Бетон с комплексным использованием базальтового щебня и отсевов дробления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Нгуен, Вьет Кыонг

• Нгуен, Вьет Кыонг
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен, Вьет Кыонг

Введение.

Глава 1. Опыт производства и применения заполнителей бетона из скальных горных пород.

1.1. Технологии переработки скальных горных пород.

1.2. Применение отсевов дробления.

1.3. Перспективы применения песка из отсевов дробления во

Вьетнаме.

Глава 2. Характеристика материалов и методы исследований.

2.1. Характеристика материалов.

2.1.1. Портландцемент.

2.1.2. Исходная горная порода - базальт.

2.1.3. Песок из отсевов дробления.

2.1.4. Щебень базальтовый.

2.1.5. Добавки.

2.1.6. Вода.

2.2. Методы исследований.

2.2.1. Определение физико-механических свойств заполнителя

2.2.2. Определение физико-механических свойств раствора, бетонных смесей и бетона.

2.2.3. Определение сцепление раствора с заполнителем.

Глава 3. Зерновой состав и особенности полифракционного базальтового заполнителя для бетона.

3.1. Оптимизация зернового состава мелкого заполнителя.

3.2. Свойства пылевидной фракции.

3.3. Рациональное количество пылевидной фракции в песке из отсевов дробления и влияние пластифицирующих добавок.

3.4. Рациональные зерновые составы полифракционного заполнителя.

Глава 4. Технологические зависимости и свойства бетона на полифракционном базальтовом заполнителе.

4.1. Технологические свойства бетонной смеси.

4.2. Микроструктура контактной зоны заполнителя и цементного камня в бетоне.

4.3. Сцепление раствора на п.о.д с заполнителем.

4.4. Прочность бетона на сжатие и при изгибе.

4.5. Уточнение значений коэффициентов качества заполнителя для расчета состава бетона

Глава 5. Технология полифракционного заполнителя и бетона, технико-экономическая эффективность производства.

5.1. Технология производства и применения полифракционного заполнителя.

5.2. Производственное опробование изготовления изделии на полифракционном базальтовом заполнителе.

5.3. Технико-экономическая эффективность производства и применения бетона с комплексным использованием полифракционного заполнителя из базальта.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Бетон с комплексным использованием базальтового щебня и отсевов дробления»

Актуальность

Интенсивное развитие строительства повышает спрос на строительные материалы, в частности, на песок. Однако во многих регионах ресурсы природного песка ограничены, а его дальняя доставка, связана с затратами на транспортирование и, следовательно, с удорожанием материала.

При производстве щебня из скальных горных пород образуется большое количество отходов в виде отсевов дробления - до 20.30% от перерабатываемой горной массы. Но применение в бетоне материалов из отсевов дробления сдерживается из-за недостаточной изученности свойств, определяющих их пригодность как компонентов бетона, а также из-за отсутствия научно-обоснованных рекомендаций.

В связи с этим в ряд актуальных задач выдвигаются вопросы комплексного использования материалов получаемых при переработке скальных горных пород, в частности базальтов. Использование в бетоне щебня и отходов его производства отсевов дробления в качестве мелкого заполнителя и наполнителя, т.е полифракционого заполнителя одного петрографического состава позволит сократить расходы на переработку горной массы в эксплуатируемых месторождениях и удовлетворить потребность в песке для бетона, а также будет способствовать рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды.

Диссертация выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ МГСУ и Вьетнамского института строительных материалов. Цель и задачи

Целю диссертационной работы является получение эффективных бетонов на базальтовом полифракционном заполнителе, состоящем из щебня и отсевов дробления в виде песка и пыли, а также химических добавок - регуляторов свойств бетонной смеси и бетона.

Для достижения цели потребовалось решение следующих задач:

- обосновать возможность и целесообразность применения в тяжелом бетоне отсевов дробления, получаемых при производстве базальтового щебня;

- изучить гранулометрический состав отсевов дробления и установить рекомендуемый зерновой состав мелкого заполнителя для бетона;

- установить роль и оптимальное количество пылевидной составляющей в дробленом песке и её влияние на свойства растворной части и самого бетона;

- определить оптимальное соотношение между мелким и крупным заполнителями для создания рациональной структуры бетона при наименьшей водопотребности и наилучшей удобоукладываемости бетонной смеси;

- установить зависимости свойств бетонных смесей и бетонов с использованием полифракционного заполнителем от основных технологических факторов;

- определить значения коэффициентов качества заполнителя для расчета состава бетона на полифракционном базальтовом заполнителе;

- провести опытно-промышленное опробование результатов исследований.

