Эффективные литые бетоны с использованием отходов камнеобработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат наук Кузнецова, Екатерина Фёдоровна

• Кузнецова, Екатерина Фёдоровна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецова, Екатерина Фёдоровна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Опыт применения и концепция литых бетонных смесей и бетонов с использованием отходов камнеобработки

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Характеристика материалов

2.2. Методики исследований

Глава 3. Разработка составов и исследование растворов.

Многокомпонентные мелкозернистые бетонные смеси

3.1. Теоретическое обоснование улучшения физико-механических свойств бетонов с использованием отходов камнеобработки

3.2. Исследование свойств литых многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок из отходов камнеобработки

3.3. Исследование влияния добавок на процессы структурообразования

3.4. Разработка составов многокомпонентных мелкозернистых бетонов с введением добавок—микронаполнителей из отходов камнеобработки

3.5. Исследования микроструктуры цементного камня с введением минеральных добавок на основе отходов камнеобработки

Глава 4. Исследование свойств литых бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки

4.1. Принципы определения состава смешанного вяжущего с использованием отходов камнеобработки

4.2. Литые бетонные смеси с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с использованием отходов дробления гравия

4.3. Литые бетонные смеси с введением известнякового микронаполнителя, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях с использованием отходов дробления гравия

Глава 5. Исследование свойств бетонов с использованием отходов камнеобработки

5.1. Критерии оптимизации математических моделей свойств литых бетонов

5.2. Исследование свойств эффективных литых бетонов с введением микронаполнителя из габбро-диабаза, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях и отсеве дробления гравия

5.3. Исследование свойств эффективных литых бетонов с введением известнякового микронаполнителя, метакаолина и суперпластификатора С-3 на местных заполнителях и отсеве дробления гравия

5.4. Исследование влияния введения ускорителя твердения на набор прочности бетона

5.5.Методика определения состава литого бетона с использованием отходов камнеобработки

Глава 6. Опытно-промышленное внедрение результатов исследований

6.1. Опытно-промышленные испытания и внедрение технологии литых бетонов на основе смешанных вяжущих с использованием отходов камнеобработки

6.2. Технико-экономическая эффективность бетонов на основе многокомпонентных вяжущих

Общие выводы

Литература

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эффективные литые бетоны с использованием отходов камнеобработки»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

В отечественной и зарубежной практике широко исследованы вопросы утилизации таких техногенных отходов как золы, шлаки, отработанные формовочные смеси литейного производства, микрокремнезем и другие. Однако применение местного сырья из отходов добычи и обработки камня сдерживается в связи с отсутствием научно-обоснованных зависимостей и рекомендаций.

Решение задачи получения эффективных литых бетонов на основе местных заполнителей и отходов камнеобработки возможно за счет их комплексного использования в виде заполнителей и микронаполнителей.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является получение эффективных литых бетонов за счет комплексного использования отходов камнеобработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - обосновать возможность повышения эффективности литых бетонов путем комплексного использования отходов камнедробления;

разработать составы многокомпонентных бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки в качестве микронаполнителей;

исследовать влияние добавок на структуру и свойства цементного

камня;

установить закономерности изменения свойств мелкозернистых многокомпонентных бетонных смесей и бетонов с использованием отходов камнеобработки;

обосновать возможность и целесообразность применения в литых бетонных смесях отсевов дробления гравия;

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

исследовать влияние многокомпонентной смеси с использованием минеральной добавки на основе отходов камнеобработки и гранулометрического

состава заполнителей на свойства литых бетонных смесей и бетонов и установить закономерности изменения свойств;

осуществить внедрение разработанных литых бетонов с использованием отходов камнеобработки с оценкой их технико-экономической эффективности.

Научная новизна.

Обосновано получение эффективных литых бетонов путем введения минерального микронаполнителя из отходов добычи и обработки природных каменных материалов (известняка и габбро-диабаза), метакаолина, сульфата натрия и суперпластификатора С-3 в состав бетонных смесей, что способствует улучшению структуры цементного камня за счет снижения объема гидроксида кальция и образования вторичных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, а также снижению капиллярных пор, что приводит к повышению плотности контактной зоны.

Установлено, что микронаполнитель из отходов габбро-диабаза и известняка способствует самоуплотнению и формированию более прочного каркаса многокомпонентных бетонов на основе литой смеси.

С помощью рентгенофазового анализа (РФА) установлены химико-минералогические составы цемента, габбро-диабазового и известнякового микронаполнителей, а также образование вторичных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в результате взаимодействия Са(ОН)2 с метакаолином.

Определены структурно-технологические характеристики, объемная концентрация цементного камня и его В/Ц в многокомпонентных бетонных смесях с помощью ультразвукового метода.

Микроскопические исследования показали, что комплексное использование добавок позволяет получать бетоны с улучшенной структурой и более плотной контактной зоной между заполнителем и цементным камнем.

Получены многофакторные математические модели прочности и подвижности мелкозернистых бетонов от объемной концентрации цементного камня, истинного водоцементного отношения, доли минерального микронаполнителя, метакаолина, суперпластификатора С-3.

