Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Анализ существующих представлений о влиянии песчано-гравийных смесей на свойства цементных бетонов 11
1.1 Особенности гранулометрии песчано-гравийных смесей и ее влияние на свойства бетонных смесей и бетонов 11
1.2 Влияние заполнителей на свойства бетона 17
1.3 Структура и свойства монолитных бетонов в условиях повышенных температур и недостаточной относительной влажности 19
1.3.1 Влияние климатических факторов на миграцию влаги в твердеющем монолитном бетоне , 19
1.3.2 Взаимосвязь массообменных процессов с элементами структуры бетона 25
1.3.3 Влияние химических добавок на, миграцию влаги в твердеющем бетоне 28
1.3.4 Усадочные деформации в твердеющем бетоне... 30
1.3.5 Составы для ухода за бетоном 32
1.4 Раздельная активация компонентов и бетонной смеси 33
1.5.Выводы 40
РАЗДЕЛ 2. Теоретические предпосылки эффективного применения песчано-гравийных смесей в дорожных бетонах 41
РАЗДЕЛ 3. Характеристика используемых материалов и методики исследования 48
3.1 Материалы, применяемые в исследованиях
3.2 Методы исследований свойств бетонной смеси и бетона 50
3.3 Математические методы обработки эксперементальных данных . 52
3.3.1 Статитстическая обработка результатов эксп ер имента 52
3.3.2 Оценка достоверности результатов экспериментальных данных
РАЗДЕЛ 4. Экспериментальные исследования бетонов на песчано-гравийных смесях 57
4.1 Влияние повторного перемешивания на особенности твердения бетонных смесей на песчано-гравийных заполнителях . 57
4.2 Оптимизация состава бетона выбором рационального соотношения гравий : песок 68
4.3 Влияние песчано-гравийных смесей на процессы испарения влаги из твердеющего бетона 82
4.4 Определение оптимального времени приложения повторного перемешивания к бетонным смесям на песчано-гравийных смесях 97
4.5 Кинетика твердения бетонов повторного
перемешивания на песчано-гравийных смесях 103
4.6 Усадочные деформации бетонов на песчано-гравийных смесях 109
4.7 Устойчивость бетонов на песчано-гравийных смесях к переменному насыщению-высушиванию 110
4.8 Эксплуатационные свойства бетона 112
4.9 Выводы 113
РАЗДЕЛ 5. Технологические рекомендации и экономическая эффективность 115
5.1 Рекомендации по применению песчано-гравийных смесей в качестве заполнителя для изготовления изделий из цементных бетонов 115
5.1.1 Изготовление бетонной смеси на основе песчано-гравийных смесей 115
5.1.2 Технология формовки изделий из бетона на песчано-гравийных смесях 116
5.1.3 Технологические рекомендации по режимам твердения изделий из бетонов на песчано-гравийных смесях 117
5.2 Результаты производственного внедрения и экономическая эффективность применения ПГС в дорожных бетонах
Общие выводы 123
Список использованных источников 126
Приложения 142
- Особенности гранулометрии песчано-гравийных смесей и ее влияние на свойства бетонных смесей и бетонов
- Раздельная активация компонентов и бетонной смеси
- Влияние повторного перемешивания на особенности твердения бетонных смесей на песчано-гравийных заполнителях
- Технологические рекомендации по режимам твердения изделий из бетонов на песчано-гравийных смесях
Введение к работе
Актуальность темы. Качество заполнителей играет важную роль в обеспечении эффективности технологии и качества бетона. В ряде регионов стран СНГ, в том числе Кабардино-Балкарской Республике (КБР) Российской Федерации, а также запада Украины имеются значительные месторождения песчано-гравийных смесей (ПГС). В их составе содержатся окатанные зерна гравия крупностью до 70 мм и выше, песчаные фракции 0-5 мм с достаточно большим количеством пылеватых и глинистых частиц, что приводит к снижению- адгезионной прочности между заполнителем и цементным вяжущим. Их применяют, в основном, для устройства земляного полотна, оснований автомобильных дорог и площадок. При этом зачастую производят их укрепление органическими или неорганическими вяжущими. Имеется опыт использования таких смесей после их обогащения в составе асфальтобетона. Применение их в технологии бетона без каких-либо операций, связанных с улучшением их качества, приводит к значительному ухудшению качества и эксплуатационных свойств бетонных изделий по сравнению с аналогами на кварцево-гранитных заполнителях. Имеющиеся данные по опыту их использования в данном направлении достаточно противоречивы и свидетельствуют о том, что традиционные пути решения этой проблемы (химические добавки, увеличение расхода цемента и др.) не приводят к положительному результату и вызывают значительное повышение себестоимости изделий и стоимости работ. К значительному удорожанию бетонных изделий приводит замена местных ПГС на привозные гранитный щебень и кварцевый песок.
