Битое стекло в бетон

Стеклобетон разработан около полувека назад и в настоящее время составляет реальную конкуренцию железобетону. Стекло, добавленное в бетонную массу, позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики, в т.ч. прочность на растяжение и изгиб, что позволяет отказаться от тяжелых конструкций. Такое армирование расширяет возможности использования бетона в неблагоприятных условиях.

Технология производства

Стеклобетон — достаточно обширная группа стройматериалов в виде бетона со стеклянными или стеклопластиковыми волокнами. В зависимости от структуры стеклянного компонента и способа его введения существуют основные разновидности этого материала.

1. Бетон со стеклянным армированием или композитобетон. По сути, это жби, в котором стальная арматура заменена стекловолокном.
2. Водостойкий бетон с силикатной добавкой в виде жидкого стекла.
3. Стеклофибробетон, содержащий в качестве наполнителя стеклофибру, стойкую к воздействию щелочей.
4. Стеклооптикобетон или Литракон, отличающийся относительной прозрачностью (полупрозрачный) за счет введения стеклянных оптических волокон.
5. Смесь с наполнением в виде стеклянной крошки (боя).
6. Кислотоустойчивый бетон, в котором стеклянный компонент, добавленный в раствор, выступает в качестве связующего вещества.

Во всех указанных разновидностях бетон в том или ином виде содержит стекло. В результате меняется структура материала и его важнейшие характеристики. Стеклобетон реализуется в готовом виде и может изготавливаться своими руками.

Плюсы и минусы

Стеклобетон имеет ряд заметных преимуществ по сравнению с традиционным бетоном.

1. Снижение веса. При введении стеклянного наполнителя уменьшается содержание цемента и песка, а т.к. стекловолокно легче этих ингредиентов, то снижается вес исходного материала. Особенно заметно данное преимущество в армированном варианте, предназначенном для замены железобетона. Стекловолоконное армирование значительно легче стальной арматуры.
2. Повышение прочности. Стеклянные добавки значительно увеличивают прочность на растяжение (в 2,5 — 3 раза), сжатие и изгиб. Ударная прочность бетона увеличивается в 14-16 раз.
3. Снижение толщины при замене ЖБИ. Армирующие стекловолокна имеют меньший диаметр по сравнению со стальной арматурой при аналогичной прочности, что позволяет уменьшить толщину изделия, не ухудшая прочностные характеристики.
4. Влаго — и водостойкость. Любые стеклянные наполнители (особенно жидкое стекло) повышают водонепроницаемость бетона.
5. Улучшение теплоизоляционных характеристик.
6. Расширение областей применения материала. Стеклонаполнение делает его универсальным стройматериалом с повышенными прочностными, гидроизоляционными и теплоизоляционными характеристиками.

Стеклобетон практически не имеет существенных недостатков. Конечно, необходимость подготовки стеклянного ингредиента усложняет технологию приготовления раствора, но получаемые преимущества компенсируют этот минус. В процессе приготовления материала приходится иметь дело со стеклянной пылью, что требует тщательной защиты органов дыхания человека. Отмечается ускоренное застывание стеклобетона в процессе наложения, что требует быстрого использования раствора.

Технологические особенности

Различные типы стеклобетона имеет свои нюансы производства.

1. Водостойкий. Для изготовления используется жидкое стекло, т.е. силикат натрия. Вначале готовится обычный бетонный раствор. Затем, в него добавляется жидкое стекло из расчета 100 мл на 1 л раствора (без учета воды). Важно помнить, что увеличение количества силиката натрия приводит к повышению хрупкости материала и быстрому застыванию раствора.
2. Изготовление стеклофибробетона. Состав — цемент, песок и стеклофибра в равном соотношении. Важно распределить фибру равномерно по всему объему, причем перемешивание ингредиентов производится в сухом состоянии. При наложении раствора обязательно производится тщательное виброуплотнение.
3. Заполнение стеклянным боем. Битое стекло заменяет щебень (от 25 до 100 процентов), а также частично песок. Изготовление бетона включает несколько этапов. Вначале, производится дробление стекольных отходов (боя). Затем, с помощью грохота обеспечивается просеивание сырья и разделение его на фракции. Осколки размером более 4 мм предназначены для замены щебня (наполнителя). Частицы меньшего размера подойдут вместо песка. Это обстоятельство учитывается при замешивании раствора.
4. Использование стекла в качестве связующего вещества. В этом случае используется мелкораздробленное стекло, но и оно не будет связывать цемент без дополнительной обработки. Такую функцию стекло выполняет при введении кальцинированной соды. В ходе реакции оно растворяется с образованием силикатного геля, а уже он скрепляет состав. При этом получается бетон, обладающий повышенную стойкость к кислотам.

