Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 10
1.1 Дорожный бетон: основные требования и особенности применения 10
1.2 Гидратные новообразования и их влияние на структуру и свойства цементного камня 14
1.3 Водонепроницаемость цементного бетона 20
1.3.1 Факторы, влияющие на водонепроницаемость 20
1.3.2 Способы повышения водонепроницаемости 24
1.4 Морозостойкость бетонов 30
1.4.1 Факторы, влияющие на морозостойкость бетонов 31
1.4.2 Способы повышения морозостойкости 33
1.5 Усадочные деформации в цементном бетоне 36
1.5.1 Факторы, влияющие на усадку 36
1.5.2 Способы снижения усадочных деформаций 41
1.6 Трещиностойкость и ударопрочность бетона 45
2 Материалы и методы исследования 58
2.1 Методы исследования 58
2.1.1 Математическое планирование эксперимента 58
2.1.2 Рентгенофазовый анализ 60
2.1.3 Дериватографический анализ 61
2.1.4 Электронная микроскопия 63
2.1.5 Определение адгезии разработанных композиций к поверхности бетона 64
2.1.6 Определение прочности сцепления бетона с арматурой 64
2.2 Характеристика сырьевых материалов 65
2.2.1 Цемент 65
2.2.2 Заполнители 66
2.2.3 Вода и добавки 67
3 Разработка эффективных дорожных бетонов на основе комплекса алифатической эпоксидной смолы и суперпластификатора 71
3.1 Выбор эффективной пластифицирующей добавки 71
3.2 Исследование влияния комплексных добавок на основе алифатических смол (ДЭГ/ТЭГ+С-3) на свойства бетонных смесей и бетонов нормального твердения 73
3.2.1 Исследование свойств бетона, модифицированного комплексной добавкой «ДЭГ-1+С-3» 75
3.2.2 Исследование свойств бетона, модифицированного комплексной добавкой «ТЭГ-1+С-3» 80
3.3 Проверка свойств дорожного бетона с оптимальными дозировками комплексных модификаторов 86
3.4 Изучение влияния комплекса добавок на фазовый состав цементного камня 89
4 Влияние внутреннего ухода на процессы твердения цементных бетонов и их свойства 100
4.1 Изучение свойств дробленого керамзита 101
4.2 Исследование влияние водонасыщенного керамзита на прочностные характеристики и водонепроницаемость бетона 102
4.3 Влияние дозировки керамзита и степени водонасыщения на деформации усадки. 108
5 Влияние дисперсного армирования на свойства бетона. эффективные дозировки стальной фибры 113
5.1 Исследование влияния дисперсного армирования на прочность бетонов при сжатии и осевом растяжении 113
5.2 Повышение эффективности дисперсного армирования фиброй за счет использования алифатической смолы ДЭГ 115
5.3 Реализация работы и определение экономическиго эффекта от внедрения комплексных модификаторов на основе алифатической смолы ДЭГ .119
Общие выводы по работе 122
Библиографический список 124
- Гидратные новообразования и их влияние на структуру и свойства цементного камня
- Исследование свойств бетона, модифицированного комплексной добавкой «ДЭГ-1+С-3»
- Исследование влияние водонасыщенного керамзита на прочностные характеристики и водонепроницаемость бетона
- Повышение эффективности дисперсного армирования фиброй за счет использования алифатической смолы ДЭГ
Введение к работе
Значительное увеличение грузо - и пассажиропотока приводит к росту нагрузок на дорожные покрытия и сооружения, что предопределяет необходимость повышения их пропускной способности и надежности. При этом в последнее время в отрасли дорожного строительства осуществляется большая работа по ремонту и реконструкции существующих сооружений. В связи с чем возникает большая потребность в высокоэффективных и долговечных строительных материалах, в том числе и в бетонах.
Дорожные бетоны должны обладать достаточной прочностью при осевом растяжении или растяжении при изгибе, стойкостью к динамическим воздействиям, высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью, пониженной склонностью к трещинообразованию при твердении на воздухе, стойкостью к противогололедным реагентам.
Дорожные бетонные работы могут производиться при резких сменах температуры, влажности, изменении условий работ, качества и длительности ухода за твердеющим бетоном, поэтому качество покрытия будет зависеть от: микротрещинообразования на всех стадиях твердения бетона, обусловленного совместным воздействием неравномерной усадки, температурных напряжений и др.
Одной из основных характеристик дорожного бетона является его прочность при изгибе, совместно с морозостойкостью она определяет длительность межремонтных сроков эксплуатации дорожных покрытий. Способность бетона без разрушения сопротивляться растягивающим напряжениям зависит от множества факторов, основными из которых являются: водоцементное отношение, адгезионная прочность цементного камня, сила и качество сцепления цементного камня с поверхностью заполнителей. Однако способы радикального повышения прочности бетона при изгибе недостаточно исследованы.
Для улучшения свойств цементных бетонов применяют добавки различной природы. Стойкость бетонов в условиях агрессивной среды можно обеспечить
6 повышением плотности матрицы и модифицированием структуры и свойств новообразований, введением минеральных и полимерных добавок. Стойкость бетона к вибрационно-динамическим нагрузкам повышается при использовании армирующих волокон (фибры). С целью снижения усадочных деформаций свежеуложенного бетона необходимо защищать бетон от высушивания, снижать расход цемента, водоцементное отношение, а также использовать специальные компоненты, которые обеспечивают уход за покрытием в начальные сроки твердения.
В результате, при создании цементных бетонов для дорожной отрасли необходим комплексный подход, учитывающий формирование требуемой структуры цементного камня и свойств бетона, условия твердения и эксплуатации.
Таким образом, получение высокоэффективных бетонов для дорожного строительства является актуальным.
Настоящая работа посвящена изучению особенностей влияния модификаторов на свойства цементного камня и бетона и применению их в комплексе для разработки дорожных бетонов.
Работа выполнялась по заказу ОГУП «РЕМЭКС». Цель и задачи исследования
Цель работы - повышение прочности при изгибе и стойкости дорожных цементных бетонов путём модифицирования цементного камня комплексной добавкой на основе алифатических эпоксидных смол.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Оптимизировать состав модифицирующей добавки, оценить ее влияние на
основные свойства получаемого бетона.
2. Рассмотреть особенности влияния добавок диэтиленгликоля (ДЭГ) и
триэтиленгликоля (ТЭГ) на процесс гидратации цемента, динамику набора
прочностных характеристик бетона.
3. Выявить влияние комплексной добавки на основе алифатических
эпоксидных смол на свойства дорожных цементных бетонов.
Оценить влияние добавки дробленого водонасыщенного керамзита на прочностные характеристики, усадочные деформации и непроницаемость бетона;
Определить влияние алифатических эпоксидных смол на величину сцепления дисперсной арматуры (фибры) с цементным камнем.
Изучить эксплуатационные свойства дорожного бетона с комплексной модифицирующей добавкой.
Научная новизна;
1 Выявлено, что ДЭГ активно адсорбируется на поверхности
гидратирующихся зерен цемента, замедляет процессы гидратации и выделения
Са(ОН)2 в жидкую фазу цементного теста, способствуя образованию
аморфизированной структуры цементного камня с соотношением CaO/SiOi—2,6-
2,8, что способствует получению бетона с повышенной прочностью при изгибе и
осевом растяжении, морозостойкостью и водонепроницаемостью.
2 Установлено, что молекулярная масса, размеры молекулы и меньшее
количество гидроксильных групп ТЭГ обусловливают меньшую величину
адсорбции его молекул на поверхности гидратных соединений, в сравнении с
ДЭГ. В результате чего процесс гидратации не замедляется, а новообразования
цементного камня имеют повышенную закристаллизованность, основность
которых CaO/Si02=2,4-2,6, что обеспечивает более высокие прочностные
характеристики и скорость набора прочности бетона.
Практическая значимость и реализация работы:
Установлено, что использование суперпластификатора снижает дозировку алифатических эпоксидных смол при обеспечении требуемых эксплуатационных характеристик бетонов.
Предложены комплексные добавки на основе алифатических эпоксидных смол и суперпластификатора, позволяющие изготавливать цементные бетоны для дорожно-строительной отрасли с высокими эксплуатационными
характеристиками (прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжение при изгибе, морозостойкость, водонепроницаемость, и др.).
Разработана и внедрена технология фибробетонов с разработанными комплексами добавок для устройства и ремонта верхнего слоя покрытия проезжей части мостов в полевых условиях на объектах ОГУП «РЕМЭКС».
Выявлено повышение эффективности работы металлической фибры в бетоне за счет использования алифатических эпоксидных смол.
