Изготовление строительных материалов на основе твердых техногенных отходов

3.3 Испытания образцов

Прочность бетона - одна из важнейших характеристик, отражающих качество бетона.

В конструкциях зданий и сооружений бетон может находиться в различных условиях работы, испытывая сжатие, растяжение, изгиб, скалывание. Лучше всего бетон работает на сжатие, и этот показатель служит основной характеристикой механических свойств бетона.

Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условия твердения. Основными факторами при этом оказываются активность цемента, водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси [41]. Испытания на прочность при сжатии проводятся в соответствии с ГОСТ 10180--90 - Методы определения прочности по контрольным образцам [42].

Определение прочности бетона состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении напряжении при этих усилиях в предположении упругой работы материала.

Порядок испытаний состоит из следующих этапов:

Подготовка образцов:

Форма и номинальные размеры образцов в зависимости от метода определения прочности бетона должны соответствовать. Допускается применять: кубы 7070; 100 100; 150 150 мм. При изготовлении одной или нескольких серий образцов, предназначенных для определения различных характеристик бетона, все образцы следует изготавливать из одной пробы бетонной смеси и уплотнять их в одинаковых условиях. При определении прочности бетона на сжатие образцы распалубливают не ранее чем через 24 ч для бетонов класса В - 7,5 и выше.

В помещении для испытания образцов следует поддерживать температуру воздуха в пределах (20±5) °С и относительную влажность воздуха не менее 55 %. В этих условиях образцы должны быть выдержаны до испытания в распалубленном виде, в течение не менее 4 ч, если они твердели в воздушно-влажностных условиях или в условиях тепловой обработки. Образцы испытываются в возрасте 7, 14 и 28 суток.

Большая часть испытаний на прочность производилась при помощи ручного гидравлического пресса - ПРГ (рис).

Рисунок - Пресс испытательный ПРГ (ООО «ВНИР», Россия)

Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру, устанавливая наличие дефектов в виде cколов ребер, раковин и инородных включений по [42].

Проверка плоскостности граней:

Плоскость изгиба образцов-призм при испытании на растяжение при изгибе должна быть параллельна слоям укладки. Линейные размеры образцов измеряют с погрешностью не более 1 %. Отклонения от перпендикулярности смежных граней образцов-кубов определяют по методике приложения 5 [42]. Отклонения от плоскостности поверхностей образцов определяют по методике приложения 5 того же ГОСТ. Если опорные грани образцов-кубов или цилиндров не удовлетворяют требованиям п. 2.1.4 ГОСТ 10180-90, то они должны быть выровнены. Для выравнивания опорных граней применяют шлифование.

3) Установка в испытательную машину (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Установка образца на испытательную машину (пресс гидравлический)

При испытании на сжатие образцы-кубы устанавливают одной из выданных граней на нижнюю опорную плиту пресса (или испытательной машины) центрально относительно его продольной оси, используя риски, нанесенные на плиту пресса, дополнительные стальные плиты или специальное центрирующее устройство, приведенное в приложении 6 (ГОСТ 10180 - 90).

Между плитами пресса и опорными поверхностями образца допускается прокладывать дополнительные стальные опорные плиты.

После установки образца на опорные плиты пресса (дополнительные стальные плиты) совмещают верхнюю плиту пресса с верхней опорной гранью образца (дополнительной стальной плитой) так, чтобы их плоскости полностью прилегали одна к другой. Далее начинают нагружение.

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды к цементу обычно принимают В/Ц = 0,4 - 0,7, в то время как для химического взаимодействия цемента с водой требуется не более 20 % воды от массы цемента. Избыточная вода, не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, образуя в нём поры, что ведёт к снижению плотности и соответственно прочности бетона. Прочность бетона можно повысить путём уменьшения водоцементного отношения и усиленного уплотнения [43].

При производстве товарного бетона для снижения водоцементного отношения в бетонные смеси вводятся различные пластифицирующие добавки (см. главу 4 - пластифицирующие добавки). Введения различных видов пластификаторов позволяет снижать расход воды до 15 - 20 % в зависимости от состава бетонной смеси и вида пластификатора [36].

Прочность тяжёлого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается. В первые 7-14 суток прочность бетона растёт быстро, затем к 28 суткам рост прочности замедляется и постепенно затухает; во влажной тёплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. При нормальных условиях хранения средняя прочность бетонных образцов в 7-суточном возрасте составляет 60-70% прочности 28-суточных образцов,

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, Но и для жидких нефтяных продуктов вязкой консистенции - мазута, тяжёлой нефти.

Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдержать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в массе более 5% [28].

Морозостойкость бетона - способность сохранять физико-механические свойства при многократном переменном замораживании и оттаивании.

Морозостойкость бетона характеризуют соответствующей маркой по морозостойкости F.

Марка бетона по морозостойкости F - установленное нормами минимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов бетона, испытанных по базовым методам, при которых сохраняются первоначальные физико-механические свойства в нормируемых пределах [45].

Ускоренные испытание на морозостойкость проводятся в соответствии с ГОСТ 10060.2-95 - Ускоренные методы определения морозостойкости при многовариантном замораживании и оттаивании [44].

К тротуарной плитке, изготавливаемой по ГОСТ 17608-91 "Плиты бетонные тротуарные" [45], предъявляются жесткие требования по морозостойкости (не менее 200 циклов замораживания и оттаивания), прочности (не менее 30 МПа), водопоглощению (не более 5%) и истираемости (не более 0,7 г/см2). Поэтому создание материала требуемого качества начинается с подбора необходимых качественных материалов для его изготовления.

3.4 Анализ результатов исследуемых образцов

Разработанные рецептуры тротуарного камня с применением ЗШО и пластификатора (на основе С - 3) в количестве от 0,4 до 1 % от массы вяжущего (масса цемента + масса золы) в смеси подвергались испытаниям на прочность в соответствии с ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» [42]. Динамика набора прочности образцами приведена на рисунке 8.1 (подробнее см. приложение А).

Рисунок 8.1 - Набор марочной прочности образцами в различные сроки твердения бетонной смеси

Классический состав бетонной смеси, приготовленный по рецепту бетона марки В-30, достигнутый предел прочности - 32,3 МПа. Бетонная смесь с включением в состав ЗШО (18 % ЗШО) достигла прочности в 28 суточном возрасте - 32,5 МПа, в то время как бетонная смесь с включением в состав ЗШО с пластифицирующими добавками достигла максимальной прочности порядка - 35,3 МПа.

При изготовлении образцов для получения удобоукладываемой смеси добавлялось различное количество воды, в зависимости от количества вяжущего в смеси, называемое водопотребностью бетонной смеси. Водопотребность бетонных смесей с добавлением золошлаковых отходов, пластификатора и без них представлены на рисунке 7.3 (подробнее - приложение В, табл. 1).

Рисунок 8.3 - Водопотребность бетонных смесей различного состава

Из представленных результатов на рисунке 8.3 видно, что при норме водопотребности бетонной смеси около 8,8 % воды от массы сухой смеси, мы получаем отклонение по водопотребности около 0,5 % у образцов с содержанием 18 % ЗШО и 1 % отклонение у образцов с применением 0,9 % пластификатора от массы вяжущего. Это небольшое отклонение связано с тем, что при приготовлении бетонной смеси без введения в неё ЗШО в качестве вяжущего используется только цемент, при введении же ЗШО в качестве вяжущего мы используем как цемент, так и ЗШО, что значительно увеличивает водопотребность бетонной смеси.

Еще одним важным параметром бетонной смеси является водоцементное отношение (см. стр. 13). В образцах без добавления ЗШО оно рассчитывается как отношение массы добавленной воды к массе цементного вяжущего. В образцах, где добавлялись ЗШО, расчет проводился с учетом добавления массы отходов (табл. 8.2).

Таблица 8.2 - Водоцементное отношение основных образцов бетонных смесей

Из представленных результатов в таблице 8.2 видно, что показатель водоцементного отношения образцов с добавлением золошлаковых отходов выше, чем водоцементный показатель образцов классического состава В - 30. Повышенное водоцементное отношение объясняется наличием в составе образцов золошлаковых отходов, которые, как уже сказано выше, является вяжущим и принимает на себя воды не меньше, чем цемент.

Заключение

В данной работе была разработана рецептура тяжёлых бетонов с применением в качестве наполнителя золошлаковых отходов. За основу состава образцов была взята бетонная смесь марки по прочности В-30. При изготовлении последующих серий образцов в бетонную смесь вводились пластифицирующие добавки, доля которых в бетонной смеси варьировалась от 0,3 до 0,9 % от массы вяжущего (цемент + зола).

Были проведены испытания полученных образцов по таким строительно-техническому показателяю как прочность. Результаты проведённых испытаний показали, что образцы с применением в качестве наполнителя ЗШО в количестве 20 % от массы бетонной смеси, в 28 суточном возрасте достигли прочности на сжатие около 28,5 МПа, что практически соответствует 29,7 МПа, то есть марочной прочности, в то время как образцами с применением пластифицирующих добавок в размере 1,0 % от массы вяжущего в 28 суточном возрасте была достигнута прочность, равная 37,5 МПа, то есть марочная прочность была превышена.

Применение пластификатора снизило водопотребность исследуемых образцов с применением золошлаковых отходов, как компонента смеси почти на 15 %.

В связи с приведёнными выше выводами стоит отметить, что введение суперпластификатора «Стандарт» улучшает все основные строительно-технические нормы исследуемого бетона, такие как: прочность, удобоукладываемость смеси.

Список использованных источников

1. Кожуховский И.А. "Российская Бизнес-газета" - Промышленное обозрение. - 2011. - №822. - С. 11.

2. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерно-строительный.

3. Беседовала О.М. Производство и энергетика. - 2011. - № 09 (173). - С. 17.

4. Федеральный закон «Об отходах производства и потребления (с изменениями на 21 ноября 2011 года) (редакция, действующая с 8 мая 2012 года)».

5. Фахратов М. Эффективная технология использования промышленных отходов в производстве бетона и железобетона // Строительные материалы. 2003. №12. C. 48-49

6. Шламобетон: пат. РФ №2150546, Е01С 3/04, 7/36, E02D 3/12/ Шеина Т.В. Коренькова С.Ф. Клименков О.М.; Заявитель и патентообладатель: Самарская государственная архитектурно-строительная академия. - № 98101139/03, заявл. 09.01.1998, опубл. 10.06.2000 - 3 с.

7. Бетонная смесь и способ ее приготовления: пат. РФ № 2131856, C04B28/04, C04B28/04, C04B24:22, C04B14:06, C04B14:10, C04B40/00 / Автономов И.В.; Зайцев А.Г.; Ришес А.В.; Заявитель и патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью "Поиск". - № 98106829/04, заявл. 13.04.1998, опубл. 20.06.1999- 3 с.

8. см. авторское свидетельство СССР N 1812769, МПК6 C 04 B 40/00, 24/30, опубл. 10.05.96

9. Ватин Н.И., Петросов Д.В. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Magazine of Civil Engineering, №4, 2011

10. Золошлаки. Классификация, свойства, направления использования [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.newchemistry.ru. - Загл. с экрана.

11. Зола уноса [электронный ресурс] / Режим доступа: http://zolaunosatut.ru. - Загл. с экрана.

12. Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие. - М.: Строительство., 2007.

13. Савинкина М.А., Логвиненко А.Т. Шлакозольный вяжущий материал. - В кн.: Комплексное использование бурых углей Канско-Ачинского бассейна. Новосибирск, «Наука», 1968, с. 237-242.

14. Твердение и набор прочности [Электронный ресурс] / Марки и классы бетона. - Режим доступа: http://www.avtobeton.ru. - Загл. с экрана.

15. Компоненты для приготовления бетонов и строительных растворов [Электронный ресурс] / Мир монолита. - Режим доступа: http://mirmonolita.ru. - Загл. с экрана.

16. Бетоны с эффективными суперпластификаторами. М., НИИЖБ, 1979, с. 21-22

17. Бетонная смесь: пат. РФ N 2064907, C04B28/02, C04B28/02, C04B24:12, C04B24:20 / Степанова В.Ф.; Елшина Л.И.; Заявитель и патентообладатель: Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона. - № 93055230/04, заявл. 09.12.1993, опубл. 10.08.1996- 1 с.

18. Состав для тротуарной плитки: пат. РФ N 2307209, CC04B E01C / Рожман А.А., Михайлов С.В., Дыкало Н.Я.; Заявитель и патентообладатель: Рожман А.А., Михайлов С.В. - № 2006100935/03, заявл. 10.01.2006, опубл. 27.09.2007- 1 с.

19. Cпособ изготовления особо прочного цементного бетона и технологическая линия для его осуществления: пат. РФ N 2106327, C04B40/00, B28B15/00/ Свиридов Н.В.; Коваленко М.Г.; Дайлов А.А.; Кишкин В.А. - № 97102933/03, заявл. 04.03.1997, опубл. 10.03.1998- 1 с.

