Производство экологически чистого высокопрочного бетона с использованием отходов российских кварцевых песчаников – PMC

Производство более экологичного высокопрочного бетона с использованием отходов российских кварцевых песчаников

1 Кафедра строительного материаловедения, изделий и конструкций, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шоухова, Россия, 46, Белгород, ул. Костюкова, 308012; ur.liam@65dat (AT); ur.liam@svakuan (ВЛ)

Валерий Лесовик

1 Кафедра строительного материаловедения, изделий и конструкций, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шоухова, Россия, 46, Белгород, ул. Костюкова, 308012; ur.liam@65dat (AT); ur.liam@svakuan (ВЛ)

2 Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук, Россия, 21, Москва, Локомотивный пр., д. 127238

Роман Федюк

3 Политехнический институт Дальневосточного федерального университета, 690922 Владивосток, Россия

Мугахед Амран

4 Кафедра гражданского строительства, Инженерный колледж, Университет принца Саттама бин Абдулазиза, Альхардж 11942, Саудовская Аравия

5 Кафедра гражданского строительства, Факультет инженерии и информационных технологий, Амранский университет, Амран 9677, Йемен

Мурали Гунасекаран

6 Школа гражданского строительства, SASTRA, считающаяся университетом, Танджавур 613404, Индия; ude.artsas.livic@ilarum

Николай Ватин

7 Высшая школа промышленного, гражданского и дорожного строительства Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, 195251 Санкт-Петербург, Россия; ur.liam@nitav

Юрий Васильев

8 Кафедра дорожно-строительных материалов, Московский автомобильно-дорожный университет, 125319 Москва, Россия; ur.idam@velisav.uy

1 Кафедра строительного материаловедения, изделий и конструкций, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шоухова, Россия, 46, Белгород, ул. Костюкова, 308012; ur.liam@65dat (AT); ur.liam@svakuan (ВЛ)

2 Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук, Россия, 21, Москва, Локомотивный пр., д. 127238

4 Кафедра гражданского строительства, Инженерный колледж, Университет принца Саттама бин Абдулазиза, Альхардж 11942, Саудовская Аравия

5 Кафедра гражданского строительства, Факультет инженерии и информационных технологий, Амранский университет, Амран 9677, Йемен

6 Школа гражданского строительства, SASTRA, считающаяся университетом, Танджавур 613404, Индия; ude.artsas.livic@ilarum

7 Высшая школа промышленного, гражданского и дорожного строительства Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, 195251 Санкт-Петербург, Россия; ur.liam@nitav

8 Кафедра дорожно-строительных материалов, Московский автомобильно-дорожный университет, 125319 Москва, Россия; ur.idam@velisav.uy

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Абстрактные

Кварцевый песчаник (QS) является отходом добычи; поэтому его использование в строительстве позволяет как снизить стоимость бетона, так и способствовать утилизации отходов. Научная новизна данного исследования заключается в выявлении моделей влияния заполнителя QS на физико-механические, прочностные характеристики и экобезопасность экологически чистого высокопрочного бетона. В исследовании использован энергоэффективный метод нетеплового воздействия электромагнитных импульсов на механизмы деструкции кварцсодержащего сырья. Всесторонне изучены характеристики агрегатов кварцитопесчаника, в том числе естественная активность радионуклидов. Изучены особенности твердения бетона, в том числе формирование межфазной переходной зоны между заполнителем и цементной матрицей, с учетом химических и морфологических особенностей кварцитопесчаника. Кроме того, определяли микроструктурные и морфологические свойства бетона после 28-суточного твердения. В данной работе изучалось поведение бетона с заполнителем QS с учетом положений геомиметической науки о родстве структур. Полученные результаты показали, что агрегат QS имел активность естественных радионуклидов в 3–4 раза ниже по сравнению с традиционными агрегатами. Также был получен эффективный экологически чистый бетон с прочностью на сжатие 46.3 МПа, классом водопроницаемости W14 и морозостойкостью 300 циклов, что свидетельствует о том, что характеристики этого более экологичного бетона сравнимы с характеристиками традиционного бетона с более дорогими заполнителями из гранита или габбро-диабаза. .

Читайте также:
Лучшие детские наушники на 2022 год | PCMag

Ключевые слова: экологически чистый высокопрочный бетон, кварцевый песчаник, горные отходы, заполнитель, прочность на сжатие, морозостойкость

1. Введение

Современный этап развития цивилизации характеризуется ухудшением экологической ситуации, нехваткой энергетических ресурсов, а также природными и техногенными катастрофами [1,2,3]. Человек проводит значительную часть своего времени в окружении строительных материалов, которые призваны защищать его от негативного воздействия окружающей среды [4,5,6]. Естественные или искусственные заполнители составляют основную часть (до 90 % по объему) бетонов и строительных растворов; поэтому их качество и свойства во многом определяются заполнителями [7,8]. Проблема возникает в различии свойств заполнителей, полученных даже из одной и той же породы. Например, для экономии вяжущего необходимо, чтобы прочность заполнителя в 1.2–1.5 раза превышала расчетный класс бетона. Этот показатель в основном зависит от плотности и структуры заполнителя [9]. Эксплуатационные свойства заполнителей определяются минеральным и химическим составами, водо- и морозостойкостью. К важным характеристикам заполнителей относятся также форма зерен, характер поверхности, структура, химический состав, а также экономические показатели.

Многие авторы работали над исследованиями по разработке инновационного устойчивого бетона и / или раствора с использованием некоторых заполнителей. Лонго и др. [10] получили облегченные решения на основе геополимеров для структурной и энергетической модернизации зданий. Кобо Сеасеро и др. [11] использовали отходы мраморного шлама для производства устойчивых материалов в экономике замкнутого цикла. Торрес и др. [12] изучали включение отходов резки и полировки гранита в строительные материалы. Толстой и др. [13] подробно изучили синергетический эффект различных заполнителей на характеристики сырого бетона. Клюев и др. [14] разработали высокопрочный фибробетон на основе российских заполнителей. Бессмертный и др. [15] исследовали экологические теплоизоляционные композиты с использованием горных пород.

Большое значение имеет стоимость агрегатов при заботе об окружающей среде. Эффективным шагом на этом пути является использование одновременно добываемых пород.

Гранит, гравий и известняк являются наиболее популярными и распространенными источниками щебня, которые дороги, а их месторождения имеются не во всех странах [10]. При поиске альтернативных источников горных пород выделяются четыре группы: рудосодержащие кварциты, кварцевые песчаники (КП), кристаллические сланцы и дайковые породы. С точки зрения запасов и физико-механических свойств большой интерес представляют QS [16]. В работах [17,18,19,20] проведена детальная оценка качества общедоступных кварцсодержащих пород осадочного генезиса: метаморфических, эффузивных магматических пород, алюмосиликатных пород зеленосланцевой степени метаморфизма, карбонатных пород. были изучены. Установлено, что при одинаковом минеральном составе пород одноименных петрографических групп их энергетический потенциал может существенно различаться [21,22]. Свободная внутренняя энергия, содержащаяся в структуре сырья, определяется несовершенством кристаллической решетки минералов, включением минералообразующей среды, газовоздушными включениями, наличием рентгеноаморфного вещества, морфологией поверхности. и текстура, степень кристалличности минералов, размерность и др. [23,24,25].

Читайте также:
10 СПОСОБОВ СОЗДАТЬ УЮТНУЮ КУХНЮ

Цель работы заключалась в изучении возможности использования кварцевого песчаника, одновременно являющегося добываемой горной породой, в качестве заполнителя для более свежего высокопрочного бетона. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: определение активности естественных радионуклидов заполнителя КС, разработка более зеленого высокопрочного бетона с использованием кварцевого песчаника (отсев в качестве мелкого заполнителя и щебень в качестве крупного заполнителя), а также изучение физико-механических свойств и прочностных характеристик разработанного бетона.

2. Сырье и экспериментальные методы

2.1. Характеристика сырья

В качестве крупного заполнителя использовались кварцевые песчаники Лебединского месторождения (Россия) (рис. 1 а), представляющие собой почти мономинеральные породы светло-серого и серого цвета. Породообразующим минералом является кварц. Обычно в небольших количествах встречаются полевой шпат, мусковит, биотит, фуксит. Кварц, сцементированные кварц-слюды и кварцевые гальки встречаются в основании толщи в виде линз. Кровля КС имеет сахарообразный вид со светлыми и яркими оттенками окраски, наблюдается маршализация кварца. Межзерновые пространства и трещины выполнены точечными гидроксидами железа. Все это говорит об обработке этих пород процессами выветривания. Мощность зоны 20 м. Поэтому кровля из кварцевых песчаников не включается в подсчет запасов и заполнитель из этих пород не используется для производства бетона. Однако анализ результатов физико-механических испытаний СМО Лебединского месторождения свидетельствует об их пригодности для использования в строительной отрасли (табл. 1). Гранит и габбро-диабаз Новопавловского месторождения (Россия) использовались в качестве контрольных материалов для крупного заполнителя (рис. 1 б, в). Для проведения испытаний физико-механических характеристик лабораторную пробу рассеяли на стандартные фракции: 5–10 мм (остаточный отсев) и 10–20 мм (щебень) с помощью лабораторных сит.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: