Лесовик Валерий Станиславович – д-р техн. наук, проф., заслуженный деятель науки РФ, чл-корр. РААСН, заведующий кафедрой «Строительное материаловедение изделий и конструкций» БГТУ им. В.Г. Шухова. Scopus Author ID: 55887733300, Researcher ID: A-4757-2016.
308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46
Lesovik Valery S. – Dr. of Technical Sciences, Professor, Honored Scientist of the Russian Federation, Corresponding Member of the Russian Academy of Natural Sciences, Head of the Department of Building Materials, Products and Designs BSTU named after V.G. Shukhov. Researcher ID: A-4757-2016.
46 Kostyukova str., Belgorod, 308012
Дудченко Валерия Александровна – аспирант, ассистент кафедры «Теоретическая механика и сопротивление материалов» БГТУ им. В.Г. Шухова. Author ID: 1170036.
308012, Белгород, ул. Костюкова, д.46
Dudchenko Valeria A. – Postgraduate student, Assistant Professor at the Department of Theoretical Mechanics and Strength of Materials BSTU named after V.G. Shukhov. Author ID: 1170036.
46 Kostyukova str., Belgorod, 308012
Сальникова Алёна Сергеевна – канд. техн. наук, доц. кафедры «Теоретическая механика и сопротивление материалов» БГТУ им. В.Г. Шухова. Author ID: 1065785.
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д.46
Salnikova Alyona S. – Cand. of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical Mechanics and Strength of Materials BSTU named. V. G. Shukhov. Author ID: 1065785
46 Kostyukova str., Belgorod, 308012
Казлитина Ольга Викторовна – канд. техн. наук, доц. кафедры «Строительное материаловедение изделий и конструкций» БГТУ им. В.Г. Шухова. Author ID: 732580.
308012, Белгород, ул. Костюкова, д.46
Kazlitina Olga V. – Cand. of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Building Materials, Products and Designs BSTU named. V. G. Shukhov. Author ID: 732580
46 Kostyukova str., Belgorod, 308012
Введение. Современное строительство сталкивается с необходимостью экономии природных ресурсов и сокращения объемов строительных отходов, ежегодно образующихся в количестве десятков миллионов тонн в России и странах СНГ. Особенно актуальной проблема утилизации становится в условиях восстановления территорий, пострадавших от военных действий, таких как ЛНР и ДНР и новые регионы Российской Федерации, где разрушенные здания представляют собой как экологическую угрозу, так и потенциальный источник вторичного сырья. Разработка технологий для производства композиционных вяжущих на основе продуктов рециклинга, таких как бой керамзитобетона, является стратегически важной задачей, позволяющей решать экологические проблемы, снижать затраты на восстановление и ускорять темпы строительства.
Цель написания статьи. Целью исследования является разработка и обоснование применения композиционных вяжущих на основе портландцемента с использованием тонкоизмельченного боя керамзитобетона (КБ) в качестве минеральной добавки. Задачи включают изучение влияния удельной поверхности (400 и 1000 м²/кг) и массовой доли добавки (5, 15, 25%) на физико-механические свойства вяжущих, такие как нормальная густота, плотность и прочность цементного камня, для определения оптимального состава.
Материалы и методы. В качестве исходных материалов использовались: портландцемент ЦЕМ I 42,5 (Новоросцемент), кварцевый песок и бой керамзитобетона (КБ). Получение композиционных вяжущих осуществлялось путем совместного помола цемента с предварительно дробленным (фракция 0,14–1,25 мм) КБ до удельной поверхности 400 и 1000 м²/кг. Исследования проводились в соответствии со стандартными методами испытаний в лабораториях Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. Определялись нормальная густота, плотность и прочность на сжатие (в возрасте 7, 14 и 28 сут) образцов-кубов размером 3×3×3 см. При подборе составов руководствовались «законом структурного сродства», предполагающим, что совместимость компонентов по составу и структуре обеспечивает лучшие эксплуатационные свойства.
Обсуждение и заключение. Экспериментальные исследования подтвердили, что введение боя керамзитобетона в состав вяжущего позволяет снизить нормальную густоту (водопотребность) и повысить прочность цементного камня при оптимальных параметрах. Наилучшие результаты показал состав с 15% добавки КБ, измельченного до удельной поверхности 1000 м²/кг (состав 5), который достиг максимальной прочности на сжатие – 76,34 МПа на 28 сут, что превышает прочность контрольного образца (70,94 МПа). Это связано с высокой реакционной способностью тонкоизмельченных частиц, способствующих формированию более плотной и однородной структуры. Использование грубодисперсной фракции (400 м²/кг) или превышение дозировки до 25% приводит к снижению прочностных характеристик. Таким образом, оптимальным является введение 15% тонкоизмельченного (Sуд=1000 м²/кг) боя керамзитобетона, что позволяет эффективно замещать цемент без потери качества и улучшать эксплуатационные свойства вяжущего.
Introduction. Modern construction deals with the need to conserve natural resources and reduce construction wastes produced in huge amounts annually, up to millions tons in Russia and in the CIS countries. The problem of recycling becomes especially urgent in the context of the restoration of territories affected by military operations, such as the LPR and the DPR, where destroyed buildings pose both an environmental threat and provide a potential source of secondary raw materials. The development of technologies for the production of composite binders based on recycling products, such as expanded clay, is a strategically important task that allows solving environmental problems, reducing restoration costs and construction speed by localizing resources.
The purpose of the study is to develop and provide rationale for the use of composite binders based on Portland cement and finely ground expanded clay concrete (CB) as a mineral additive. The tasks include studying the effect of the specific surface area (400 and 1000 m2/kg) and the mass fraction of the additive (5%, 15%, and 25%) on the physical and mechanical properties of binders, such as normal density, density and strength of cement stone, to determine the optimal composition.
Materials and methods. The following recycled materials were used: Portland cement CEM I 42,5 (New cement), quartz sand and expanded clay concrete (CB). Composite binders were obtained by co-grinding cement and pre-crushed (fraction 0.14-1.25 mm) cement to obtain a specific surface area of 400 and 1000 m2/kg. The research was conducted in accordance with standard test methods in the laboratories of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. The normal density, density, and compressive strength (at the ages of 7, 14, and 28 days) of 3×3×3 cm cube samples were analyzed. Composition determination was based on the structural affinity law, which assumes that the compatibility of components in composition and structure ensures the best operational properties.
Discussion and Conclusion. Experimental studies have confirmed that the introduction of expanded clay concrete into the binder makes it possible to reduce the normal density (water consumption) and increase the strength of cement stone at optimal parameters. The best results were shown by the composition with 15% CB additive, crushed to a specific surface area of 1000 m2/kg (Composition 5), which reached a maximum compressive strength of 76.34 MPa on day 28, which exceeds the strength of the control sample (70.94 MPa). This is due to high reactivity of fine particles, which contribute to a more dense and homogeneous structure. The use of a coarse fraction (400 m2/kg) or exceeding the dosage by up to 25% leads to a decrease in strength characteristics. Thus, it is optimal to introduce 15% finely ground (Sk = 1000 m2/kg) expanded clay concrete, which makes it possible to effectively replace cement without loss of quality and improve the performance properties of the binder.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.