Исследование и разработка технологии получения бетона с использованием переработанных отходов стекла
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
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 распространенный 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.
Стекло бетон цемент замещение
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 10х10Ч10 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].
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.
Похожие статьи
-
Характеристика применяемых материалов При выполнении исследования для сопоставления результатов при определении свойств бетонных смесей и бетонов в...
-
Виды тяжелого бетона - Развитие технологии тяжелого бетона
В строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 1600 -2500 кг/куб. м. на заполнителях из горных пород (граните, известняке,...
-
Технология использования бетонных смесей в зимнее время Достаточно суровый климат в России и странах ближнего зарубежья, и продолжительный период...
-
Влияние сухого жаркого климата на технологию бетона Районы с сухим жарким климатом характеризуются большими перепадами температуры, относительной...
-
Основные составляющие бетонной смеси - Развитие технологии тяжелого бетона
Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками,...
-
Описание свойств материалов в составе бетона - Изготовление железобетонных колонн
Цемент Портландцемент (англ. Portland cement ) -- гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид...
-
Порядок выполнения работы, Пример расчета состава бетона - Расчет состава тяжелого бетона
1. На лабораторном занятии студенты изучают теоретические предпосылки и этапы расчета состава тяжелого бетона по методу абсолютных объемов. 2. Каждый...
-
Исследование влияния состава и температуры на свойства бетонной смеси. Из анализа литературных данных следует отметить, что большинство авторов считают,...
-
Состав бетона выражается расходом всех его составляющих материалов по массе на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси. Иногда бетон выражают...
-
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ - Характеристика технологии легких бетонов
Рациональный выбор исходных материалов является важным фактором обеспечения требуемых технических, технологических и экономических характеристик бетона....
-
Исследование кремнистых пород для производства ячеистого бетона
В статье рассматриваются результаты исследования материалов ячеистой структуры на основе опоки и диатомита. Установлено, что на основе опоки и жидкого...
-
История возникновения бетона. Виды бетонных смесей Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко вглубь...
-
Расчет по бетонам Определить расход материалов для приготовления 1 м3 бетона, его среднюю плотность и увеличение пористости, вызванную добавкой СНВ, если...
-
Метод сухой минерализации отличается от других технологий производства пенобетона тем, что в нем вся вода, необходимая для затворения цемента вводится в...
-
Основные технико-экономические показатели тяжелого бетона - Технология производства тяжелого бетона
Экономический эффект, достигаемый при применении высокопрочного бетона, заключается в том, что при более высокой стоимости данного материала по сравнению...
-
Виды готовой продукции, ее назначение и области применения Несмотря на достаточно простой состав, тяжелый бетон имеет свою классификацию. В зависимости...
-
Основные процессы производства тяжелого бетона Производство тяжелых бетонов Пропорции для производства тяжелого бетона могут отличаться друг от друга в...
-
За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с...
-
Виды бетонов их свойства, Свойства бетонов и основные термины - Развитие технологии тяжелого бетона
Свойства бетонов и основные термины Бетон - это искусственный камневидный строительный материал, получаемый в результате затвердевания предварительно...
-
Бетономешалка - это один из обязательных атрибутов любой строительной площадки, который помогает частично автоматизировать процессы приготовления...
-
Расчет состава бетона - Изготовление железобетонных колонн
Разработать параметры получения тяжелого бетона марки 500 для колонн предварительно - напряженных для промзданий. Размеры колонн выбрать по своему...
-
Дорожные и гидротехнические бетоны - Виды бетонов
Характерными представителями бетонов с комплексом нормируемых свойств являются дорожные и гидротехнические бетоны. Эти виды бетонов объединяют обычно...
-
Литой бетон -- порошкообразное вещество на основе цемента, песка и пластификаторов. К литым самоуплотняющимся бетонным смесям относятся смеси, не имеющие...
-
Дорожные и гидротехнические бетоны - Виды бетона
Характерными представителями бетонов с комплексом нормируемых свойств являются дорожные и гидротехнические бетоны. Эти виды бетонов объединяют обычно...
-
Жаркая сухая погода вносит серьезные осложнения в технологию бетонных работ, вызывая увеличение водоподребности бетонной смеси при повышении ее...
-
Исследование свойств и технологий многокомпонентных цементов проводились в 30-х, а затем в 50-х годах. Были разработаны составы вяжущих, позволяющие...
-
История развития технологии бетона - Развитие технологии тяжелого бетона
Бетон -- один из древнейших строительных материалов. Из него построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены...
-
Область применения тяжелого бетона широка: это и строительство шлюзов, и облицовка водопроводных каналов, и возведение коттеджей. Такая популярность...
-
Добавки как основное направление развития технологии бетона - Добавки для бетонных смесей
Известно, что существующие достижения двух последних десятилетий в технологии бетона обусловлены значительным ростом эффективности добавок различной...
-
Бетон доставляется на площадку самосвалом. Разогрев осуществляется непосредственно перед укладкой в бункере путем пропускания электрического тока...
-
Важнейшей проблемой строительства является дальнейшее совершенствование технологии бетона и железобетона, главным образом, позиции экономии цемента,...
-
Описание технологии производства газобетона - Ячеистые бетоны
Бетоны с ячеистой структурой могут быть получены способом газообразования. Такие автоклавные и неавтоклавные ячеистые бетоны получают на основе...
-
В настоящее время в России, как и во многих развитых зарубежных странах, все большую актуальность приобретает строительство из монолитного бетона и...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ, СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ - Характеристика технологии легких бетонов
В результате сравнения рассчитанных составов бетона наиболее оптимальным составом смеси по изменяющейся части себестоимости бетонных смесей и расходу...
-
Технология получения и применения ГЦ - Глиноземистый цемент
В зависимости от метода обжига различают два способа производства глиноземистого цемента: А) по методу спекания; Б) по методу плавления. При производстве...
-
Использование в дорожном строительстве зол и шлаков ТЭС - Технология строительства дорожного полотна
Одним из основных потребителей топливных зол и шлаков является дорожное строительство, где они используются для устройства подстилающих и нижних слоев...
-
Для устройства дорожных оснований из грунтов, укрепленных шламонефелиновыми вяжущими, разрешается применять все виды и разновидности крупнообломочных,...
-
Для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и железнодорожного полотна применяют разнообразные природные и искусственные...
-
Перечень и характеристика сырьевых материалов В качестве вяжущего чаще всего берут портландцемент, но могут быть использованы и другие вяжущие:...
-
ВВЕДЕНИЕ - Технология производства тяжелого бетона
Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения специально приготовленной смеси, состоящий из вяжущего материала, крупного и...
Исследование и разработка технологии получения бетона с использованием переработанных отходов стекла