Для климата КБР характерно отсутствие температур воздуха ниже 0С. При этом, более 200 дней в году температура воздуха в республике превышает +30 С и достигает +45С при относительной влажности 60.. .80%. Такой температурно-влажностный режим позволяет применять бетонным изделиям твердеть в естественных условиях, без применения пропаривания.
Поэтому большое распространение в КБР получила полигонная технология получения бетонных изделий, при которой изделия твердеют не только в пропарочных камерах, но и на открытом воздухе. Однако, в вышеописанных условиях бетон изделий может потерять значительное количество влаги, что, приведет к разрыхлению структуры и ухудшению эксплуатационных свойств бетона. Исследования по этому вопросу касались кондиционных материалов и монолитных бетонов, имеющих достаточно большую открытую поверхность, В то же время, эти закономерности не изучены для бетонов на ПГС. Отсутствуют данные, в которых рассматривалось влияние масштабного фактора и гранулометрии заполнителей на массообменные процессы и испарение влаги. Недостаточно изучен вопрос влияния расхода цемента на влагопотери из бетона.
Проведен обзор особенностей применения ПГС в бетонах, влияния различных факторов на процессы испарения влаги из бетона. Рассмотрены существующие методы активации компонентов бетонной смеси и бетона.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских
работ ХНАДУ по теме: «Основы теории направленного
структурообразования дорожных бетонов повышенной долговечности в
агресивних средах» № 0103V001441, а также в рамках выполнения
совместной с научно-исследовательским институтом ГосдорНИИ темы
«Разработать рекомендации по расчету и проектированию составов и
технологии изготовления водонепроницаемых, морозо- и
коррозионностойких бетонов для монолитного и сборномонолитного строительства транспортных сооружений».
Целью работы является повышение прочности и долговечности дорожных цементных бетонов на основе песчано-гравийных смесей путем рационального подбора состава бетона, а также физико-химической и механической активации при повторном перемешивании бетонной смеси.
7 В работе поставлены следующие задачи:
-исследование особенностей гранулометрии, состава и формы зерен ПГС КБР и их влияния на свойства цементных бетонов на их основе;
-выбор способа обогащения ПГС для их эффективного применения в дорожных цементных бетонах и цементобетонных изделиях для дорожного строительства;
-исследование влияния особенностей ПГС на процессы испарения влаги из бетонов на их основе в период твердения;
-анализ существующих методов активации бетонной смеси и её компонентов и выбор наиболее эффективного способа перемешивания;
-исследование влияния выбранного метода активации на физико-механические свойства бетонов на ПГС КБР;
-разработка технологии изготовления бетона на основе ПГС для дорожного строительства;
-опытно-промышленная проверка и оценка экономической эффективности принятой технологии;
-разработка рекомендаций по повышению эффективности применения ПГС КБР в дорожных цементных бетонах для верхних слоев дорожных одежд.
В процессе решения поставленных задач было изучено влияние выбранного метода активации, повторного перемешивания бетонной смеси на свойства бетона на ПГС. Определены параметры, от которых зависит эффективность этого метода. Показано, что обогащение ПГС отсевами дробления крупного гравия, при одновременном ограничении максимальной крупности его зёрен 20 мм, позволяет повысить прочностные характеристики и плотность бетона на 30%. Применение повторного перемешивания совместно с введением суперпластификатора С-3 даёт возможность заменить привозные материалы (щебень и песок) на местные ПГС.
8 Объект исследования - дорожный цементобетон на заполнителях из
песчано-гравийных смесей.
Предмет исследования - технологический прием повторного перемешивания на стадии приготовления бетонной смеси.
Методы исследования. Для оценки структуры цементного камня использованы физико-химические методы; при изучении физико-механических и эксплуатационных свойств бетонной смеси и бетона применяли стандартные методы исследования.
Научная новизна полученных результатов:
-установлено, что повторное перемешивание бетонных смесей на основе песчано-гравийных заполнителей способствует повышению микропористости структуры цементного камня, уплотнению и упрочнению зоны контакта «цемент-заполнитель»;
-показано, что повторное перемешивание на стадии приготовления бетонных смесей на ПГС интенсифицирует твердение бетона, обеспечивая повышение прочности на 35...40%, особенно в ранние сроки и существенно улучшает эксплуатационные свойства бетона;
-доказано, что повторное перемешивание бетонной смеси на ПГС приводит к значительному снижению влагопотерь и максимальной степени их минимизации за счет применения разработанного пленкообразующего защитного состава для ухода за твердеющим бетоном;
-обеспечена максимальная плотность бетона и минимальные влагопотери путем введения дробленого гравия фракции 5-10 мм при соотношении гравий : песок = 65:35;
-установлено, снижение усадочных деформаций и увеличение долговечности бетонов в результате снижения граничных значений влагопотерь бетонной смеси.
Достоверность полученных результатов доказана применением комплекса независимых оригинальных и стандартных методов исследования взаимно подтверждающих теоретические предпосылки работы, а также
9 применением методов математической обработки экспериментальных
данных. Анализ достоверности проводили на основе статистической
обработки эмпирических результатов и оценки коэффициентов однородности
и вариации.
Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по оптимизации составов бетона на ПГС КБР, разработке режимов твердения изделий в.условиях полигона из смесей, подвергнутых повторному перемешиванию, разработке практических указаний по защите бетонных изделий от испарения влаги.
Внедрение работы. Рекомендации внедрены на предприятиях Управления автомобильных дорог Кабардино-Балкарской республики Российской Федерации, Результаты работы использованы при разработке ТУ У 26.6-24488934-002-2003 «Вироби бетонні тротуарні.Технічні умови».
Личный вклад соискателя состоит в следующем;
-обосновании способа механической активации бетонной смеси с целью улучшения технологических свойств бетонной смеси и физико-механических свойств бетона на ПГС;
-исследовании влияния повторного- перемешивания на характер формирования структуры цементного камня и бетона;
-оптимизации факторов, влияющих на процесс испарения влаги из твердеющего бетона на ПГС и оценке степени этого влияния ;
-изучении влияния повторного перемешивания на стадии приготовления бетонных смесей на физико-механические и эксплуатационные свойства бетонов на ПГС;
-внедрении полученных результатов на производственных предприятиях Управления автомобильных дорог Кабардино-Балкарской республики Российской Федерации.
Апробация результатов диссертации. Результаты работы доложены на Международной конференции «Автомобильный транспорт и дорожное хозяйство на рубеже 3-го тысячелетия» (г.Харьков, 2000г,); Международной
10 конференции «Химические и минеральные добавки в цементы и бетоны» г.
(Запорожье, 2002г.); Международной конференции «Опыт и проблемы
современного развития дорожного комплекса Украины на этапе вхождения в
Европейское сообщество» (г.Харьков, 2002г.), научных конференциях
преподавателей и сотрудников ХНАДУ, (г.Харьков, 2000г., 2001 г., 2002г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 статей и 2 доклада на научной конференции.
Работа выполнена на кафедре технологии дорожно-строительных материалов Харьковского национального автомобильно-дорожного университета.
Автор выражает искреннюю благодарность старшему научному
сотруднику кафедры технологии дорожно-строительных материалов
Харьковского национального автомобильно-дорожного университета,
кандидату технических наук, И.Г. Кондратьевой за помощь в работе над
Ф диссертацией.
*
Особенности гранулометрии песчано-гравийных смесей и ее влияние на свойства бетонных смесей и бетонов
Известно, что физико-механические свойства, бетон а в значительной степени зависят от характеристик смеси заполнителей, их пустотности, истинной плотности, удельной поверхности и др. [1-7]. Поэтому при подборе рационального состава бетонной смеси необходимо учитывать гранулометрию заполнителей и их оптимальное соотношение. В соответствии с исследованиями, проведенными различными авторами, наименьшая расчетная пустотность смеси мелкого и крупного заполнителя достигается при их содержании 500..,900 кг/м3 и 700.„1200 кг/м3, соответственно. На основании полученных данных И.П.Блещик [8] отмечает, что расчетные зависимости различны для песчано-щебеночных и песчано-гравийных смесей (ПГС). Это связано с особенностями формы зерен гравия и большим влиянием модуля крупности песка в смеси заполнителей на ее пустотность. Чем меньше этот модуль крупности, тем меньше разрыхленность мелкого заполнителя в межзерновом пространстве крупного и пустотность всей смеси заполнителей.
Исследования А.Г.Ольгинского с сотрудниками [9] показали возможность эффективного применения сходных с ПГС материалов при рациональном подборе состава смеси и применении активации.
При оптимальном соотношении песка и гравия в смеси цементо-песчано-гравийного материала содержание цементного вяжущего при устройстве слоев дорожной одежды можно сократить до 6-10% по массе [10]. В Японии были изучены более 2000 проб ПГС различных карьеров[11].
Установлено, что в наибольшей степени распространен речной гравий крупностью до 25 мм и горный крупностью до 40 мм. Бетоны на данном материале имеют требуемые показатели прочности, плотности и водопоглощения. Однако, отмечается, что при равных расходах вяжущего составьь бетонов с речным гравием имеют более низкие физико-механические характеристики по сравнению с составами на горном гравии, что объясняется большей окатанностыо формы речного гравия.
Гравий имеет окатанную форму, поэтому он менее эффективен, чем щебень, особенно в бетонах высоких марок при обычной технологии приготовления бетонной смеси из-за пониженной прочности зоны контакта «цемент-заполнитель». D.L.Bloem [12] отмечает, что снижение прочности бетонов за счет увеличения крупности зерен гравия, проявляется значительно сильнее в бетонах М 300 и выше.
Аналогичные данные получены и в Германии [13]. Прочность на растяжение при изгибе на 28 сутки твердения у бетона на щебне выше на 35-40 %. При этом расход цемента и удобоукладываемость бетонной смеси на обоих заполнителях были одинаковые. По данным I. Colombel [14] установлено ухудшение физико-механических характеристик бетона при использовании ПГС в составе бетона. Для повышения прочностных и деформационных показателей бетонов в ПГС вводили гранулированный шлак. Одновременно весь заполнитель активировался гипсонатом. Столь сложный технологический прием позволил повысить прочность бетона в ранние сроки твердения, однако стоимость такой технологии достаточно высока. Рядом зарубежных авторов [15-20] указывается возможность получения прочных и высокопрочных бетонов на основе ПГС. При этом возрастают требования к гранулометрии заполнителя. Метод подбора рационального состава бетонных смесей с заданными свойствами с учетом крупности гравия и песка, пустотности смеси заполнителей, вязкости и содержания цементного теста был разработан А.И.Кудяковым и СА.Лукьянчиковым [21], В результате проведенных исследований Л.П. Кудзис с сотрудниками доказал возможность получения бетона марок 300-400 на основе ПГС, однако, расход вяжущего при этом необходимо увеличить [22,23]. Для гравия, входящего в состав ПГС, как показано В.Н.Виноградовым, характерно преобладание полевых шпатов и слюд [5]. Поэтому механическое сцепление цементного камня с поверхностью заполнителя, как считает автор, обусловлено его прониканием в углубления этой поверхности, что обуславливает рост прочности зоны контакта. Однако с этим нельзя согласиться, поскольку полевошпатные и слюдистые минералы обладают достаточно совершенной спайностью, что практически исключает образование каких-либо неровностей на поверхности заполнителя. Улучшение сцепления следует объяснять аморфизацией участков поверхности этих минералов [155]. Таким образом, рядом исследователей установлено, что гранулометрия ПГС характеризуется преобладанием песчаной фракции в смеси заполнителей, а также наличием значительного количества пылеватых и глинистых частиц, что приводит к увеличению пустотности заполнителей свыше рекомендуехмых 45% и может отрицательно сказаться на свойствах бетона. Кроме того, окатанность зерен гравия может ухудшить адгезионную прочность и снизить прочность зоны контакта «цемент-заполнитель». Согласно данным С.