 |
Заполнители бетонов из отходов строительного производства
|
|
|
|
Лом бетона, асфальто- и железобетона, черепицы, керамического кирпича в течение десятилетий используется для выпуска кондиционных щебня и дроблёного песка. В мире производится не менее 30 млн. т нерудных строительных материалов из отходов. Сотни фирм получают из них щебень и песок, часто совмещая эту деятельность с переработкой горных пород для разных целей. Преобладающий вид вторичного сырья зависит от традиций каждой страны. Так, в Ирландии основным источником вторичного сырья является кирпичная кладка.
Производимая из отходов строительства продукция используется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, строительства автодорог. Например, в Японии и Швеции щебень из отходов приравнен в правах к щебню из прочных скальных пород.
В СССР проблема переработки бетонного лома сформировалась в конце 1970-х годов. Расчёты тех лет показывали, что утилизация имеющихся отходов позволила бы вовлечь в хозяйственный оборот около 40 млн. т бетонного лома и около 1,2 млн. т металла, однако эти цели не были достигнуты.
На территории РФ построено около 260 млн. м2 панельных домов первых массовых серий. Только в Москве были построены панельные дома общей площадью около 36 млн. м2. С началом массового сноса устаревших зданий в Москве ежегодно образуется до 15 млн. т строительных отходов. Из них перерабатывается лишь небольшая часть, остальное вывозится на полигоны, либо скапливаются на несанкционированных свалках.
Щебень из бетона по дробимости соответствует марке 400 и может быть использован для строительных работ и производства бетонов класса по прочности В30 и ниже. Морозостойкость щебня из бетона соответствует марке по морозостойкости от F15 до F125 в зависимости от фракции.
|
|
|
Полученные данные показывают, что изучаемые бетоны не уступают по свойствам обычным тяжёлым бетонам на природном щебне. При этом бетон на вторичном щебне дешевле, чем бетон на природном заполнителе в 1,35 раза [ 71 ].
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНОЛОГИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА»
Описание части лабораторных работ позаимствовано преимущественно из учебника Л.Д. Чумакова «Технология заполнителей бетона (практикум) с определёнными изменениями и дополнениями, адаптированными к условиям лабораторной базы филиала.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕБНЯ
ЗАДАНИЕ
1. Определить представленные горные породы.
2. Охарактеризовать структурные и текстурные особенности горных пород.
3. Оценить физико-механические свойства горных пород.
4. Заполнить таблицу (таблица 1) по предлагаемой форме.
Таблица 1. – Особенности состава и свойств магматических горных пород
| Горная порода | Минераль-ный состав | Структура | Текстура | Свойства горных пород | ||||
| Плотность, г/см3 | Средняя плотность, кг/м3 | Порис-тость, % | Прочность при сжатии, МПа | Водопогло-щение, мо-розостой-кость и другие | ||||
| Гранит | ||||||||
| Липарит | ||||||||
| Пемза | ||||||||
| Сиенит | ||||||||
| Диорит | ||||||||
| Габбро | ||||||||
| Базальт | ||||||||
| Диабаз | ||||||||
| Дунит | ||||||||
| Перидотит | ||||||||
| Пироксенит |
ОПИСАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
|
|
|
1. Граниты. Граниты – интрузивные полнокристаллические, светлые горные породы. Окраска серая, розовая, розовато-серая, желтоватая, мясо-красная. Макроскопически хорошо различаются кварц (25-35%), кали-натриевые полевые шпаты (35-40%), кислый плагиоклаз (15-25%), биотит (5-15%), мусковит, роговая обманка.
При большом количестве кварца граниты приобретают высокие твёрдость и хрупкость, а с увеличением содержания роговой обманки становятся более вязкими. Присутствие пирита, большого количества слюды, отсутствие роговой обманки и помутнение окраски полевых шпатов является нежелательным.
По крупности слагающих породу зёрен выделяются крупно-, средне- и мелкозернистые разности. В ряде случаев на фоне основной массы наблюдаются крупные выделения кристаллов того же става, но наиболее часто в виде вкрапленников развиты полевые шпаты.