Бетон с оптическими свойствами самостоятельно сделать трудно из-за повышенной хрупкости оптических волокон. Обычно используются уже готовые бетонные, полупрозрачные плиты и панели.

Сферы применения

Стеклобетон достаточно широко используется за рубежом при строительстве различных объектов. В России пока материал применяется реже из-за производственных проблем, но его популярность постоянно растет. Можно выделить следующие основные направления использования этого материала:

1. Облицовка зданий. Стеклобетон может использоваться в форме готовых панелей или накладываться в виде декоративной или защитной штукатурки. Материал с добавлением жидкого стекла широко применяется при возведении собственных бассейнов и других искусственных водоемов.
2. Возведение стен и перекрытий. Стены делаются путем заливки в опалубку или из блоков (аналогично шлакоблокам). При изготовлении плит перекрытия материал заменяет аналогичные изделия из железобетона.
3. Декоративное оформление фасадов. Особо ценится стройматериал с оптическими свойствами.
4. Изготовление тротуарной и бордюрной плитки.
5. Ландшафтный дизайн. Из стеклобетона изготавливаются малые архитектурные конструкции. В частности, популярно возведение арок, фонтанов, садовых статуй, осветительных столбов.
6. Ограды и решетки. Высокая прочность материала обеспечивает надежные опоры для заборов, а также литье декоративных решеток и изгородей.

Достаточно активно стеклобетон используется и при массовом строительстве, в т.ч. сооружений промышленного назначения. Тротуарная плитка обладает высокой износостойкостью, что дает возможность использования в парках.

Материал применяется даже при строительстве мостов. Его можно отнести к современным, высокопрочным стройматериалам. Он активно используется взамен ЖБИ при ремонте и строительстве сооружений различного типа. Некоторые материалы можно приготовить своими руками, что удешевляет строительство и расширяет возможности применения.

Увеличение объемов производства бетона и железобетона невозможно без увеличения количества заполнителей. При среднегодовом объеме производства бетона и железобетона более 60 млн м 3 (в том числе более 20 млн м 3 сборного и более 40 млн м 3 товарного) и строительных растворов 20–25 млн м 3 , потребность в нерудном заполнителе составляет более 50 млн м 3 (или более 65 млн т), в мелком заполнителе 50–55 млн м 3 (или более 70 млн т).

Однако расширение добычи основных типов заполнителей бетонов не всегда может быть реализовано. Месторождения нерудных материалов типа строительного камня, песчаногравийных смесей и строительных песков не всегда могут быть использованы, так как они застроены, находятся в пойменных террасах рек или на других охраняемых территориях [2]. При этом бытовой и промышленный стеклобой, не находящий на сегодняшний день сбыта, но обладающий высокими прочностными характеристиками и доступностью, практически не используется как заполнитель бетонов. В нашей стране ежегодно образуется около 35–40 млн т твердых бытовых отходов, при этом рециклингу подвергается только 3–4% ТБО [3]. Количество стеклобоя для различных территорий составляет 6–17 мас. %. Ежегодный объем стеклобоя, попадающего на полигоны твердых бытовых отходов, составляет 2–6 млн т. В сравнении с годовой потребностью в заполнителях эта величина невелика, но необходимо учитывать экологический эффект не только от утилизации компонента ТБО, но и возможность снижения добычи природных ресурсов при замене на сырье антропогенного происхождения. Кроме того, использование отходов в 2–3 раза дешевле, чем природного сырья [4], расход топлива при использовании отдельных видов отходов снижается на 10–40%, а удельные капиталовложения на 30–50%.

Тем не менее, проблема взаимодействия натрийкальциевого силикатного стекла с цементным камнем создает серьезные проблемы при использовании стеклобоя как эффективного наполнителя в цементных композиционных материалах. То же самое можно сказать о многих стеклосодержащих материалах – минеральные и стеклянные волокнистые материалы (ваты), стеклоткань, пеностекло, которые могли бы быть использованы как эффективные заполнители в цементных композициях.

