ЗАО Научно-исследовательский проектно-технологический институт "Стройиндустрия"

Заместитель ген.директора к.х.н., Чернин Е.И.
Зав. отделом технологии бетонов,
эксперт программы "Московское качество", к.т.н. Гольденберг Л.Б.

Список исполнителей:

Гольденберг Л. Б. зав. отделом, к. т. н., руководство темой, составление отчета;
Заболовский Ю.З. ст. инженер, проведение экспериментов, обработка результатов, участие в составлении отчета;
Магдеев А. У. ст. инженер, участие в проведении экспериментов;
Позднякова И. В. ст. техник, оформление отчета;
Титов В. А зав. отделом, участие в экспериментах ;
Чернин Е. И. зам. директора, участие в экспериментах, составление отчета.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

I. Материалы и их характеристики.

II. Исследование влияния особенностей щебня на свойства бетонных смесей и бетонов.

III. Исследование влияния особенностей крупного заполнителя на структуру и основные эксплуатационные характеристики.

IV. Определение физико-механических характеристик бетонов.

V. Рекомендации по применению щебня из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа в бетонных смесях и бетонах.

VI. Отзыв лаборатории ГУП НИИЖБа.

Заключение

Приложения

Санитарно-эпидемиологическое заключение,
Протокол сертификационных испытаний
Сертификат соответствия Государственным нормативным документам,
Разрешение на применение Знака соответствия,
Результаты сертификационных испытаний щебня из природного камня для строительных работ,
Протокол сертификационных испытаний

Введение.

В последние годы при производстве бетонных и железобетонных изделий имеет место дефицит высококачественных крупных заполнителей (щебня и гравия).

В качестве крупного заполнителя для производства тяжелого бетона применяются в основном природные каменные материалы, в частности, магматические глубинные (гранит, габбро и др.), магматические излившиеся (базальт, диабаз и др.), осадочные (плотные известняки, песчаники кремнистые и др.) и метаморфические (кварцит) породы. Однако в последние годы все большее применение находит щебень из отходов промышленности (различных шлаков), попутно добываемых и вскрышных пород [1].

Использование отходов промышленности, попутно добываемых и вскрышных пород в качестве заполнителей в бетонах обеспечивает их утилизацию и освобождает для нужд промышленности или сельского хозяйства значительные территории, занимаемые в настоящее время отвалами, позволяет расширить сырьевую базу производства бетонных и железобетонных изделий, позволяет заменить привозной крупный заполнитель местными материалами, снижает транспортные расходы, приводит к сокращению стоимости материалов для производства бетонных смесей, бетонных и железобетонных изделий.

Сланцевый"язык" в карьере Лебединского ГОКа.

I. Материалы и их характеристики

Для проведения опытно-экспериментальных исследований были использованы следующие материалы:

1. Портландцемент марки ПЦ 400 Д 20, выпускаемой ОАО "Мальцовский цемент" (г. Брянск). Нормальная густота цемента составляла 27%. Сроки схватывания: начало - 2 ч 15 мин, конец - 4 ч 45 мин. Минералогический состав цемента следующий, в %: С3S - 58; C2S - 21; C3A - 7; C4AF - 14. Ложное схватывание у цемента отсутствовало.

2. Мелкий заполнитель - песок кварцевый Орешкинского месторождения. Результаты физико-механических испытаний песка по ГОСТ 8735-88 представлены в таблице 1.1. Как видно, указанный песок относится к средним, его модуль крупности Мкр=2,4, полный остаток на сите размером 0,63 мм равен 42,5%. Пустотность в рыхло-насыпном состоянии составляет 44%, содержание пылистых и глинистых примесей, определяемых отмучиванием равно 1,8%. Указанный песок соответствует требованиям ГОСТ 8736-94 и ГОСТ 26633-91 и может применяться при производстве бетонов.

3. Крупный заполнитель

В качестве крупных заполнителей в работе применялись щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа ОАО "Дорстройматериалы" фракции 5-20 мм и щебень из гравия кремнеземистых пород Вяземского месторождения фракции 5-20 мм. Результаты испытаний крупных заполнителей по ГОСТ 8269.0-97 представлены в таблице 1.2.

3.1. Щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа производства ОАО "Дорстройматериалы".

Щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа производства ОАО "Дорстройматериалы" фракции 5-20 мм по зерновому составу соответствует требованиям ГОСТ 8267-93. Показатель удельной эффективной активности естественных радионуклидов в кристаллических сланцах Лебединского ГОКа производства ОАО "Дорстройматериалы" составляет 205Бк/кг, что соответствует I классу и допускает использование его в строительстве без ограничений (Прил.1).

