Исследовано влияние водоцементного соотношения на свойства затвердевания цементного раствора при частичной замене натурального песка искусственным. В экспериментальном исследовании используется разработанная растворная смесь в пропорциях 1:2, 1:3 и 1:6 с водоцементным соотношением 0,5 и 0,55 соответственно. Образцы в виде кубиков раствора испытываются для оценки прочности на сжатие. Строительный раствор демонстрирует превосходную прочность при 50% замене натурального песка искусственным песком. В этой статье рассматриваются применения искусственного песка как попытка устойчивого развития. Это поможет найти жизнеспособное решение проблемы снижения доступности натурального песка для обеспечения экологического баланса.
Введение
Мировое потребление натурального песка очень велико из-за широкого использования бетона или строительного раствора. В целом, спрос на природный песок в развивающихся странах достаточно высок, чтобы удовлетворить быстрый рост инфраструктуры, в этой ситуации развивающиеся страны, такие как Индия, сталкиваются с нехваткой натурального песка хорошего качества. Особенно в Индии, запасы природного песка истощаются и создают серьезную угрозу для окружающей среды, а также общества. Увеличение добычи природного песка из русел рек, вызывающее множество проблем, потерю удерживающих воду слоев песка, углубление русла рек и вызывающее оползни берегов, потерю растительности на берегах рек, обнажение водозаборных колодцев систем водоснабжения, нарушение водной флоры и фауны, а также воздействие на сельское хозяйство из-за снижения уровня грунтовых вод и т.д. — вот несколько примеров. Свойства заполнителя влияют на долговечность и эксплуатационные характеристики бетона, поэтому мелкий заполнитель является важным компонентом бетона и цементного раствора. Наиболее часто используемым мелким заполнителем является натуральный речной или карьерный песок. Мелкий и крупный заполнитель составляет около 75% от общего объема. Поэтому важно приобрести заполнитель правильного типа и хорошего качества на стройплощадке, поскольку заполнитель образует основную матрицу бетона или строительного раствора.
В настоящее время дневной песок становится очень дефицитным материалом, в этой ситуации начались исследования недорогого и легкодоступного альтернативного материала натуральному песку. Некоторые альтернативные материалы уже использовались в составе натурального песка, например, зола-унос, шлаковый известняк и кремнистый каменный порошок используются в бетонных смесях в качестве частичной замены натурального песка. Однако основным ограничением некоторых из вышеперечисленных материалов является недостаточное требуемое качество. В настоящее время устойчивый инфраструктурный рост требует альтернативного материала, который должен удовлетворять техническим требованиям мелкого заполнителя, а также должен быть доступен в изобилии.
Влияние высокого содержания мелких частиц на свойства бетона. Был проведен обзор прочности и поведения бетона с использованием каменной крошки в качестве мелкого заполнителя, они исследовали возможность использования каменной крошки в качестве 100 % замены песка с различными коэффициентами уплотнения. Дозирование бетонных смесей с каменной пылью в качестве мелкого заполнителя. Также было проведено подробное исследование по использованию мелкого заполнителя из отходов карьеров в бетонных смесях. Экспериментально исследованы характеристики бетона с карьерной пылью в качестве мелкого заполнителя. Исследовались отходы щебня в качестве мелкого заполнителя для бетона. Также были проведены испытания бетона с использованием пыли камнедробилки в качестве мелкого заполнителя. Исследовалась каменная пыль в качестве мелкого заполнителя в конструкционном бетоне. И изучил, как замена дюнного песка глинистым песком (обожженной глиной) существенно влияет на потребность в воде, необходимую для получения приемлемой обрабатываемости (текучести или консистенции) свежего строительного раствора. Искусственный песок предлагает жизнеспособную альтернативу натуральному песку и представляет собой мелкий заполнитель специального назначения, получаемый путем дробления и просеивания или дальнейшей переработки, т.е. промывка, сортировка, классификация добытой в карьере породы, булыжников, валунов или гравия, из которых был удален мелкий природный заполнитель. На основе обзора проведена работа по изучению прочностных свойств цементного раствора с частичной заменой натурального песка производственным песком. Также прочность цементного раствора рассчитана с использованием различных водоцементных соотношений.
A. Значение исследования
Основной целью настоящей работы является систематическое изучение влияния водоцементного соотношения и процентной замены натурального песка искусственным песком в соотношении 0,5, 0,55 и 0%, 50% и 100% соответственно на свойства прочности цементного раствора. Исследование проводилось на растворе в пропорциях 1:2, 1:3 и 1:6 с водоцементным соотношением 0,5 и 0,55 соответственно. Искусственный песок может использоваться в качестве мелкого заполнителя, но он должен удовлетворять техническим требованиям. В этом аспекте исследования цементного раствора с искусственным песком недостаточны, поэтому в данной статье исследуется цементный раствор, полученный с искусственным песком.
B. Материалы
Заполнитель: – Используется местный речной песок в виде мелкого заполнителя (от 4,75 мм до 75 микрон (от 0,2 до 0,003 дюйма)). Искусственный песок (от 4,75 мм до 75 микрон (от 0,2 до 0,003 дюйма)) используется для частичной замены натурального песка. Природный и искусственный песок относятся к зоне II (IS 383). Анализ сита и свойства материала представлены в таблицах 1 и 2 (IS 383 и IS 2386). Цемент: – Используемый цемент 53 марки (обычный портландцемент) (IS 12269).
Таблица 1: Физические свойства материалов
| Свойство | Мелкий заполнитель (IS 383) | Крупный заполнитель (IS 383) | |
| Натуральный песок | Искусственный песок | ||
| Удельный вес | 2.6 | 2.84 | 2.75 |
| Модуль измельчения | 2.89 | 2.84 | – |
| Водопоглощение | 6.5% | 5.6% | 2.5% |
C. Экспериментальная программа
Основная цель этого эксперимента — выяснить влияние замены натурального песка искусственным песком с содержанием 0%, 50% и 100% на свойства затвердевания цементного раствора. Экспериментальная работа включает в себя отливку, отверждение и тестирование образцов. Свойства материала приведены в таблице 1. Растворную смесь готовят в пропорциях 1:2, 1:3 и 1:6 с водоцементным соотношением 0,5 и 0,55 соответственно. Были проведены три испытания для каждого водоцементного соотношения и пропорции растворной смеси, где смесь 1 представляет собой эталонную смесь с 0% искусственного песка, смесь 2 — с 50% заменой натурального песка искусственным песком и смесь 3 — со 100% искусственным песком. Все эксперименты проводятся при нормальной комнатной температуре. Ингредиенты раствора, а именно цемент и мелкий заполнитель, сначала смешиваются в сухом состоянии. Искусственный песок используется в качестве частичной замены натурального песка, затем добавляется расчетное количество воды и тщательно перемешивается до получения однородной смеси. Раствор засыпается в формы слой за слоем и тщательно уплотняется. Для испытания на прочность при сжатии используются кубики размером 7,06 мм (0,3 дюйма) х 7,06 мм (0,3 дюйма) х 7,06 мм (0,3 дюйма) х 0,3 дюйма, которые выдерживаются в воде в течение 28 дней и тестируются в течение 28 дней на универсальной испытательной машине (UTM).
D. Результаты и обсуждение
В таблицах 3, 4 и 5 приведены результаты испытаний цементного раствора в пропорциях 1:2, 1:3 и 1:6 с водоцементным соотношением 0,5 и 0,55. Растворные смеси показали увеличение прочности при сжатии до 14,53%, 46,95% и 60,62% при соотношении 1:2, 1:3 и 1:6 при соотношении водного цемента 0,5 в результате замены искусственного песка на 50% соответственно, как показано в таблице 3, таблице 4, таблице 5 и рисунках 1, 2 и 3 соответственно. Это может быть связано с тем фактом, что 50%-ная замена натурального песка искусственным песком может показать оптимальную реакцию с оптимальной емкостью наполнителя. Можно сделать вывод, что 50%-ная замена натурального песка искусственным песком обеспечит максимальную прочность цементного раствора. В этом исследовании мы наблюдаем, что общая прочность раствора выше по сравнению с эталонной смесью.
