Применение белого кварцевого песка для получения бетонов высокой прочности

Речной кварцевый песок в Социалистической Республике Вьетнам становится дефицитным сырьевым материалом для строительной индустрии из-за больших объемов его использования при ограниченных ресурсах и высокой потребности в нем других отраслей промышленности. С учетом ежегодно возрастающей потребности в кварцевом песке, обусловленной высокими темпами развития строительной отрасли во Вьетнаме, велика опасность скорого истощения ресурсов речного кварцевого песка. Кроме того, чрезмерная добыча речного песка пагубно сказывается на экологии речных акваторий, а также на условиях проживания людей на их берегах. Поэтому актуальным является поиск альтернативных источников кварцевого песка. Представляется перспективным исследовать возможность замены речного песка как необходимого сырьевого компонента для получения строительных растворов и бетонов различного назначения, в том числе и высокопрочных, природным белым кварцевым песком, добываемым из карьеров, залежи которого имеются на всей территории Вьетнама и потенциальные запасы которого оцениваются в несколько миллиардов кубометров. Были использованы сульфатостойкий портландцемент производства вьетнамского завода «Luks Cement», местный гранитный щебень в виде смеси фракций 5–10 и 10–20 мм, природные речной и белый кварцевые пески, а также водоредуцирующий поликарбоксилатный суперпластификатор и тонкодисперсные минеральные добавки для частичной замены сульфатостойкого портландцемента в составе многокомпонентного вяжущего в виде ультра- и нанодисперсного кремнезема, золы-уноса тепловой электростанции «Фа Лай» и кварцевого порошка, полученного в результате тонкого помола белого песка. Для проектирования составов бетонных смесей был использован метод стандарта Вьетнама TCVN 10306:2014. Прочностные показатели разработанных бетонов определяли с помощью универсальной испытательной установки «Matest» модели C089-17N (Италия): при сжатии определяли – на образцах-кубах размером 100х100х100 мм в возрасте 3, 7 и 28 сут нормального твердения, на растяжение при изгибе – на образцах-призмах размером 100х100х400 мм, на растяжение при раскалывании – на образцах-цилиндрах размером 100х200 мм в возрасте 28 сут. Водопоглощение бетонов определяли на образцах-кубах размером 100х100х100 мм после 28 сут твердения в нормальных условиях. Плотность структуры бетонов оценивали путем определения ее проницаемости для ионов хлора с использованием бетонных образцов-дисков диаметром 100±2 мм и толщиной 50±3 мм. Установлено, что увеличение содержания доли белого песка в составе мелкого заполнителя приводит к снижению водопоглощения бетона и проницаемости его структуры для хлорид-ионов. Так, при 100%-й замене речного песка белым песком значения водопоглощения и общей величины электрических зарядов, прошедших через бетонные образцы за 6 ч проведения испытаний, составили 0,37 мас. % и 72,4 Кл соответственно, в то время как у образцов бетона, содержащего 100% речного песка, эти показатели составляют соответственно 0,44 мас. % и 284,2 Кл. При этом наибольшие значения прочности при сжатии, а также на растяжение при изгибе и раскалывании, равные соответственно 107,5; 12,2 и 8,07 МПа, были получены при испытании образцов бетона, содержащего 100 мас. % белого кварцевого песка и 1,5 мас. % нанодисперсного кремнезема в составе многокомпонентного вяжущего. Таким образом, экспериментально подтверждена возможность замены дефицитного во Вьетнаме речного песка белым кварцевым песком, позволяющей получать бетоны, обладающие плотной структурой и высокими прочностными показателями.

О.В. АЛЕКСАНДРОВА¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Б.И. БУЛГАКОВ¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
С.В. ФЕДОСОВ¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
НГУЕН ДЫК ВИНЬ КУАНГ², канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
О.Б. ЛЯПИДЕВСКАЯ¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
² Индустриальный колледж Хюэ (530000, Социалистическая Республика Вьетнам, г. Хюэ, Нгуен Хюэ Стрит, 70)

