ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕТОНА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается потенциал вторичного использования бетона как одного из наиболее распространенных строительных материалов. Анализируются методы переработки бетонных отходов, включая механическое дробление и использование химических добавок для улучшения качества вторичного бетона. Сравниваются экономические и экологические показатели.

Ключевые слова: переработка, экономические показатели, химические добавки, прочность материала.

ВВЕДЕНИЕ

В наше время проблема интенсивного строительства и его воздействия на окружающую среду становится все более актуальной в условиях глобального изменения климата и истощения природных ресурсов. Строительная отрасль является одним из крупнейших потребителей материалов и производит значительное количество отходов, что подчеркивает необходимость поиска устойчивых решений. Вторичное использование бетона, включая переработку старых конструкций, представляет собой эффективный способ минимизации строительных отходов и снижения потребления новых ресурсов. Это не только способствует охране окружающей среды, но и позволяет сократить затраты на строительство.

Важным аспектом переработки бетона является применение современных технологий, таких как механохимические активаторы, которые улучшают характеристики переработанного материала. Эти технологии позволяют повысить прочность и долговечность вторичного бетона, делая его конкурентоспособным по сравнению с первичными материалами. Анализ экономической эффективности таких решений показывает, что переход на переработанный бетон может не только снизить затраты на строительство, но и способствовать устойчивому развитию отрасли, что в конечном итоге положительно скажется на экологии и ресурсосбережении.

Методы

Важным направлением в строительной индустрии является переработка бетона, которая предоставляет возможность повторного использования строительного материала.

Для переработки бетона и железобетона применяются дробильные установки, работа которых основана на простом принципе. Обычно такая установка состоит из двух или трех основных компонентов. В первом компоненте происходит прием и первичная переработка поступающих отходов, для чего используются приемный бункер, пластинчатый конвейер и пост предварительной сортировки. После этого отходы направляются в дробилку, где они измельчаются, а затем проходят через магнитный сепаратор, который удаляет все металлические элементы. Полученная смесь затем поступает на грохот, где она разделяется на различные фракции, количество которых зависит от числа ярусов грохота. Крупные обломки, не прошедшие через грохот, возвращаются обратно в дробилку или подаются во вторую часть установки, которая по своему оборудованию аналогична первой.

Способы переработки бетона сосредоточены как на механической обработке, так и на новейших технологиях, таких как электрогидравлическая переработка. Электрогидравлическая переработка бетона — это метод переработки железобетонных отходов, основанный на использовании эффекта Юткина. Суть метода заключается в использовании энергии электрического поля для создания гидравлического удара, который разрушает железобетонные конструкции на мелкие фракции. Эта технология позволяет создавать высокоэффективные самоуплотняющиеся бетоны, что значительно расширяет области применения переработанного материала и улучшает качество новых бетонных смесей [1].

Химический метод заключается в «вымывании» из вторичного щебня остатков цементного камня при помощи безводных и гидратированных оксидов, что так же ведёт к повышению качества щебня из дробленого бетона.

Отходы бетона, непригодные для рециклинга, отправляют на сжигание с выделением тепловой энергии. Переработка в печах с высокой температурой в присутствии кислорода называется инсинерация. Метод позволяет получить значительное количество энергии. Его недостаток заключается в том, что при горении в атмосферу выделяются токсичные продукты сгорания.

Исследования показывают, что тонкодисперсный бетонный лом может использоваться в гидратационных и конденсационных системах твердения, придавая необходимую прочность и долговечность конечным изделиям [1]. Это момент показывает, что применение переработанного бетона помогает сократить объем строительных отходов и снизить затраты на использование новых материалов [5].

В процессе рециклинга бетона могут быть получены различные составы и материалы, которые зависят от метода переработки и поставленных целей.

Некоторые из возможных продуктов включают:

1. Вторичный щебень. Крупные фракции применяются в строительстве для отсыпки грунтов, создания парковочных площадок и дорожных покрытий. Мелкий отсев используется в качестве заполнителя в строительных растворах, а также находит применение в сельском хозяйстве и ландшафтном дизайне.

2. Экологические блоки. Эти блоки производятся из переработанного бетона и используются для создания подпорных стен и других временных конструкций.

3. Реактивированный цемент. Этот материал получается, как побочный продукт при замене порошкообразного бетона флюсом в электродуговых печах.

