11 Июль 2016

(по материалам Журнала BFT (Betonwerk+Fertigteil-Technik) за 2004 г.)

 

Л.А. КРОЙЧУК, канд. техн. наук, ОАО «НИИцемент» (Москва)

 

Согласно комплексной программе «Цикл использования строительных материалов в бетонных конструкциях», которая была инициирована германским комитетом железобетона (DafStb), в 1996—1999 гг. исследована проблема утилизации бетона демонтируемых строительных конструкций. Была поставлена задача доказать возможность получения бетона нижнего слоя двухслойных элементов мощения размером 200x100x80 мм из смеси, включающей полученный при утилизации бетона вторичный заполнитель.

 

Вторичный бетонный заполнитель изготовляли на установке для переработки строительных материалов, включающей два технологических участка. На первом сухом участке осуществлялось измельчение материала. Поступающие на переработку обломки строительных материалов и конструкций без дополнительного увлажнения или подсушивания предварительно очищали от земли, затем в щековой дробилке подвергали первичному дроблению, а в молотковой дробилке — вторичному дроблению. Полученный материал классифицировали на песок и щебень. На мокром участке производили отмыв дробленого материала. В зависимости от исходных утилизируемых материалов были получены два состава щебеночных заполнителей, свойства которых приведены в табл. 1.

 

Исследование включало три этапа, в ходе которых использовали заполнители 1 и 2, а также смесь заполнителей, включающую рейнский речной песок и гравий. При приготовлении бетонных смесей во всех опытах использовали портландцемент класса СЕМ I 45.5R. В табл. 2 приведены составы исходных бетонных смесей, использованных для формования бетона нижнего слоя элементов мощения. Бетон верхнего (лицевого) слоя изготовляли из бетонной смеси с диабазовым заполнителем фракции 1—3 мм и природным песком.

 

Бетоны для элементов мощения испытывали на прочность при сжатии в виде балок размером 30x80x160 мм в возрасте 8, 28 и 90 сут в соответствии с требованиями DIN 18501. Согласно этому нормативному документу бетонные элементы мощения в возрасте 28 сут должны обладать прочностью при сжатии не ниже 6 МПа, при этом ни один результат испытаний не должен быть менее 5 МПа.

 

Образцы из бетона контрольных элементов мощения (серии 1) уже в возрасте 8 сут достигали прочности 6 МПа, составы серий C и V в возрасте 8 сут характеризовались прочностью, составлявшей соответственно 90 и 96 % прочности образцов серии 1. Через 28 сут прочность при сжатии образцов из контрольной серии 1 достигла 7 МПа. Прочность составов серий C, D и V в возрасте 28 сут составила 6,41—6,97 МПа.

 

Составы серий A и B в возрасте 28 сут показали прочность 5,95 и 5,98 МПа соответственно. Ни один образец серий E, F, G и H, изготовленный с использованием заполнителя 2, а также с добавкой к цементу золы-уноса (образцы серий E2 и F2) не достигли требуемой стандартом прочности. Прочность контрольных образцов серии 3 составила 6,66 МПа.

 

Таблица 1

Параметры

Заполнитель 1

Заполнитель 2

2-8 мм

8-16 мм

2-8 мм

8-16 мм

Состав заполнителя, мас. %
бетон
природный заполнитель
кирпич
прочие минералы
неминеральные примеси

38,6
60

1,4

37,1
62,3

0,6

25,2
61,4
5,9
6,1
1,4

20,8
73,8
2,8
1,8
0,79

Насыпная плотность, кг/м3

2340

2380

2220

2300

Водопоглощение за 10 мин, мас. %

3,2

3

4,8

4

Содержание хлоридов, мас. %

0,021

0,026

0,008

0,012

Содержание сульфатов, мас. %

0,23

0,25

0,3

0,33

 