С.Гордона выделяются две составляющие механической адгезии: сопротивление срезу участков цементного камня, заполняющих впадины поверхности заполнителя и сопротивление срезу выступов заполнителя в цементном камне [6]. Для низких марок бетона на плотных заполнителях обычно наблюдается срез цементного камня (раствора), а в случае разрушения высокопрочных бетонов - оба вида среза. В КБР получило широкое распространение дробление крупных фракций на щебень. Заполнитель, получаемый таким дроблением, имеет обычно неправильную угловатую форму и развитую неровную поверхность,, Такая механическая модификация, как отмечает А.И.Кудяков, предполагает регулирование формы зерен, зернового состава, содержания вредных примесей при добыче и переработке сырья, а также отходов промышленности [24]. Л.И.Дворкин считает, что при правильном подборе зернового состава заполнителя и рациональном выборе материала необходимо обеспечивать малую межзерновую пустотность [25]. Исследования СоюздорНИИ показали, что дорожные бетоны для устройства покрытий могут содержать заполнитель на основе ПГС, при этом- последние должны иметь непрерывный зерновой состав обеспечивающий отношение объёма более крупной фракции к объёму более мелкой на уровне 0,6-0,8 аналогично составам, подбираемым для асфальтобетонных смесей [26].
Раздельная активация компонентов и бетонной смеси
Активизация водных, растворов для затворения бетонной смеси нередко достигается самыми разнообразными физическими способами. Так, например, А.Г.Муха и А,В.Клименко [82], а также Г.С.Кальчик [83] предлагают использовать электродиализаторе; В.А.Евдокимов с сотрудниками [85] - однородное электрическое поле; П.Г.Комохов -разрядно-импульсную технологию и механоактивацию в дезинтеграторе [86]; Л.А.Белова [87] и В.П.Сачко [88] - переменное пространственно-периодическое магнитное поле. Б.В.Степанов [89] с коллегами предлагает электромагнитную обработку водно-дисперсных систем с магнитоактивной добавкой; В.А.Кирдун с коллегами [84] - ионоселективные мембраны, обеспечивающие получение воды затворения со значениями рН 2,5 - 3.5 и 10.5 — 11.5. Б.А.Заполь с соавторами [90] предлагают использовать предварительно вибрированную воду. И.М.Грушко с коллегами [91] применяли вакуумную деаэрацию воды затворения, а В.А.Ларин [92] ультразвуковую обработку воды. Перечисленные способы не могут найти широкого применения из-за их высокой энергоемкости [85, 86], сложности применяемого оборудования, технологии и необходимости подготовки высококвалифицированного персонала [82,86,83,88,89,84,90-92], а также низкой безопасности производственного процесса [86,89,92]. Среди существующих методов активации цемента, по данным А.Д.Циремпиловой [93], одним из наиболее эффективных является активация в жидкой фазе - гидромеханическая. Активация идёт в смесителе в течение 2-3 минут и позволяет сократить в 2 раза продолжительность ТВО, Экспериментально доказана эффективность гидромеханической активации цемента в диспергаторе СО-178 в щелочной среде. При этом возрастает прочность бетона [94]. Исследованиями Б.В.Гусева, Ш.К.Торпищева и ЬШ.Тойшибаева показано, что при активации цементного теста в гидродинамическом излучателе вследствие ударно-импульсной обработки происходит обнажение новых поверхностей [95-97]. При этом повышается подвижность смеси и интенсифицируется рост прочности бетона. С.Е.Солдатенко показал эффективность обработки малоконцентрированных цементных суспензий с добавками и без них в роторно-пульсационном аппарате (РПА), типа дезинтегратора [94]. Прочность активированных бетонов в возрасте 7 суток выше неактивированных на 45-60%. Однако, к 28 суткам этот показатель уменьшается в 3 раза. По данным Б.А.Усова и других [98] при обработке суспензии, сотоящей из цемента и пластификатора в РПЛ, образуется пульсационный поток, сопровождаемый кавитацией, высокими локальными температурой и давлением, способствующими дроблению частиц, вскрытию ("обдиру") поверхности твёрдой фазы, дезагрегации и гомогенизации частиц. Работы проведенные под руководством В.Л.Матвиенко и Ю.И.Мустафина показали, что внешнее электростатическое поле, приложенное к цементному тесту в начальный период формирования структуры способствует созданию высокой степени пересыщения жидкой фазы ионами, появлению большого- числа центров кристализации и улучшению структуры бетона в целом [99,100]. Эффективность воздействия высоковольтного электрического поля зависит от его параметров, которые необходимо назначать с учётом стадийности процессов гидратации и состава вяжущего с добавками. Это свидетельствует не только о сложности аппаратурного оформления такого воздействия, но и о трудности назначения времени и степени воздействия, что не обеспечивает достаточной стабильности получаемых результатов.