4. Геополимерный бетон. Отходы бетона содержат значительное количество кремния и некоторое количество алюминия, что позволяет использовать их для синтеза геополимеров.

Кроме того, из бетонных отходов и углекислого газа можно производить бетон с карбонатом кальция, где кальций извлекается из отходов бетона, а не из известняка.

Одним из наиболее перспективных направлений является использование крупных заполнителей, полученных из переработанного бетона. Это направление активно исследуется и доказывает свою эффективность в производственных процессах. В результате были получены новые высокопрочные смеси [2].

Испытание на морозостойкость бетона — это важный процесс, который позволяет оценить его устойчивость к воздействию низких температур и циклов замораживания и оттаивания. Ключевые моменты испытания регулируются нормативными документами, которые определяют методику и условия проведения испытаний на морозостойкость бетона. [10]

Для испытания на морозостойкость используются бетонные кубики с гранями 100 или 150 мм, которые изготавливаются из конкретной партии бетонной смеси в соответствии с ГОСТ 22685. После проходит подготовка образцов. Перед началом испытаний образцы должны достигнуть проектной прочности, что обычно происходит через 28 дней после заливки и твердения в контролируемых условиях.

Существует несколько методов испытаний. Первый базовый метод: Предназначен для бетонов марки F1. Включает замораживание при температуре -18 °С с последующим размораживанием в воде.

Второй базовый метод разработан для бетонов марки F2. Состоит в замораживании и размораживании с использованием 5% раствора NaCl. Также существуют ускоренные методы. В этом методе используются только растворы NaCl без обычной воды.

Процесс испытаний состоит в том, что воду меняют каждые 95–100 циклов, чтобы избежать недостоверных результатов. Общее количество циклов зависит от марки бетона и в среднем составляет около 150 испытаний, что занимает не менее 75 дней.

Также производят проверку на прочность и на сжатие. Прочность измеряется с помощью прессов с чувствительными манометрами. Важно, чтобы поверхность бетона оставалась ровной и не имела сколов или трещин после испытаний.

Эти испытания критически важны для обеспечения долговечности и надежности бетонных конструкций в условиях низких температур, что особенно актуально в регионах с суровым климатом.

Анализ экспериментальных данных, полученных как в нашей стране, так и за рубежом, показывает, что применение дробленого бетона в качестве мелкого заполнителя (в нефракционированном щебне фракций размером менее 5 мм содержится до 30 %) значительно снижает эксплуатационные свойства такого бетона, в то время как применение дробленого бетона в качестве крупного заполнителя очень эффективно.

Вторичный щебень (или щебень из дробленого бетона) содержит значительное количество растворной составляющей. Кроме того, контактная зона между исходным зерном щебня и раствором, являющаяся наименее прочным и наиболее пористым звеном в бетоне, значительно снижает физико-механические показатели такого щебня. Получается, что вторичный щебень, который до дробления (во время эксплуатации) имел морозостойкость 200 циклов, изменяется до морозостойкости в 15 циклов. Однако на вторичном щебне получают бетоны прочностью до 200) и морозостойкостью выше 100 циклов [5].

Таблица 1.

Физико-механические свойства щебня из дроблённого бетона

Особенность использования вторичных бетонных заполнителей заключается в нескольких факторах. Важно проводить тестирование на прочность, истираемость, устойчивость к воздействию влаги и химических веществ.

1. Размер и форма частиц: Размеры и форма частиц вторичных заполнителей могут отличаться от природных. Это может влиять на работу с бетоном, его укладку и прочностные характеристики.

2. Содержание загрязняющих веществ.

3. Влияние на прочность бетона: Использование вторичных заполнителей может снизить прочность бетона по сравнению с использованием традиционных заполнителей, если не учитывать соответствующие пропорции и технологии.

4. Нормативные ограничения: в некоторых регионах могут существовать нормативные акты, регулирующие использование вторичных материалов в строительстве, что необходимо учитывать при проектировании.

5. Технологические особенности: при использовании вторичных заполнителей могут потребоваться специальные технологии смешивания и укладки, чтобы обеспечить однородность и качество бетона.

6. Потребности в добавках: для улучшения свойств бетона с вторичными заполнителями может потребоваться использование химических добавок, таких как пластификаторы или суперпластификаторы.

7. Долговечность: исследования показывают, что правильно подобранные вторичные заполнители могут обеспечивать долговечность конструкций, однако это требует дополнительных испытаний и анализа.

