Безусадочный самоуплотняющийся бетон на основе бетонного лома для полов промышленных зданий

В настоящее время на промышленных предприятиях существует потребность в возведении полов на основе цементных растворов и бетонов. Несмотря на высокую технологичность и невысокую стоимость, присутствует ряд факторов, сдерживающих их применение, что связано с большими усадочными деформациями, повышенным пылеотделением и высокой истираемостью верхнего слоя покрытия.
Перспективно применение бетонных полов в строительстве, лишенных указанных недостатков. Решение задачи повышения эксплуатационных свойств монолитных полов промышленных зданий связано с разработкой состава безусадочного самоуплотняющегося бетона на основе бетонного лома, позволяющего снизить трудоёмкость бетонирования, избежать трещинообразования из-за усадочных деформаций. Применение в самоуплотняющемся бетоне материалов из бетонного лома позволит расширить сырьевую базу и эффективно использовать отходы от сноса ветхих зданий.
Использование рационально подобранной смеси заполнителей, состоящей из щебня из дробленого бетона мелкой фракции совместно с природным песком, портландцемента, микронаполнителя, полученного методом механохимической активации отсева дробления бетонного лома, расширяющей добавки, высокоэффективного суперпластификатора позволит получить эффективный безусадочный самоуплотняющийся бетон для полов промышленных зданий с повышенными эксплуатационными характеристиками.
На основании анализа научно-технической литературы была предложена рабочая гипотеза получения самоуплотняющихся смесей на основе бетонного лома, имеющих диаметр расплыва стандартного конуса более 550 мм и вязкостью Т500 более 10 сек. Для их получения необходимо установить влияние эффективных пластификаторов и микронаполнителей на бетонную смесь со строго контролируемым минеральным и гранулометрическим составом, приближенным к «идеальной» кривой рассева. Необходимо установить влияние эффективных пластификаторов, способствующих образованию тонкозернистого геля, который быстрее и полнее заполняет меньшую первоначальную пористость твердой фазы при наличии тонкодисперсных добавок, что приводит к повышению прочности и износостойкости, повышению степени гидратации, созданию плотной контактной зоны, а также влияние микронаполнителей на основе отходов бетонного лома,
которые невозможно применять без предварительной механохимической активации и использования высокопроизводительного оборудования. Для получения безусадочных самоуплотняющихся бетонов необходимо установить влияние расширяющейся добавки на его прочностные, деформативные и эксплуатационные характеристики.
Для подтверждения высказанных положений в работе были использованы следующие материалы:
‒ портландцемент ЦЕМ I 42,5Б по ГОСТ 31108-2016 производства АО «Мордовцемент» с нормальной густотой 26,5 %, содержанием С3S – 62,4 % и С3A – 5,49 %;
‒ природный песок I класса по ГОСТ 8736-2014, Мк = 1,8 и истинной плотностью 2,64 г/см3;
‒ поликарбоксилатный суперпластификатор Sika ViscoCrete E55 (SVC E55) в жидком виде компании «Зика» по ТУ 2493-009-13613997-2011;
‒ сухой поликарбоксилатный суперпластификатор Melflux 5581F фирмы BASF;
‒ расширяющая добавка РД-Н по ТУ 5743-023-46854090-98 компании «Консолит»;
‒ бетонный лом из внутренней однослойной стеновой панели 9ВС1 жилого дома серии 1605- АМ/5.
В работе применялось современное оборудование НИУ МГСУ и стандартные методики определения свойств.
На первом этапе бетонный лом стеновой панели 9ВС1 дробился до крупных кусков и рассеивался на ситах с размером ячейки от 12,5 до 2,5 мм. При компоновке остатков на ситах дробленого щебня была получена фракция 5-10 мм (рисунок 1), отвечающая ГОСТ 32495-2013, и отсев 0-2,5 мм. Характеристики щебня представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные свойства щебня фр. 5-10 мм
Характеристики Единицы измерения
Значение
Прочность марка 400 Содержание пылевидных частиц % 0,8 Содержание зёрен прочностью менее 20 МПа % 9,6
Содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы % 22,3 Водопоглощение % 3,8
Неорганические примеси
группа I
Рисунок 1 ‒ Формирование щебня фр.5-10

Установлено, что щебень из дробленого бетона отличается большой неоднородностью состава и структуры. Он состоит из цементно-песчаного раствора, природного крупного заполнителя с налипшим цементно-песчаным раствором, а также раздробленных зёрен первоначального крупного заполнителя в количестве 56,1%, 35,6% и 8,3% соответственно. Также этот щебень отличается повышенной водопотребностью, которая была установлена и составила 7,5%.
