Бетонный лом как крупный заполнитель для железобетонных изделий

В статье представлен сравнительный анализ результатов экспериментов по изучению свойств сырого и затвердевшего бетона при различных соотношениях замены натурального крупнозернистого заполнителя вторичным. Переработанный заполнитель был получен путем дробления отходов бетона лабораторных испытательных кубов и сборных железобетонных колонн. Были протестированы три типа бетонных смесей: бетон, полностью изготовленный из натурального заполнителя в качестве контрольного бетона, и два типа бетона, изготовленных из натурального мелкого и переработанного крупного заполнителя (50 % и 100 % замена крупнозернистого переработанного заполнителя). Для проверки основных свойств затвердевшего бетона было изготовлено девять образцов. Независимо от коэффициента замещения, бетон с переработанным заполнителем имел удовлетворительные эксплуатационные характеристики, которые существенно не отличались от характеристик контрольного бетона в данном экспериментальном исследовании. Однако для достижения этой цели необходимо использовать качественный переработанный крупный заполнитель для бетона и следовать особым правилам проектирования и производства этого нового типа бетона.

Ключевые слова: переработанный заполнитель, бетон с переработанным заполнителем, механические свойства, испытание на нагрузку, конструкционный бетон.

Снос старых и пришедших в негодность зданий и транспортной инфраструктуры и замена их новыми — частое явление сегодня в значительной части мира. Основными причинами такой ситуации являются изменение назначения, структурный износ, перестройка города, расширение направлений движения и увеличение транспортной нагрузки, стихийные бедствия (землетрясение, пожар и наводнение) и т. д. Например, по всему миру ежегодно образуется около 6000 миллионов тонн отходов строительства и сноса зданий [1]. Наиболее распространенным методом обращения с этим материалом была его утилизация на свалках. Таким образом, образуются огромные залежи строительных отходов, что, следовательно, становится особой проблемой загрязнения окружающей среды человеком. По этой причине в развитых странах были введены в действие законы, ограничивающие эти отходы: в форме запретов или специальных налогов, существующих для создания зон отходов [2].

Возможным решением этих проблем является переработка разрушенного бетона и получение таким образом альтернативного заполнителя для конструкционного бетона. Переработанный бетонный заполнитель (ПБЗ) обычно производится путем двухэтапного дробления разрушенного бетона, а также просеивания и удаления загрязняющих веществ, таких как арматура, бумага, дерево, пластмассы и гипс. Бетон, изготовленный с использованием такого переработанного бетонного заполнителя, называется бетоном с переработанным заполнителем. Основная цель данной работы — определить основные свойства ПБЗ в зависимости от содержания крупнозернистого вторичного заполнителя и сравнить их со свойствами бетона, изготовленного с использованием природного заполнителя — контрольный бетон. Мелкий переработанный заполнитель не рассматривался для производства, поскольку его применение в конструкционном бетоне, как правило, не рекомендуется [3–6].

На основе имеющихся экспериментальных данных в этой статье кратко представлены наиболее важные свойства переработанного заполнителя бетона и бетона, изготовленного из переработанного заполнителя.

Компонентными материалами для бетонных смесей были: 1) портландцемент М500 с насыпной плотностью ρ=1,4тн/м ^3; 2) мелкий заполнитель — песок речной фр. 1,6–2,2 мм; 3) два вида крупного заполнителя — щебень природный (гранитный) и вторичный (ПБЗ) фр. 5–70 мм; 4) вода техническая.

Тип и количество крупного заполнителя варьировались следующим образом:

— первая бетонная смесь (А) содержала 100 % природного речного крупного заполнителя, контрольная смесь;

— вторая бетонная смесь (Б) содержала 50 % природного речного крупного заполнителя и 50 % переработанного крупного заполнителя;

— третья бетонная смесь (В) содержала 100 % переработанного крупного заполнителя.

В таблице ниже показан состав кубика бетона трех образцов.

Таблица 1

Состав бетонных образцов 10х10х10 см

Рис. 1. Фракции заполнителя вторичного бетона. Слева направо 5–10 мм, 20–40 мм и 40–80 мм

Заполнитель вторичного бетона был получен путем дробления «старых» бетонных кубиков, использованных для испытаний на прочность на сжатие, и одной сборной железобетонной колонны, которая имела неподходящие размеры. Класс прочности старых бетонных кубов составлял С25/30, а соответствующее значение прочности на сжатие для сборной колонны — С40/50. Первичное дробление осуществлялось пневматическим молотом, а затем вторичное дробление проводили во вращающейся дробилке [6–8].

