Бетонный лом в качестве заполнителя бетонных и железобетонных конструкций

В связи с широким внедрением комплексов по разрушению некондиционных железобетонных изделий механическим способом и получению щебня из дробленого бетона, встает вопрос его рационального применения в технологии железобетонных изделий и конструкций.
Внимание к вопросу повторного использования бетона в строительном производстве в 90-е годы вновь начало возрастать ввиду повышения дефицитности природных заполнителей, необходимости охраны окружающей среды и увеличения количества старых, морально и физически изношенных зданий и сооружений из железобетона, подвергаемых сносу.
В связи с возрастающими объемами сноса пятиэтажных зданий, замены мостовых конструкций и дорожных покрытий, чрезвычайно актуальными становятся проблемы переработки элементов разрушаемых сооружений и конструкций с целью получения вторичных нерудных строительных материалов, например заполнителя из дробленого бетона.
Принципиальным отличием заполнителя из дробленого бетона от заполнителя из естественного каменного материала является раствор, налипший на зерна первоначального щебня. Вопрос количественного содержания этого компонента в различных фракциях щебня из бетонного лома имеет существенное значение для прогнозирования поведения этого заполнителя в бетонных смесях и в затвердевшем бетоне.
Заполнитель в бетонной смеси и бетоне играет активную роль как в процессе формирования структуры и свойств бетонов, так и в процессе его эксплуатации. Из опыта применения щебня из бетона в технологии бетонов различными исследователями следует, что заполнитель получаемый путем дробления бетонного лома, обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать при оптимизации составов и приготовлении бетонных смесей с заданными технологическими параметрами, а также использования их в железобетонных изделиях и конструкциях различного назначения.
Решение задачи рационального использования щебня из бетона в технологии железобетонных изделий и конструкций возможно прежде всего при разработке технических условий и создании нормативной базы по получению кондиционного заполнителя. В настоящее время в результате проведенных испытаний в МГСУ разработаны технические условия на щебень из бетона (ТУ 5711-001-40296246-99), на основании которых возможно организовать производство кондиционных заполнителей из отходов дробления и осуществить их сертификацию.
С целью использования бетонного лома в технологии железобетонных изделий были проведены исследования по разработке составов бетона на щебне для производства фундаментных блоков и стеновых камней. Они предназначены для стен подвалов и технических подпольев зданий и должны отвечать требованиям ГОСТ 13579. Они подразделяются на три типа: ФБС – сплошные; ФБВ – сплошные с вырезом для укладки перемычек и пропуска коммуникации под потолками подвалов и технических подпольев; ФБП – пустотные (с открытыми вниз пустотами).
В результате проведения эксперимента были определены: общая пористость, характер пор, параметры микротрещинообразования, трещиностойкость и величина дилатометричского эффекта, характеризующая морозостойкость бетона. Данные исследования представлены в таблице 2.

Исследовали две серии бетонов с подвижностью 5 и 10 см осадки конуса. По средней плотности бетоны на известняковом щебне на 125–180 кг/м3 выше, чем бетоны на щебне из бетона. Однако по прочности при сжатии они были приблизительно одинаковые. Например, при расходе цемента около 400 кг/м3 их прочность составила 32,1–33,3 МПа, а при расходе цемента около 480 кг/м3 – 36,4–39,6 МПа.
Одинаковая прочность бетонов на щебне из бетона и контрольных образцов при пониженной средней плотности возможно только при более высокой прочности цементного камня и хорошего сцепления с заполнителем. Высокая прочность цементного камня в бетоне на щебне из бетона связана с повышенной степенью гидратации цемента за счет более благоприятного влажностного режима твердения. Вода сначала поглощается пористым заполнителем, а затем отсасывается твердеющим цементным камнем, повышая тем самым степень гидратации цемента. Улучшенное контактное сцепление цементного камня и щебня из бетона связано, прежде всего, с химическим родством этих материалов и развитой поверхностью сцепления.
Как известно, прочность бетонов зависит от объема капиллярных пор. Для бетонов на щебне из бетона, твердевших 28 суток в нормальных условиях, эта зависимость имеет вид:
R28 = 17,4 – 5 Пк – 1,35 Пк2.
Исследование характера пор по трем степеням насыщения показало, что объем капиллярных пор контрольного и исследуемого бетонов практически одинаковый. Введение суперпластификатора С-3 приводит к снижению капиллярной пористости на 1,5–2%. Общая пористость бетонов на щебне из бетона на 3–4% выше, чем у контрольных, что связано с пористостью самого щебня из бетона, содержащего значительное количество цементного камня.
Параметры процесса микротрещинообразования при механическом нагружении бетона на щебне из бетона (Rт0/Rпр и Rтv/Rпр) также близки к значениям контрольных образцов и составляют, соответственно, 0,6–0,7 для первой параметрической точки и 0,8–0,82 для второй.
Склонность бетонов к растрескиванию, характеризуемая коэффициентом интенсивности напряжений (Кс), связана с дефектами бетона – порами и микротрещинами, которые вызывают наибольшую концентрацию напряжений при механическом нагружении и действии окружающей среды. Была установлена зависимость коэффициента интенсивности напряжения (Кс) от общей пористости (По), имеющий вид:
Кс = 0,8 По – 0,02 По2 – 3,75.
Установлена связь параметров микротрещинообразования с коэффициентом интенсивности напряжений. Введение в бетонную смесь суперпластификатора С-3 приводит к снижению капиллярной пористости, что способствует повышению уровней напряжений верхней и нижней параметрических точек и в то же время повышает трещиностойкость бетона. Установлена зависимость коэффициента интенсивности напряжения от соотношения Rт0/Rпр:
Кс = 0,2 + 9,33 (Rт0/Rпр) – 7,55 (Rт0/Rпр)2.
Были проведены дилатометрические исследования температурно-влажностных деформаций бетонов и определен дилатометрический критерий – «приведенное» удлинение, составляющее разность деформаций водонасыщенного образца и сухого в интервале температуры –5…-70С (eпр). Величина «приведенного» удлинения составила для образца для состава 5 – 17,5Ч10-5, а для образца состава 6 – 11,3Ч10-5.
Введение добавки С-3 приводит к снижению капиллярных пор в бетоне и, следовательно, способствует повышению плотности бетона, уменьшению дилатометрического эффекта и повышению морозостойкости бетона. Для всех исследуемых составов бетонов зависимость морозостойкости от величины «приведенного» удлинения имеет вид:
М = 860 – 85 eпр + 2,37 eпр2.
Кроме того, установлена зависимость морозостойкости бетонов на щебне из бетона от капиллярной пористости (Пк):
М = 1285 – 338 Пк + 24 Пк2.
Уменьшение капиллярной пористости бетонов приводит, как показывают исследования, к уменьшению величины приведенного удлинения и повышения коэффициента интенсивности напряжения материала. Оба этих параметра четко отражают дефектность цементного камня в бетоне. Связь между двумя параметрами имеет следующий вид:
Кс = 3,84 – 0,1 eпр + 0,003 eпр2.
На основании проведенных исследований прочностных и деформативных свойств бетонов, а также трещиностойкости и морозостойкости предложены следующие составы бетонного лома, обеспечивающие классы по прочности от В7,5 до В15 и представленные в таблице 3.
Таким образом, при учете особенностей щебня из дробленого бетона потребителями и четкой работе производителей, позволяющей обеспечить высокое качество выпускаемой продукции, нетрадиционный щебень из отходов строительного производства займет достойное место на рынке строительных материалов.