Мелкозернистые разности гранитов отличаются более высокими плотностью и прочностью, меньше подвержены процессам выветривания.
Прочность гранитов на сжатие 100-300 МПа, на растяжение – 2-7,5 МПа.
Плотность гранитов составляет 2,9 г/см3, средняя плотность – 2500-2800 кг/м3. Граниты являются малопористыми горными породами (пористость 0,5-1,5%). Они отличаются высокой морозостойкостью и сопротивлением истиранию.
2. Липариты – эффузивные аналоги гранитов. Цвет светло-серый, желтоватый, красноватый. Основная масса сложена вулканическим стеклом. Достаточно много порфировых вкраплений полевых шпатов и кварца. Структура порфировая. Текстура нередко флюидальная, что обусловлено течением магмы при её застывании.
Предел прочности при сжатии от 130 до 180 МПа.
3. Пемза – стекловатая лёгкая горная порода. Перегородки между порами очень тонкие. Поры имеют неправильные очертания. Многие разности не тонут в воде ввиду очень высокой пористости породы.
Цвет пемзы бежевый, светло-коричневый, красноватый. Структура стекловатая. Текстура пемзовая.
Материал очень лёгкий: средняя плотность 300-900 кг/м3. Предел прочности при сжатии от 1,5 до 6 МПа, теплопроводность 0,12-0,20 Вт/(м·К). Большая пористость (60-80%) обусловливает хорошие теплоизоляционные свойства пемзы.
Пемза служит заполнителем в лёгких бетонах (пемзобетонах).
4. Сиениты – щелочные интрузивные магматические породы. По содержанию кремнезёма относятся к средним породам. Окраска светлая благодаря наличию в основной массе значительного количества полевых шпатов. Порода окрашена в серые, розоватые, зеленоватые тона Породообразующие минералы: кали-натриевые полевые шпаты (50-70%), кислые плагиоклазы (20-30%), роговая обманка (до 15%), реже присутствует биотит (до 10%), а также пироксены. Практически отсутствует кварц (отличие от гранитов). Из второстепенных минералов наибольшее развитие получили нефелин, магнетит, апатит, гранат и другие.
|
|
|
Структура равномернозернистая, чаще всего среднезернистая. Текстура массивная.
Предел прочности при сжатии составляет 150-180 МПа, средняя плотность – 2600-2800 кг/м3.
Сиениты встречаются реже, чем граниты. Это снижает их значение как строительного камня.
5. Диориты – средние интрузивные магматические породы. Породы серый, тёмно-серый или зеленовато-серые. Сложены преимущественно средним плагиоклазом (около 70%), роговой обманкой (20%), биотитом (до 10%). Кварц обычно отсутствует, но существуют разновидности, которые содержат до 5-15% кварца. Такие разновидности называются кварцевыми диоритами.
Структура равномернозернистая. Текстура массивная.
Диориты характеризуются значительной прочностью при сжатии (180-3000 МПа), высокой плотностью и значительной средней плотностью (до 2900 кг/м3), повышенной ударной вязкостью и достаточной устойчивостью к выветриванию. Эти свойства позволяют использовать диориты в качестве материалов, противодействующих вибрационным воздействиям.
6. Габбро – средне- и крупнозернистые интрузивные основные породы. Цвет тёмно-зелёный, чёрный. Минеральный состав: основные плагиоклазы (50-70%), пироксены (25-50%), оливин (до 10%), роговая обманка. Второстепенные минералы: магнетит, ильменит, хромит, апатит, гранат и другие.
Структура равномернозернистая. Текстура обычно массивная.
Габбро – тяжёлые породы с почти одинаковой истинной плотностью и средней плотностью около 3100 кг/м3, прочностью на сжатие 200-280 МПа, отличаются высокой вязкостью.
|
|
|
7. Базальты – кайнотипные (то есть свежие, неизменённые) эффузивные аналоги габбро. Цвет тёмно-серый, чёрный. В основной стекловатой массе наблюдается большое развитие мелких, а иногда и крупных пустот, обусловленных выделением газообразных продуктов из лавы. В базальтах часто встречаются различные включения (ксенолиты), которые снижают их качество как строительного материала.
Базальты являются твёрдыми и одновременно хрупкими, трудно обрабатываемыми породами. Их прочность на сжатие варьирует в широких пределах – от 110 до 500 МПа, но,
в связи с большим содержанием стекла, может резко падать. Плотность составляет 3,1-3,3 г/см3, а средняя плотность 3000-3300 кг/м3. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты.
8. Диабазы – палеотипные (древние) эффузивные аналоги габбро. В отличие от базальтов они значительно изменены вторичными процессами. В результате в них практически не осталось свежих первичных минералов. Наблюдается интенсивное развитие хлоритов, актинолита, эпидота, роговой обманки и других минералов. Благодаря этому диабазы имеют серо-зелёную или тёмно-зелёную окраску.
Состав диабазов аналогичен составу габбро. Но, в отличие от габбро, диабазы характеризуются более мелкими размерами слагающих их минеральных зёрен.
Диабазы – плотные породы. Иногда прослеживаются крупные вкрапленники плагиоклаза или пироксена.
Структура равномернозернистая, мелкозернистая или порфировая. Текстура массивная. Нередко наблюдаются миндалекаменные текстуры. Миндалины выполнены кальцитом, хлоритом, опалом, цеолитами.
Диабаз отличается высокой твёрдостью, прочностью (прочность на сжатие достигает 300-450 МПа) и ударной вязкостью, что объясняется большим содержанием в составе железо-магниевых силикатов. Средняя плотность диабаза 2700-2900 кг/м3.
Щебень из диабаза используется для изготовления морозостойких высокопрочных бетонов.
9. Дуниты – ультраосновные интрузивные равномернозернистые породы тёмно-зелёного до почти чёрного цвета. Сложены почти исключительно оливином. На выветрелой поверхности породы часто образуется типичная бурая корочка, своим происхождением обязанная наличию в оливине железа. Часто наблюдается присутствие зёрен хромита и магнетита.
Структура равномернозернистая. Текстура массивная.
Средняя плотность 3000-3400 кг/м3. Высокая твёрдость пород затрудняет разработку месторождений, а значительная вязкость осложняет их обработку. Вследствие указанных причин щебень дунитов может быть применён при изготовлении специальных бетонов.
10. Перидотиты – ультраосновные среднезернистые горные породы от тёмно-зелёного до чёрного цвета. Сложены преимущественно оливином и пироксеном. Оливин при этом преобладает.
|
|
|
Структура равномернозернистая. Текстура массивная.
По своим физико-механическим особенностям перидотиты не отличаются от дунитов. Используются для производства щебня, служащего заполнителем бетонов.
11. Пироксениты – ультраосновные породы, сложенные преимущественно пироксеном. Содержат небольшой процент оливина. Цвет чёрный. Породы обычно средне- и крупнозернистые, тяжёлые.
Структура равномернозернистая. Текстура массивная.
По своим физико-механическим особенностям практически не отличаются от дунитов. Используются для изготовления щебня, служащего заполнителем бетонов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1
1. Как разделяются магматические породы в зависимости от условий их кристаллизации?
2. Как разделяются магматические породы по их химическому составу?
3. Что такое кайнотипные и палеотипные эффузивные горные породы?
4. Что такое структура горных пород? Как структура влияет на свойства горных пород?
5. Что такое текстура горных пород? Какое влияние оказывает текстура на свойства горных пород?
6. Какое влияние оказывает на свойства содержание в горной породе вулканического стекла?
7. Как изменяются свойства горных пород в зависимости от содержания в них кварца, полевого шпата и других минералов?
8. С чем связана высокая пористость пемзы?
9. Для каких целей используется пемза?
10. Дайте общую оценку магматических пород, как заполнителя бетонов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
|
|
|
