ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

УДК 691.54

ПРИМЕНЕНИЕ БОЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ К ЦЕМЕНТУ

В.В. Дорофеев, студент гр. ТГВб17-П1; М.М. Борзенко, студент гр. ТГВб17-П1; А.К. Хусаинов, магистрант гр. См17-МА2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный

СибАДИкамня с керам ческой до авкой. Установлено оптимальное содержание керамической и пластифиц рующей добавок для получения наиболее эффективных цементных композитов.

ун верситет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотац я. В данной статье рассмотрен вопрос использования бракованного керамического кирпича, образующегося на заводах, в качестве тонкомолотой минеральной добавки к цементу.

Разработаны составы представлены экспериментальные исследования физико-механических свойств смешанных вяжущ х. Изучена кинетика твердения в нормальных условиях цементного

Ключевые слова: цемент, ой керамического кирпича, активная минеральная добавка, физикомеханическ е свойства.

USE OF BROKEN CERAMIC BRICKS AS AN ADDITIVE TO CEMENT

V.V. Dorofeev, the student gr. ТГВб17-П1; M.M. Borzenko, the student gr. ТГВб17-П1; A.K. Husainov, the magistr gr. См17-МА2

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI)», Omsk, Russia

Abstract. This article discusses the use of defective ceramic bricks, which is formed in factories, as a finely ground mineral additive to cement. Compositions are developed and experimental studies of the physicomechanical properties of mixed binders are presented. The kinetics of hardening of cement stone with a ceramic additive under normal conditions was studied. The optimum content of ceramic and plasticizing additives for obtaining the most effective cement composites has been established.

Keywords: cement, broken ceramic bricks, mineral additives, physical and mechanical properties.

Введение

Бой керамического кирпича (БКК) является отходом строительной отрасли и вторичным ресурсом, который после переработки сохраняет все основные свойства первичного материала и может использоваться в различных сферах строительства. Основным способом переработки керамического боя является его измельчение с помощью автоматизированных комплексов для дробления и фракционирования частиц различной крупности.

Керамический щебень и песок в строительной практике используются: при устройстве конструкционных слоев дорожного полотна; при отсыпке временных дорог; для укрепления почвы на крутых склонах; при прокладке инженерных коммуникаций в качестве дренажного подстилающего слоев; для уплотнения слабых грунтов оснований зданий и сооружений; для изготовления фундамента под постройки неответственного назначения (беседки, площадки для отдыха, заборные ограждения); при заливке отмосток по периметру зданий; при устройстве колодцевой кладки стен для тепло- и звукоизоляционной засыпки; для реализации проектов ландшафтного дизайна (покрытие пешеходных дорожек, алей, спортивных площадок; строительство габионов, альпийских горок, оформление садовых клумб и т.п.).

Большие возможности для использования керамического боя имеет промышленность строительных материалов. Ранее выполненные исследования [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], показали эффективность использования БКК в качестве крупного и мелкого заполнителей при получении легких керамобетонов; шамотного материала при изготовлении огнеупорных растворов; отощающей добавки при получении керамических масс; минеральной тонкомолотой добавки к вяжущим, сухим строительным смесям, растворам и бетонам. Развитие и расширение выпуска строительных

232

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

материалов и изделий с использованием вторичных продуктов и отходов природного или техногенного происхождения на сегодняшний день является актуальной задачей.

Цель данной работы – изучение физико-механических свойств цементного вяжущего с добавкой молотого боя керамического кирпича.

Физико-механические свойства цемента с добавкой боя керамического кирпича

В работе в качестве исходных материалов применялись портландцемент типа ЦЕМ I – 42,5Б и керамический бой – отход производства (брак), образующийся на кирпичном заводе.

ехнология получен я смешанного вяжущего предусматривала:

1) измельчен е боя керам ческого кирпича до размера частиц менее 0,16 мм; свойства БКК приведены в табл це 2.