Предложены бетоны с пониженной усадкой для ремонта интенсивно эксплуатируемых дорожных покрытий, повышающие межремонтный срок с 10-20 до 30-50 лет.
Автор защищает:
1. Эффективность использования суперпластификатора и алифатических
эпоксидных смол в комплексе для получения синергетического эффекта при
модифицировании бетонов.
Зависимость модифицирующего действия смол ДЭГ, ТЭГ от молекулярной массы, количества гидроксильных групп и величины адсорбции.
Выявленный способ повышения величины сцепления металлической фибры с матрицей цементного камня, позволяющий увеличивать за счет этого прочность бетона на растяжение при изгибе.
Результаты исследования влияния водонасыщенного дробленого керамзита на снижение усадочной деформации, повышение водонепроницаемости и прочностных характеристик бетонов.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена применением стандартных методов испытаний, поверенного оборудования, использованием адекватных математических моделей и соответствующей обработкой результатов, статистическим анализом результатов испытаний и необходимым числом образцов в серии для обеспечения доверительной вероятности 0,95*. Исследования свойств, фазового состава и структуры цементных композиций проведены с применением комплекса современных физико-химических методов анализа:
термического, рентгенофазового, электронной растровой микроскопии и локального рентгеновского микроанализа.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава ЮУрГУ в 2006, 2007 гг., на 2-й Международной конференции в г. Санкт-Петербург в 2008 г., на Международных чтениях по химии и технологии цемента в г. Москва в 2009 г.
Публикации
Основные результаты исследований опубликованы в 7 статьях, в т.ч. 2 - в рекомендуемых ВАК изданиях. Получен патент на изобретение № 2338713 «Бетонная смесь для гидроизоляции».
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и 2 приложений; содержит 138 страниц машинописного текста, 28 таблиц, 39 рисунков, 16 формул, библиографический список из 140 наименований.
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Гидратные новообразования и их влияние на структуру и свойства цементного камня
К факторам, влияющим на морозостойкость, относятся: количество замерзающей воды (В/Ц), объем и размер условно-замкнутых пор, фактор расстояния, контракционный объем воздуха, химико-минералогический и вещественный состав цемента, условия твердения и степень гидратации цемента к моменту замораживания, степень насыщения и температура замораживания [44].
По Шейнину A.M. морозостойкость можно определять сложной функцией: где 2омрз - суммируемые внутренние напряжения, возникающие в бетоне в результате гидравлического, кристаллизационного и осмотического давлений, различия коэффициентов температурных деформаций; ER - суммируемое сопротивление материала образованию и развитию новых и уже имеющихся дефектов структуры на различном структурном уровне. Анализ A.M. Шейниным кинетики капиллярного водонасыщения мелкозернистых бетонов показал, что с одинаковым В/Ц относительный объем цементного камня оказывает существенное влияние на структуру активного порового пространства. С увеличением В/Ц при одинаковом относительном объеме цементного камня скорость капиллярного водонасыщения также возрастает, что характеризует структуру открытых пор как более крупнопористую и менее стойкую к морозной деструкции. На морозостойкость бетона положительную роль оказывают условно-замкнутые резервные воздушные поры, размер которых составляет 100-300 мкм. Жидкая фаза, отжимаемая льдом, мигрирует в поры, вследствие чего внутренние растягивающие напряжения значительно снижаются. Однако, в зависимости от условий эксплуатации, условно-замкнутые поры могут полностью заполняться водой, что приведет к значительному снижению морозостойкости. С увеличением удельной поверхности и снижением среднего размера воздушных пор при фиксированном их объеме фактор расстояния снижается, что приводит к повышению морозостойкости. С другой стороны, увеличение количества пор может негативно влиять на величину поверхности сцепления между цементным камнем и зернами заполнителя, соответственно и на прочность бетона. Снижению морозостойкости способствует накопление гидроксида кальция. Кристаллы Са(ОН)2 самые слабые в структуре цементного камня, что связано с природой их образования. Поэтому слабосвязанные образования формируют в структуре камня неоднородности и структурные напряжения, снижая прочность и морозостойкость материала. Ко всему прочему Са(ОН)2, являющийся наиболее растворимым элементом структуры цементного камня, интенсивно выщелачивается, увеличивая пористость бетона. Колебания температуры и влажности среды, изменяя растворимость Са(ОН)2 в жидкой фазе, приводят к нарушению стабильности высокоосновных гидросиликатов кальция [125]. Более стабильным элементом цементного камня в условиях циклического замораживания и оттаивания является гидросиликатный гель C-S-H (I). Ряд исследователей обращают внимание на особое значение гелевой составляющей цементного камня в формировании его прочности, трещиностойкости, а, следовательно, и морозостойкости. А.Ф. Полак и В.В. Бабков также считают, что более высокая прочность цементного камня достигается при большей дисперсности гидратов. В.В. Тимашев с соавторами показали, что прочность камня изменяется в зависимости от состава гидратов. Причина этого — уменьшение в высокоосновных гидросиликатах доли сильной ковалентной связи (Si-O) и возрастание доли слабой ионной связи (СаО) [81, 83, 110]. Формирование цементного камня из низкоосновных слабозакристаллизованных гидросиликатов кальция обеспечивает получение стабильной структуры с низкой проницаемостью, повышенной трещиностойкостью и, следовательно, улучшенной морозостойкостью [16]. Работы, выполненные В. И. Соломатовым [105], показали, что величина морозостойкости песчаных бетонов зависит от условий твердения и замораживания, вида добавки. Гелеобразная фаза цементного камня способствует релаксации температурно-влажностных напряжений, уменьшает степень водонасыщения бетона, а при введении АМД уменьшается количество свободного портландита, что повышает трещиностойкость цементного камня [66, 68]. Если химико-минералогический и вещественный состав портландцемента не препятствует получению морозостойкой структуры, то морозостойкость цементного камня обеспечивается формированием капиллярно-пористой структуры с минимальным объемом капиллярных пор при данной степени гидратации. При обычной степени гидратации х=0,6 отсутствие капиллярных пор Пк возможно только при В/Ц=0,3. При Пк=(1...2)%, когда еще обеспечена высокая морозостойкость цементного камня, предельное значение В/Ц колеблется от 0,32 до 0,35. Поэтому очевидно, что при обычных значениях В/Ц=0,38...0,45 гарантированная морозостойкость дорожного бетона без дополнительной модификации структуры не может быть обеспечена [16, 18, 60].
Насыщение бетона водой, в той или иной степени, является неизбежным результатом его эксплуатации. На степень водонасыщения, а следовательно и на морозостойкость, влияют условия эксплуатации, коэффициент водостойкости, величина внешней и внутренней пористости.
Исследование свойств бетона, модифицированного комплексной добавкой «ДЭГ-1+С-3»
Использование суперпластификатора на основе поликарбоксилатного эфира (типа Melflux) позволяет значительно снижать водо-цементное отношение. Введение его в комплексе с алифатическими смолами не снижает динамику набора прочности, однако требует отдельного тщательного изучения. Поэтому для разработки высокоэффективных бетонов в качестве пластифицирующего компонента был использован суперпластификатор предпоследнего поколения типаС-3. 2. Положительный эффект от комплекса добавок «смола + С-3» возможен при использовании способа «раздельного введения» этих добавок, а также при подборе оптимальной дозировки составляющих. 3. Бетоны, модифицированные комплексом «ДЭГ+С-3», снижают скорость набора прочности при сжатии и изгибе, особенно в ранние сроки. Комплекс со смолой ТЭГ позволяет получить бетоны более высокой прочности при сжатии во все сроки твердения. 