку на сите с сеткой № 063 - как мелкие (верхняя граница показателя остатка на сите по ГОСТ 8736).

Таблица 1

Определение зернового состава песка Воеводского I месторождения

Наименование остатка Остатки, % по массе, на ситах Проход через сито с сеткой № 016, % по массе

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

Частный 0,60 3,10 24,70 47,20 20,10 4,3

Полный 0,60 3,70 28,40 75,60 95,70 -

Таблица 2

Определение зернового состава песка Ускляйского месторождения

Наименование остатка Остатки, % по массе, на ситах Проход через сито с сеткой № 016, % по массе

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

Частный 0,63 3,63 24,88 55,17 13,64 1,75

Полный 0,63 4,26 29,14 84,31 98,25 -

По требованиям действующих норм, мелкие пески позиционируются как не совсем пригодные для применения в производстве цементных бетонов. Пески с содержанием глины более 3% не рекомендованы в качестве мелких заполнителей для цементных бетонов.

Для проведения экспериментальных исследований по разработке эффективных мелкозернистых бетонов на песках Воеводских и Ускляйского месторождений Республики Мордовия изготавливались образцы бетона размером 100*100x100 и 40*40*160 мм. Твердение бетонов происходило в течение 28 суток в нормальных влажностных условиях. С целью улучшения всего комплекса свойств проектируемого мелкозернистого бетона в работе использовали поликарбоксилатный гиперпластификатор «Хидетал ГП-9у».

Проектирование составов песчаных бетонов заключалось в определении оптимального соотношения между его компонентами, обеспечивающими необходимую жесткость (удобоукладываемость) цементно-песчаной смеси и заданную прочность бетона при наименьшем содержании цемента. Методика подбора состава песчаного бетона основывается на том положении, что жесткость цементно-песчаной смеси и в общем случае прочность песчаного бетона определяется водоцементным отношением и относительным содержанием цементного теста для смеси и цементного камня для бетона в объеме бетона -Кизб. Все минеральные компоненты составов, используемые при изготовлении образцов, находились в воздушно-сухом состоянии. Экспериментальные (расчетные) составы

цементно-песчаной смеси и прочностные характеристики композитов на их основе представлены в таблице 3.

Таблица 3

Составы сырьевых смесей и характеристики композитов на их основе

Содержание компонентов смеси Водоцементное отношение

0,45 0,50 0,55

Кизб =0,9 Кизб = 1,0 Кизб =1,1

Песок Воеводского I месторождения, кг/м3 1820 1820 1820

Цемент, кг/м3 356 334 350

Вода, л/м3 160 167 192

Предел прочности на растяжение при изгибе, МПа 2,78 2,71 2,26

Предел прочности при сжатии, МПа 27,3 26,8 24,3

Для определения эффекта от введения гиперпластификатора в цементно-песчаные сырьевые смеси были запроектированы составы с минимальным расходом цемента. Результаты исследований приведены в таблицах 4-5.

Таблица 4

Экспериментальные составы мелкозернистых бетонов

на песках I Воеводского месторождения

Состав Состав бетонной смеси на 1 м3, кг по массе сухого вещества

Вяжущее Заполнитель Добавка Вода затворения

К1 334 1820 — 167

Д1 334 1820 0,5% 133,5

Д2 334 1820 1% 133,5

Таблица 5

Свойства экспериментальных мелкозернистых смесей и бетона на их основе

Наименование В/Ц Осадка Средняя Предел прочности при сжатии, МПа Предел прочности

состава бетонной смеси конуса бетонной плотность, кг/м3 на растяжение при изгибе, МПа

смеси, см 7 сут. 28 сут. 7 сут. 28 сут.

К1 0,50 4 2320 18,40 26,80 1,99 2,71

Б1 0,40 2 2370 19,86 31,78 2,13 2,89

Б2 0,40 3 2440 21,48 31,86 2,20 2,98

Анализируя результаты исследований, можно констатировать возможность получения мелкозернистых бетонов класса по прочности до В20 на природных песках Воеводских месторождений Республики Мордовия с содержанием пылевидных и глинистых частиц не более 2,5%. Введение гиперпластификатора «Хидетал ГП-9у» позволяет снизить водопотребность смесей и повысить класс бетона до В25.

4

В настоящее время природные запасы песков Воеводских месторождений Республики Мордовия практически выработаны, требуется их переоценка при установлении целесообразности дальнейшего широкого использования в производстве цементных бетонов и растворов. На сегодняшний день многие региональные производители в качестве мелкого заполнителя для цементных бетонов класса В25 и выше используют привозные пески, стоимость которых значительна. Реальность получения высокоэффективных мелкозернистых бетонов на обогащенных (чистых) песках подтверждается результатами исследований, представленными в таблице 6.

Таблица 6

Экспериментальные составы мелкозернистых смесей и свойства бетонов на обогащенном песке Ускляйского месторождения

Состав Состав бетонной смеси на 1 м3, кг по массе сухого вещества Предел прочности при сжатии, МПа

Вяжущее ЦЕМ I 42,5Б Заполнитель Добавка Хидетал ГП-9у Вода затворения 7 сут. 28 сут.

Б3 334 1820 0,5% 116,9 27,8 34,2

Б4 334 1820 1% 100,2 23,7 30,1

Если учесть факт отсутствия производства на территории Республики Мордовия крупного заполнителя из высокопрочных изверженных пород, то получение мелкозернистых бетонов классов В20 и выше на обогащенных песках Ускляйского месторождения Республики Мордовия представляется более чем перспективным и экономически привлекательным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Терешкин И. П., Мирский В. А. Перспективы разработки высокоэффективных мелкозернистых бетонов на песках Воеводских и Ускляйского месторождений Республики Мордовия // Актуальные вопросы строительства: материалы Двенадцатой междунар. науч.-техн. конф. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2013. - С. 247-250.