2) тщательное совместное перемешивание керамической добавки с цементом; содержание добавки варь ровалось от 0 до 30% от массы вяжущего.

Минеральная добавка, получаемая путем измельчения боя керамического кирпича, по происхожден ю является техногенной. По механизму и степени проявления активности относится к активным м неральным до авкам ( МД), обладающим пуццоланическими свойствами. Тонкодисперсные АМД в составе композиционных вяжущих проявляют пуццоланический эффект в результате х м ческого вза модействия активного кремнезема с известью, образуемой при гидратации цемента, что спосо ствует повышению плотности и прочности формирующегося

Экспериментальные исследования смешанного вяжущего включали определение нормальной густоты сроков схватывания цементного теста, плотности и прочности цементного камня. Физикомеханические свойства определяли по стандартным методикам.

На водопотребность вяжущего влияет его минеральный состав и тонкость помола, а также содержание добавки, ее происхождение и размер частиц [8, 9]. Установлено, что керамическая добавка, введенная в цемент в количестве 5 – 30% от массы вяжущего, не оказывает заметного влияния на нормальную густоту цементного теста. Водопотребность смешанного вяжущего по сравнению с контрольным составом снизилась менее чем на 2%. Это связано с тем, что добавка БКК повлияла на минералогический состав смеси и повысила суммарную удельную поверхность частиц.

Начальной стадией твердения цемента является схватывание, которое происходит постепенно и обусловлено физическими и химическими процессами [8, 10]. Установлено, что введение керамической добавки увеличивает сроки схватывания вяжущего, т.е. формирование структуры цементного камня замедляется. Причем максимальный замедляющий эффект достигается уже при минимальной дозировке добавки в смеси - 5 и 10% и сохраняется при больших дозировках. Начало схватывания увеличивается в 1,6-2,0 раза, конец схватывания – в 1,2 раза.

При определении средней плотности образцов в сухом состоянии без добавки и с добавками БКК четко прослеживается снижение плотности цементного камня при увеличении доли добавки в смеси. Это объясняется тем, что керамический бой имеет ту же структуру, что и изначальный материал - кирпич и в отличие от плотных частиц цемента имеет мелкопористое строение. Наибольшее снижение средней плотности на 10% отмечается в составе с максимальным содержанием добавки (рисунок 1).

233

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

СибАДИНаибольший прирост прочности при сжатии для всех составов отмечается в первые 14 суток твердения образцов, далее прочность увеличивается, но не так интенсивно, как ранее.

Рисунок 1 – Зав с мость плотности цементного камня от содержания в вяжущем БКК

Влияние керам ческой добавки на прочность смешанного вяжущего определяли на образцах размером 20×20×20 мм в возрасте 2, 7, 14, 28 и 90 суток после твердения в нормальных условиях.

Результаты спытан й представлены на рисунке 2.

Цемент с добавками БКК твердеет медленнее, чем контрольный состав (без добавок). В возрасте 28 суток образцы, приготовленные с добавками БКК показали прочность на 9-25% выше прочности цемента. В более позднем возрасте (90 суток) данная зависимость сохранилась, все образцы с добавкой керамического боя имели прочность выше, чем у контрольного состава. Причем наибольшая прочность , соответственно, эффективность отмечалась у образцов с дозировкой добавки 25%, что в 1,33 раза выше по сравнению с контрольным в возрасте 28 суток и в 2,32 раза выше по сравнению с контрольным образцом в возрасте в 90 суток.

В таком случае достигается наиболее равномерное распределение цемента и добавки, а также проявляются ее пуццоланические свойства. В результате чего образуются труднорастворимые в воде гидросиликаты кальция CaO·SiO2·H2O, которые повышают плотность и прочность цементного камня.

Сократить водопотребность смесей с минеральными добавками, а также повысить прочность и долговечность строительных растворов и бетонов возможно при введении поверхностно-активных веществ (ПАВ), обладающих пластифицирующим действием [11]. В работе было рассматрено влияние суперпластификатора С-3 на свойства смешанного вяжущего (цемент (%) : добавка БКК (%) = 75 : 25). Результаты испытаний представлены на рисунках 3 и 4.