Технология производства бетона с вторичным заполнителем отличается от технологии производства бетона с природным заполнителем. Из-за прикрепленного цементного раствора переработанный заполнитель имеет значительно более высокое водопоглощение, чем природный заполнитель. Следовательно, для получения желаемой удобоукладываемости необходимо добавить определенное количество воды для насыщения переработанного заполнителя до или во время смешивания, если не применяется водоредуцирующая добавка. Один из вариантов — сначала насытить переработанный заполнитель до состояния «водонасыщения» а другой — использовать высушенный переработанный заполнитель и добавлять дополнительное количество воды во время смешивания. В нашем случае это второй вариант [5–7].

Измеренные значения прочности на сжатие бетона А, В и С в возрасте 2, 7 и 28 дней приведены в таблице 2 и представляют собой средние значения. Для каждого типа бетона использовали следующее количество образцов (кубики 10 см): три образца/возраст 2 дня, три образца/возраст 7 дней и три образца/возраст 28 дней. Стандартное отклонение результатов прочности на сжатие в возрасте 28 дней также показано в таблице 2.

Имеющиеся результаты испытаний бетона с переработанным крупным заполнителем варьируются в широких пределах, иногда даже противоположны, но общие выводы о свойствах бетона с переработанным крупным заполнителем по сравнению с бетоном с натуральным заполнителем таковы:

— снижение прочности на сжатие до 18 %;

— такая же или пониженная морозостойкость.

Таблица 2

Прочность образцов бетона на сжатие

На основе сравнительного анализа результатов испытаний основных свойств бетонов с тремя различными процентами содержания крупного вторсырья (0 %, 50 % и 100 %) сделаны следующие выводы:

Прочность бетона на сжатие в основном зависит от качества переработанного заполнителя. Если заполнитель хорошего качества (полученный путем дробления бетона более высокого класса прочности, как в данном случае) используется для производства нового бетона, переработанный заполнитель не оказывает влияния на прочность на сжатие, независимо от соотношения замены природного крупного заполнителя переработанным заполнителем. Тот же вывод справедлив и для прочности бетона на растяжение (раскалывание и изгиб).

Водопоглощение бетона зависит от количества переработанного заполнителя. Количество поглощенной воды пропорционально увеличивается с увеличением содержания переработанного заполнителя. Водопоглощение зависит от пористости цементной матрицы в новом бетоне и пористости цементной матрицы переработанного бетона: если переработанный заполнитель производится из отходов бетона с низкой пористостью, водопоглощение нового бетона зависит от достигнутой структуры новой цементной матрицы.

Вторичный бетонный заполнитель может использоваться в качестве крупного заполнителя для изготовления стандартных железобетонных изделий.

Литература:

1. Малешев М.; Радонянин В.; Димча, М. Исследование возможности применения переработанного бетона в качестве заполнителя для нового бетона. Часть I. Материалы 4-й Международной научной встречи, INDIS 2006 (Планирование, проектирование, строительство и обновление в строительной отрасли), Нови-Сад, Сербия, 22–24 ноября 2006 г.; стр. 495–504.
2. Айдукевич А.; Клищевич А. Влияние переработанных заполнителей на механические свойства HS/HPC. Цем. Конкр. Композиции. 2002, 2, 269–279.
3. Заполнители для строительного раствора и бетона. Часть 100: Переработанные заполнители.; Немецкий институт стандартизации меха: Берлин, Германия, 2002 г.; п. 18.
4. Кальгин А. А., Фахратов М. А. Эффективность использования дробленого бетона в производстве бетонных и железобетонных изделий // CPI Международное бетонное производство. 2007. № 5. С. 162–163.
5. Бибик М. С., Тулупов И. И. Исследование физико-механических характеристик заполнителей из дробленого бетона // Строительная наука и техника. 2008. № 3. С. 27–31.
6. Florea M. V. A., Brouwers H. J. H. Properties of various size fractions of crushed concrete related to process conditions and re-use // Cement and Concrete Research. 2013. Vol. 52. pp. 11–21.
7. Surya M., Kanta Rao V. V. L., Lakshmy P. Recycled Aggregate Concrete for Transportation Infrastructure // Procedia — Social and Behavioral Sciences. 2013. Vol. 104. pp. 1158–1167.
8. Гусев Б. В., Загурский В. А. Вторичное использование бетонов. М.: Стройиздат, 1988. 97 с.
9. Курочка П. Н., Мирзалиев Р. Р. Свойства щебня из продуктов дробления вторичного бетона как инертного заполнителя бетонных смесей // Инженерный вестник Дона, 2012, № 4 (часть 2) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1441.
10. Арсентьев В. А., Мармандян В. З., Добромыслов Д. Д. Современные технологические линии для строительного рециклинга // Строительные материалы. 2006. № 8. С. 64–66.