В результате щелочно-силикатной реакции образуется гель, который разбухает в присутствии влаги, приводя к образованию трещин и разрушению бетона. Данная реакция может протекать и в обычном бетоне, если наполнитель природного происхождения содержит реакционоспособный (обычно аморфный) оксид кремния. С одной стороны стекольный наполнитель способствует протеканию в бетоне щелочно-силикатной реакции вследствие того, что стекло содержит на поверхности Na+, способный создавать определенную концентрацию NaOH в цементной композиции даже в случае отсутствия щелочи в исходном цементе, а с другой стороны именно стекло содержит на поверхности соединения оксида кремния в аморфном виде. Известны исследования натрий-кальциевого стекла как наполнителя цементного теста. В этом случае стеклобой различного состава и дисперсности добавлялся в цементную композицию, и исследовались в основном расширение и прочность полученного бетона. Так исследования проводились в Колумбийском университете (США) профессором С. Мейером [5, 6]. Выявлено, что добавление стекла в композицию в большинстве случаев приводит к протеканию процесса щелочно-силикатного взаимодействия и снижению прочности. Также проведены исследования влияния на процесс температуры и состава стекла [7]. Было обнаружено, что порошки стекла высокой дисперсности приводят к отсутствию расширения образцов [8]. Авторы делают предположение о высокой скорости протекания процесса щелочно-силикатной реакции в этом случае, что приводит к завершению процесса 24–28 ч, вследствие чего в дальнейшем не может быть зафиксировано расширение и разрушение образцов. Можно предположить, что в качестве возможных путей подавления процесса щелочно-силикатного взаимодействия в композициях стекло – цемент авторы предлагают использование стекла определенного гранулометрического состава [9, 10], добавление высокодисперсного стекла [11] и модификацию композиции добавлением соединений лития или циркония [5].

Рис. 1. Зависимость прочности бетонных композиций от размера стеклянного заполнителя в различный период времени при наличии и отсутствии дополнительной щелочи в композиции: 1 – в возрасте 13 недель без щелочи; 2 – в возрасте 1 неделя без щелочи; 3 – в возрасте 13 недель

В данной работе были рассмотрены различные варианты подавления щелочно-силикатного взаимодействия при использовании в качестве наполнителей бетона стеклобоя и продукта его переработки – пеностекла.

Эксперименты проводились в соответствии со стандартом ASTM C 1293–01 при повышенной температуре. Для этого стандартные образцы бетонов длиной 250 мм выдерживали при температуре 60°С в течение трех месяцев. Образцы периодически извлекали из термостата для контроля расширения. После охлаждения образца до комнатной температуры его длину замеряли с помощью оптического дилатометра. Контроль прочности образцов производили на машине для испытания на сжатие ИП 6010-100-1. Для изготовления образцов использовали стандартный цемент М400 производства Пашийского цементного завода. Стеклобой получали дроблением в молотковой дробилке с последующим помолом в виброцентробежной мельнице ВЦМ_5000. Использовано гранулированное пеностекло производства ЗАО «Пеноситал» (Пермь) [12].

Для оценки интенсивности и глубины протекания щелочно-силикатной реакции проведен ряд экспериментов по взаимодействию цементного материала со стеклом различных фракций как при отсутствии в цементе дополнительной свободной щелочи, так и при ее наличии. Основным параметром, характеризующим протекание реакции, является расширение образцов бетонных композитов. Косвенным подтверждением и следствием данной реакции было снижение прочностных характеристик полученных бетонов. В качестве реперных образцов, в которых реакция не должна протекать, взяты бетоны с кристаллическим наполнителем – кварцевым песком.

Выявлено, что существенное расширение образцов, характерное для щелочно-силикатного взаимодействия, наблюдается только у бетонов с крупными максимальными из исследованных фракциями, более 1,25 мм, причем эффект усиливается при дополнительном введении щелочи в состав бетонов. Зависимость прочности при сжатии от времени выдержки бетонов позволили выявить аномально высокое значение прочности для образцов бесщелочных бетонов при использовании наполнителей как минимальной, так и максимальной исследованной фракции. Причем прочность получаемых бетонов значительно превосходит прочность бетонов без стеклянного заполнителя. Это особенность позволяет предположить существенное влияние размера фракции наполнителя на прочность получаемых бетонов. Соответствующие зависимости прочности бетонов от фракции наполнителя в начальный и конечный период образования цементного камня представлены на рис. 1.

На всех кривых прослеживается явно выраженный минимум, соответствующий наполнителю фракции 0,1–0,3 мм. Характер зависимостей прочности от дисперсности наполнителя остается неизменным – с крутым ростом в области снижения размера наполнителя и плавным ростом в области повышения размера частиц наполнителя при использовании бесщелочных композиций и незначительному росту и стабилизации прочности в области повышения размера частиц наполнителя при использовании щелочных композиций. Со временем характер кривых не изменяется, но они смещаются вверх – к более высоким прочностным характеристикам по мере твердения цементного камня.

Поэтому использование стеклобоя крупных фракций – предпочтительно 1,2 мм и выше возможно в качестве наполнителя в бетонах, причем прочность этих композитов превосходит прочность обычных бетонов на песчаном заполнителе. Однако при использовании таких заполнителей существует как минимум две проблемы, связанные с возможностью протекания щелочно-силикатного взаимодействия. Во-первых, наличие в цементе или других компонентах бетона свободной щелочи неизбежно приводит к возникновению щелочно-силикатного взаимодействия и снижению прочностных характеристик бетонов. Во-вторых, в процессе крупно тоннажного производства сложно предотвратить самопроизвольное дробление и истирание крупной фракции, что также неизбежно приведет к снижению качества получаемого бетона. При размере частиц наполнителя менее 50 мкм происходит аномальный рост прочности, значительно превышающий прочность композиций на стандартном наполнителе из кварцевого песка. Такое увеличение прочности может быть объяснено способностью дисперсного стекла к вступлению в процессы образования новых фаз при образовании цементного камня за счет высокой удельной поверхности порошков стекла. Указанная особенность высокодисперсного стекла может быть использована как для подавления процесса щелочно-силикатного взаимодействия в тех бетонных композициях, когда реакция имеет место, так и для создания вяжущих материалов на основе дисперсного стекла [13].

Проблема крупных фракций стеклобоя с повышенным содержанием щелочи, как заполнителя в бетонах, может быть частично решена при дополнительном подавлении реакции щелочно-силикатного взаимодействия. Для этого намечено два легко осуществляемых технологических пути.

Рис. 2. Бетоны с заполнителем из пеностеклянного гравия при различной степени заполнения: а) отношение (масс.) пеностекло/(цемент+песок) 0,265; б) отношение (мас.) гравий/цемент 1,6

Если скажем так, при заливке фундамента где требуются большие массы бетона добавлять дополнительно стекло, строительный мусор,деревянные отходы как это скажется на качестве фундамента и бетона в целом. Кто нибудь с такими технологиями сталкивался и где о них можно узнать подробнее. ЭКО.

Здравствуйте , действительно в качестве наполнителя это допустимо и снижает себестоимость . Исключить нужно дерево – это не совместимо . Сдесь главное адгезия – совместимость материалов , а по поводу ЭКО , если кирпич не из Фокусимы то можно .

Стекло к сожалению не подходит как наполнитель(без специальной переработки-подготовки), реакция ASR (щёлочно-силикатная) неравномерное расширение и растрескивание цементного камня в дальнейшем. Мусором можно заполнять предусмотренные пустоты в уже затвердевшем бетоне, как вариант паковать в пластик и вмуровывать в монолит на манер амфор(пустотами таким образом облегчали стены и при обдуманном применении свойства конструкции удовлетворяли требованиям) в случае с опилками для теплоизоляции, но нужно иметь в виду свойства и поведение таких наполнителей даже и в пустотах. В бетон при изготовлении лучше ничего такого не добавлять и даже вода должна быть питьевой нормальной жёсткости.

Бетон – это важное составляющее любого строительного объекта и каждый строитель должен с большим вниманием отнестись к процессу приготовления бетона и ее заливки. Добавление стекла, мусорных и строительных отходов, а также отходов, которые состоят, из дерева приведут к тому, что прочность бетона от этого пострадает. В состав бетона можно добавить немного средние по величине камни и арматуру.

Если подходить со стороны официальной части и требований ГОСТов, СНиПов и так далее, то бетон является конечным продуктом и никакие добавки туда добавлять нельзя.

Бетон должен заливаться в подготовленную опалубку, предварительно армируемую.

Но вот в частном строительстве зачастую при заливке фундамента добавляют различные материалы, кроме арматуры. Вот давайте и рассмотрим что добавляют, зачем и стоит ли это делать:

• различные железки, кроме арматуры. Этого делать не стоит, так как арматура изготовлена из определённого материала, который (мягко говоря) плохо ржавеет, а те железки, которые были найдены на помойке могут просто проржаветь и ослабить фундамент.
• мелкий камень, в том числе и битый. Во-первых, камень должен быть мытый, без грязи и пыли, во-вторых смотрите какой бетон вы заказали, возможно он уже будет с камнем, а чрезмерное количество ослабит фундамент.
• большие камни точно на стоит добавлять, так как хоть бетон и схватит их, но неизвестно как они лягут в фундаменте, возможно вылезут наружу или размоются грунтовой водой.
• стекло – вот что не стоит добавлять, так это стекло, так как бетон его не схватит и фундамент точно будет менее прочный.
• деревянные отходы, тоже не нужны в фундаменте, какой смысл их, дерево сгниёт и будет гнилая дыра в фундаменте.

Строительный мусор можно разделить, металл сдать, дерево сжечь, а камни, кирпич и стекло использовать для подсыпки.