Для оценки влияния заполнителя из дробленого бетона на прочность бетона был введен коэффициент влияния заполнителя на прочность бетона (Rзап), выражающий отношение прочности на сжатие бетона на исследуемом заполнителе к прочности бетона на кварцевом песке. Rзап составил в возрасте 2, 7 и 28 сут. нормального твердения 0,91, 0,91 и 0,88 соответственно. Щебень фр.5-10 мм снижает прочность бетона, его целесообразно применять в малощебеночных, литых и самоуплотняющихся бетонах плотной структуры с «плавающим» расположением заполнителя, в которых прочность бетона зависит от прочности цементного камня и величины его сцепления с заполнителем.
Получение вторичных заполнителей из бетонного лома связано с образованием отсева дробления 0-2,5 мм, имеющего высокую неоднородность состава и свойств и составляющего около 40% от первоначальной массы перерабатываемого материала. Химический и фазовый состав отсева приведен в таблице 2.
Таблица 2 – Химический и фазовый состав отсева
Химический состав Оксиды
CaO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
K2O
SO3
Na2O
TiO2
P2O5
ZnO
MnO прочие соединения
Фазовый состав
Содержание, % 49,02 39,45
3,74
2,5
1,76
1,12
1,05 0,587 0,222 0,153 0,0917 0,0851 0,2212
Фаза Кварц Альбит Микроклин Мусковит Хлорит Кальцит Доломит C3S
C2S
C4AF Ca(OH)2 Эттрингит Аморфная фаза
Содержание, % 53,5
11,0
8,6
2,4
0,7
11,2
3,3
0,6
1,3
1,0
0,6
0,8
5,0
Проведена механохимическая активация микронаполнителя в вибромельнице совместно с сухим поликарбоксилатным суперпластификатором Melflux 5581F. Получены зависимости удельной поверхности от времени активации микронаполнителя (МН) и количества Melflux 5581F (рисунок 2). Установлено влияние поликарбоксилатного пластификатора на рост величины удельной поверхности в сторону ее увеличения с 3956 см2/г до 4575 см2/г (на 15,65%) при содержании Melflux 5581F в количестве 0,5% от массы отсева.
Эффективность активации, оцениваемая степенью диспергирования и изменения размеров частиц микронаполнителя в сторону сужения гранулометрического состава, зависит от времени

воздействия в вибромельнице и количества вводимого Melflux 5581F. С помощью метода лазерной дифракции был изучен гранулометрический состав полученного микронаполнителя и портландцемента (рисунок 3). Применение механоактивации позволило получить микронаполнитель с узким гранулометрическим составом частиц в сторону увеличения тонких фракций с содержанием частиц фракции 0-10 мкм и 0-20 мкм в количестве 26,6 % и 31,2% соответственно. При этом активированный микронаполнитель без Melflux 5581F содержал фракции 0-10 мкм и 0-20 мкм в количестве 17,6% и 40,3%. Различие в дисперсности материалов способствует уменьшению пустотности композиционной системы на микроуровне и способствует созданию структуры с большим числом контактов между дисперсными частицами.
Рисунок 2 − Зависимость удельной поверхности наполнителя от времени активации при различном содержании Melflux 5581F в % от массы подвергаемого активации отсева
С помощью методов рентгенофазового анализа (РФА) выявлено, что в результате активации происходит изменение структуры частиц отсева дробления щебня путем механодеструкции и аморфизации первоначальных кристаллических соединений гидросиликатов кальция, что подтверждается данными РФА до и после активации (рисунок 4). Анализ рентгенограмм неактивированного отсева дробления бетонного лома (рисунок 4, а) показал присутствие пиков: гидросиликатов кальция типа фошагита (d=0,4914; 0,2894; 0,2196), карбоната кальция $ (d=0,3858; 0,3033) и кремнезема ‘ (d=0,4260; 0,3345; 0,1821; 0,1604). В результате интенсивного механического воздействия на отсев дробления бетонного лома наблюдается аморфизация поверхности и глубокое изменение структуры материала, о чем свидетельствует отсутствие пиков,
11
характерных для гидросиликатов кальция типа фошагита (рисунок 4, б), переход в аморфное
состояние, которые фиксируются на исходных рентгенограммах отсева.