4. Введение 0,8% С-3 + 1,0% ДЭГ в комплексе повышает водонепроницаемость бетона до W12-14, морозостойкость до F300, прочность на растяжение при изгибе до 4,7-5,3 МПа, прочность сцепления с арматурой до 5,0 МПа, адгезию к бетону до 3,0 МПа. Бетоны, модифицированные комплексом на основе смолы ТЭГ, также имеют высокую прочность при изгибе - до 5,5 МПа, прочность сцепления с арматурой - до 4,0 МПа, адгезию с бетоном до 3,3 МПа, однако показывают более низкую морозостойкость - F200 и водонепроницаемость — W12. 5. Выявлены различия в модифицирующем действии комплексов «ДЭГ+С-3» и «ТЭГ+С-3». Молекулы алифатической эпоксидной смолы ТЭГ, в сравнении с ДЭГ, имеют повышенную молекулярную массу, размеры и меньшее количество гидроксильных групп, что обуславливает меньшую величину адсорбции ее молекул на поверхности гидратных соединений. В результате процесс гидратации не замедляется, новообразования цементного камня более закристаллизованы, мелкодисперсны и имеют основность СаО/БіОг- 2,4-2,6. Молекулы смолы ДЭГ более активно адсорбируется на поверхности гидратирующихся зерен цемента, что замедляет процессы гидратации, а также процесс выделения Са(ОН)г в жидкую фазу цементного теста и способствует образованию аморфизированной структуры цементного камня с соотношением CaO/Si02= 2,6-2,8. Условия твердения значительно влияют на строение порового пространства и усадочные деформации цементных композитов. Данные явления наиболее опасны в ранние сроки твердения (особенно до 3 суток), когда может испаряться большое количество не связанной воды [16, 128]. Важность мероприятий ухода подтверждают зарубежные стандарты, в которых нормируется предельно допустимое количество испаряемой воды из бетонной смеси. Именно поэтому следует уделить значительное внимание организации «внутреннего» ухода, что в комплексе с «внешними» способами позволит максимально сохранить свойства бетона [58, 138]. Поэтому для минимизации количества испаряемой воды, а, следовательно, пор и макрокапилляров, следует: обеспечивать оптимальное соотношение компонентов бетона при минимальных водо-цементных отношениях; - соблюдать мероприятия по уходу за твердеющим бетоном (полив водой, укрывание непроницаемым или водонасыщенным покрытием); - применять специальные водонасыщаемые компоненты для «внутреннего» ухода за твердеющим цементным камнем (бетоном). Концепция «внутреннего» ухода наименее распространена и была рассмотрена Фаликманом В.Р., Сорокиным Ю.В., Калашниковым и др. Согласно этим данным в смесь вводили пористые дробленые компоненты, насыщенные водой, для «подпитки» цементных материалов в период твердения, тем самым, способствуя снижению усадочных деформаций. В рамках данной исследовательской работы решено рассмотреть возможность использования в качестве влагоносителей нескольких доступных насыщаемых компонентов: дробленый керамзит, кирпич, золы, шлаки. Золы и шлаки характеризуются непостоянством свойств, химического состава, экологической опасностью, более того — не обладают достаточной водоудерживающей способностью, в связи с чем, сразу после укладки бетонной смеси происходит водоотделение. Дробленый кирпич сложно получать определенного фракционного состава. В дробленой части преобладает тонкодисперсная составляющая и крупные частицы лещадной формы с острыми ребрами. Для них характерно отсутствие развитой системы водоудерживающих пор. Наибольшее опасение вызывает вероятность попадания в бетонную смесь недожога, что негативным образом может проявиться в твердеющем бетоне; Дробленый керамзит, в отличие от вышеперечисленных материалов, обладает более постоянным качеством, разнообразием пор по размерам, более высокой структурной прочностью, постоянен по химическому составу и экологически чист.
Исследование влияние водонасыщенного керамзита на прочностные характеристики и водонепроницаемость бетона
Для оценки влияния водонасыщенного керамзита на усадочные деформации разработанных составов формовали специальные образцы-балки 10 10 40 см. После распалубки деформации усадки определялись в соответствии с ГОСТ 24544-81.