8. Морозостойкость: часто становится препятствием для использования вторичного бетона.

Проблема морозостойкости активно решается с помощью добавления минеральных усовершенствующих компонентов. Эти добавки, а также суперпластификаторы, позволяют компенсировать свойства вторичного материала, повышая как морозостойкость, так и общие эксплуатационные характеристики бетона. Исследования показывают, что дополнительная обработка может значимо улучшить качество вторичного щебня, что делает его конкурентоспособным в различных климатических условиях [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Бетон, содержащий вторичный щебень, применяется для изготовления строительных изделий, таких как дорожные плиты и плиты для фундаментов. В то время как бетон с активированным вторичным щебнем используется для производства более широкого ассортимента строительных изделий и железобетонных конструкций.

Согласно ГОСТ 26633-85, в качестве заполнителя для бетонной смеси разрешается использовать дробленый бетон. Однако для производства бетонов класса В25-В30 с крупным заполнителем из вторичного бетона необходимо увеличить расход цемента до 500 кг и более на 1 м³ бетонной смеси.

Экономический эффект от утилизации отходов зависит от множества факторов, часто специфичных для каждого типа отходов. В Москве функционирует более десяти комплексов по утилизации железобетонных отходов в местах их наибольшего скопления. Тем не менее, существующая система переработки требует дальнейшего развития. Текущие мощности и оборудование не способны полностью справиться с переработкой всех строительных отходов, образующихся в городе.

Анализ использования отходов позволяет сделать вывод о том, что они могут представлять собой значительное богатство, но при отсутствии их переработки становятся серьезной проблемой. Проведенный обзор показывает, что данная тема нуждается в дальнейшем научном исследовании.

Вторичное использование бетона в строительстве представляет собой важный шаг к более устойчивому и экологически чистому будущему. Оно не только способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду, но и открывает новые возможности для экономического роста и инноваций в строительной отрасли. Важно продолжать исследования в этой области, развивать технологии переработки и внедрять их в практику, чтобы максимально использовать потенциал вторичного бетона и сделать строительство более устойчивым и эффективным.

Список литературы:

1. М.А. Фахратов. Организация переработки отходов бетона и вторичное... [Электронный ресурс] // cyberleninka.ru - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/organizatsiya-pererabotki-othodov-betona-i-vtorichnoe-ispolzovanie-betonov-v-stroitelstve, свободный.
2. А.А. Кальгин. Опыт использования отходов дробленого бетона в производстве... [Электронный ресурс] // cyberleninka.ru - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/opyt-ispolzovaniya-othodov-droblenogo-betona-v-proizvodstve-betonnyh-i-zhelezobetonnyh-izdeliy
3. Кикава О.Ш., Соломин И.А. Переработка строительных отходов, М.: Сигналъ, 2000. 84 с.
4. Д.С. Денисевич. Физико-механические особенности материалов... [Электронный ресурс] // cyberleninka.ru - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/fiziko-mehanicheskie-osobennosti-materialov-na-osnove-betonnogo-loma.
5. М.С. Шамшанов. Экологические и экономические преимущества... [Электронный ресурс] // cyberleninka.ru - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskie-i-ekonomicheskie-preimuschestva-ispolzovaniya-gornyh-othodov-v-proizvodstve-yacheistogo-betona.
6. Гальцева Н.А., Попов П.В., Котов Д.А., Голотенко Д.C. Вторичное использование отходов промышленности // Инженерный вестник Дона, 2022, №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2022/7651.
7. З.У. Беппаев, Л.Х. Аствацатурова. Перспективы применения тонкодисперсных рециклинговых продуктов переработки бетонов в качестве минеральных добавок для изготовления строительных растворов [Электронный ресурс] // Beton i Zhelezobeton- Режим доступа: https://www.bzhb.ru/jour/article/view/39.
8. А.Н. Магсумов. Использование бетонного лома в качестве крупного заполнителя... [Электронный ресурс] // cyberleninka.ru - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-betonnogo-loma-v-kachestve-krupnogo-zapolnitelya-dlya-proizvodstva-betonnyh-smesey, свободный. - Загл. с экрана
9. А.А. Кальгин. Морозостойкость бетона на вторичном щебне и способы улучшения качества вторичного щебня для повышения морозостойкости бетонов на вторичном щебне».// «СPI — Международное бетонное производство», №4, 2008 г.
10. ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования.