Введение к работе
Актуальность. На современном этапе отличительным признаком стран является рациональное потребление ресурсов, а одним из важнейших направлений ресурсосберегающей деятельности государства считается эффективное использование отходов производства. Отрасль дорожного строительства является наиболее емкой из всех потенциальных потребителей отходов.
Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах, до 30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья.
Решение вышеизложенных задач положено в основу разработанного проекта семилетней программы на период 2011 - 2017 годов, направленной на доведение параметров существующей сети автомобильных дорог Белгородской области до современного уровня.
Основной задачей новой семилетней программы является создание условий для совершенствования и развития транспортной инфраструктуры Белгородской области. Это - большой объем работ, требующий дальнейшего наращивания производственных мощностей, модернизации и технического перевооружения, а также комплектации высококвалифицированными специалистами дорожных предприятий. В данных условиях особенно актуальной становится проблема обеспечения материально-техническими ресурсами, необходимыми для реконструкции и ремонта автомобильных дорог.
Работа выполнена при финансовой поддержке в форме грантов Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МК-2715.2012.8 и МК-5667.2013.8, ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы, грант № 14.В37.21.1487.
Цель работы. Разработка эффективного цементобетона с использованием композиционных вяжущих и дисперсного армирования для дорожного строительства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка композиционных вяжущих для смесей высокой
проникающей способности на основе техногенного сырья;
- исследование физико-механических и технологических
свойств композиционных вяжущих на свойства бетона;
- разработка составов фибробетона для покрытий автомобиль
ных дорог;
- подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований. Научная новизна.
-
Предложены принципы повышения эффективности бетонов, используемых для производства автомобильных дорог, заключающиеся в оптимизации структуры на микро- и макроуровнях за счет применения композиционных вяжущих и дисперсного армирования, что позволило увеличить эксплуатационные характеристики композита до 40%.
-
Выявлен механизм влияния отходов мокрой магнитной сепарации на процессы структурообразования и свойства композиционного вяжущего. Вяжущее ВНВ-50 на их основе соответствуют пределу прочности ЦЕМ I 42.5 Н при сокращении клинкерной оставляющей до 50 %.
-
Разработана методика определения проникающей способности составов высокопроникающих смесей, позволяющая определить степень проникновения смеси в каркас основания под действием собственной силы тяжести в зависимости от времени и реологических параметров смеси. Выявлено, что полное проникновение смеси в каркас достигается при расплыве мини-конуса более 120 мм.
-
Установлен оптимальный процент дисперсного армирования мелкозернистого бетона полипропиленовой фиброй равный 4 кг/мЗ. Это объясняется тем, что дальнейшее увеличение процента дисперсного армирования дает незначительный прирост эксплуатационных характеристик, а в некоторых случаях и их снижением за счет уменьшения толщины бетонного слоя настолько, что материал проявляет склонность к расслоению.
-
Выявлены особенности микроструктуры контактной зоны полипропиленовая фибра - цементная матрица в зависимости от вида вяжущего, заполнителя и суперпластификатора. Установлен характер зависимости прочности сцепления полипропиленовой фибры от вида и количества вышеперечисленных параметров.
Практическое значение работы.
Разработаны составы бетонов на композиционных вяжущих для нижнего слоя основания автомобильных дорог на основе щебня из метаморфического сланца.
Разработанные составы высокопроникающих смесей позволяют получать бетоны класса В7,5 - В15 при укреплении щебеночных
оснований, что позволяет их использовать при устройстве оснований II категории автомобильных дорог.
Разработаны составы бетонов с различными видами заполнителя. При исследовании свойств бетонов в качестве мелкого заполнителя использовались техногенные пески из отсевов дробления кварци-топесчаника, сланца, гранита.
Установлена возможность использования отходов ММС железистых кварцитов в качестве мелкого заполнителя при получении высокопроникающих смесей и позволяющая получить широкую номенклатуру составов СВПС для устройства укрепленных оснований автомобильных дорог.
Выявлен оптимальный процент дисперсного армирования мелкозернистого бетона - 4 кг/мЗ, при котором происходит наибольший прирост прочностных характеристик до 40%.
Внедрение результатов исследований. Для широкомасштабного внедрения результатов работы для промышленного и гражданского строительства разработаны нормативные документы:
- стандарт организации СТО 2066339-001-2013 «Фибробетоны
для покрытий автомобильных дорог»;
- рекомендации на изготовление покрытий автомобильных
дорог из фибробетона с использованием композиционных вяжущих.
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106, 270114, студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлению «Строительство».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Пензенского государственного университета архитектуры и строительства «Композиционные строительные материалы, теория и практика» (Пенза, (2008); Научно-технической конференции «80 лет Белорусской дорожной науке» (Минск, 2008); Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 2010 г.); Научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 22 декабря 2010 г.); Научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 22 декабря 2011 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в семи научных публикациях, в том числе в трех статьях в журналах по списку ВАК РФ.
На защиту выносятся:
разработка составов смесей с высокой проникающей способностью на основе композиционных вяжуших с использованием техногенного сырья КМА - отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов;
вопросы рационального подбора заполнителя и композиционного вяжущего для бетона и фибробетона;
оптимальный процент армирования бетонов полипропиленовой фиброй для покрытия автомобильных дорог.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений, акта и справки внедрения. Диссертация содержит 148 страниц основного текста, в том числе 27 таблиц, 22 рисунка и фотографии, 136 наименований литературы и два приложения.