На предприятии-изготовителе все получаемое сырье (кристаллический сланец) подвергается испытаниям при входном контроле на соответствие стандарту предприятия СТП 00186803-6.10-42-2002, разработанному на Лебединском ГОКе.

Отличительной особенностью исследуемого щебня по сравнению с заполнителем Вяземского месторождения является повышенная "истинная" плотность исходной горной породы - 2850 кг/м3 и высокая пустотность - 54%. Содержание пылевидных частиц незначительно. Морозостойкость заполнителя превышает марку F 200, что делает возможным его применение для бетонов конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости. Прочность щебня по дробимости составляет 120 МПа, что достаточно велико. Однако следует отметить повышенное содержание в щебне зерен пластинчатой и игловидной формы - 44,5%. В соответствии с ГОСТ 8267-93 щебень Лебединского ГОКа относится к 4-й группе (предельное содержание лещадных зерен - не более 50%).

3.2. Щебень Вяземского месторождения.

Щебень из гравия кремнеземистых твердых пород Вяземского месторождения фракции 5-20 мм широко применяется в г. Москве для производства бетонных смесей и бетонов класса В 7,5 - В 25. По зерновому составу он соответствует требованиям ГОСТ 8267-93.

Содержание пылистых и глинистых частиц составляет 1,9%. Пустотность щебня - 42%. Содержание зерен пластинчатой и игловидной формы - 13,5%. Прочность зерен щебня по дробимости составляет 80 МПа. Морозостойкость щебня превышает марку F 200. По своим техническим характеристикам щебень соответствует требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91.

4. Вода водопроводная, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-79.

5. Химическая добавка - суперпластификатор С-3 ТУ 6-36-02-04-229-626-90.

Суперпластификатор С-3 (СП) является аналогом зарубежных суперпластификаторов типа "Майти 100" (Япония), сикамент, мельмент (Германия), не уступая им по качеству.

Добавка С-3 в количестве 0,2 - 0,7% от массы цемента позволяет получать самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, а при снижении расхода воды затворения - бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба этих эффекта частично, т.е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличить прочность бетона за счет снижения расхода воды.

Наиболее эффективные области применения СП - производство железобетонных изделий (плит, панелей, напорных труб и т.д.) и массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных железобетонных сооружений, изготовление бетонных полов и покрытий с высокими эксплуатационными свойствами и внешним видом.

Эффекты от применения добавки

Увеличение текучести бетонных и растворных смесей в 6 - 7 раз, что позволяет бетонировать густоармированные и обычные конструкции.

Снижение водопотребности бетонной смеси на 15% для получения равноподвижного бетона.Повышение прочности (на 10-15 МПа) плотности и однородности бетона, улучшение его структуры.

Увеличение сцепления нового бетона со старым.

Получение гладкой высококачественной лицевой поверхности изделий различной формы.Увеличение водонепроницаемости, морозо- и коррозионной стойкости бетона в 2 - 4 раза.Эффект пластификации при введении С-3 позволяет снизить расход цемента на 20%, а также длительность тепловлажностной обработки или срок распалубовки конструкций, твердеющих в естественных условиях, время передачи натяжения арматуры на бетон для преднапряженных элементов.

Легко смешивается с другими добавками (гидрофорбизаторы, ускоряющие, замедляющие, воздухововлекающие и др.), не вступая в химическую реакцию с ними и сохраняя свои свойства.

В процессе эксплуатации не оказывает вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. Разрешен Минздравом РФ для использования в железобетонных конструкциях, в том числе контактирующих с питьевой водой (трубы, резервуары накопительные и др.).

Способы применения:

1. Смешивание с цементом и песком при приготовлении сухих растворных смесей.
2. Добавление порошка непосредственно в бетоносмеситель с водой затворения.
3. Растворение в воде до 15 - 39% концентрации и затем добавление приготовленного раствора в бетоносмеситель после введения основной массы воды.

Дозировка:

0,25 - 0,7% от массы цемента (250 - 700 грамм на 100 кг цемента) в зависимости от области применения;

литьевая технология:

0,5 - 0,7% от массы цемента. Бетонирование сводится к применению литой смеси, которая легко заполняет форму или опалубку и образует ровную гладкую поверхность, не требующую отделки;

штукатурные растворы:

0,1 - 0,3% от массы цемента (100 - 300 грамм на 100 кг цемента). Использование СП для оштукатуривания наклонных и вертикальных поверхностей возможно при его добавлении не более 0,3% от массы цемента. При концентрации СП более 0,3% возможно сползание раствора.

Суперпластификатор С-3 - жидкость темно-коричневого цвета, или светло-коричневый порошок, легко растворимый в воде. В сухом виде упакован в мешки. Срок годности для сухого (при исключении прямого попадания воды) и жидкого практически не ограничен.

II. Исследование влияния особенностей щебня на свойства бетонных смесей и бетонов.

Для исследования влияния особенностей щебня из кристаллических сланцев на свойства бетонных смесей и бетонов были выполнены соответствующие эксперименты.

Методика проведения экспериментов была следующей. Перемешивание компонентов бетонной смеси осуществлялось в лабораторном бетоносмесителе. Удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси и средняя плотность определялись по ГОСТ 10181-2000. Уплотнение образцов размером 100 100 100 мм либо 100 100 400 производилось на виброплощадке с амплитудой 0,4-0,5 мм, частотой 50 Гц. Твердение образцов происходило в камере при температуре 20 2 С и относительной влажностью 90-95%. Испытания бетонных образцов на сжатие производилось по ГОСТ 10180-90.

Образец бетона из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа.

Было проведено 3 группы опытов. В опытах 1-й группы использовался щебень из кристаллических сланцев Лебединского ГОКа. В опытах 2-й группы использовался щебень из кремнеземистых пород Вяземского ГОКа. Подвижность смесей в опытах 1-й и 2-й группы соответствовала марке П-3 по ГОСТ 7473-94 (12-15 см осадки конуса). В опытах 3-й группы в состав смеси вводилась добавка С-3 в количестве 0,5% от массы цемента.

Составы смесей и результаты испытаний бетонных образцов на сжатие в возрасте 7 и 28 суток представлены в таблице 2.1 и на рис.2.1 и 2.2.

Как видно, применение щебня из кристаллических сланцев по сравнению со щебнем из кремнеземистых пород привело к увеличению средней плотности бетонной смеси с 2395-2400 до 2495- 2520 кг/м3 или примерно на 4-5%.

При одном и том же цементно-водном отношении прочность бетона на щебня из кристаллических сланцев (9,3 - 19,4 МПа в возрасте 7 суток и 15,2 - 33,4 МПа в возрасте 28 суток) и на щебне из кремнеземистых пород (соответственно 15,2 - 33,4 и 14,2 - 28,8 МПа) практически одинакова (см .опыты 1 -6).

Образец бетона из щебня Вяземского ГОКа

Введение в состав смесей суперпластификатора С-3 (см опыты 5, 6,7 и 8) позволило сократить начальное водосодержание примерно на 15% и повысило удобоукладываемость (подвижность) бетонной смеси с 12 - 13 см до 20 см осадки конуса. При этом прочность бетона возросла с 19,4- 19,5 МПа в возрасте 7 суток и с 28,8-33,4 МПа в возрасте 28 суток соответственно до 28,6-29,8 и 39,8-41,6 МПа. При этом следует отметить, что если в возрасте 7 сут. прирост прочности бетона на разных заполнителях за счет введения добавки был практически одинаковым, то в возрасте 28 сут. прирост прочности бетона на щебне из кристаллических сланцах составлял 20%, а на щебне из кремнеземистых пород он составлял около 40%.

Это обусловлено, по-видимому, тем, что с повышением прочности бетона до 35-40 МПа повышается роль заполнителей, в частности, форма их зерен. Повышенная лещадность щебня из кристаллических сланцев может ограничить их применением бетонами класса В 7,5 - В 25.

Для снижения влияния лещадности щебня из кристаллических сланцев на прочность бетона целесообразно при проектировании составов бетонов несколько увеличить содержание песка в смеси заполнителей.

Замена щебня из кремнеземистых пород на щебень из кристаллических сланцев не оказала влияние на кинетику роста прочности бетона. Так прочность бетона в возрасте 7 суток у бездобавочных смесей составляет 0,58-0,68 от прочности в возрасте 28 суток. У смесей с добавками аналогичный показатель составляет 0,71- 0,75.

Таким образом применение крупного заполнителя из кристаллических сланцев взамен щебня из кремнеземистых пород не оказывает существенного влияния на свойства бетонных смесей и прочность бетонов класса В 7,5 - В 25.

Важной технологической характеристикой бетонных смесей является "живучесть", т.е. способность сохранять подвижность в течение времени. В работе были выполнены опыты по исследованию влияния вида применяемого щебня на "живучесть" смесей. Для этого немедленно после приготовления бетонных смесей определялась их подвижность, а затем она контролировалась через каждые 30 мин. в течение 1,5 час.

Составы смесей указаны в таблице 2.1, п. 3 и 6. Результаты испытаний представлены на рис.2.3.

Как видно, на щебне из кремнеземистых пород происходит более быстрое падение подвижности, чем на смеси из кристаллических сланцев. Это обусловлено, по-видимому, более высокой "истинной" плотностью и меньшей пористостью кристаллических сланцев.