Научная новизна

Обоснована возможность получения эффективных тяжелых бетонов на полифракционном заполнителе одного петрографического состава, содержащем щебень и песок из отсевов дробления оптимального гранулометрического состава с пылевидной составляющей, обладающей гидравлической активностью, и в комплексе с суперпластификатором способствующей созданию 5 плотной контактной зоны у поверхности заполнителя и повышенной прочности сцепления с цементным камнем.

С помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и РФА установлено влияние пылевидной составляющей (менее 0,15 мм) на микроструктуру контактной зоны, в которой в результате реакций между дисперсными частицами базальта и гидратированным портландцементом образуются стабильные низкоосновные гидросиликаты кальция вместо кристаллических слоев гидроксида кальция, в результате уменьшается толщина контактной зоны и ее микроструктура становится более плотной и однородной.

Установлены зерновой состав и удельная поверхность пылевидной составляющей, размеры частиц которой соизмеримы с крупными зернами цемента, и ее пуццоланическая активность вследствие наличия аморфной разновидности диоксида кремния на поверхности минералов группы пироксенов, породообразующих для базальтов.

Получены многофакторные математические модели, выражающие зависимости средней насыпной плотности и пустотности песка из отсевов дробления, содержащего пылевидную фракцию (менее 0,15 мм), от его зернового состава, необходимые для определения состава бетона.

Установлены зависимости основных свойств бетонной смеси и бетона на полифракционном базальтовом заполнителе от технологических факторов: В/Ц - отношения, состава заполнителя содержания пластификатора, продолжительности твердения.

Установлено влияние содержания пылевидной фракции на прочность сцепления раствора на песке из отсевов дробления с крупным базальтовым заполнителем.

Практическое значение

Разработана технология полифракционного заполнителя и бетона на нем, позволяющая перевести производство базальтового щебня в безотходную категорию.

Получены бетоны классов по прочности на сжатие В20.В30 на полифракционном базальтовом заполнителе оптимального зернового состава, содержащем щебень, песок из отсевов дробления фракционированный и пылевидную фракцию в количестве до 15% массы песка.

Предложены значения коэффициентов качества заполнителя (А) для расчета составов бетона на полифракционном базальтовом заполнителе.

Внедрение результатов исследований

Разработаны рекомендации по получению бетона с комплексным использованием базальтового щебня и отсевов дробления.

Основные результаты исследований намечено использовать в дополнении к вьетнамскому стандарту ТСХОУЫ 349-2005 «Дробленый песок для бетона и раствора»

Опытно-промышленное опробование проводилось в строительной компании С.А.О Нам Чунг Н.А, изготовлено 100 м3 бетона на полифракционном базальтовом заполнителе.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство формирование среды жизнедеятельности» в МГСУ в 2008 и 2009 г.г.

По теме диссертации опубликованы три статьи, в том числе одна по перечню изданий ВАК РФ. Объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов,

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Нгуен, Вьет Кыонг

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность получения эффективных тяжелых бетонов на полифракционном заполнителе одного петрографического состава, содержащем щебень и песок из отсевов дробления оптимального гранулометрического состава с пылевидной составляющей, обладающей гидравлической активностью, и в комплексе с суперпластификатором способствующей созданию плотной контактной зоны у поверхности заполнителя и повышенной прочности сцепления с цементным камнем.

2. Разработана технология полифракционного заполнителя и бетона на нем, позволяющая сделать безотходным производство базальтового щебня.

3. Оптимизирован зерновой состав мелкого заполнителя применением метода математического планирования эксперимента и вероятностно-статической обработки результатов на двух уровнях и установлены рекомендуемые границы содержания фракций песка из отсевов дробления и пыли: 2,5.5 мм - от 18 до 26%, 0,15.2,5 мм - от 66 до 74%), меньше 0,15 мм - от 8 до 16% по массе.

4. Установлены оптимальное соотношение между крупным и мелким заполнителями и рациональные зерновые составы полифракционного заполнителя наибольшей крупностью 20 мм; ("веретено" зерновых составов), рекомендуемые для тяжелого бетона.

5. Получены бетоны классов по прочности на сжатие В20.В30 на полифракционном базальтовом заполнителе оптимального зернового состава, содержащем щебень, песок из отсевов дробления фракционированный и пылевидную фракцию в количестве до 15% массы песка.

6. Установлено, что пылевидная фракция (менее 0,15 мм) имеет гранулометрический состав, близкий к размеру крупных зерен цемента, удельную поверхность 180 м /кг, пуццоланическую активность 17,5 мг/г СаО и является активным наполнителем, способствующим повышению прочности бетона на сжатие и при изгибе.