Рисунок 3 – Распределение частиц по размерам микронаполнителя (МН) (1) и портландцемента ЦЕМ I 42,5Б (2)
а)
Рисунок 4 – Рентгенограмма отсева дробления до активации (а) и после активации (б)
б)
при времени активации 150 мин и содержании Melflux 5581F 0,5%
Методом ИК-спектроскопии обнаружено изменение состава и структуры отсева дробления щебня, подвергнутого механохимической активации. ИК-спектры (рисунок 5 и 6) имеют отличия, выражающиеся в изменении интенсивности полос поглощения в интервале частот 3500-2500 см-1, 1100-1000 см-1, 900-750 см-1. Изменение высокочастотной полосы поглощения в интервальной области 3000-2800 см-1 после механохимической активации свидетельствует о присутствии карбонильных групп в структуре образца, характерных для суперпластификаторов, что

подтверждает его хемосорбцию поверхностью микронаполнителя. Увеличение пика в области 1100- 1000 см-1 дополнительно указывает на появление этих органических соединений. Изменение контура поглощения в диапазоне частот 900-750 см-1 связано с преобразованием кремниевых соединений, что объясняется аморфизацией поверхности при механохимической активации.
Рисунок 5 – ИК-спектры отсева дробления до Рисунок 6 – ИК-спектры отсева дробления активации после активации при времени активации 150
мин и содержании Melflux 5581F 0,5%
Для исследования влияния микронаполнителя (МН) на основные свойства композиционного вяжущего применен метод математического планирования эксперимента c применением плана B- D13. Факторы, уровни и интервалы варьирования представлены в таблице 3.
Таблица 3 –Уровни и интервалы варьирования факторов
Фактор
Обозначение Натуральные Кодированные единицы единицы
мин. х1
Уровни варьирования
Интервал варьирования
Наименование Время активации МН
-1 0 +1
30 90 150 60
Количество МН в композиц. вяжущем
%
х2
10
40
70
30
Дозировка Melflux 5581F в МН
%
х3
0,1
0,3
0,5
0,2

Получены адекватные экспериментально-статистические модели свойств композиционного вяжущего (таблица 4).
Таблица 4 – Экспериментально-статистические модели, характеризующие свойства композиционного вяжущего
No п/п
1 2
3 4
6
Выходной параметр, (y)
Нормальная густота вяжущего, %
начало
конец
Уравнение регрессии
y=25,432 – 1,495·x1 – 0,377·x2 – 0,988·x3+ 0,239·x12–0,317·x32 –0,366·x1·x3 + 0,421·x2·x3 (1)
y= 179,973 +28,838·x1+8,033·x2 +17,053·x3 +15,39 ·x12 +15,723·x1·x2 (2)
y=207,765 +21,422·x1 +14,337·x3+10,973·x12 +17,502·x22 -9,508 ·x32+10,867·x1·x2 -8,603·x1·x3+5,41·x2·x3 (3)
y=163,142+30,755 ·x1+14,99·x3+0,097 ·x1·x3+8,002 ·x2·x3 (4)
y=22,502 +3·x1 -0,957 ·x2+ 0,564·x3-1,351 ·x12 -2,06 ·x22-0,472 ·x32- 0,637·x1·x2-0,293 ·x1·x3 (5) y=4,394+1,059·x1-0,245 ·x2+0,236 ·x3-0,453·x12-0,271·x22-0,111·x1·x2 +0,13·x2·x3 (6) y=31,99+4,974 ·x1-1,615 ·x2+0,92 ·x3-1,296 ·x12-1,642 ·x22-1,422 ·x1·x2 (7) y=5,105+1,131 ·x1-0,279 ·x2+0,299 ·x3-0,444 ·x22-0,24 ·x1·x2-0,16 ·x1·x3+0,291 ·x2·x3 (8) y = 45,528 + 6,698·x1 – 2,518·x2 +1,682·x3 – 1,734·x12 – 2,219·x22 – 2,028·x1·x2 (9) y=5,722+1,067 ·x1 +0,206·x3+0,163 ·x12-0,61·x22+0,739·x32 -0,158 ·x1·x3+0,18 ·x2·x3 (10)
Сроки схватывания, мин
Период формирования структуры, мин
Прочность 2 сут, МПа
Прочность 7 сут, МПа
Прочность 28 сут, МПа
сжатие
изгиб сжатие изгиб
сжатие изгиб
Анализ полученных экспериментально-статистических моделей показал, что наибольшее влияние на свойства композиционного вяжущего оказывает время активации и количество вводимого при активации пластификатора Melflux 5581.