1. Leal Filho, W. Hunt, J. Lingos, A. Platje, J. Vieira, et al. The unsustainable use of sand: reporting on a global problem. Sustainability. 2021. Vol. 13(6). 3356. doi:10.3390/su13063356
2. Chính phủ Việt Nam. Nghị định số 23/2020/NĐ-CP của Chính phủ: Quy định về quản lý cát, sỏi lòng sông và bảo vệ lòng, bờ, bãi sông. 24/02/2020. 20 tr.
3. Pilarczyk K.W. Bank erosion Mekong Delta and Red River. Vietnam. 2016. 157 p.
4. Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam. Nguồn cát tự nhiên sẽ cạn kiệt trong vòng 10 năm tới. Quản Lý Tài Nguyên Thiên Nhiên, 2017, 168 tr.
5. Нгуен Дык Винь Куанг, Баженов Ю.М., Александрова О.В. Влияние кварцевого порошка и минеральных добавок на свойства высокоэффективных бетонов // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 1. С. 999–1006. DOI10.22227/1997-0935.2019.1.102-117
5. Nguyen Duc Vinh Quang, Bazhenov Y.M., Aleksandrova O.V. Effect of quartz powder and mineral admixtures on the properties of high-performance concrete. Vestnik MGSU. 2019. Vol. 14(1), pp. 102–117. DOI 10.22227/1997-0935.2019.1.102-117. (In Russian)
6. Nguyen Duc Vinh Quang, O. Aleksandrova, B. Bulgakov. Mechanical and durability properties of high-performance concrete in corrosive medium of Vietnam. Proceedings of FORM 2021. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Vol. 170, pp. 29–43. doi:10.1007/978-3-030-79983-0_4
7. Баженов Ю.М., Александрова О.В., Нгуен Дык Винь Куанг, Булгаков Б.И., Ларсен О.А., Гальцева Н.А., Голотенко Д.С. Высокопрочный бетон из материалов Вьетнама // Строительные материалы. 2020. № 3. С. 32–38. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-779-3-32-38
7. Bazhenov Yu. M., Aleksandrova O.V., Nguyen Duc Vinh Quang, Bulgakov B.I., Larsen O.A., Gal'tseva N.A., Golotenko D.S. High-performance concrete produced with locally available materials in Vietnam. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2020. No. 3, pp. 32–38. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-779-3-32-3
8. Nguyen Duc Vinh Quang, Le D.V., Alexandrov O.V., Bulgakov B.I. Synthesis and characterization of silica nanoparticles from Vietnam. Nanomaterials and Energy. 2019. Vol. 8(1), pp. 73–77. doi: 10.1680/jnaen.18.00012
9. Nguyen Duc Vinh Quang, Aleksandrova O.V., Samchenko C.V. Combined effect of mineral admixtures and fine aggregate on the mechanical properties of ultrahigh performance concrete. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. 032034. Doi:10.1088/1757-899X/869/3/032034
10. Нгуен Дык Винь Куанг, О.В. Александрова, Б.И. Булгаков, В.Ф. Коровяков, М.Б. Каддо. Влияние золы-уноса в многокомпонентном вяжущем на прочность бетонов. // Техника и технология силикатов. 2021. № 28(3). С. 110–116.
10. Nguyen Duc Vinh Quang, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V., Korovyakov V.F., Caddo M.B. Effect of fly ash in a multicomponent binder on the strength of concrete. Tekhnika i tekhnologiya silikatov. 2022. Vol. 29. No. 1, pp. 45–54. (In Russian).
11. Li C., Chen Q., Wang R., Wu M., Jiang Z. Corrosion assessment of reinforced concrete structures exposed to chloride environments in underground tunnels: Theoretical insights and practical data interpretations. Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 112. 103652. Doi: 10.1016/j.cemconcomp.2020.10365
12. Dang An Tran, Maki Tsujimura, Le Phu Vo, Van Tam Nguyen, Dwight Kambuku & Thanh Duc Dang. Hydrogeochemical characteristics of a multi-layered coastal aquifer system in the Mekong Delta, Vietnam. Environmental Geochemistry and Health. 2019. Vol. 42(2), pp. 661–680. Doi: 10.1007/s10653-019-00400-9
13. Trần Đ. H., Nguyễn Q. H. Đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông và biển ven bờ để định hướng giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Tạp chí khoa học công nghệ Xây dựng. 2019. Vol. 10, pp. 89–98.
14. Liu J., Huang Z., Zhu J., Liu W., Zhang W. Effect of fly ash as cement replacement on chloride diffusion, chloride binding capacity, and micro-properties of concrete in a water soaking environment. Applied sciences. 2020. Vol. 10. 6271. Doi:10.3390/app10186271
15. M.M.A. Elahi, C.R. Shearer, R. R Naser, et al. Improving the sulfate attack resistance of concrete by using supplementary cementitious materials (SCMs): A review. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 281. 122628. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122628