7. Установлено влияние пластифицирующих добавок на свойства раствора на песке из отсевов дробления с содержанием пылевидной фракции от 5 до 20%, позволяющее увеличить прочность при сжатии на 14. 19%.

8. Показано с помощью СЭМ и РФА, что улучшение прочностных показателей бетона на полифракционном базальтовым заполнителе с пылевидной фракцией связано с уплотнением и повышением однородности микроструктуры контактной зоны за счет гидросиликатов кальция, образующихся при взаимодействии продуктов гидратации портландцемента и частиц пыли.

9. Определена величина сцепления (при растяжении) между крупным базальтовым заполнителем и пластичным раствором на фракционированном песке из отсевов дробления 3,1.3,3 МПа, что на

20% превышает прочность сцепления с раствором на природным песке. %

10. Получены основные технологические зависимости: свойств бетонной смеси от состава заполнителя и содержания суперпластификатора, прочности бетона на сжатие и при изгибе от величины В/Ц и продолжительности твердения в условиях влажного жаркого климата Вьетнама.

11. Получены значения коэффициента качества заполнителя А, используемые для расчета состава бетона, которые в зависимости от модуля крупности песка из отсевов дробления и содержания в нем пылевидной фракции равны 0,55-0,61 для крупного песка (Мк=2,6.3,1) и 0,51-0,54 для песка средней крупности (Мк=2,3.2,5), большие значения при содержании пыли до 15%.

12. Экономический эффект от применения в тяжелом бетоне песка из отсевов дробления вместо природного песка составляют 45 000 VND («2,5 USD) за 1 м3

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен, Вьет Кыонг, 2010 год

1. Баженов Ю.М. Технология бетона.- Издательство Ассоциации строительных вузов. М., 2007, 528 с.

2. Ицкович С.М., Чумаков Л.Д, Баженов Ю.М. Технология заполнителей бетона «Высшая школа» - М, 1991, 271 с.

3. Чумаков Л.Д. Технология заполнителей бетона (практикум) Издательство Ассоциации строительных вузов. -М., 2006, 135 с.

4. Олюнин В.В. Переработка нерудных строительных материалов «Недра»-М, 1988, 232 с.

5. Svelada (1999), Quality aggregate and manufactured sand for concrete.

6. Материалы из отсевов дробления изверженных горных пород Шкузатовского месторождения гранитов для асфальтобетона. Технические условия. ЕН 21- РСФСЗ-65-87.

7. Ядыкина В.В., Гридчин А.М, Ветров М,В. К вопросу использования пылевидных отходов зоны КМА при производстве асфальтобетона // Иваново2000.-С. 623.

8. Смирнов Е. Щебеночно мастичные асфальтобетоны 3 года в России. // Итоги.// Автомобильные дороги. - №1. - 2003. - С. 13.

9. Юмашев В.М., Полякова А.И., Зимин М.А. Использование отсевов дробления в дорожном строительстве // Повышение эффективности использования сырья и качества нерудных строительных материалов.- М. МДНПП им. Ф.Э. Дзержинского. 1980. - С 62-66.

10. Применение рециклируемых материалов в дорожном строительстве США и Европы // БИНТИ. №1(7)/ - 2002/ - с. 16-18.

11. Самодуров С.И. Отсевов дробления гранитного щебня нужный дорожно-строительный материал // Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Интенсификация производства нерудных строительных материалов " (г. Павловск, 20-22 сентября 1989г.)? Центральное и

12. Воронежское обл. правл. ВНТО стройиндустрия.- М.: Стройиздат. 1989. - С. 225-228.

13. Карабан Г.Л., Борисюк Н.В. Использование отсевов дробления гранитного щебня при борьбе со скользкостью // Автомобильные дороги. -№10-11.- 1994.- С. 13-14.

14. Беденко В.Г., Малиновская JI.M., Чистяков Б.Е., Епифанова Т.Н., Мельник H.A., Бузыкин А.Н. Состав для защитно-декоративного покрытия фасадов зданий. Патент № 96115482704 Россия.

15. Артеменко С.М., Орлов Н.В. Полимерная композия с минеральным заполнителем отходов промышленности. Тез. Докт. К зодальному семинару. Пенза.-1990.

16. Краски для внутренней отделки // Стройпрофиль. №1. -2003. С. 52-54.

17. Flowfble fill composition and method: Пат 5951751 США МПК6 С 04 В 28/22 Williams Devon, Eliasen Michael, Derks Robert A., Chemical Lime Comp. -№ 091175850.