Следует учитывать, что для получения композиционного вяжущего требуемых свойств необходимо рассматривать систему необходимых уравнений, при решении которых будут достигаться заданные свойства.
Разработка составов самоуплотняющегося бетона на основе бетонного лома проводилась с помощью математико-статического метода определения состава с использованием структурных характеристик бетона: объёмной концентрации вяжущего (С), истинного водовяжущего отношения (W) и количества суперплатификатора SVC E55.
На втором этапе производился подбор необходимого количества суперпластификатора SVC E55, обеспечивающего самоуплотнение бетонной смеси с сохранением агрегативной устойчивости композиционной системы на суспензиях композиционного вяжущего с использованием ротационного вискозиметра «Reotest» при постоянной скорости сдвига, равной 0,166 с-1 и постоянном водовяжущем отношении, равном 0,25. Известно, что для достижения эффекта самоуплотнения предельное напряжение сдвига должно находиться в пределах 10-20 Па.

Количество микронаполнителя в композиционном вяжущем, полученного в результате активации в течение 150 мин в вибромельнице, составило 22%, исходя из условия минимальных значений нормальной густоты вяжущего и максимальной прочности при сжатии в возрасте 28 суток. Экспериментально установлено, что для сохранения однородности и отсутствия седиментации бетонной смеси, количество суперпластификатора SVC E55 должно находиться в пределах 0,2- 0,35% от массы композиционного вяжущего (рисунок 7), расход которого и был принят в дальнейших исследованиях.
Подбор гранулометрического состава заполнителей самоуплотняющегося бетона осуществлялся исходя из условия обеспечения наименьшей пустотности, сохранения текучести и эффекта самоуплотнения бетонной смеси, а также учета отрицательного влияния щебня из дроблёного бетона фр.5-10 мм на прочностные свойства. Зерновой состав заполнителей подбирался исходя из условия максимального приближения распределения частиц к эталонной кривой Фуллера в интервале объёмного соотношения доли песка в смеси заполнителей (r), находящегося в пределах 0,45-0,5 для обеспечения высокой текучести бетонной смеси.
Рисунок 7 – Зависимости реологических свойств композиционного вяжущего (τ0 и η) от количества поликарбоксилатного суперпластификатора Sika ViscoCrete E55:
а – область недостаточного пластифицирования, б – область эффективной работы суперпластификатора, в – область недопустимого содержания суперпластификатора, потеря агрегативной устойчивости
Установлено, что наименьшее расхождение с эталонной кривой, равное 14,12%, наблюдается при r = 0,458 по объёму или rм = 0,54 по массе (рисунок 8). Следовательно, при таком соотношении используемых компонентов будет обеспечиваться наиболее плотная упаковка зерён заполнителей с соблюдением условий текучести.

Рисунок 8 – Гранулометрический состав заполнителей СУБ:
1 – эталонная кривая по Фуллеру; 2 – полученный оптимальный состав c долью песка в смеси заполнителей r = 0,458 (rм = 0,54)
На третьем этапе были получены экспериментально-статистические модели свойств самоуплотняющегося бетона от его состава и структуры. Для получения статистико- математических зависимостей свойств самоуплотняющегося бетона был применен метод математического планирования эксперимента с использованием трёхфакторного плана B-D13. В качестве варьируемых факторов, оказывающих наибольшее влияние на технологические параметры и эксплуатационные характеристики самоуплотняющегося бетона, принимались структурные характеристики (С, W) и количество поликарбоксилатного суперпластификатора SVC E55. Факторы, уровни и интервалы варьирования представлены в таблице 5.