Таблица 2: Подробные данные ситового анализа природного песка и искусственного песка
| Обозначение сита | Процентное содержание песка зоны II | Пределы классификации песка зоны II (IS 383) | |
| Натуральный песок | Искусственный песок | ||
| 4,75 мм (№ 4) | 94.75 | 100 | 90-100 |
| 2,36 мм (№ 8) | 88.5 | 88.1 | 75-100 |
| 1,18 мм (№ 16) | 71.25 | 68.8 | 55-90 |
| 600 микрон (№30) | 42.5 | 37.3 | 35-59 |
| 300 микрон (№50) | 11.5 | 15 | 8-30 |
| 150 микрон (№100) | 1.75 | 6 | 0-10 |
Таблица 3: Результаты испытаний цементного раствора в пропорции 1:2 (1 МПа = 0,1450 кси)
| Процентная замена натурального песка искусственным песком | Пропорция растворной смеси 1:2, | Пропорция растворной смеси 1:2, вес/ кг = 0,55 | ||
| Прочность на сжатие, МПа (ksi) | Процентное увеличение прочности при сжатии по сравнению с эталонной смесью | Прочность на сжатие, МПа (ksi) | Процентное увеличение прочности при сжатии по сравнению с эталонной смесью | |
| Смесь 1 (эталонная смесь) (0% искусственного песка) | 42.26(6.13) | – | 40.55(5.88) | – |
| Смесь 2 (50% искусственного песка) | 48.40(7.02) | 14.53 | 44.31(6.43) | 9.27 |
| Смесь 3 (100% искусственный песок) | 42.51(6.17) | 0.59 | 41.36(5.99) | 2.00 |
Таблица 4: Результаты испытаний цементного раствора в пропорции 1:3
| Процентная замена натурального песка искусственным песком | Пропорция растворной смеси 1:3, вес / кг = 0,5 | Пропорция растворной смеси /c =0,55 | ||
| Прочность на сжатие, МПа (ksi) | Процентное увеличение прочности при сжатии по сравнению с эталонной смесью | Прочность на сжатие, МПа (ksi) | Процентное увеличение прочности при сжатии по сравнению с эталонной смесью | |
| Смесь 1 (эталонная смесь) (0% искусственного песка) | 28.26(4.09) | – | 27.63(4.00) | – |
| Смесь 2 (50% искусственного песка) | 41.53(6.02) | 46.95 | 40.05(5.81) | 44.95 |
| Смесь 3 (100% искусственный песок) | 35.81(5.19) | 26.71 | 35.15(5.09) | 27.22 |
Таблица 5: Результаты испытаний цементного раствора в пропорции 1:6
| Процентная замена натурального песка искусственным песком | Пропорция растворной смеси 1:6, вес / кг = 0,5 | Пропорция растворной смеси 1:6, вес / кг = 0,55 | ||
| Прочность на сжатие, МПа (ksi) | Процентное увеличение прочности при сжатии по сравнению с эталонной смесью | Прочность на сжатие, МПа (ksi) | Процентное увеличение прочности при сжатии по сравнению с эталонной смесью | |
| Смесь 1 (эталонная смесь) (0% искусственного песка) | 12.42(1.80) | – | 10.62(1.54) | – |
| Смесь 2 (50% искусственного песка) | 19.95(2.89) | 60.62 | 17.00(2.47) | 55.25 |
| Смесь 3 (100% искусственный песок) | 16.19(2.35) | 30.35 | 14.55(2.11) | 37.01 |
E. Выводы
Изучено влияние частичной замены природного песка искусственным песком на прочность при сжатии цементного раствора в пропорциях 1:2, 1:3 и 1:6 с соотношением водного цемента 0,5 и 0,55. Результаты сравниваются с эталонной смесью с заменой 0% натурального песка искусственным песком. Прочность на сжатие цементного раствора с заменой 50% натурального песка искусственным песком показывает более высокую прочность по сравнению с эталонной смесью. Общая прочность раствора линейно увеличивается при замене натурального песка на искусственный на 0%, 50% по сравнению с эталонной смесью (смесь 1). Искусственный песок потенциально может стать альтернативой натуральному песку и помогает в сохранении окружающей среды, а также экономического баланса. Отсутствие натурального песка по разумной цене вынуждает нас искать альтернативный материал. Искусственный песок квалифицируется как подходящая замена речному песку по разумной цене. Было обнаружено, что искусственный песок имеет хорошую градацию и приятную отделку, которой не хватает натуральному песку, и это привело к получению хорошего сцепления цементного раствора.