РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ЛЕГКИХ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННОГО ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются вопросы разработки оптимального состава легких бетонов на основе искусственного пористого заполнителя. В ходе исследования были определены количественные соотношения основных компонентов, входящих в состав легкого бетона, и проанализировано их влияние на плотность и прочностные свойства бетона. По результатам экспериментов установлено, что использование искусственных пористых заполнителей не только снижает вес бетона, но и обеспечивает достаточную механическую прочность. Выбор оптимального состава позволяет снизить расход материалов и получить энергосберегающие строительные материалы. Полученные результаты рекомендуются для эффективного использования легких бетонов в промышленном и гражданском строительстве.

ABSTRACT

This article examines the development of optimal compositions for lightweight concrete based on artificial porous aggregate. During the research, the quantitative ratios of the main components included in the composition of lightweight concrete were determined, and their influence on the density and strength properties of concrete was analyzed. Based on the experimental results, it was established that the use of artificial porous aggregates not only reduces the weight of the concrete but also provides sufficient mechanical strength. Choosing the optimal composition allows you to reduce material consumption and obtain energy-saving construction materials. The obtained results are recommended for the effective use of lightweight concretes in industrial and civil construction.

Ключевые слова: плотность, прочность, фракция, гранула.

Keywords: density, strength, fraction, granule.

Введение

Основным преимуществом лёгких бетонов является их низкая плотность, что приводит к снижению нагрузки на несущие конструкции зданий и фундаменты, а также к снижению транспортных расходов и трудозатрат при монтаже [1].

Благодаря своим особенностям лёгкие бетоны широко применяются в различных областях строительства [2]. Они используются для стен, перегородок, облицовки, кровли, а также в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов. В современном строительстве легкие бетоны используются для строительства удобных и энергоэффективных зданий, уменьшения массы высоких зданий и мостовых конструкций.

Современные исследования в области легких бетонов направлены на дальнейшее улучшение их эксплуатационных свойств, снижение себестоимости производства и повышение экологической безопасности. Использование вторичного сырья и промышленных отходов в качестве наполнителя или связующего компонента является одним из основных направлений. Это позволяет не только удалять отходы, но и получать материалы с заданными свойствами и одновременно снижать расход природных ресурсов [3].

Результаты и обсуждения

Выбран номинальный состав легкого бетона на основе пористого заполнителя (гранул пеностекла) с плотностью 400-800 кг/м³ и наибольшей прочностью.

В данном исследовании при выборе состава легкого бетона на основе нового искусственного пористого заполнителя отдельные фракции пористого заполнителя принимались в соотношениях, приведенных в таблице 1. Известно, что размер фракции пористого заполнителя влияет на физико-механические свойства легкого бетона. Исходя из этого, рекомендуется, чтобы размер фракции пористого заполнителя не превышал 20 мм [4, с.240].

Фракционный состав мелких и крупных заполнителей существенно влияет на пористость, расход портландцемента, среднюю плотность и прочность легкого бетона [5-6].

Таблица 1.

Разработанные составы по фракции искусственного пористого заполнителя

Таким образом, физико-механические свойства легкого бетона на основе искусственных пористых заполнителей зависят от фракционного состава заполнителя и водоцементного соотношения. Экспериментальным методом определяется состав легкого бетона с плотностью 700-800 кг/м³, обладающего высокой прочностью и теплоизоляцией.

В исследовательской работе использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5N, а в качестве мелкого и крупного заполнителя - новый искусственный пористый заполнитель, полученный на основе вторичного сырья, материал с максимальным объемом зерна 20 мм.

В тех случаях, когда требовался подбор состава легкого бетона в зависимости от прироста прочности, в зависимости от размера фракции на каждый 1 литр заполнителей применяли 250 300, 350 и 400 грамм цемента.

Эти расходы цемента охватывают широкий диапазон прочности и средней плотности легкого бетона одновременно.

По всем разработанным фракционным составам были подготовлены кубообразцы. Далее определяли среднюю плотность и кубическую прочность легкого бетона. Были определены и построены графики зависимости количества портландцемента от плотности и прочности легкого бетона на сжатие (рисунки 1-4).

Как видно из рис. 1 и 2, что фракционное соотношение заполнителей в легком бетоне, приготовленном на основе искусственного пористого заполнителя, а также расход портландцемента напрямую влияют на его плотность и кубическую прочность. По мере увеличения доли мелких фракций увеличивалась плотность бетона, в результате чего увеличивались и показатели прочности.

Если для образцов с расходом 2500 г портландцемента на 10 кубических образцов (см. рис.21) средняя плотность составляла 520–645 кг/м³, а прочность – 1,34–2,55 МПа, то при расходе 3000 г цемента (см. рис.2) эти показатели увеличились до 559–677 кг/м³ и 1,98–3,46 МПа.

На рис. 3 и 4 показано, что оптимальное соотношение крупной и мелкой фракций приводит к более плотному размещению легкой бетонной массы, снижению пористости и, как следствие, к увеличению прочности наряду с плотностью.

По мере увеличения количества портландцемента (3500 г → 4000 г) также наблюдалась прямая зависимость между плотностью и прочностью легкого бетона на сжатие. Наибольшая прочность (5,59 МПа) наблюдалась в составе с добавлением 4000 г портландцемента.

Заключение

В результате проведенных исследований создана возможность определения оптимального состава легких бетонов на основе искусственного пористого заполнителя. В ходе экспериментов было установлено, что изменение соотношения компонентов в бетоне оказывает существенное влияние на его плотность и прочность на сжатие. Доказано, что использование искусственных пористых заполнителей наряду с уменьшением веса бетона обеспечивает прочностные показатели, отвечающие строительным нормам.

Список литературы:

1. Эркаева А., Сахедов О., Гельдиев Г. Общая характеристика и применение легкого бетона в строительстве // Вестник науки. - 2021. - № 4 (73), Т. 1. - С. 554-557.
2. Dodson V.H. Concrete Admixtures. - New York: Springer, 2013. - ISBN 978-1-4757-4845-1. - DOI: 10.1007/978-1-4757-4843-7.
3. Huang Z., Zhou Y., Chen L. Development and properties of lightweight concrete based on core-shell cold-bonded lightweight aggregate using epoxy resin as interfacial enhancer // Journal of Building Engineering. - 2025. - Т. 102. - С. 112029.
4. Казицына Л. А., Куплецкая Н. Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР-и масс-спектроскопии в органической химии // М.: Издательство Московского университета. - 1979. - С. 240.
5. Саттаров З.М. Разработка состава и технологии получения пористого заполнителя из лёссовых пород и отходов картонно-бумажного производства для лёгкого бетона: // Автореферат дис. канд. тех. наук. - Ташкент: ТАСИ, 1998. - С.18.
6. Умурзаков Э. К. Получение пористого заполнителя из бархатного песка и нефтеотходов, и бетонов на его основе. - 1995. - С. 20.