Міцність і тріщиностійкість бетонів із вмістом матеріалів подрібнення відпрацьованих автомобільних шин
Автор: Бідось Володимир Миколайович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Анотація Бідось Володимир Миколайович, керівник Соболь Х.С., професор кафедри АДМ. «Міцність і тріщиностійкість бетонів із вмістом матеріалів подрібнення відпрацьованих автомобільних шин». Магістерська кваліфікаційна робота – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2021 р. В останні десятиліття відпрацьовані автомобільні шини стали суттєвою проблемою забруднення навколишнього середовища. Викинуті шини часто вивозяться на звалища або великі відвали, які створюють значні негативні екологічні наслідки [1], тому надзвичайно важливим є пошук інноваційних шляхів утилізації цього матеріалу. Застосування відходів промисловості у складі бетонних сумішей вже кілька десятиліть є перспективним варіантом утилізації вторсировини. Такі матеріали, як шини, що вимагають спеціалізованих звалищ, можуть перероблятись і використовуватись у виробництві бетону, забезпечуючи необхідні властивості бетону. Протягом 2015 року у Сполучених Штатах в цивільному будівництві використано приблизно 249,5 тис. тон шин, що складає близько 7% від загальної кількості утилізованих автомобільних покришок. Зокрема, перероблені шини використовували для будівництва доріг та звалищ, септиків та інших будівельних програм [2, 3]. Не зважаючи на низькі механічні характеристики гуми порівняно з традиційними заповнювачами, використання перероблених шин у виробництві бетону може забезпечити низку переваг. Застосування заповнювачів з шин у бетоні не забезпечують пряму економію матеріалу, проте покращують властивості бетону, зокрема його тріщиностійкість. Найчастіше внутрішнє тріщиноутворення у бетоні пов’язане з контракційною усадкою щойно укладенної бетонної суміші, яка обумовлена процесами твердіння у початковий період. У ранньому віці тріщини можуть бути непомітними, але з часом розширюються під дією зовнішніх навантажень. Найчастіше такі тріщини проявляються у всьому бетоні і порушують загальний вигляд та конструкції. Метою даного дослідження була оцінка можливості використання перероблених частинок шин різних розмірів в якості сировини для часткової замінни заповнювачів у бетоні. Зокрема, було визначено ефект від заміни грубого заповнювача гумовою крихтою фр. 5-10мм та дрібного заповнювача гумовою крихтою фр. 0-5 мм в бетонах. Дослідження спрямоване на оцінювання ефективності використання частинок шин як заповнювача в бетонах, а саме: вплив заміни на тріщиностійкість, міцність бетону на стиск та міцінсть на розтяг при згині, середню густину, водопоглинання та пористість. Об’єкт дослідження: цементобетон з додавання гумового заповнювача різних фракцій. Предмет дослідження: фізико-механічні характеристики, міцність і тріщиностійкість бетону. Мета дослідження: дослідити вплив часткової заміни заповнювачів гумовою крихтою з відпрацьованих шин на показники міцності і тріщиностійкості бетонів. Задачі дослідження: - проаналізувати переваги часткової заміни заповнювачів гумою порівняно з звичайним цементним бетоном; - проаналізувати вплив заміни заповнювачів різною кількістю гуми на показники тріщиностійкості; - провести оптимізацію складів бетонів з вмістом гумового заповнювача; Внаслідок проведених досліджень в роботі зроблені наступні висновки: проведено огляд літературних джерел щодо застосування гуми з відпрацьоваих автомобільних шин у бетонах. Попередня обробка лугом допомагає видалити стеаратну плівку цинку з поверхні гумових частинок і збільшує шорсткість і зчеплення з бетоном, дає слабкий зв’язок вздовж гумоцементної межі розділу та прискорює гідратацію цементу, який, у свою чергу, створює щільний композит за рахунок посилення зв’язування . Зразки із попередньо обробленою гумовою крихтою показали на 5-7% вищу міцність на стиск та розтяг при згині, ніж аналогічні зразки без попередньої обробки. Збільшення міцності на розтяг при згині на 7-10% спостерігається у зразках із 10% заміною щебеню неактивованою та активованою гумою, порівняно з базовими зразками. При заміні піску неактивованою та активованою гумовою крихтою фракції 0-5 міцність на розтяг при згині збільшилась на 20% та 23% порівняно із базовими зразками. Заміна крупного заповнювача гумовою крихтою знижує густину бетонної суміші. Поглинання води збільшилося приблизно на 3–10% у бетонах із вмістом 10–20% гумової крихти при заміні нею крупного заповнювача. Водопоглинання бетонів із вмістом гумової крихти змінюється залежно від вмісту та розміру гумової крихти. Відкрита та закрита пористість зростає із збільшенням вмісту гумової крихти та її розміру. При введенні гумової крихти у кількості 10% об. до бетонних сумішей досягається міцність 27 МПа, що дозволяє використовувати такі бетони для нижнього шару покриття дорожнього одягу. Характер руйнування зразків із вмістом гумової крихти показує більш плавну спадаючу вітку навантаження, що свідчить про їх здатність сприймати навантаження ще деякий час після руйнування. Результати випробування міцності на стиск показують, що Rст бетону із збільшенням вмісту гумової крихти, заміна щебеню гумовою крихтою більшої фракції також зменшує міцність на стиск. Запланований та реалізований трирівневий двохфакторний експеримент зі заміною в цементному бетоні крупного заповнювача фракцій 5-10 мм та 10-20 мм гумовою крихтою. Заміна крупного заповнювача в цементному бетоні гумовою крихтою призводить до зниження його фізико-механічних характеристик, силових та енергетичних характеристик тріщиностійкості. Заміна крупного заповнювача фракції 5-10 мм гумовою крихтою доцільна та ефективна при вмісті - 10%об., що спостерігається в основному на докритичній стадії деформування бетонів (до моменту утворення макротріщини при критичному навантаженні на зразок). Так, питомі енерговитрати на статичне деформування до моменту руху магістральної тріщини Gi зростають на 61% порівняно з базовою серією. Список використаної літератури 1. Qilin Zhu , Huili Dai , Depeng Chen, , Zhao Liang Study on Influence of Waste Tire Rubber Particles on Concrete Crack Resistance at Early Age 4th International Conference on Energy Equipment Science and Engineering IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 242 (2019) 052060 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/242/5/052060 2. Xingfu Li, Xu He. (2010) Environmental Impact Assessment of Waste Tire Utilization in China. Environmental Pollution and Control, J, (12):101-102. 3. Katelyn A. Stallings, Stephan A. Durham & Mi G. Chorzepa (2018): Effect of cement content and recycled rubber particle size on the performance of rubber-modified concrete, International Journal of Sustainable Engineering, DOI: 10.1080/19397038.2018.1505971 4. S. Raffoul, R. Garcia, D. Escolano-Margarit, M. Guadagnini, I. Hajirasouliha, K. Pilakoutas, Behaviour of unconfined and FRP-confined rubberised concrete in axial compression, Constr. Build. Mater. 147 (2017) 388–397, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.175. 5. ДСТУ Б В.2.7-214:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками. – К.: ”Мінрегіонбуд України”. - 2010. 6. ДСТУ Б В.2.7-227:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення характеристик тріщиностійкості (в’язкості руйнування) при статичному навантаженні. – К.:”Мінрегіонбуд України”. - 2010. 7. Солодкий С.Й. Тріщиностійкість бетонів на модифікованих цементах. Монографія. – Л.: Видавництво НУ “ЛП”. - 2008. – с. 144.