Получены математические модели плотности и подвижности многокомпонентных бетонных смесей, плотности бетона, прочности на сжатие в возрасте 3 и 28 суток нормального твердения, прочности при изгибе, истираемости, класса бетона по водонепроницаемости и стоимости бетона в зависимости от структурных характеристик: объемной концентрации цементного камня С, истинного водоцементного отношения В/ЦИСт, доли отсева дробления гравия в смеси мелкого заполнителя г, доли мелкого заполнителя в смеси заполнителей г¡.

Практическое значение.

Разработана технология получения многокомпонентной смеси с использованием отходов камнеобработки для производства эффективных литых бетонных смесей.

Установлены оптимальные соотношения цемента и добавок в многокомпонентной бетонной смеси:

- цемент + микронаполнитель, полученный при обработке габбро-диабаза + метакаолин + суперпластификатор С-3 в соотношении 1:0,06:0,09:0,009;

цемент + известняковый микронаполнитель + метакаолин и суперпластификатор С-3 в соотношении 1:0,075:0,09:0,012.

Получены литые бетонные смеси с комплексным использованием отходов камнеобработки на местных заполнителях, обеспечивающих получение бетона класса В15 - В40 с водонепроницаемостью до W 22.

Разработаны «Рекомендации по определению состава литых бетонных смесей с использованием отходов камнеобработки для устройства бетонных полов».

Внедрение результатов исследования. Осуществлено внедрение результатов исследований на объекте предприятия ООО «Высоковский бетон» (г. Кострома) при выполнении бетонных полов здания Костромской бумажной фабрики ООО «Восход» объемом 134 mj.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях по проблемам науки в агропромышленном комплексе в ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА в 2009-2012

годах, на V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в 2010 году и на VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» в 2012 году.

Основное содержание работы опубликовано в 13 статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 149 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 59 таблиц.

На защиту диссертации выносятся:

- обоснование введения в многокомпонентную бетонную смесь добавок микронаполнителей из отходов камнеобработки (известняка и габбро-диабаза), метакаолина и суперпластификатора С-3;

- обоснование регулирования гранулометрического состава заполнителей бетонной смеси введением отсева дробления гравия;

- математические модели прочности мелкозернистых бетонов и подвижности бетонных смесей в зависимости от вида и количества введенных добавок, а также значений концентрации цементного камня и истинного водоцементного отношения;

- составы разработанных многокомпонентных смесей с добавками из отходов камнеобработки, позволяющие получать нерасслаиваемые литые бетонные смеси с улучшенной структурой цементного камня;

- математические модели плотности бетонной смеси и подвижности бетонных смесей, плотности бетона, прочности на сжатие в возрасте 3 и 28 суток нормального твердения, прочности при изгибе, истираемости, класса бетона по водонепроницаемости и стоимости бетона в зависимости от структурных характеристик: объемной концентрации цементного камня С, истинного водоцементного отношения В/ЦИСт, доли отсева дробления гравия в смеси мелкого заполнителя г, доли мелкого заполнителя в смеси заполнителей г/;

- результат опытно-промышленной апробации.

Глава 1. Опыт применения и концепция литых бетонных смесей и бетонов с использованием отходов камнеобработки

С появлением суперпластификаторов началось широкомасштабное применение бетонных смесей высокой подвижности для выполнения монолитных конструкций зданий и сооружений. Такие бетонные смеси позволяют получать осадку конуса более 20 см, обладают способностью к самовыравниванию и характеризуются отсутствием расслоения на фракции. Бетоны с подобными свойствами называют литыми, самоуплотняющимися, текучими. [43]

Литые бетонные смеси - это смеси, стандартная осадка конуса у которых превышает 20 см, что по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные» соответствует марке по осадке конуса П5. В этом же документе вводится маркировка удобоукладываемости по расплыву конуса для более точной характеристики подвижности бетонной смеси.

В конце 1970-х и начале 1980-х годов начались работы немецких, итальянских и японских исследователей по получению высокоподвижных бетонных смесей способных равномерно распределяться по всей конструкции и уплотнятся под действием собственного веса, которые планировалось применять в труднодоступных и густоармированных конструкциях. [92]

В 2002 ЕРКАЯС, опубликовал свои "Требования и рекомендации для Самоуплотняющихся бетонов". С тех пор было опубликовано много научных работ. [100]

Самоуплотняющийся бетон (СУБ) - это смесь, которая может течь и уплотнятся под действием собственного веса, полностью заполнять опалубку даже в присутствии большого количества арматуры, сохраняя при этом однородность и не требующая дополнительного уплотнения. [51, 59, 100]

Европейские правила предусматривают три класса самоуплотняющихся бетонов по удобоукладываемости:

- БП с диаметром расплыва 550-650 мм;

- 8Р2 с диаметром расплыва 660-750 мм;

- 8РЗ с диаметром расплыва 760-850 мм. [40]

В соответствии с европейскими стандартами в ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные» также была введена классификация подвижности по расплыву конуса. По данному стандарту смеси разделяются на 6 марок в зависимости от диаметра расплыва (Р1-Р6). Марки Р5 (расплыв конуса 56-62 см) и Р6 (расплыв более 62 см) являются аналогами классов 1 и БР2, однако ГОСТ не указывает на отношение бетонных смесей данных марок к самоуплотняющимся.

Область применения СУБ значительна, так как позволяет снизить материалоемкость конструкций при сохранении их несущей способности. Кроме того, самоуплотняющиеся бетоны позволяют выполнять конструкции сложной конфигурации при значительной экономии трудовых ресурсов, так как они не требуют уплотнения. [58].

Кроме песка, крупного заполнителя (максимальным размер 19-25 мм), и обычного или смешанного портландцемента при приготовлении самоуплотняющихся бетонных смесей вводят добавки суперпластификаторы, модификаторы и минеральные добавки - микронаполнители.

В зависимости от подхода все СУБ можно разделить на две категории:

- бетоны с высоким содержанием смешанного вяжущего (более 400 кг/м'5 цемента + зола-унос + пылевидный шлак)

- бетоны с добавками-модификаторами, такими как микрокремнезем и ультратонкий аморфный кремнезем.

Бетоны второй категории не требую высокого содержания вяжущего. [92].

Таким образом, самоуплотняющиеся бетонные смеси можно выделить в отдельную категорию литых бетонов, за счет большего количества требований, предъявляемых к ним.

Литые и самоуплотняющиеся бетонные смеси характеризуются высоким В/Ц, что может привести к расслоению. Поэтому при проектировании составов бетона выполняется ряд мероприятий:

- применяют цементы с повышенной водопотребностью;

- применяют супер- или гиперпластификаторы, позволяющие снизить В/Ц;

- вводят микронаполнители, обладающие высокой водопотребностью;

- регулируют гранулометрический состав заполнителей. [2]

Увеличить водопотребность цемента можно за счет роста его удельной поверхности. Что происходит при механохимической активации гидравлического вяжущего, то есть при домоле цемента, который производят с целью повышения его активности (марки). [16, 38] Высокомарочные цементы чаще всего используют в бетонах классом по прочности В60 и более, однако при возведении монолитных зданий этажностью менее 10 этажей применять бетоны высокой прочности не рационально (класс бетона обычно не превышает В35). Поэтому данное направление снижения вероятности расслоения бетонной смеси признается неэффективным, так как ведет к значительному увеличению стоимости вяжущего.

Суперпластификаторы и гиперпластификаторы занимают особое место в модификации бетонных смесей и растворов. Они позволяют значительно увеличить подвижность бетонных смесей при сохранении исходного соотношения материалов и В/Ц. [23, 55] С другой стороны применение пластификаторов позволяет снизить В/Ц при сохранении подвижности бетонной смеси, что приводит к росту прочности и долговечности конструкций.

Механизм действия пластификаторов заключается в создании структурированной пленки при адсорбции на поверхности твердых частиц, что приводит к снижению трения, сглаживанию микрорельефа частиц, а в ряде случаев и увеличению электростатического заряда (силы отталкивания) частиц.

Пластификаторы даже в небольших количествах вызывают замедление гидратации и твердения цементного камня за счет снижения возможности проникновения воды через образовавшуюся пленку. [5, 79, 93]

В последнее время получили распространение супер- и гиперпластификаторы на основе поликарбоксилатов и полиакрилатов. В отличие от суперпластификатора С-3 на основе сульфированных нафталин-формальдегидных поликонденсатов поликарбоксилаты препятствуют сближению атомов за счет пространственного объёма, что также приводит к замедлению реакции. [6, 31, 79]

Область применения микронаполнителей зависит от химического состава и удельной поверхности добавки.

Эффект от введения микронаполнителя достигается за счет:

- воздействия на процесс гидратации цемента;

- микроармирования цементного камня;

- роли центров кристаллизации гидратных соединений, что приводит к ускорению начальной стадии химического твердения.

Для обеспечения положительного влияния минеральных добавок важны состав, физико-химические характеристики, а также вводимое количество, и удельная поверхность.

Количество микронаполнителей и доля их введения может варьироваться в широком диапазоне от 0,1 до 80%. [9, 24, 89, 90, 97]

Способы введения микронаполнителя можно разделить на 2 группы:

- по объему с заменой части цемента;

- по объему с заменой части мелкого заполнителя.

Может быть применен и комбинированный метод, решение принимают исходя из свойств добавок и механизма их воздействия на бетонную смесь. [26]

Целью исследований по изучению влияния добавок на свойства бетонных смесей и бетонов является определение оптимального количества наполнителя и установления механизма воздействия. Превышение значения, определенного экспериментальным путем, приводит к ухудшению структуры цементного камня, что обусловлено недостаточным количеством цементного теста и образованием контактных зон между частицами наполнителя. [14, 15, 80]

Цементное тесто должно обволакивать микрочастицы наполнителя для образования центров кристаллизации, и не должны препятствовать формированию гидратов силиката кальция, что очень важно для активных минеральных добавок. Для инертных наполнителей дозировка должна быть сопоставима с объемом капиллярных пор. При отсутствии гидравлической активности минеральной добавки увеличение ее доли сверх этого значения может привести к снижению прочностных характеристик. [30, 35, 36]

Формирование высокопрочной и плотной структуры цементного камня и бетона возможно путем введения в цементную систему дисперсных и ультрадисперсных материалов - микронаполнителей. [7]

В качестве минеральных добавок в бетонной смеси могут быть использованы техногенные отходы, что, в свою очередь, способствует решению ряда важных задач:

- снижения расхода цемента для повышения экономической эффективности;

- регулирования структуры бетона на микроуровне;

- утилизации отходов;

- улучшения экологии.

Существует более 1000 наименований отходов различных производств, которые могут быть использованы в качестве вторичного сырья, однако применяются лишь ограниченный перечень материалов.

Основными видами техногенных отходов в России являются золы и шлаки ТЭС, металлургические и бытовые отходы. [56]

В настоящее время широко применяются техногенные отходы для регулирования свойств бетонных смесей и бетонов: зола-унос, шлаки, отработанные формовочные смеси и другие. Для них разработаны методики применения и построены математические зависимости свойств от структурных характеристик, составов бетонной смеси, качества материалов и других параметров. [3, 8, 41]

Однако вопрос использования отходов добычи и переработки каменных материалов в качестве микронаполнителей в литературе встречается крайне редко.

По данным исследования Чиркова A.C. основными видами строительных горных пород для производства щебня, гравия, песка, бутового камня, декоративных каменных материалов и др. являются: песчано-гравийные (64 %), изверженные (20 %), осадочные скальные (15 %), метаморфические (1 %). Область применения продукции из строительных горных пород: производство бетона (35 -40 %), дорожное строительство (30-35 %), строительные работы (15-20 %). Попутные продукты используются в сельском хозяйстве, цементной, металлургической, пищевой и в ряде других отраслей промышленности. [62]

Добывают декоративный камень отдельными блоками установленного размера. По способу добычи блоки разделяют на пиленые и колотые, поверхность которых отличается меньшим качеством по сравнению с первыми.

Объем блока определяют по объему параллелепипеда с прямоугольными гранями, который получается при срезке всех неровностей добытого камня. Следовательно, при нарушении технологического процесса разработки месторождения природного камня образуется значительное количество отходов.

При добыче мраморов и известняков обычно не получают крупных блоков, что обусловлено их структурой, наличием дефектов в массиве. Месторождения гранитов позволяют добывать очень крупные блоки объемом в несколько десятков метров кубических.

Таким образом, выход блоков из гранита и габбро колеблется в пределах 20,8 - 64%, для месторождений мрамора и известняка этот показатель варьируется в диапазоне 4,5 - 39%, а все остальное приходится на отходы.

Все предприятия камнедобывающей промышленности можно разделить на 2 категории:

- карьеры по добыче блоков, являющихся готовой продукцией без дополнительной обработки

комплексные предприятия представляющие собой карьер и камнеобрабатывающий завод или цех, выпускающий архитектурно-строительные изделия и материалы.

Причем в процессе переработки каменных блоков может образовываться до 40% отходов. [10,25]

Промышленные отходы или отходы производства - это образовавшиеся в результате производства готовой продукции остатки сырья и материалов, которые полностью или частично утратили свои исходные свойства, а также сопутствующие продукты, которые не находят применения.

В зависимости от химического состава отходов производства, их токсичности и воздействия на окружающую среду и человека все материалы делятся на чрезвычайно опасные (I класс токсичности), высоко опасные (II класс), умеренно опасные (III класс) и малоопасные (IV класс). Отходы добычи и переработки каменных материалов относятся к IV классу токсичности в силу своего происхождения. [48]

К отходам добычи природного камня относятся некондиционные полезные ископаемые, вскрышные и вмещающие породы. [48]

К некондиционным запасам полезных ископаемых относятся:

- запасы полезных ископаемых в недрах, добыча и переработка которых не обеспечивает получение продукции соответствующего государственного стандарта

Российской Федерации, стандарта отрасли, регионального или международного стандарта;

запасы полезных ископаемых разрабатываемых месторождений, количество, качество и технологические свойства которых не отвечают требованиям технико-экономического обоснования постоянных кондиций на минеральное сырье. [44]

Вскрышные породы - это покрывающие залежи полезного ископаемого горные породы, которые надо удалить при открытой разработке полезного ископаемого. [19]

Вмещающие породы - это горные породы, которые заключают в себе полезные ископаемые. [18]

Кроме того, в процессе добычи каменных материалов образуются частицы различных фракций, которые можно использовать в качестве щебня, песка и наполнителя. Микронаполнитель получается при пилении и шлифовке боков на камнеобрабатывающем предприятии.

В Костромской области находится большое количество месторождений обломочных горных пород, где добывают пески для строительных работ и производства силикатных изделий, песчано-гравийные смеси, есть месторождения глин для цементного производства, а также глин и суглинков для производства кирпича и керамзита. Кроме того, присутствует несколько средних месторождений карбонатных пород, которые могут быть использованы для производства цемента и извести. Также в Костромской области находятся предприятия, занимающиеся обработкой горных пород, поступающих из других регионов.

Поэтому для повышения эффективности бетонных смесей и бетонов наибольший интерес представляет использование местных материалов в качестве микронаполнителей и заполнителей.

Ряд зарубежных исследователей рассматривал вопрос замены части цемента микронаполнителем, полученным при камнеобработке горных пород. Процесс сбора частиц происходит на всех этапах путем улавливания на фильтрах, установленных на производстве. Полученная минеральная добавка находится в сухом состоянии, что облегчает ее использование в бетонных смесях. Однако, количество микрочастиц, улавливаемых таким образом очень мало, по сравнению с

образовавшимися при обработке объемом, поэтому удаление производится с помощью воды, которую в последствии отделяют. В результате остаток на фильтре будет содержать от 18 до 30% влаги. [91]

Использование известнякового микронаполнителя может значительно изменить свойства цементной системы через физические или химические эффекты. Физическое влияние связано с малым размером частиц известняка, которые могут увеличить плотность упаковки наполнителя и уменьшить капиллярную пористость, увеличивая водонепроницаемость. Химические факторы подразумевают влияние ионов известнякового наполнителя в цементной системе, изменяя кинетику гидратации и морфологию продуктов гидратации.

Исследования показали, что частичная замена цемента на равный объем минеральной добавки, варьирующегося от 5% до 20% приводит к повышению подвижности бетонной смеси при В/Ц = 0,5 - 0,7. Частичная замена цемента равной массой известнякового микронаполнителя приводит к увеличению объема цементного камня.

Использование минеральной добавки может привести к увеличению долговечности СУБ в зависимости от типа и количества минерального наполнителя. [77, 70, 88]

По данным исследований, проведенных группой ученых, были определены влияние процента замены цемента известняковым микронаполнителем на свойства бетонной смеси и бетона. Исходный состав бетонной смеси:

- вяжущее (цемент + зола-унос) - 465,75 кг;

- мелкий заполнитель - 941,76 кг;

- крупный заполнитель - 778,67 кг;

- вода - 182,49 л;

- суперпластификатор - 5 кг.

Результаты испытаний бетонных смесей и бетонов с частичной заменой цемента на известняковый микронаполнитель приведены в таблице 1.1.

Состав, свойства самоуплотняющейся бетонной смеси и бетона

Состав % замены цемента минеральной добавкой Расплыв конуса, мм Прочность на сжатие в возрасте 28 сут, МПа Прочность на растяжение, МПа

КС 0 630 41,9 3,5

М1 5 637 42,8 3,7

М2 10 651 44,6 3,9

МЗ 15 665 46,1 4,1

М4 20 674 49,4 4,2

М5 25 585 46,4 3,7

Мб 30 576 43,0 3,5

Из представленных данных видно, что введение добавки в количестве 20% от массы цемента приводит к увеличению подвижности бетонной смеси на 7% и возрастанию прочности на сжатие на 18%. [69]

Аналогичное исследование было проведено и для микронаполнителя на основе мрамора. В качестве исходных параметров были приняты постоянное значение расхода цемента, водовяжущее отношение и доля пластификатора от смешанного вяжущего. Составы бетонных смесей представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Составы самоуплотняющейся бетонной смеси

Состав Водовяжущее отношение Суперпластификатор, % Расход материалов на 1 м3

Цемент, кг Минеральная добавка, кг Суперпластификатор, кг Вода, л

М1 0,44 1,5 350 150 7,5 220

М2 0,44 1,5 350 250 9 264

МЗ 0,44 1,5 350 350 10,5 308

Результаты испытаний бетонных смесей и бетонов с введением мраморного наполнителя приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Свойства самоуплотняющейся бетонной смеси и бетона

Состав Расплыв малого конуса, мм Прочность на сжатие в возрасте 28 сут, МПа

М1 276 53,8

М2 315 38,2

мз 338 34,0

По полученным данным можно сделать заключение, что введение микронаполнителя на основе мрамора приводит к значительному увеличению удобоукладываемости бетонной смеси, однако введение добавки более 43% от массы цемента (состав М1) отрицательно сказывается на прочностных характеристиках. [75]

Проведенный анализ других источников исследования микронаполнителя на основе мрамора и гранита показывает, что для бетона с ведением добавки на основе мрамора пик прочности приходится на 10% наполнителя от массы цемента, а для добавки из гранитной муки - 15%. [95]

Эффект от введения мрамора в качестве замены части мелкого заполнителя можно проследить по таблицам 1.4 и 1.5, где указаны составы бетонной смеси и свойства. [71]

Таблица 1.4

Составы бетонной смеси

Состав Вода, л Мелкий заполнитель, кг Крупный заполнитель, кг Цемент, кг Мелкий заполнитель из мрамора (0-0,25 мм), кг

0-0,25 мм 0,25-4 мм 4-16 мм

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецова, Екатерина Фёдоровна, 2014 год

Литература

1. Августин А.И. Керамика. - Л.: Стройиздат, 1975. - с.592

2. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Изд-во АСВ, 2007 - 528 с.

3. Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В. Прогнозирование свойств бетонных смесей и бетонов с техногенными отходами // Известия ВУЗов. Строительство. -1997. - №4 - с 68-72

4. Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В. Развитие теории структуры формирования структуры и свойств бетонов с техногенными отходами // Известия ВУЗов. Строительство. -1997. - №4 - с 55-58

5. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. - М.: Технопроект, 1998. -с.768

6. Батраков В.Г., Каприелов С.С., Шейнфельд A.B., Силина С. Модифицированные бетоны в практике современного строительства// Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - №9- с. 23-25

7. Батудаева A.B., Кардумян Г.С., Каприелов С.С. Высокопрочные модифицированные бетоны из самовыравнивающихся смесей// Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - №9- с. 14-18

8. Белых С.А., Фадеева A.M. Модифицированные и немодифицированные тонкодисперсные отходы промышленности в бетонах и строительных растворах/ЛГехнологии бетонов. - 2008. - №10. - с. 24-25

9. Бердов Г.И.. Ильина Л.В., Зырянова В.Н., Никоненко Н.И., Мельников A.B. Повышение свойств композиционных строительных материалов введением минеральных микронаполнителей // СТРОЙПРОФИ. - 2012. - №2 - с. 26-29.

10. Берлин Ю.Я., Сычев Ю.И., Шалаев И.Я. Обработка строительного декоративного камня-Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1979. - с. 232

11. Бетоны на вяжущих с низкой водопотребностью./ Батраков В.Г., Бабаев Ш.Т., Башлыков Н.Ф., Фаликман В.Р.// Бетон и железобетон, 1988-№11,-стр.4- 6.

12. Болотских О.Н. Самоуплотняющийся бетон и его диагностика. Часть 1 .//Технологии бетонов. - 2008. - №10. - с. 28-30

13. Болотских О.Н. Самоуплотняющийся бетон и его диагностика. Часть 2.//Технологии бетонов. - 2008. - №11. - с. 34-36

14. Власов В.К. Закономерности оптимизации состава бетона с дисперсными минеральными добавками //Бетон и железобетон. -1993. -№4. -С.10-12.

15. Власов В.К. Механизм повышения прочности бетона при введении микронаполнителя.// Бетон и железобетон.- 1988.- № 10.- стр. 916. Волженский A.B. Минеральные вяжущие вещества. Учебн. для вузов.-

М.: Стройиздат, 1986.- 464 стр.

17. Гаркави М.С., Хамидулина Д.Л., Родин A.C. Эффективность применения искусственных песков в мелкозернистых бетонах // Центробежная техника - высокие технологии: Материалы 2-й международной научной конференции. Минск, 2005. С. 44-47.

18. Геологический словарь. Том второй. - М.: Издательство „Недра", 1973

19. Геологический словарь. Том первый. - М.: Издательство „Недра",

1973

20. Горбунов С.П., Олюнин П.С. Направленное формирование цементных композиций органоминеральными добавками. // Технологии бетонов. №4. 2008. с. 56-58

21. Горчаков Г.И., Орентлихер Л.П., Савин В.И. и др. Состав, структура и свойства цементных бетонов. Под ред. Г. И. Горчакова. - М.: Стройиздат, 1976, 144 с.

22. Демьянова B.C. Высокопрочные бетоны с органоминеральными добавками// Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - №9- с. 46-47

23. Добавки в бетон. Справочное пособие. Под ред. B.C. Рамачандрана.-М.: Стройиздат, 1988.- 575 стр.

24. Добролюбов Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавками.- М.: Стройиздат, 1983.- 212 стр.

25. Добыча природного облицовочного камня/ Синельников О.Б., - М.: Издательство РАСХН, 2005. - 245 стр.

26. Зоткин А.Г. Бетон и бетонные конструкции. - Ростов н/Д : Феникс, 2012.-335 с.

27. Калашников В.И., Ананьев C.B., Горюнов И.А., Осколков К.Ю. Через" рациональную реологию - в будущее бетонов. Часть 3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего - к суперпластифицированным бетонам. // Технологии бетонов. №1. 2008. с. 22-23

28. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей // Magazine of Civil Engineering. - 2012. - №8. - с. 47-53

29. Кальгин A.A., Сулейманов Ф.Г. Лабораторный практикум по технологии бетонных и железобетонных изделий - М.: Высшая кола, 1994 -272 с

30. Каприелов С.С. Общие закономерности формирования структуры цементного камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов //Бетон и железобетон, -1995. -№6. -С. 16-20.

31. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы. - Ростов н/Д.: Феникс, 2007. - 221 с.

32. Крикунова A.A., Рахимбаев Ш.М. Влияние гранулометрического состава на кинетику твердения цементных систем//Технологии бетонов. - 2009. -№2. - с. 54-55

33. Куртаев A.C., Естемесов З.А. Влияние технологических параметров на прочность мелкозернистого бетона // Строительные материалы. 1998. № 12. С. 21.

34. Кучеренко A.A. О получении бетонов с заданными свойствами//Технологии бетонов. - 2008. - №4. - с. 66-67

35. Ларионова З.М. Формирование структуры цементного камня и бетона.- М.: Стройиздат, 1971.- 161 стр.

36. Ларионова З.М., Никитина Л.В., Гарашин В.Р. Фазовый состав, микроструктура и прочность цементного камня и бетона.- М.: Стройиздат, 1977.264 стр.

37. Львович К.И. Выбор песков для песчаного бетона //Бетон и железобетон. 1994. № 2.

38. Методы активации цементов и влияние активации на свойства бетонов (научные сообщения). - М: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. - 1963. - с. 41.

39. Мороз И.И., Комская М.С., Сивчикова М.Г. Справочник по фарфорофаянсовой промышленности. T.l. -М.: «Легкая индустрия», 1976

40. Нееветаев Г.В. Бетоны: учебное пособие.- Ростов н/Д: Феникс. 2011. -

с. 381

41. Оценка ультрадисперсных отходов металлургических производств как добавок в бетон. / Батраков В.Г., Каприелов С.С., Иванов Ф.М., Шейнфельд A.B. // Бетон и железобетон. 1990, N 12, стр. 15- 17.

42. Павлова Г.А., Хамидулина Д.Д. Эффективный способ повышения качества бетонов на основе фракционированных песков. // Технологии бетонов. №2. 2008. с. 56-57

43. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне.- М.: Стройиздат, 1986.- 278 стр.