18. Zubereitung fur wandputz, insbsondere zum auftragen einer flachenbeschichtung mit rauher, einen glanzoder ghzereffekt bewirkenden Oberflächenstruktur: Заявка 19624149 Германия МПК6 С 05 В 16/06/ Tescg R.-№ 19624149.9

19. Воронцов В.М. Автоклавные силикатные материалы из отходов горнорудного производства. Автореферат на соиск. Уч. Ст. к.т.н. 1993.

20. Нисневич M.JL, Легкая Л.П., Торлопова Г.Б. Кевеш Е.П., Зольникова Г.С. Использование отсевов дробления изверженных горных пород при производстве щебня // Строительные материалы. №6. -1982. С.6-7.

21. Иванов Ф.М., Янбых Н.Н., Цветков В.С. Морозостойкие бетоны на мелких песках с химическими добавками // Бетон и железобетон. №4.1985. С.17-18.

22. Рекомендации по использованию отходов нерудной промышленности и мелких песков для бетонных и железобетонных изделий. Ташкент.1986.

23. Teychené Р.С. Crushed Rock Aggregates in Concrete "Quarry Management and Products" May, 1978, V, pp.122-136.

24. Березин Д.В. Защита среды обитания человека и окружающей природной среды путем использования отходов дробления горных пород с строительстве. Автореферат на соискание уч. Ст. док. Техн. Наук -Тольяти- 1999.- 45С.

25. Джигит С.Г. Использование отходов камнедробления для сборных конструкций // Бетон и железобетон. -№7. -1987. — С38.-39.

26. Шейнини A.M., Рвачев А.Н. Применение мелкозернистых бетонов в дорожном строительстве // Сб. науч. тр. "Мелкозернистых бетоны и конструкции из них". М.: НИИЖБ. 1985. - С 55-58.

27. Ланге Ю.Г. Технология применения в цементобетоне песков с повышенным содержанием тонкодисперсных частиц // Автомобильные дороги. №12.- 1995. - С. 18-20.

28. Шейнин A.M., Якобсон М.Я. Применение песков из отсевов дробления // Автомобильные дороги. №8. -1989. С. 12.

29. Койчук Л.А. Влияние производства сухих смесей на окружающую среду // Строительные материалы. №1. - 2003. - С.32.

30. Горностаева Т.А. Мелкозернистые бетоны использованием отсевов дробления изверженных и горных пород Дис. к.т.н. М., 2005, 318 с.

31. Pulverformige polymerzusammensetzungen auf der basic von polyethercarbonxylaten: Заявка 19995488 Германия, МПК7 С 08 1 71/02, С 08 1. 35/02 SKW Trostberg A.G., Albrecht Gerhard? Leitner Hubert, Kern Alfred, Weichmann Josef. № 199054888.6.

32. Epremes Р.Б., Родионова A.A., Горецкая Е.А. Сухие строительные смеси с использованием минеральных отходов промышленности. Казахстана // Строительные материалы. №11.-2001. С.9-11.

33. Ямалтдинова Л.Ф., Комохов П.Г. Особености стуктурообразования цементных бетонов // Прогрессивные ресурсосберегающие технологии в строительстве. Сб. научн. тр. -С-Пб.: ПГУПС. 20002. - С. 38-43.

34. VCC. Quy hoach VLXD tînh Son La dén nâm 2010. Hà Nôi 1998.

35. Viên KHCN Vât Lieu Xây Dung. Quy hoach VLXD tïnh Bà Ria-Vüng Tàu dén 2010 và dinh hiróng dén 2020. Hà Nôi 1999.

36. Vu Hâi Nam. Báo cáo tông kêt dê tài nghiên cúu su dung Puzalan Hon Xuar \

37. Nghïa Dàn làm phu gia khoáng cho chê tao bê tông dâm lân. Hà Nôi 2007.

38. Нгуен Тхань Тунг Многокомпонентные цементы на основе базальтов и зол ТЭС республики Вьетнам Дис. к.т.н. М., 1995, 170 с.

39. TCVN 4787-1989: Цементы - Метод отбора проб.

40. TCVN 141-1998: Цементы - Метод химического анализа.

41. TCVN 4030-1985: Цементы - Метод определения удельной поверхности.

42. TCVN 6016-1995: Цементы - Метод определения предела прочности при изгибе и сжатии.

43. TCVN 6017-1995: Цементы - Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.

44. ГОСТ 310.1-76: Цементы - Методы испытаний. Общие положения.

45. ГОСТ 310.2-76: Цементы - Методы определения тонкости помола.

46. ГОСТ 310.3-76: Цементы - Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.

47. ГОСТ 310.4-81: Цементы - Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.

48. TCVN 2682-1999 Xi mâng Pooclâng. Yêu câu ky thuât.

49. ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия.

50. TCVN 337-1986: Phucmg pháp láy mâu cát.r

51. TCVN 339-1986: Phuong pháp xác dinh khôi lirong riêng cûa cát.

52. TCVN 340-1986: Phirang phâp xâc djnh thê tich xôp và dô xôp.

53. TCVN 341-1986: Phirang phâp xâc dinh dô âm cûa cât.

54. TCVN 342-1986: Phirang phâp xâc diinhj thành phân dô Ion và môdun dô Ion cûa cât.

55. TCVN 343-1986: Xâc dinh hàm lirçmg chung bui, bùn, sét.

56. ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ Методы испытаний.

57. ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые Технические условия

58. TCVN 7570: 2006 Côt lieu cho bê tông và vira Yêu câu ky thuât.

59. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

60. ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.

61. ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы испытаний.

62. ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний

63. TCVN 3118: 1993 Bê tông nang Phirang phâp xâc dinh cuàng dô nén.

64. ГОСТ 10180-90 Бетоны Методы определения прочности по контрольным образцам.

65. TCVN 3119: 1993 Bê tông nang Phircmg phâp xâc dinh circmg dô kéo khi uôn.

66. Чистов Ю.Д. Неавтоклавные бетоны плотной в ячеистой структуры на основе мелких песков: Дис. к.т.н. М., 1995, 411. С.

67. Глушко И.М. К вопросу оценки качества песка для дорожного цементного бетона. Труди ХАДИ, вып. 26. Харьков: Издательство ХГУ. -1961.-С. 137-141.

68. Бондарь А.Г., Статюха Е.А. Планирование эксперимента в химической технологии. Киев 1976.

69. Nguyên Thanh Tùng. Nghiên cim cât xay. Hà Nôi 1998.

70. Пинус Э.Р., Шейнин A.M., Рвачев A.H. О влиянии зернового состава заполнителя на свойства дорожного мелкозернистого бетона. Труды

71. СоюздорНИИ, вып.69. В кН.: Технология дорожного бетона, расчет и конструирование бетонных покрытий. М.: СоюздорНИИ. 1974. С. 176192.

72. Thái Duy Sâm. Nghiên cúu và úng dung bê tông chât lirgng cao. Hà Nôi 2006.\

73. TCXD 236: 1999 Phucmg pháp kéo dût thù dô bám dính nên cùa vüa

74. Abrams D. A. Design of concrete mixtures. Bulleten 1 : Structural Materials Research Laboratory. Chicago: Lewis Instityte, 1918.

75. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов.-М.: Стройиздат, 1975.

76. Баженов Ю.М., Горчаков Г.И., Алимов JI.A., Воронин В.В. Получение бетона заданных свойств.-М.: Стройиздат, 1978.

77. Беляев Н.М. Метод подбора состава бетона. Л.:НИИ бетонов, 1930.

78. Bolomey J. Deformation elastigues, plastigues et de retrait de guelgues bétons // Bulleten technique de la Suisse Romande. 1942. - ann. 68, № 15.

79. Грушко И.М., Ильин А.Г., Чихладзе Э.Д. Повышение прочности и выносливости бетона.-Харьков: Вища школа, 1986.

80. Дворкин Л.И., Дворкин O.JI. Основы бетоноведения.-СПб.: Стройбетон, 2006.

81. Powers T., Brownyard Т. Studies of physical properties of hardened portland-cement paste. Proc. Amer. Concretelnst., 1947.

82. Скрамтаев Б.Г., Шубенкин П.Ф., Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. -М.: Стройиздат, 1966.

83. Сизов В.П. Проектирование составов тяжелого бетона.-М.: Стройиздат, 1980.

84. Фере Р. Технология строительных вяжущих материалов. СПб., 1902.

85. Яшвили А.И. К вопросу о прочности бетона в зависимости от цементно-водного фактора. //Строитель. 1936. -№19.-С.21-26.

86. TCXDVN 322 : 2004 Ve thành phàn bê tông sir dung cát nghièn

87. Nguyên Quang Cung. Nghiên cúu cát nhân tao sû dung trong bê tong và vira xây dung. Hà Nôi 2002.1. Г f

88. Công ty tu vân Bien 1. Ca câu giá thành cho sân phâm. 2002.

89. Nguyên Hong Chuong. Nghiên cúu khâ näng sir dung dá mat phê thâi cüa công nghiêp gia công dá dê chê tao vua và bê tong xi mäng. Luán án tiên sy kï thuât. Hà nôi 2008.