УДК 666.127.001.5

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕРАБОТАННЫХ ОТХОДОВ СТЕКЛА

Алтынова Асем Ериковна1, Айдарова Назерке Амангельдиевна2, Саркенов Берик Бейсенович3
1Карагандинский Государственный технический университет, Казахстан, бакалавр, магистрант специальности «Материаловедения и технологии новых материалов»
2Карагандинский Государственный технический университет, Казахстан, бакалавр, магистрант специальности «Материаловедения и технологии новых материалов»
3Карагандинский Государственный технический университет, Казахстан, кандидат технических наук, заведующий кафедры «Металлургии, материаловедения и нанотехнологии»

Аннотация
Данная статья об использовании переработанного отхода стекла в качестве наполнителя в производстве бетона. Проведенное исследование позволяет утверждать, что замена части цемента мелкодисперсным стеклом является приемлемым способом для уменьшения использования цемента, так и для улучшения прочностных свойств бетонной смеси.

Ключевые слова: бетон, вибрациoнный истиратель 75Т-ДРМ, гранулы, измельчение, мелкодисперсность, песок, прочность, стекло, цемент


RESEARCH AND DEVELOPMENT TECHNOLOGY OF PRODUCTION CONCRETE USING RECYCLED WASTE OF GLASS

Altynova Assem Erikovna1, Aidarova Nazerke Amangeldievna2, Sarkenov Berwick Beysenovich3
1Karaganda State Technical University, Kazakhstan, Bachelors, masters specialization "Materials science and technology of new materials"
2Karaganda State Technical University, Kazakhstan, Bachelors, masters specialization "Materials science and technology of new materials"
3Karaganda State Technical University, Kazakhstan, Ph.D., Head of Department "Metallurgy, Material Science and Nanotechnology"

Abstract
This article is about the use of recycled waste glass as filler in concrete production. The study suggests that the replacement of the cement particulate glass is an acceptable way to reduce the use of cement, and to improve the mechanical properties of the concrete mix.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Алтынова А.Е., Айдарова Н.А., Саркенов Б.Б. Исследование и разработка технологии получения бетона с использованием переработанных отходов стекла // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51745 (дата обращения: 28.05.2017).

Переработка, захоронения, обезвреживания  и сбор промышленных отходов является одной из актуальных проблем окружающей среды. С экономической стороны вторичная переработка отходов невыгодна для хозяйствующих субъектов. Однако используя отходы можно решать несколько экологических проблем, как экономии значительного количества топлива и энергии и сохранение природных ресурсов.

Наиболее ценными вторичными ресурсом является  стеклянный бой.  Переработка стеклянного боя экономически выгодна и объемных энергетических затрат не требует. Результатами реализации вторичной переработки стеклобоя решаются следующие задачи:

− эстетическая это − возможные внедрение раздельного сбора может предполагать эксплуатацию контейнеров и мусоровозов, которые более пропорционально вмещается в развитию города;

− экологическая − уменьшение использования природных ресурсов за счет того что можно делать возврат в производство и продление срока действия полигонов твердо-бытовых;

− экономическая это − главным образом, получение дохода от реализации и использования вторичных отходов и удешевление бетона за счет использования стеклобоя (вторичное сырье), а также усовершенствование физико-механических свойств бетона[1].

Актуальность исследовательской работы является утилизация отходов стекла и применить стеклобой для изготовлений высокопрочного бетона.

Главной задачей является исследовать возможность замещения части цемента в составе тяжелого бетона с  мелкодисперсным стеклом.

Бетон самый распространённый материал используемый в строительстве. Он является сложным композиционным материалом, состоящий из цементного вяжущего, воды, минеральных заполнителей и модифицирующих добавок[2].

Для получения высокопрочного бетона необходимо соблюдать пропорциональность состава к другим используемым материалам, как песок, цемент, щебень и вода. А как напонитель используем измельченное стекло. Так как тонкомолотое стекло будет использован в виде наполнителя вместо цемента, сходство структур стекла и цемента немало важно (Талица 1).

Таблица 1- Химический состав стекла и цемента

Химический состав

Стекло

Цемент

SiO2

73,5 %

20,2 %

Al2O3

0,4 %

4,7 %

CaO

9,2 %

61,9 %

Fe2O3

0,2 %

3,0 %

MgO

3,3 %

2,6 %

Na2O

13,2 %

0,19 %

K2O

0,1 %

0,82 %

SO3

0, 5%

3,9 %

Как видно в таблице в стекол присутствует около 7 % оксида кальция. По некоторым литературным данным материалы, обладающие менее 15 % оксида кальция, вяжущими качествами не владеют. Повышение пуццолановой воздействий в тонкомолотых шлаках дает возможность сделать аналогичный вывод касательно к мелкодисперсному стеклу, те есть вяжущие свойства оксида кальция будут обнаруживаться при измельчении стекла. [3].

В работе помол стекла в размере до 50 мкм был произведен в вибрационном истирателе 75 Т – ДРМ (Рисунок 1). Тонкость помола стеклянного порошка прагматично согласовывается  в тонкости помола цемента, а зерна стекла не имеют игольчатой формы.

Рисунок 1 –75 Т –ДРМ-Вибрационный истиратель

Эксперимент был проведен в лабораторий архитектурно-строительного факультета, Карагандинского Государственного технического университета. Всего было отформовано и испытано 18 образцов на 14 и 28 суток. Из них  6-образцы без стекла(контрольный), 6-образцы содержали 10 % стекла и 6-образцы содержали 15 % стекла. С целью экономия цемента, количество цемента пропорционально уменьшалось.

Размеры образцов 10х10х10 см, технология бетонирования, а также обработка образцов и количество бетонов согласно требованием стандарта. Был использован цемент марки Портландцемент М 400, щебень с диаметром 5-20 мм, песчано-гравийная смесь с крупностью до 20 мм и тонкомолотое стекло. Состав образцов указан на таблице 2.

Таблица 2 – Состав образцов

Без добавления стекла (контрольный)

10 % Стекла

15% Стекла

Цемент, г

1155

Цемент, г

1040

Цемент, г

985

Песок, г

2100

Песок, г

2100

Песок, г

2100

Щебень, г

4445

Щебень, г

4445

Щебень, г

4445

Вода, г

695

Вода, г

625

Вода, г

595

Стекло, г

115

Стекло, г

170

За день вперед до бетонирования на электронных весах были взвешены все составы. Для получения образцов смешивается цемент, песок, щебень и стекло. Затем готовые смеси заливается в кубические формы 10х10×10 см (рисунок 2) и для уплотнения смесей ставится на вибрационный стол на 1 минут (рисунок3). После уплотнения на вибрационном столе образцы нумеруются, и ставится на затвердевание (рисунок4). Образцы хранились в месте для хранения  в опилочном ящике в возрасте 14 и 28 дней.

    

Рисунок 2-Кубические формы (10х10х10 см)

Рисунок 3-Вибрационный стол

Рисунок 4-Образцы

Образцы были испытаны на лабораторном гидравлическом прессе ПСУ-125 (Рисунок 5). При испытаний бетонных кубов учитывались имевшие только стандартный характер разрушения.

Рисунок 5 – Лабораторный гидравлический пресс ПСУ-125

С определением разрущающей нагрузки с помощью гидравлического пресса по формуле (1) вычеслились прочности бетона[4].

R=F/A*K

где, F- разрущающая нагрузка, Н;

А-площадь рабочего сечения образца , А=100;

K-поправочный коэффициент для ячеистого бетона, учитывающей влажность образцов в момент испытания, K=0, 95.

Результаты испытаний образцов представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результат испытаний бетонных кубов

Куб Содержание молотого стекла, %

Водопотребность,  л/м3

Средняя плотность

кг/м3

Прочность бетона на сжатие(МПа)

в возрасте, сут.

14 28
1 - 695 2337 147,25 -
2 - 695 2285 166,25 -
3 - 695 2318 173,4 -
4 10 625 2330 147,25 -
5 10 625 2317 142,5 -
6 10 625 2254 133 -
7 15 595 2335 185,25 -
8 15 595 2352 174,1 -
9 15 595 2340 173,4 -
10 - 695 2365 - 161,5
11 - 695 2365 - 142,5
12 - 695 2492 - 156,75
13 10 625 2373 - 180,5
14 10 625 2372 - 166,25
15 10 625 2362 - 166,25
16 15 595 2361 - 218,5
17 15 595 2404 - 220,875
18 15 595 2326 - 235,125

Когда заменяли, 10 % цемента с мелкодисперсным стеклом прочность бетонов при испытании на сжатие на 14 суток в 2 случаях из 3 была ниже, чем прочности контрольных образцов. То есть замена 10% цемента с мелкодисперным стеклом не хватает для улучшения прочности бетона.  Средняя прочность образцов 140,9 кг/см2.

А при замене 15% цемента мелкодисперсным стеклом прочность бетонов при испытании на сжатие в 3 случаях из 3 превышала, чем контрольных образцов. Итак, при замене 15 % цемента молотым стеклом увеличивает прочность бетона. Средняя прочность образцов 177,6 кг/см2.

 

Рисунок 6- Прочности образцов при испытаний на 28 дней

А при испытании образцов на 28 суток при замене 10 % цемента с мелкодисперным стеклом  3 серий из 3 превышала прочность контрольных образцов. Средняя прочность образцов 171,9 кг/см2.

Замена 15%  цемента с тонкомолотым стеклом прочность бетонов при испытании была намного выше чем контрольных образцов. Средняя прочность образцов 22483 кг/см2.

Рисунок 7 – Прочности образцов при испытаний на 28 дней

Замена 15 % цемента мелкодисперсным стеклом повышает прочность бетонов на 10%. Из проведенных исследований можно сделать вывод, что использование мелкодисперсного стекла для замены части цемента является приемлемым способом для уменьшения использования цемента, так и для улучшения прочностных свойств бетонной смеси.

Экономический эффект от применения предложенного  метода в промышленности строительных материалов является замена цемента мелкодисперсным порошкообразным стеклом, что влечет удешевление себестоимости, а также повышение качество бетона. За счет простоты технологии получения такого бетона, его внедрение в производство является возможным и осуществимым.


Библиографический список
  1. Еgоsi, N.G. Utilizаtiоn оf Wаstе Mаtеriаls in Civil Еnginееring Cоnstruсtiоn. in Mixеd Brоkеn Glаss Prосеssing Sоlutiоns. 1992: ASCE.
  2. O.Я.Бeрг, E.Н.Щeрбaкoв, Г.Н.Пиcaнкo / Выcокoпрoчный бeтoн. Мoсквa, 1971;
  3. Mеyеr, С. Rеcyclеd Glаss – frоm wаstе Mаtеriаl tо Vаluаblе Rеsоurcе. in Rеcyсling аnd Rеusе оf Glаss Cullеt 2001. Dundее, Scоtlаnd.
  4. Межгосударственный стандарт//Бетоны//ГОСТ 10180-2012//Методы определения прочности по контрольным образцам.


Все статьи автора «Алтынова Асем Ериковна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: