Одна из мер по улучшению экологического состояния среды обитания человека - замена асфальтобетонных покрытий тротуаров, площадок и пешеходных дорожек мелкоштучными долговечными изделиями из бетона на минеральных заполнителях и вяжущих, имеющими высокую прочность, морозостойкость, износостойкость.

Производство изделий с такими характеристиками из обычного цементно-песчаного бетона не всегда возможно. Исследования и практический опыт доказали, что высокопрочные мелкозернистые бетоны можно получить на золошлаковых отходах и отсевах дробления горелых шахтных пород. Находящаяся в отвалах золошлаковая смесь представляет собой композицию, состоящую из шлакового щебня, шлакового песка и пылевидной золы-уноса. В бетоне каждый из этих компонентов выполняет свою функцию. Свойства их таковы, что позволяют использовать золошлаковое сырье для изготовления бетонов различного назначения.

Близким к оптимальному является следующий гранулометрический состав золошлаковой смеси: 3–10 мм — 42–55 %; 0,14–2,5 мм — 22–40 %; фракция мельче 0,14 мм (зола-унос) — 18–25 %. Поскольку вопросами подготовки сырья и поставки его потребителю на золоотвалах практически не занимаются, золошлаковая смесь не всегда имеет оптимальный состав. Потребитель самостоятельно добывает смесь на неподготовленных участках отвала.

Наилучшие физико-механические свойства имеет мелкозернистый бетон, полученный при использовании золошлаковой смеси с модулем крупности 2,2–2,8. Применение золошлака с модулем крупности 2,б5 в составах бетона для тротуарной плитки позволило сэкономить от 100 до 250 кг/м³ цемента и получить бетон по прочности на сжатие классов В25, В30, по морозостойкости —  марки 300 без потерь прочности при испытании на морозостойкость. Водопоглощение бетона не превышает 2 %, потеря массы при испытании на истираемость — 0,3–0,9 г/см². Тротуарная плитка из такого материала успешно эксплуатируется более 10 лет. Трещины, деформации, отколы, отслоения, шелушения и другие признаки разрушения бетона не обнаружены. Контрольные периодические испытания образцов-кернов из плитки показывают прирост прочности бетона в 1,5–2 раза. Срок службы плитки не менее 50 лет.

Другой эффективный заполнитель для мелкозернистых бетонов  — отсевы дробления горелых шахтных пород. При их переработке на заполнители выход отсевов составляет примерно третью часть.

Одна из особенностей отсевов дробления горелых пород  — повышенное содержание зерен лещадной и игольчатой форм. Увеличение содержания лещадных зерен в отсеве повышает водопотребность, пустотность, снижает подвижность бетонной смеси. Для повышения плотности бетона и улучшения технологических свойств бетонной смеси в нее дополнительно вводили от 15 до 27 % песка. Такое же влияние на свойства бетонной смеси и качество бетона оказывает добавка прямого (первичного) отсева горелых пород. Этот вывод имеет большое практическое значение. Например, во многих районах Ростовской области существует дефицит песка, а отсевы горелых пород (как первичный, так и после дробления) имеются в избытке. Важная характеристика отсевов  — крупность. Она оказывает наибольшее влияние на реологические свойства бетона. Mодуль крупности отсева, проверяемого в течение длительного времени, колеблется от 3,3 до 3,7 при среднем значении 3,55. Зерновой состав и модуль крупности отсевов можно регулировать при дроблении и фракционировании. В отсеве не содержатся глинистые, илистые и другие засоряющие примеси, вредные включения. Крупные фракции отсева имеют марку по прочности не ниже 800.

Исследования показали, что на основе отсевов дробления горелых пород могут быть получены бетоны классов В22,5; В25; В27,5; В30. Расход отсева дробления составлял 1 300–1 500 кг/м³, цемента  — 250–350 кг/м³.

Особо плотные и прочные бетоны классов В27,5; В30; В35; В40 были получены по технологии вибропрессования из бетонных смесей с пониженным водоцементным отношением (В/Ц до 0,25). Хорошая удобоукладываемость таких жестких бетонных смесей была достигнута при введении золы сухого отбора. Эта добавка позволяет снизить расход цемента на 100–150 кг/м³, уменьшить пустотность на 7–13 %, водопотребность на 5–7 %.

Как показали исследования, на прочность мелкозернистых бетонов на золошлаках и отсевах горелых пород с тонкомолотыми добавками оказывает влияние режим тепловлажностной обработки. В частности, температура изотермического прогрева должна составлять не менее 80–85 ^оС. Снижение температуры изотермического прогрева с 80 до б5 ^оС приводит к существенному падению прочности бетона; увеличение температуры до 95 ^оС сопровождается незначительным приростом прочности. Оптимальным можно считать следующий режим: выдержка свежеотформованных изделий — не менее 2 ч; подъем температуры до начала изотермического прогрева — 3 ч; выдержка при температуре изотермического прогрева — 8 ч, охлаждение изделий — не менее 3 ч.

Некоторые авторы рекомендуют увеличить температуру изотермического прогрева на 10 ^оС и время выдержки на 2 ч, чтобы полнее использовать реакционную способность золы и горелой породы. Однако на практике в заводских условиях температура изотермического прогрева, как правило, составляет б0–80 ^оС, а в зимних условиях температура может быть еще ниже. Неиспользованный резерв реакционной способности золы и горелой породы реализуется при последующем наборе прочности в течение длительного времени. Нами были проведены испытания прочностных свойств золобетонов марок по прочности на сжатие 200 и 300, хранившихся в течение двух и шести лет при температуре 18–20 ^оС и относительной влажности 55–б5 %. Через 2 года прочность увеличилась в 1,5–1,7 раза, через б лет — в 2,0–2,б раза.

Бетоны с применением золошлаковых отходов и горелых пород по основным показателям не уступают обычным бетонам на крупном заполнителе и превосходят песчаные вибрированные бетоны по прочностным показателям на 23–48 %, имеют больший (на 13–15 %) модуль упругости и меньшую (на 5,7–18,3 %) пористость цементного камня. Экономия цемента составляет 21–4б %.

По полученным показателям прочности, морозостойкости, истираемости, коррозионной стойкости, стойкости к попеременному увлажнению и высушиванию и другим свойствам эти бетоны можно рекомендовать для производства тротуарной плитки, бортовых камней, облицовочных плит, искусственной брусчатки, бетонной черепицы и других мелкоштучных изделий.

Для получения изделий высокого качества очень важно соблюдать заданное водоцементное отношение при вибропрессовании. Формование изделий производится из жестких смесей с низким водоцементным отношением (В/Ц до 0,25). В исследованиях Н. А. Рыбьева, изучавшего особенности формирования структуры и свойств цементного камня при уплотнении прессованием, установлено, что цементный камень имеет наибольшую прочность и плотность при оптимальном В/Ц, которое составило 0,24. Mинимальная величина отношения прочности к степени гидратации при оптимальном В/Ц также свидетельствует о наиболее качественной структуре.

Цементный камень при оптимальном В/Ц характеризуется наибольшей скоростью структурообразования и имеет не только более плотную структуру, но и большую стойкость к коррозии и температурным воздействиям.

В производственных условиях по технологии объемного вибропрессования была выпущена опытная партия тротуарной плитки из рекомендуемых составов мелкозернистого бетона. Результаты приемочных испытаний опытной партии подтверждают целесообразность применения золошлаковых отходов и горелых шахтных пород в производстве изделий для покрытия дорог и тротуаров. Свойства бетонов некоторых составов экспериментальной партии приведены в таблице.

Примечание. Составы № 1–3 — на заполнителях из золошлаковых отходов; В/Ц — 0,295–0,34. Составы № 4–6 — на заполнителях из отсевов дробления горелых пород; В/Ц — 0,23–0,25.
R_сж, R_изг — пределы прочности на сжатие и при изгибе после пропаривания; R²⁸_сж, R²⁸_изг — пределы прочности на сжатие и при изгибе в возрасте 28 суток.

Тротуарная плитка имеет классы бетона по прочности на сжатие В30, В35, В40 (марки 400, 450, 500), по морозостойкости — марки Б200, Б250, Б300 практически без снижения прочности при испытании на морозостойкость; потеря массы при испытании на износостойкость не превышает 0,9 г/см², водопоглощение плитки — 1,2–3,9 %. По всем показателям тротуарная плитка соответствует требованиям ГОСТ 17б08-91 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия».

Buravchuk N. I., Guryanova O. V., Okorokov E. P., Pavlova L. N., I. I. Vorovich Science and Research Institute of Mechanics and Applied Mathematics, Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

The test results for the fine concrete containing coal incineration waste or the dust of burnt rocks of mining heaps as a filling block have been introduced. The possibility for their application in the manufacturing of road paving elements has been displayed.

Буравчук Нина Ивановна, канд. хим. наук, ст. науч. сотр., зав. лабораторией ресурсосберегающих технологий, Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики им. И. И. Ворови-ча Южного федерального университета, пр-т Стачки, 200/1, Ростов-на-Дону, 344090, Россия. Тел. (863) 297-52-24, факс (863) 297-52-31. E-mail
Гурьянова Ольга Владленовна, ст. науч. сотр., Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики им. И. И. Воровича Южного федерального университета, пр-т Стачки, 200/1, Ростов-на-Дону, 344090, Россия. Тел. (863) 297-52-24, факс (863) 297-52-31
Окороков Евгений Петрович, вед. технолог, Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики им. И. И. Воровича Южного федерального университета, пр-т Стачки, 200/1, Ростов-на-Дону, 344090, Россия. Тел. (863) 297-52-24
Павлова Лидия Николаевна, вед. инженер, Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики им. И. И. Еоровича Южного федерального университета, пр-т Стачки, 200/1, Ростов-на-Дону, 344090, Россия. Tел. (863) 297-52-24