20. РФ N 2307209, C04B28/02, C04B22/06, C04B111/20. Строительный раствор/ Коробов Н.В., Старчуков Д.С., Наумов Н.В., Беляев П.В., Ромащенко Н.М.; Заявитель и патентообладатель: Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского. - №2008138286/03, заявл. 25.09.2008, опубл. 27.12.2009- 1 с.

21. Строительный раствор: пат. РФ N 2139841, C04B38/10/ Сватовская Л.Б.; Соловьева В.Я.; Чернаков В.А.; Латутова М.Н.; Хитров А.В.; Шангина Н.Н.; Овчинникова В.П.; Сычева А.М.; Заявитель: Соловьева В.Я.; Патентообладатели: Сватовская Л.Б.; Соловьева В.Я.; Чернаков В.А.; Латутова М.Н.; Хитров А.В.; Шангина Н.Н.; Овчинникова В.П.; Сычева А.М. - № 99103610/03, заявл. 02.03.1999, опубл. 20.10.1999 - 2 с.

22. Прокопец B. Влияние механоактивационного воздействия на активность вяжущих веществ // Строительные материалы. 2003. №9. C. 28-29

23. Прокопец B.C. Карамышев И.М., Производство высокомарочного вяжущего с использованием золошлаковых сырьевых материалов омских тэц, Омск Россия.

24. Прокопец B.C. Получение минерального порошка из местного сырья на АБЗ. // Наука и техника в дорожной отрасли. 1997. № 2. С. 22-23.

25. Волженский А.В., Попов Л.Н. Смешанные цементы повторного помола и бетоны на их основе. М.: Госстройиздат. 1961. 107 с.

26. Ватин Н.И., Петросов Д.В. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Magazine of Civil Engineering, №4, 2011

27. Баженов Ю.М. Технология бетона: Учеб. пособие. ~ 2-е изд. ~ М., 1987. -415 с

28. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж. - экон. спец. строит. вузов. - 5-е изд.,перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 280 с.

29. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления: Учебники и учеб. пособия. -- М.: Колос, 2000.-- 232 с.: ил.

30. Колосниковая решётка, водопоглощение [Электронный ресурс] / Википедия, свободная энциклопедия. - Режим доступа: ru.wikipedia.org. - Загл. с экрана.

31. Твёрдое топливо [Электронный ресурс] / Группа компаний «Best hoster». - Режим доступа: coolforengineers.net. - Загл. с экрана.

32. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 688 с.

33. Пластификаторы для растворов [Электронный ресурс] / Интерьеры квартир. - Режим доступа: http://stroy-server.ru. - Заглавие с экрана.

34. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. ~ М.: Высш. шк., 2003.-700 с.

35. Горчаков Г.И., Баженов Ю. М. Строительные материалы: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 688 с.

36. Добавки в бетоны, растворы и сухие строительные смеси: Каталог. - Группа компаний Суперпласт., 2011 г., 112 С.

37. М.В. Торопова, канд. техн. Наук. Проблема сульфатной коррозии в современном бетоноведении [Электронный ресурс] / Строительный журнал Весь Бетон. - Режим доступа: http://betonmagazine.ru. - Заглавие с экрана.

38. Урецкая Е.А., Батяновский Э.И. Сухие строительные смеси: Материалы и технологии. - Мн.: Стринко, 2001. - 182 с.

39. Дорожные покрытия (плитка тротуарная, брусчатка) [Электронный ресурс] / Kamrock. - Режим доступа: http://www.kamrock.com. - Загл. с экрана.

40. Технология изготовления тротуарной плитки: подробное описание процесса [Электронный ресурс] / Группа компаний «Ваш дом». - Режим доступа: http://www.vashdom.ru. - Заглавие с экрана.

41. Блещик Н. П. Структурно-механические свойства и реология бетонной смеси и прессвакуумбетона. ~ Мн.: Наука и техника, 1977. - 232 с.

42. ГОСТ 10180--90. Методы определения прочности по контрольным образцам. http://www.rmnt.ru.

43. Строительные материалы [Электронный ресурс] / Компания «Стройсервис». - Режим доступа: http://stroyservis-oz.ru. - Залл. с экрана.

44. ГОСТ 10060.2-95. Бетоны ускоренные методы определения морозостойкости при многовариантном замораживании и оттаивании. http://www.rmnt.ru.

45. ГОСТ 17608-91. Плиты бетонные тротуарные. nchkz.ru.

Размещено на Allbest.ru