44. Распоряжение МПР РФ от 10.09.2003 N 403-р «О рассмотрении материалов, связанных с отнесением запасов твердых полезных ископаемых к некондиционным запасам», утверждены распоряжением МПР России от 10 сентября 2003 г. N 403-р

45. Рекомендации по применению пластифицирующих добавок нового поколения для бетонов в дорожном строительстве. - М.: Министерство транспорта Российской Федерации, Государственная служба дорожного хозяйства. - 2003.

46. Рекомендации по применению специальных химических добавок для управления физико-механическими и технологическими свойствами бетонов и растворов. - М.: Проектно-конструкторский и технологический институт промышленного строительства ОАО ПКТИпромстрой - 1986

47. Руководство по подбору составов тяжелого бетона / НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР. -М.: Стройиздат, 1979 г.

48. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления.- М.: Колос, 2000,- 232 с.

49. Соколов В. Г., Царев В. М., Баронов В. М. Безотходное использование карбонатных пород в строительстве // Бетон и железобетон. - 1993.- №9'10 - с. 8-9.

50. Состав, структура и свойства цементных бетонов./ Под ред. Г.И.Горчакова.- М.: Стройиздат, 1976.- 144 стр.

51. The EFNARC "Specification and Guidelines for Self compacting concrete. 2002. P.32

52. Тараканов O.B., Логинов P.С. Формирование микроструктуры цементных материалов с минеральными и комплексными добавками//Технологии бетонов. - 2009. - №7-8. - с. 58-60

53. Тараканов О.В., Тараканова Е.О. Формирование микроструктуры наполненных цементных материалов // Инженерно-строительный журнал. №8. 2009.-с. 13-16

54. Трамбовецкий В.П. Перспективы усовершенствования бетона // Технологии бетонов. - 2008. - №7. - с. 8-10

55. Трошкина Е.А. Управление структурой и долговечностью бетона с помощью пластифицирующих добавок // Технология бетонов. №2. 2008. с. 66-67

56. Туркина И.А. Техногенные отходы в производстве строительных материалов//Технологии бетонов. - 2009. - №1. - с. 16-17

57. Турчак Л.И. Основы численных методов.- М.: Наука, 1987.- 320 стр.

58. Фаликман В.Р. Новые эффективные высокофункциональные бетоны // Бетон и железобетон '11, с. 78-84

59. Фаликман В.Р. Бетоны высоких технологий// Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - №9- с. 20-22

60. Хархардин А.Н. Эффективные составы заполнителей для бетонов // Известия вузов: Строительство. 1997. № 5.

61. Химия и технология специальных цементов./ Кравченко И.В., Кузнецова Т.В., Власова М.Т., Юдович Б.Э. - М.: Стройиздат, 1979.- 208 стр.

62. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. - с. 623.

63. Шумков А.И. Проектирование и оптимизация состава тяжёлого бетона по математическим моделям. // Технологии бетонов. - 2008. - №3. - с. 48-49

64. Шумков А.И. Формирование и оптимизация макроструктуры тяжёлого бетона. // Технологии бетонов. №7. 2008. с. 52-53

65. Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация вероятностных показателей качества композиционных материалов. / Вознесенский В.А., Коваль С.В., Ляшенко Т.В., Феофанов В.А.// Киев: Знание, 1991,- стр. 14- 22.

66. Яковис JI.M. Многокомпонентные смеси для строительства.- Д.: Стройиздат, 1988,- 296 стр.

67. Adekunle S. К., Ahmad S. and Maslehuddin М. The effect of aggregate packing on the performance of SCC using dune sand // Proceedings of the Fifth North American Conference on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete, Chicago, Illinois, USA,May 12-15, 2013 -Adekunle, Ahmad & Maslehuddin

68. AMIRJANOV ADIL and SOBOLEV KONSTANTIN Optimization of Computer Simulation Model For Packing of Concrete Aggregates // PARTICULATE SCIENCE AND TECHNOLOGY, Vol. 26, 2008, pp. 380-395.

69. B. Beeralingegowdal, V. D. Gundakalle The effect of addition of limestone powder on the properties of self-compacting concrete // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 2, Issue 9, September 2013

70. Baboo Rai , Khan Naushad H. , Abhishek Kr. , Tabin Rushad S. , Duggal S.K. Influence of Marble powder/granules in Concrete mix // International journal of civil and structural engineering. Volume 1, No 4, 2011. p. 827-834

71. Bahar Demirel. The effect of the using waste marble dust as fine sand on the mechanical properties of the concrete// International Journal of the Physical Sciences Vol. 5(9), pp. 1372-1380, 18 August, 2010

72. Balogh, A. (1995), High-reactivity metakaolin, Aberdeen's Concr Constr., vol. 40, n. 7, 604p.

73. Barnes, P., Bensted, J. and Jones, T.R. (2003), Structure and Performance of Cements, 2nd edition. Chapter 15, Metakaolin as pozzolanic addition to concrete, England, pp. 372-398.

74. Bonakdar, M., Bakhshi and Ghalibafian, M. (2005), Properties of highperformance concrete containing high reactivity metakaolin, ACI SP-228, Detroit, pp. 287-296.