234

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

производства в качестве м неральной до авки для получения смешанных цементов.

В ходе исследован й получены зависимости влияния добавки боя керамического кирпича на физикомеханические свойства цемента – водопотре ность, сроки схватывания, плотность и прочность. Установлено опт мальное содержан е до авки БКК – 25% от массы вяжущего. При этом добавка проявляет пуццоланическ е свойства, твердея в нормальных условиях, что при оптимальной дозировке способствует значительному повышению прочности цементных композиций. Эффективность вяжущего повышается при совместном использовании минеральной керамической добавки и органического пластификатора.

Сырьевая база Омской о ласти может ыть значительно расширена за счет вовлечения в строительное производство оя керамического кирпича. Использование промышленных отходов и вторичных ресурсов позволит сократить расход цемента без снижения прочности композита, снизить затраты на изготовление материалов, изделий и конструкций строительного назначения, а также способствовать решению экологических проблем региона.

Библиографический список

1. Фоменко А.И. Отходы керамического кирпича как эффективный компонент строительных композитов [Электронный ресурс] / А.И. Фоменко, В.С. Грызлов, А.Г. Каптюшина // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 2-2. – С. 260264. – Режим доступа : http://top-technologies.ru/. Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу : 01.11.2018 г.).

2. Мурзатаев С.-А.Ю. Использование керамического кирпичного боя для получения легких керамобетонов [Электронный ресурс] / С.-А.Ю. Мурзатаев, В.Х. Хадисов, М.Р. Хаджиев // Экология и промышленность России. – 2014. – № 10. – С. 22 – 25. – Режим доступа : https://elibrary.ru. Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу : 03.11.2018 г.).

3. Батыров Б.Б. К вопросу использования керамического боя в качестве алюмосиликатной добавки для цемента [Электронный ресурс] / Б.Б. Батыров, Г.Б. Бегжанова, М. Искандарова // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. – 2018. – № 7(52). – Режим доступа: http://7universum.com/ru/. Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу: 28.10.2018 г.).

4. Куприна А.А. Кладочные растворы на основе композиционных вяжущих: автореф. дис… канд. техн. наук: 05.23.05 / А.А. Куприна ; науч. рук. проф. В.С. Лесовик ; БГТУ им. В.Г. Шухова. – Улан-Удэ, 2015. – 21 с.

5. Кисляков К.А. Свойства цементной композиции с применением боя керамического кирпича и микрокремнезема /

6. Гурова Е.В. Влияние добавки боя керамического кирпича на технические свойства цемента [Электронный ресурс] / Е.В. Гурова, М.М. Борзенко, В.В. Дорофеев // Научно-практический сетевой электронный журнал «Техника и технологии строительства». – 2018 – № 1 (13). – С. 25-30. – Режим доступа : http://tts.sibadi.org. Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу: 10.11.2018 г.).

7. Рахимова Н.Р. Шлакощелочные вяжущие с добавками молотого боя керамического кирпича [Электронный ресурс] / Н.Р. Рахимова // Известия КазГАСУ. – 2007. – № 2(8). – С. 83-88. – Режим доступа : https://cyberleninka.ru/. Загл. с экрана (дата обращения к ресурсу: 28.10.2018 г.).

8. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1986. 464 с. 9. Баженов Ю.М. Технология бетона. Учебник / Ю.М. Баженов. – М.: Изд-во АСВ, 2007. 528 с.

10. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы. Учебно-справочное пособие / Л.И. Касторных. – Ростов н/Д.: Феникс, 2005. – 221 с.

11. Баженов Ю.М. Технология сухих строительных смесей. Учебное пособие. – М.: Изд-во АСВ, 2003. – 96 с.

Научный руководитель – Гурова Е.В., канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «СибАДИ»

235