Таблица 5 –Уровни и интервалы варьирования факторов
Наименование
С
W
Количество SVC E55 от массы вяжущего
Фактор
Обозначение Натуральные Кодированные единицы единицы
доли х1 соотношение х2 % х3
Уровни варьирования
-1 0 +1
0,33 0,355 0,38 0,25 0,26 0,27 0,2 0,275 0,35
Интервал варьирования
0,025 0,01 0,075

При компьютерной обработке результатов экспериментов получены адекватные полиномиальные экспериментально-статистические модели, описывающие свойства самоуплотняющегося бетона. Данные модели после исключения незначимых коэффициентов представлены в таблице 6.
Таблица 6 – Экспериментально-статистические модели свойств самоуплотняющегося бетона
No п/п
1 2
4
5 6
Выходной параметр, (y)
Расплыв обратного конуса, мм
Прочность на сжатие, 3 сут МПа 7 сут
28 сут Прочность на растяжение при
изгибе, МПа F, циклы W, МПа
Уравнение регрессии
y= 604,856+25,66·x1+3,66·x2+23,535·x3 ‒ 11,236·x12 +7,489·x22 +8,755·x32 – 4,464·x1·x3 ‒ 4,519·x2·x3 (11)
y=18,641+2,607·x1 -0,694 ·x2+0,49·x3 (13) y= 32,445+3,983 ·x1-0,92 ·x2+1,039·x3-0,865·x12-1,175·x22 (14) y= 39,876 + 4,15·x1 – 1,085·x2 + 1,179·x3 -1,226·x22 (15)
y= 3,994+0,279·x1-0,049 ·x2+0,09·x3-0,117·x22-0,054 ·x1·x3 (16)
y=134,96 + 46,425·x1 – 9,442·x2 – 20,067·x22 + 15,083·x1·x3 (17) y= 0,571 + 0,11·x1 -0,046·x3 + 0,134·x12 -0,068·x1·x3 -0,124·x2·x3 (18)
Вязкость Т500, сек
y=12,666 –3,317·x1 -1,653·x2 -0,978·x3-0,129 ·x12+0,775 ·x22+0,602 ·x32+0,753 ·x1·x2-0,569 ·x1·x3-1,065·x2·x3 (12)
Анализ полученных уравнений регрессии показывает, что наибольшее влияние на исследуемые характеристики самоуплотняющегося бетона оказывает фактор x1 – объёмная концентрация вяжущего (С), с увеличением которого повышается значение соответствующего выходного параметра во всех случаях, кроме вязкости смеси. Значения факторов W и SVC E55 изменяются при рассмотрении определенного свойства. Получение самоуплотняющегося бетона заданных свойств возможно при нахождении значений коэффициентов регрессии при рассмотрении соответствующей модели.
На основе полученной экспериментально-статистической математической модели, приведенной в таблице 6, построена номограмма прочности на сжатие в возрасте 28 суток нормального твердения самоуплотняющегося бетона (рисунок 9).
На основании полученных регрессионных моделей и номограммы прочности разработана методика определения состава самоуплотняющегося бетона заданных свойств, а также приведена последовательность определения состава самоуплотняющегося бетона с примерами расчёта.

Таблица 7 – Фазовый состав РД-Н
Соединения Полуводный гипс CaSO4·0,5Н2О
Кролит СaAl2O4
Алит С3S
Белит С2S
Четырехкальциевый алюмоферрит С4AF Доломит СaCO3·MgCO3
Майенит Ca12Al14O33
Кварц SiO2
Двуводный гипс CaSO4·2Н2О Аморфная фаза
Содержание % 41,8
21,4
7,4
3,2
3,7
7,3
2,3
1,2
1,7
17
Рисунок 9 – Номограмма прочности самоуплотняющегося бетона на сжатие в возрасте 28 сут нормального твердения
Твердение самоуплотняющегося бетона сопровождается усадкой, которая может приводить к трещинообразованию бетона, следовательно, к снижению эксплуатационных свойств и долговечности. Самоуплотняющиеся бетоны отличаются повышенным содержанием вяжущего теста и ограниченным содержанием крупного вторичного заполнителя мелкой фракции 5-10 мм, необходимых для обеспечения высокой текучести и самоуплотнения бетонной смеси. Для предотвращения трещинообразования, возникающего из-за усадочных деформаций цементного камня и повышения эксплуатационных свойств, предложено в ранее разработанный состав бетона ввести оптимальное количество расширяющей добавки РД-Н, фазовый состав которой представлен в таблице 7.