Деформации измерялись до 14 суток твердения, так как к этому возрасту материал набирает достаточную прочность, чтобы противостоять образованию трещин. Чтобы изучить влияние количества керамзита на деформационные свойства бетона в соответствие с матрицей (табл. 23) было приготовлено 9 серий образцов с разным содержанием керамзита (в % к массе цемента). Усредненные данные по величине деформаций усадки приведены на рис. 35. В табл. 24 приведено количество керамзита в кг на 1 м3 бетонной смеси и количество воды для насыщения в процентах от массы сухого керамзита. Таблица 24 - Количество керамзита и воды насыщения в составах бетона Из полученных данных рис. 35 следует, что наименьшими деформациями усадки обладают образцы № 2 и 3, которые содержат 5 кг дробленого керамзита. Допустимое количество воды для насыщения керамзита составляет не более 40% от его массы. С учетом положительного влияния на прочность при сжатии (повышается с 39 до 45 МПа) и водонепроницаемость (повышается с W12 до W14) оптимальной дозировкой керамзита было выбрано 5 кг/м3 и 35-40% воды насыщения от его массы. Поэтому для получения дорожных бетонов, обладающих пониженными усадочными деформациями, более высокими прочностными характеристиками и водонепроницаемостью, в дополнение к смоле ДЭГ и суперпластификатору, в качестве третьего компонента комплексной добавки можно рекомендовать дробленый водонасыщенный керамзита. Оптимальная дозировка - 5 кг/м3 (0,8%) сухого дробленого керамзита фракции 0,14... 10 мм. Необходимое количество воды для насыщения - 35.. .40% от его массы. 1. Для снижения усадочных явлений в начальные сроки твердения и обеспечения структуры цементного камня с повышенной прочностью и долговечностью необходимо обеспечивать внутренний уход. 2. Благодаря разнообразию пор, структурной прочности зерна, количеству удерживаемой воды и скорости равномерного полного насыщения керамзит является эффективной добавкой, позволяющей обеспечивать внутренний уход за твердеющим бетоном. 3. Наиболее предпочтительно использование дробленого керамзита в виде смеси фракций 0,16...2,5 мм; 2,5...5 мм; 5...10 мм в равных пропорциях, т.к. обладает наименьшим водопоглощением. 4. Время, достаточное для водонасыщения керамзита, не превышает 10 минут. 5. Использование водонасыщенного керамзита способствует ускорению гидратационных процессов, получению более плотной структуры цементного камня с минимумом дефектов. 6. Введение 5 кг/м (0,8%) керамзита и 35...40% от его массы воды для насыщения в дополнение к алифатической смоле ДЭГ и суперпластификатору на 18% повышает прочность при сжатии, на 15-25% снижает деформации усадки и на 26% повышает водонепроницаемость. 7. Усадочные деформации бетона с водонасыщенным керамзитом изменяются плавно и останавливаются к 14 суткам. Суммарная усадка составляет в этом возрасте не более 0,19 мм/м. Исследователями отмечается [54, 87, 89, 105], что стальная фибра положительно влияет на прочность при осевом растяжении, прочность при изгибе и трещиностойкость. Именно на повышение этих свойств сталефибробетона ориентировались при проведении эксперимента. Для получения бетонов, обладающих повышенной прочностью при изгибе и стойких к восприятию динамических и ударных нагрузок целесообразнее использовать стальную фибру. Обычно применяют тонкую проволоку диаметром 0,1...0,5 мм, нарубленную на отрезки длиной 10...50 мм. Лучшие результаты обеспечивает введение фибры диаметром около 0,3 мм и длиной 25 мм. При повышении диаметра фибры свыше 0,6 мм резко уменьшается эффективность влияния дисперсного армирования на прочность бетона. Стальную фибру рекомендуют вводить в бетонную смесь обычно в количестве 1...2,5 % объема бетона (3...9 % по массе, что составляет 70...200 кг фибры на 1 м3 смеси) [46, 54, 88]. 5.1 Исследование влияния дисперсного армирования на прочность бетонов при сжатии и осевом растяжении Исследование влияния металлической фибры проводили испытанием образцов бетона, состав которого приведен в табл. 25. В качестве фибры использовали -«Челябинка» ООО «НПО ВОЛВЕК ПЛЮС». 430 700 1150 3,45 165 7±2 . Подвижность бетонных смесей поддерживали на уровне 5.. .9 см осадки конуса (марка по удобоукладываемости П2), регулируя содержание воды затворения. Сравнивали две полученные зависимости: изменение характеристик бетона при повышении В/Ц без металлической фибры и с фиброй. Диапазон дозировок фибры составлял от 0 до 100 кг/м . 40 38 36 34 32 30 Из бетонной смеси каждого состава формовали образцы 10 10 10 и 10 10 40 см, которые в 28 суток твердения испытывали на прочность при сжатии, раскалывании и растяжении при изгибе (пересчитывали на осевое растяжение). Образцы твердели в течение всего срока в нормально-влажностных условиях.