75. Bouziani Tayeb, Benmounah Abdelbaki, Bederina Madani and Lamara Mohamed Effect of Marble Powder on the Properties of Self-Compacting Sand Concrete // The Open Construction and Building Technology Journal, 2011, №5, pp. 25-29

76. Brooks. M.A. and Johari (2001), Effect of metakaolin on creep and shrinkage of concrete, Cem Concr Comp, vol. 23, n. 6, pp. 495-502.

77. C. Selvamony, M. S. Ravikumar, S. U. Kannan and S. Basil Gnanappa Investigations on self-compacted self-curing concrete using limestone powder and clinkers // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, VOL. 5, NO. 3, March 2010

78. Caldarone, M.A., Gruber, K.A. and Burg, R.G. (1994), High-reactivity metakaolin: A new generation mineral admixture, Concrete International, vol. 16, n. 11, pp. 37-40.

79. Chemical admixtures for concrete/Roger Rixom and Noel Mailvaganam. — 3rd ed.- London: Taylor & Francis e-Library, 2002. - p. 446

80. Contact zone between cement paste and aggregate. A.CARLES-GIBERGUES, J.GRANDET, & J.P.OLLIVIER, Bond in Concrete, Proceedings of International Conference, (Editor: P.BARTOS, Applied Science Publishers), London, England, 1982, pp.24-33.

81. Curcio, F., Deangelis, B.A. and Pagliolico, S. (1998), Metakaolin as a pozzolanic microfiller for high performance mortars, Cem Concr Res, vol. 28, pp. 803804.

82. Efficiency in aggregate mix design: A "least squares" method. G.M.PARTON, A.A.SHARIATMADARI, and R.J.HANSOM, International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, V.ll, No.3, Aug. 1989, pp.167-174. (157190)

83. Hubertova, M. and Hela, R. (2007), The effect of metakaolin and silica fume on the properties of lightweight self consolidating concrete, ACI Publication SP-243-3, American Concrete Institute, Detroit, pp. 35-48.

84. Jian-Tong Ding and Zongjin Li. Effects of Metakaolin and Silica Fume on Properties of Concrete// ACI MATERIALS JOURNAL. July-August 2002. pp393-398

85. Justice, J.M., Kennsion, L.H., Mohr, B.J., Beckwith, S.L., McCormick, L.E., Wiggins, B., Zhang, Z.Z. and Kurtis, K.E. (2005), Comparison of two metakaolins and a silica fume used as supplementary cementitious materials, ACI SP-228, Detroit, pp. 213-236.

86. K. H. Khayat. Workability, Testing, and Performance of Self-Consolidating Concrete//ACI Materials Journal/May-Junel999. pp. 346-354

87. Kamal Henri Khayat, Dimitri Feys, Design, Production and Placement of Self-Consolidating Concrete. Proceedings of SCC2010. Montreal, Canada,September 2629, 2010 - Canada: Springer, 2010. - p. 444

88. Kamel K. Alzboon and Khalid N.Mahasneh. Effect of Using Stone Cutting Waste on the Compression Strength and Slump Characteristics of Concrete//International Journal of Civil and Environmental Engineering 1:4 2009. pp. 168-173

89. Larbi J.A., Bijen J.M. Effect of water-cement ratio, quantity and fineness of sand on the evolution of lime in set portland cement systems //Cem. and Concr. Res. -1990. -V20. -№5. -pp.783-794.

90. Larbi J.A., Bijen J.M. The chemistry of the pole fluid of silica fume-blended cement systems //Cem. and Concr. Res. -1990. -V20. -№4. -pp.506-516.

91. M. Hunger and H. J. H. Brouwers Natural Stone Waste Powders Applied to SCC Mix Design // Restoration of Buildings and Monuments. 2008 Vol. 14, No. 2, 131140

92. P. Kumar Mehta, Paulo J. M. Monteiro, Concrete. Microstructure, Properties, and Materials. Third Edition - London: McGraw-Hill, 2006. - p. 659

93. "Pardeep Kumar, Rahul Dubey Influence of superplasticizer dosages on fresh properties of self-consolidating concrete. // Proceedings of the Fifth North American Conference on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete, Chicago, Illinois, USA, May 12-15, 2013 "

94. Rafat Siddique. Waste Materials and By-Products in Concrete. - SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 2008, - p.413

95. Rania A. Hamza, Salah El-Haggar, and Safwan Khedr. Marble and Granite Waste: Characterization and Utilization in Concrete Bricks//International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics, Vol. 1, No. 4, November 2011. - pp. 286291

96. Razak, H.A. and Wong, H.S. (2001), Effect of incorporating metakaolin on fresh and hardened properties of concrete, ACI SP-200-19, Detroit, pp. 309-324.

97. Roberts L.R., Grace W.R. Microsilica in concrete. 1 //Mater. Sci. Concr. 1. -Westerville (Ohio), 1989. -pp. 197-222.

98. Sakhmenko G. and Birsh J. Concrete mix design and optimization. // 2nd Int. PhD Symposium in Civil Engineering. 1998. Budapest.

99. Siddique, R. and Klaus, J. (2009), Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: A review, Applied Clay Science, vol. 43, pp. 392- 400.

100. The European Guidelines for Self Compacting Concrete. Specification, Production and Use. 2005. p. 64