Результаты испытаний показали, что многие составы, содержащие вторичные бетонные заполнители, не отвечают требованиям стандарта по прочности при сжатии. Это объясняется тем, что вторичный бетонный заполнитель характеризуется меньшей, чем природный заполнитель плотностью. Кроме того, прочность зависит не только от свойств заполнителя, но и от значения эффективного В/Ц, меняющегося в связи с различным содержанием влаги в исходном заполнителе. Общая открытая пористость бетона нижнего слоя элементов мощения, определяемая водопоглощением при давлении 15 МПа (в соответствии с DIN 52103) варьируется в интервале 15—25 об. %, поэтому в результате снижения плотности в воздушно сухих условиях возможно соответствующее уменьшение прочности при сжатии. Фактически требования DIN 18501 по прочности бетона элементов мощения могут быть выполнены при плотности заполнителя выше 2500 кг/м3.

 

Морозостойкость и стойкость к действию солей-антиобледенителей является важнейшим критерием при оценке качества бетонных элементов мощения. Эти свойства материала исследовали путем испытания на замораживание-оттаивание водонасыщенных образцов.

 

Морозостойким считается бетон, у которого потеря массы после 28 циклов замораживания-оттаивания не превышает 1500 г/м2.

 

Таблица 2

Серии

Расход, кг/м3

цемент

зола-унос

Вторичный заполнитель 1

Вторичный заполнитель 2

Природный

заполнитель

0-2 мм

2-8 мм

8-16 мм

0-2 мм

2-8 мм

8-16 мм

0-2 мм

2-8 мм

A

325

1062

433

472

B

329

982

982

C

330

398

596

398

596

D

332

796

717

478

1

345

827

1240

V

345

827

1240

E

327

614

458

835

F

327

951

959

G

331

487

957

487

H

329

688

955

280

2

352

822

1223

E2

237

108

623

464

846

F2

237

108

963

972

3

237

108

850

1275

 

В случае бетона из смеси состава А, изготовленного с использованием только заполнителя 1 и включающего фракцию 8—16 мм, потеря массы составляла 900 г/м2, то есть была достигнута требуемая морозостойкость и стойкость к действию солей-антиобледенителей. Потеря массы после 28 циклов образцов из контрольных составов 1 и 2 составила соответственно 1100 и 900 г/м2. Образцы из бетонных смесей F и G разрушились после 14 циклов. Образцы из бетонной смеси E, дополнительно к заполнителю 2 содержащей рейнский речной песок фракции 0—2 мм после 28 циклов характеризовались предельно допустимой потерей массы 1500 г/м2.

 

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о том, что использовать вторичный бетонный заполнитель фракций 2—8 и 8—16 мм для изготовления бетонных двухслойных элементов мощения можно только при тщательном подборе состава бетонной смеси с целью удовлетворения требований нормативов по всем показателям.

 

Многолетний опыт утилизации бетона накоплен в США, где ежегодно перерабатывают свыше 20 млн т бетонных отходов. По данным ряда американских фирм при получении вторичного щебня из утилизируемого бетона расход топлива в 8 раз ниже, чем при добыче природного щебня, себестоимость бетона на основе вторичного щебня ниже, чем бетона на природном щебне на 25%.

 

В отечественной практике производство вторичного щебня из строительных отходов относительно не велико. Наибольшее распространение получило использование вторичного нефракционированного бетонного щебня для устройства оснований под полы и фундаменты зданий, а также в дорожном строительстве в качестве подсыпок. Однако только в Москве к 2010 г. будет снесено около 2 тыс. пятиэтажных жилых домов, построенных в 50—60 гг. прошлого столетия. Всего же в городе около 11,5 тыс. пятиэтажных панельных домов, значительная часть которых будет снесена в ходе реконструкции жилищного фонда. При сносе одного такого панельного дома с четырьмя подъездами образуется почти 4 тыс. т лома. Большое количество бетонного лома образуется при реконструкции промышленных объектов и автострад. Внедрение передовых технологий переработки строительных отходов и проведение исследований, определяющих возможность применения полученных вторичных продуктов взамен дорогостоящих природных заполнителей позволит вернуть в обращение огромное количество минеральных материалов. Это не только улучшит экономические показатели производителей строительных материалов и конструкций, но и снизит нагрузку на окружающую среду.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»