Повышение эффективности дисперсного армирования фиброй за счет использования алифатической смолы ДЭГ
Экономическая эффективность предлагаемых комплексных модификаторов определяется удлинением межремонтных сроков и общей продолжительности эксплуатации мостов
Разработанные комплексы добавок «ДЭГ + С-3 + фибра» и «ТЭГ + С-3 + фибра» прошли успешную апробацию фирмой ОГУП «РЕМЭКС» на ремонтируемых дорожных сооружениях. Мосты, отремонтированные, полученной бетонной смесью, уже эксплуатируются в течение 4-5 лет. В табл. 27 приведен состав бетонной смеси, используемый для ремонта, а также стоимость его 1 м3. В процессе ремонта выравнивающего слоя проезжей части моста через р. Коноплянка (длиной 20 метров и шириной 6 м) было уложено 12 м3 бетонной смеси с предлагаемым комплексом добавок. Стоимость бетонного полотна (120 м ) выросла в цене на 36591,84 руб., а 1 м - на 305 руб., однако по нашим данным бетоны с предлагаемыми добавками позволяют удлинить межремонтные сроки с 10-20 лет до 30-50, чем и определяется экономическая эффективность. На ремонт подобного моста каждые 10-20 лет выделяется до 3,0 млн. руб., поэтому применение бетонов, модифицированных предложенными комплексами добавок, позволит повысить сроки общей эксплуатации моста и ожидать экономический эффект на сумму 4,5-12 млн. руб. 1. Для получения бетонов, обладающих высокой прочностью при осевом растяжении, целесообразно не повышать дозировку металлической фибры, а усиливать эффективность ее работы в матрице цементного камня. 2. Модифицирование бетона комплексной добавкой на основе алифатической смолы ДЭГ повышает силу сцепления волокон фибры с цементным камнем, что в результате позволяет получать высокие характеристики при испытании на прочность при осевом растяжении (до 4,2 МПа). 3. Ведение смолы ДЭГ значительно повышает эффективность работы фибры в бетоне, в результате чего снижается ее расход, что позволяет сохранить баланс между прочностными характеристиками, трудоемкостью бетонных работ, качеством формования, а также себестоимостью смеси. 1. Определены оптимальные дозировки пластификатора типа С-3 - 0,8% и алифатических смол ДЭГ/ТЭГ - 1,0% (от массы цемента), которые позволяют получить цементные дорожные бетоны морозостойкостью 200-300 циклов, водонепроницаемостью не менее W12, повышенной прочность при изгибе (до 5,5 МГТа) и осевом растяжении (до 4,2 МПа). 2. Выявлены различия в модифицирующем действии комплексов «ДЭГ+С-3» и «ТЭГ+С-3». Молекулы смолы ДЭГ активно адсорбируются на поверхности гидратирующихся зерен цемента, замедляют процессы гидратации, а также процесс выделения Са(ОН)2 в жидкую фазу цементного теста, что способствует образованию аморфизированной структуры цементного камня с соотношением CaO/Si02= 2,6-2,8. Молекулы алифатической эпоксидной смолы ТЭГ, в сравнении с ДЭГ, имеют повышенную молекулярную массу, размеры и меньшее количество гидроксильных групп, что обуславливает меньшую величину адсорбции ее молекул на поверхности гидратных соединений. В результате процесс гидратации не замедляется, гидратные новообразования цементного камня более закристаллизованы, мелкодисперсны и имеют основность CaO/Si02= 2,4-2,6. 3. Модифицирование бетонной смеси алифатической смолой и суперпластификатором повышает прочность дорожного бетона при изгибе (R,13r) в 2-2,5 раза (до 4,8-5,5 МПа), увеличивает водонепроницаемость с W4 до W12, морозостойкость с F50 до F300, прочность при сжатии (RC/K) С 36 до 39-45 МПа. 4. Использование дробленого водонасыщенного керамзита способствует более полной гидратации вяжущего, получению более плотной структуры цементного камня, в результате чего на 18% повышается прочность при сжатии, на 15-25% снижаются деформации усадки и на 25% повышается водонепроницаемость. 5. При введении металлической фибры в бетонную смесь, модифицированную алифатическими смолами, величина сцепления волокон с цементным камнем повышается более чем на 50%, что положительно отражается на прочностных характеристиках бетона. 6. Определено, что для получения эффективных дорожных бетонов, обладающих повышенными прочностными характеристиками при осевом растяжении, рекомендуется вводить до 100 кг/м3 стальной фибры. 7. Разработанные комплексы добавок использованы для приготовления бетонных смесей, предназначенных для ремонта дорожных сооружений. Мосты, отремонтированные полученной бетонной смесью, эксплуатируются уже 4-5 лет. 8. Экономическая эффективность предлагаемых комплексных модификаторов определяется удлинением межремонтных сроков и общей продолжительности эксплуатации мостов. Ожидаемый экономический эффект может достигает 4,5-12 млн. руб. на одно сооружение, длина проезжей части которого 20 м, а ширина 6 м.