Компенсация усадочных деформаций в бетоне с РД-Н осуществляется за счёт образования расширяющей фазы – эттрингита на стадии формирования структуры бетона, т.е. в состоянии в котором бетон ещё способен к деформациям без образования видимых трещин. Оптимальное

минимальное содержание РД-Н составило 11% от массы вяжущего, исходя из достижения бетоном наименьшей линейной относительной деформации. В таблице 8 приведены составы исходного и оптимизированного бетонов. С помощью методов РФА установлено повышенное содержание эттрингита в оптимизированном составе, присутствие которого компенсирует усадочные деформации самоуплотняющегося бетона (таблица 9).
Наименование состава Исходный Оптимизированный
Таблица 8 – Составы самоуплотняющегося бетона Расход материалов, кг/м3
Ц МН 477 135 477 135
РД-Н П − 684 67 668
Щ SVC E55 В 583 2,14 232 569 2,14 241
Таблица 9 – Фазовый состав цементного камня самоуплотняющегося бетона Содержание, %
Фазы
Кварц SiO2
Кальцит СаCO3
Микроклин KAlSi3O8
Альбит NaAlSi3O8
Доломит СaCO3·MgCO3
Алит С3S
Белит С2S
Трехкальциевый алюминат С3А Четырехкальциевый алюмоферрит С4AF Портландит Сa(OH)2
Ангидрит CaSO4
Эттрингит Сa6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O Аморфная фаза
Исходный состав бетона
53,1
16,1
6,4
1,3
1,1
−
1,3
1,5
0,6
0,6
Оптимизированный состав бетона
24,5
5,7
2,3
3,2
1,6
0,7
1,7
1,2
0,5
1,6
Для управления свойствами бетонной смеси и бетона, а также для оптимизации состава, в том числе с отходами промышленности, можно применять единые аргументные характеристики бетона: объёмную концентрацию вяжущего (С), истинное водовяжущее отношение (W), определяемое к концу периода формирования структуры, и степень гидратации вяжущего (α), с помощью которой оценивают гидратацию вяжущего и изменение прочности цементного камня в процессе твердения. В данной работе степень гидратации вяжущего оставалась примерно одинаковой ввиду возраста исследуемого бетона в возрасте 28 суток, поэтому в работе не учитывалась.
Для полной характеристики строения бетона необходимо оценивать не только его макроструктуру, но и микроструктуру. Объёмная концентрация вяжущего (С), выражающая соотношение между цементным камнем и заполнителем, является характеристикой макроструктуры. Микроструктуру можно оценивать по характеру пористости цементного камня и заполнителя, а также пористости, получаемой за счет вовлечения воздуха на стадии приготовления смеси.

Установлено, что разработанные составы самоуплотняющегося бетона имеют плотную структуру с «плавающим» расположением заполнителей и объёмной концентрацией композиционного вяжущего, превышающей объём пустот заполнителей. При расположении зерен заполнителя на значительном расстоянии друг от друга важнейшим элементом структуры будет являться цементный камень из композиционного вяжущего. Величина объемной концентрации цементного теста композиционного вяжущего у исходного состава находится в пределах С = 0,361, у оптимизированного в пределах С = 0,393. Оптимизированный состав имеет большее количество цементного камня при меньшем количестве заполнителей и контактной зоны. Вместе с тем, формирование структуры оптимизированного состава происходит при меньшем истинном водовяжущем отношении (W = 0,25), по сравнению с исходным составом (W = 0,26), оказывая влияние на характер пористости.
Микроскопические исследования самоуплотняющегося бетона исходного состава и с расширяющейся добавкой показали разницу в их структурах. На микрофотографиях исходного бетона (рисунок 10) видна структура без четкой границы между щебнем из дробленого бетона и цементным камнем, представляющих собой единое целое, что объясняется полным проникновением продуктов гидратации в пористую структуру вторичного щебня. Образование плотной структуры бетона достигается за счет введения микронаполнителя из отсева дробления бетонного лома, подвергнутого механохимической активации. Введение расширяющей добавки оказывает положительное влияние и способствует образованию еще более плотной структуры цементного камня, что подтверждается данными электронной микроскопии (рисунок 11).
а) б)
Рисунок 10 – Микроструктура самоуплотняющегося бетона исходного состава: а – увеличение 400х; б – увеличение 1000х
а)
Рисунок 11 – Микроструктура самоуплотняющегося бетона оптимизированного состава:
а – увеличение 400х; б – увеличение 1000х
Пористость бетонов определялась по методу трехстадийного насыщения бетона водой при различных условиях насыщения. Пористость исходного состава составила: П1 −1,43%, П2 −14,95%, П3 – 1,55%, Побщ−17,93%. Оптимизированного состава: П1 −1,36%, П2 −13,84%, П3 –1,69%, Побщ−16,89%. Введение РД-Н уменьшает пористость первой, второй группы и общую пористость из-за образования более плотной структуры цементного камня, сформированной при меньшем W, что подтверждается электронно-микроскопическими исследованиями.
Были изучены следующие свойства бетонов: прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе, трещиностойкость, износостойкость, деформативные свойства. Установлено, что прочность исходного состава соответствует классу бетона В30, оптимизированного с расширяющей добавкой соответствует классу В35. Введение расширяющего компонента позволило повысить прочность на сжатие на 12%, прочность на растяжение при изгибе на 16,9%, износостойкость на 25%, ударную стойкость до 16 кг, модуль упругости бетона на 7,1%, трещиностойкость на 8,1%.
Улучшение характеристик самоуплотняющегося бетона оптимизированного состава достигается за счёт большей концентрации вяжущего из высокопрочного цементного камня, сформированного при меньшем значении истинного водовяжущего отношения, что способствует формированию плотной структуры меньшей пористости при меньшей концентрации щебня из дробленого бетона, имеющего дефектную структуру. Сводные данные свойств самоуплотняющегося бетона приведены в таблице 10.
Таблица 10 – Свойства самоуплотняющихся бетонов на основе бетонного лома
б)
Показатель
3 сутки Прочность на сжатие 7 сутки
28 сутки Прочность на растяжение при изгибе
Ед. изм.
Исходный Оптимизированный состав состав
19,8 21,9 МПа 34,4 38,3 42,1 47,2 МПа 4,14 4,84

Трещиностойкость, Кс Мн/м3/2 Модуль упругости, Еб МПа Коэффициент Пуассона, μ − Истираемость г/см2 Стойкость к ударным воздействиям кг
Продолжение таблицы 10 10,22
27300 0,21 0,2 0,5 0,4
9,45 25480
15 16
Таким образом, проведенные исследования подтвердили возможность получения безусадочного самоуплотняющегося бетона на основе бетонного лома, имеющего одновременно
высокие показатели прочности и износостойкости.
На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по получению
сырьевых материалов из бетонного лома и производству безусадочных самоуплотняющихся бетонов для полов промышленных зданий, включающие общие положения, требования к материалам, предварительную сортировку бетонного лома, получение вторичного заполнителя, приготовление самоуплотняющихся бетонных смесей с заполнителем из бетонного лома и его предварительную обработку, получение бетонов с заданным комплексом свойств. Разработанные рекомендации прошли опытно-промышленное внедрение на ООО «СтройМонтаж» при устройстве монолитного покрытия пола складского помещения площадью 180 м2. Примененная технология позволила получить экономический эффект в размере 39 518 руб, что составляет 219,5 руб на 1 м2 покрытия пола.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги исследования
1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность получения безусадочного самоуплотняющегося бетона путем введения тонкодисперсного модификатора и расширяющей добавки, позволяющих на начальном этапе формирования структуры композиционного вяжущего создать центры кристаллизации, иммобилизировать воду, переводя ее из свободного состояния в адсорбционное связное, улучшив одновременно реологические свойства бетонной смеси, компенсировать усадку, понизить капиллярную пористость, повысить прочность и трещиностойкость затвердевшего бетона.
2. Получен безусадочный самоуплотняющийся бетон со следующими характеристиками: прочностью на сжатие Rсж = 47,2 МПа; прочностью на растяжение при изгибе Rизг = 4,84 МПа, модулем упругости Еб=27300 МПа; коэффициентом Пуассона μ=0,2; истираемостью 0,4 г/см3; ударной стойкостью не менее 16 кг; трещиностойкостью Кс = 10,22 Мн/м3/2.
3. На основе исследований начального структурообразования установлены эталонные структурные характеристики бетона: объёмная концентрация вяжущего (С), истинное водовяжущее отношение (W), которые совместно с количеством суперпластификатора Sika ViscoCrete E55 позволили получить трехфакторные экспериментально-статистические модели свойств самоуплотняющегося бетона, необходимые для прогнозирования прочности, плотности, трещиностойкости, износостойкости и оптимизации состава многокомпонентного бетона.
4. С помощью методов РФА и ИКС установлено, что активация в вибромельнице отсева дробления щебня из бетонного лома совместно с поликарбоксилатным суперпластификатором Melflux 5581F приводит к механохимической активации отсева и созданию гидравлически активного микронаполнителя для самоуплотняющегося бетона. В результате механохимической

активации происходит аморфизация структуры отсева дробления с прививкой молекул поликарбоксилата. Положительная роль суперпластификатора Melflux 5581F заключается в интенсификации измельчения, получении зернового состава микронаполнителя с увеличенным количеством тонких фракций частиц, создании адсорбционных слоёв молекул поликарбоксилата на зернах конечного микронаполнителя. Установлены зависимости величины удельной поверхности и гранулометрического распределения частиц микронаполнителя от количества суперпластификатора Melflux 5581F и времени активации в вибромельнице. Получены экспериментально-статистические модели свойств композиционного вяжущего.
5. Показано, что оптимальный зерновой состав смеси щебня из дробленого бетона и природного песка, рассчитанный из условия наименьшего расхождения от эталонной кривой Фуллера, соответствует доли песка, равной 0,458 по объему или 0,54 по массе.
6.С помощью метода планирования эксперимента установлены многофакторные экспериментально-статистические модели свойств самоуплотняющейся бетонной смеси и затвердевшего самоуплотняющегося бетона, которые зависят от структурных характеристик (С и W) и количества суперплатификатора Sika ViscoCrete E55.
7. Произведена оптимизация состава разработанного самоуплотняющегося бетона путем введения расширяющей добавки в бетонную смесь. Установлено, что введение 11% расширяющей добавки в исходный состав самоуплотняющейся бетонной смеси обеспечивает компенсацию усадочных деформаций, возникающих на стадии твердения.
8. Установлено, что применение расширяющей добавки в самоуплотняющемся бетоне способствует повышению физико-механических и эксплуатационных характеристик бетона.
9. Разработаны рекомендации по промышленному получению щебня фр.5-10 мм и микронаполнителя из бетонного лома. Разработаны рекомендации по устройству полов на основе самоуплотняющейся бетонной смеси на основе бетонного лома, включающие ее приготовление, транспортировку и укладку.
10. Проведено опытно-промышленное внедрение результатов исследований на предприятии ООО «СтройМонтаж». Безусадочный самоуплотняющийся бетон на основе бетонного лома общим объёмом 36 м3 применялся для устройства бетонного монолитного покрытия пола складского помещения площадью 180 м2. Экономический эффект применения разработанного бетона составил 219,5 руб. рублей на 1 м2 покрытия пола, суммарный экономический эффект – 39 518 руб. Дополнительный эффект применения безусадочного самоуплотняющегося бетона заключается в снижении трудоёмкости работ и улучшению производственной обстановки за счёт снижения уровня шума.
Рекомендации, разработанные в диссертации, могут быть использованы для устройства различных видов монолитных бетонных покрытий, в том числе при изготовлении безыскровых (взрывобезопасных) промышленных полов высокого качества.
Перспективой дальнейшей разработки темы является проведение исследований по получению сырьевых материалов для самоуплотняющихся бетонов из железобетонного и бетонного лома разнообразных видов изделий и конструкций на различных вяжущих, заполнителях, их сравнение, анализ и систематизация.