Приведены результаты исследования отсева дробления бетонного лома в качестве заполнителя для бетона. Рассмотрена эффективность различных методов повышения характеристик мелкого и тонкого заполнителя. Показано, что полученный заполнитель может быть использован для производства самоуплотняющегося бетона.
Ключевые слова: рециклинг бетона, самоуплотняющийся бетон, мелкий заполнитель, тонкий наполнитель.
Проведенные ранее исследования [1, 2] показали, что повторное дробление бетонного лома позволяет значительно улучшить характеристики вторичного щебня. Однако этот технологический приём приводит к образованию значительного количества продуктов дробления с размером частиц менее 5 мм. В отсеве дробления вторичного щебня содержится больше, чем во вторичном щебне цементного камня. Это обуславливает низкую прочность и высокое водопоглощение отсева дробления. Кроме того, в зерновом составе значительную долю составляют мелкие и пылевидные фракции, а зерна имеют преимущественно пластинчатую и игольчатую форму. Перечисленные факторы снижают характеристики отсева дробления вторичного щебня до уровня, не позволяющего использовать его в качестве мелкого заполнителя для обычного бетона и строительного раствора.
Наиболее перспективная область использования заполнителя с высоким содержанием пылеватых фракций — производство самоуплотняющегося бетона, для технологии которого применение больших объёмов тонкого заполнителя является ключевым элементом [3].
Нами были проведены исследования эффективности кратковременного доизмельчения отсева дробления бетонного лома в шаровой мельнице с точки зрения использования полученного материала в качестве мелкого и тонкого заполнителя самоуплотняющегося бетона.
Методы и материалы
Для эксперимента использовался цемент ПЦ 500 Д0 производства ОАО «Мордовцемент» и песок Сурского месторождения с Мкр = 1,52. Отсев дробления бетона с прочностью 17…22 МПа использовался для исследования возможности частичной замены природного песка.
Исследование кинетики помола пылевидной фракции с размером частиц менее 0,14 мм производилось в лабораторной шаровой мельнице диаметром 19 см при соотношении массы мелющих тел и измельчаемого материала 1:3. Тонкость помола характеризовалась удельной поверхностью порошка, которая определялась с помощью прибора ПСХ-2.
Измельчение продуктов дробления с размером частиц менее 10 мм исследовалось с помощью шаровой мельницы диаметром 80 см при загрузке 5 кг отсева и 15 кг мелющих тел.
Результаты и обсуждение результатов
Результаты замены до 50 % природного песка более крупным, пористым, и менее прочным отходом дробления при различном соотношении вяжущего и заполнителя приведены на рис. 1.
Графики на рис. 1. свидетельствуют о том, что консистенция смеси заметно ухудшается при замене части песка бетонной крошкой, а на прочность такое замещение оказывает незначительное влияние.
Рис. 1. Зависимость консистенции раствора (а) и прочности через 28 суток (б) от доли замещения песка бетонной крошкой и соотношения цемента и заполнителя
Значительное количество мелких фракций, которые содержатся в отсеве дробления, может быть использовано в качестве сырья для получения тонкого заполнителя самоуплотняющегося бетона после измельчения отсева в мельнице.
Экспериментальное исследование кинетики измельчения частиц продуктов дробления с размером менее 0,14 мм показало, что этот материал достаточно быстро может быть измельчен до 420 м2/кг, а затем процесс измельчения замедляется (рис. 2.).
Рис. 2. Кинетика роста удельной поверхности мелких фракций продуктов дробления
Быстрое измельчение объясняется тем, что мелкие фракции отсева дробления содержат значительное количество цементного камня, прочность которого в несколько раз меньше прочности заполнителя.
С учетом того, что крупные зерна цемента полностью не гидратируются даже через несколько лет [4] и при измельчении цементного камня он может обладать вяжущими свойствами, было изучено влияние тонкости измельчения отсева дробления на прочность цемента при частичном его замещении измельченным отсевом. Доля замещения цемента составляла 15 и 30 %. Результаты определения прочности представлены на рис. 3.
Рис. 3. Влияние замещения части цемента дисперсным наполнителем с различной удельной поверхностью
Как видно из графика на рис.3 прочность зависит в основном от доли замещения цемента и мало зависит от дисперсности наполнителя. В связи с этим можно сделать вывод, что активность негидратированной части цементного камня низкая и измельчение дисперсного наполнителя до высокой удельной поверхности не целесообразно.
Рис. 4. Влияние продолжительности помола отсева дробления в шаровой мельнице на его гранулометрический состав
Исследования влияния непродолжительной обработки в шаровой мельнице на зерновой состав продуктов дробления бетонного лома с размерами частиц менее 10 мм показали, что наибольшее относительное снижение содержания частиц наблюдается для фракций 1,25–5, а набольший прирост — для частиц менее 0,14 мм (рис. 4). Снижение содержания крупных фракций является негативным результатом обработки в мельнице, а положительным результатом — является снижение содержания зерен пластинчатой и игольчатой формы для всех фракций. Образование значительного количества материала с размером частиц менее 0,14 мм при обработке в мельнице позволяет получить достаточный объём тонкого заполнителя самоуплотняющегося бетона, расход которого может достигать 300 кг на м3 бетона.
Заключение
Кратковременная обработка отсева дробления бетонного лома в мельнице позволяет повысить его характеристики и использовать в качестве мелкого заполнителя для бетона, получив при этом достаточное количество тонкого заполнителя для самоуплотняющегося бетона.
Литература:
1. Шестернин, А. И. Исследование эффективности многостадийного дробления лома бетонных конструкций / А. И. Шестернин, О. А. Козюра, М. О. Коровкин // Теория и практика повышения эффективности строительных материалов: Материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. — Пенза: ПГУАС, 2008. — С. 141–144.
2. Коровкин М. О. Применение бетонного лома в производстве заполнителя для самоуплотняющегося бетона / М. О. Коровкин, А. И. Шестернин // Бетон и железобетон — взгляд в будущее: Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. Т6. — Москва: МГСУ, 2014. — С. 295–313.
3. Horst, G. Self compacting concrete-another stage in the development of the 5-component system of concrete / G. Horst and, R.Joerg // Betontechnische Berichte (Concrete Technology Reports). — Verein Deutscher Zementwerke, Dusseldorf, 2001. — P. 39–48.
4. Волженский, А. В. Минеральные вяжущие вещества: технология и свойства / А. В. Волженский, Ю. С. Буров, В. С. Колокольников. — М.: Стройиздат, 1979. — 328 с.
