Details

Данная работа посвящена исследованию возможности использования бетонного лома, отходов строительства и сноса, в качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона, а также оценке влияния различных способов подготовки вторичного заполнителя на физико-механические свойства бетонных смесей и затвердевшего бетона. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Выполнить обзор отечественных и зарубежных исследований по использованию вторичных заполнителей из бетонного лома в бетонных смесях, а также методов их подготовки и модификации. 2. Сформировать программу экспериментов и обосновать выбор серий образцов: контрольная – природный щебень и опытные – необработанный бетонный лом, бетонный лом, выдержанный в 5%-ом растворе уксусной кислоты, а также бетонный лом, окатанный во влажной суспензии микрокремнезёма. 3. Определить физико-механические свойства заполнителей различных фракций: дробимость, истинную плотность, среднюю плотность, насыпную плотность, водопоглощение, пористость. 4. Проанализировать влияние способов модификации заполнителя на его показатели и предположить потенциальное влияние на формирование бетонной смеси. 5. Провести испытания физико-механических свойств бетонных смесей: прочность на сжатие образцов-кубов и образцов-призм, модуль упругости, прочность на растяжение при изгибе. 6. Выполнить сравнительный анализ свойств бетона на различных заполнителях и провести численное моделирование работы здания в ПК SCAD. Работа проведена на базе лаборатории кафедры ВШПГиДС СПбПУ Петра Великого, где были изготовлены и испытаны образцы заполнителей и бетонных смесей. Были определены физико-механические характеристики природного и вторичного щебня, а также проведены испытания бетонных образцов-кубов и образцов-призм в возрасте 28 суток. Анализ деформативных характеристик проводился с использованием тензометров. Численное моделирование работы здания выполнено с помощью программного комплекса SCAD. В результате было установлено, что необработанный вторичный щебень из бетонного лома обеспечивает кубиковую прочность на 7% выше природного щебня (23,60 МПа против 22,06 МПа), призменную прочность выше на 47,5% (20,27 МПа против 13,74 МПа), модуль упругости, сниженный всего на 18% (23,6 ГПа против 28,7 ГПа), и изгибную прочность, сниженную на 10% (2,07 МПа против 2,31 МПа). Кислотная обработка, несмотря на рост кубиковой прочности на 19%, привела к критическому снижению модуля упругости на 50,5% и нестабильности изгибной прочности. Окатывание во влажной суспензии микрокремнезёма не дало преимуществ ни по одному из показателей. Численное моделирование в ПК SCAD подтвердило, что перемещения здания на бетонах с вторичными заполнителями не превышают предельно допустимых значений. На основании проведённых исследований разработаны практические рекомендации: для производства тяжелого бетона классов B20–B25 целесообразно использовать необработанный вторичный щебень из бетонного лома без дополнительной обработки. Кислотная обработка и окатывание не рекомендуются к практическому применению. Для достижения данных результатов в работе были использованы следующие информационные технологии и программное обеспечение: программный комплекс SCAD, Microsoft Excel, а также аттестованное лабораторное оборудование: гидравлический пресс ПГМ-1000МГ4, тензометры, весы гидростатические, сушильный шкаф, сита, дробилка щековая лабораторная.

This work is devoted to the study of the possibility of using concrete scrap, construction and demolition waste, as a coarse aggregate for heavy concrete, as well as assessing the impact of various methods of secondary aggregate preparation on the physico-mechanical properties of concrete mixtures and hardened concrete. Tasks that were solved during the research: 1. To review domestic and foreign studies on the use of secondary aggregates from concrete scrap in concrete mixtures, as well as methods of their preparation and modification. 2. To form a program of experiments and justify the choice of series of samples: control – natural crushed stone and experimental – raw concrete scrap, concrete scrap soaked in a 5% solution of acetic acid, as well as concrete scrap rolled in a wet suspension of silica. 3. Determine the physical and mechanical properties of aggregates of various fractions: crushing capacity, true density, average density, bulk density, water absorption, porosity. 4. To analyze the impact of aggregate modification methods on its performance and to assume a potential impact on the formation of the concrete mix. 5. To test the physico-mechanical properties of concrete mixtures: compressive strength of cube samples and prism samples, modulus of elasticity, flexural tensile strength. 6. Perform a comparative analysis of the properties of concrete on various aggregates and perform numerical simulation of the buildings operation in the SCAD PC. The work was carried out on the basis of the laboratory of the Peter the Great St. Petersburg State Pedagogical University, where samples of aggregates and concrete mixtures were produced and tested. The physico-mechanical characteristics of natural and secondary crushed stone were determined, and concrete cube samples and prism samples were tested at the age of 28 days. The deformation characteristics were analyzed using strain gauges. Numerical simulation of the buildings operation was performed using the SCAD software package. As a result, it was found that untreated secondary crushed stone from scrap concrete provides cubic strength 7% higher than natural crushed stone (23.60 MPa versus 22.06 MPa), prism strength 47.5% higher (20.27 MPa versus 13.74 MPa), modulus of elasticity reduced by only 18% (23.6 GPa versus 28.7 GPa), and flexural strength, reduced by 10% (2.07 MPa vs. 2.31 MPa). Acid treatment, despite a 19% increase in cubic strength, led to a critical decrease in modulus of elasticity by 50.5% and instability of bending strength. Rolling in a wet silica slurry did not provide advantages in any of the indicators. Numerical simulation in the SCAD PC confirmed that building movements on concrete with secondary aggregates do not exceed the maximum permissible values. Based on the conducted research, practical recommendations have been developed: for the production of heavy concrete of classes B20–B25, it is advisable to use untreated secondary crushed stone from concrete scrap without additional processing. Acid treatment and pelletizing are not recommended for practical use. To achieve these results, the following information technologies and software were used in the work: the SCAD software package, Microsoft Excel, as well as certified laboratory equipment: PGM-1000MG4 hydraulic press, strain gauges, hydrostatic scales, drying cabinet, sieves, laboratory jaw crusher.