В.ПЛДой считает перспективным метод обработки цемента электрическим или магнитным полем в сухом состоянии, в частности, коронарным зарядом [101]. Такой способ позволяет также хранить обработанный цемент длительное время без потери свойств. Очевидно, что воздействия такого типа достаточно энергоемки, небезопасны для здоровья рабочих и требуют дорогостоящего оборудования.
Исследования, проведенные под руководством В.Л.Чернявского, показали эффективность активации цементного теста повторной или длительной вибрацией [102]. В ряде случаев она позволяет получить прирост прочности бетона на 30-40% и одновременно повысить его плотность и долговечность. Однако, существенным недостатком является значительная её продолжительность (10-30 минут), а, следовательно, повышенная энергоемкость. Рядом исследователей, в том числе, А.Д.Осиповым и Н.Е.Макаровой показана возможность активации цемента и кварцевого песка путем их совместного помола до удельной поверхности 100 м2/кг или доплонительного измельчения песка до удельной поверхности цемента [103,104]. При таком помоле цемент формирует на зернах кварца монослой, а влага сорбционного слоя кварца создает гидратную плёнку на частицах песка. При оптимальном количестве цемента прочность бетона значительно возрастает, возможна также замена значительной части цемента. Однако эти результаты получены для малоцементных бетонов, для тяжелых или дорожных бетонов эффективность способа незначительна.
Влияние повторного перемешивания на особенности твердения бетонных смесей на песчано-гравийных заполнителях
Аналогичные исследования, проведенные на образцах суточного и 28-суточного возраста, показали, что с увеличением срока твердения указанные различия между образцами увеличиваются. Это указывает на то, что при повторном перемешивании не только формируется более тонкопористая структура цементного камня, но и происходит "самозалечивание" дефектов и пор структуры.
Резюмируя вышеизложенное можно сказать, что механизм действия повторного перемешивания на цементное тесто заключается в следующем.
Ускоряется связывание свободного Са(ОН)2, количество эттрингита уменьшается, появляется более устойчивая кристаллическая фаза риверсайдит — С5ЗбНз, при этом уменьшаются внутренние напряжения в цементном камне. Возрастает степень кристалличности структуры о чем свидетельствует появление на рентгенограммах пиков гидратированного С3Л - СзАНб- Происходит более полное связывание воды затворен ия, упрочняется адсорбционная связь влаги с минералами клинкера, что обеспечивает постоянное и длительное их гидратирование во времени. При этом ускоряются процессы гидратации за счет увеличения количества частиц, участвующих в реакциях, о чем свидетельствует возросшая энтальпия процесса испарения адсорбционной влаги. Формируется микропористая структура цементного камня, характеризующаяся уменьшением числа пор в единице объемами снижением объема и радиуса пор[142]. Влияние повторного перемешивания на крупный заполнитель - гравий заключается- в следующем. Гравий имеет загрязненную окатанную поверхность с микродефектами и микротрещинами. При затворении бетонной смеси водой формирующаяся зона контакта "цемент-гравий" ослаблена за счет того, что насыщена пылевато-глинистыми частицами, поэтому прочность ее мала. При испытании бетона на растяжение при изгибе или сжатии разрушение происходит по зоне контакта, что подтверждает фотография (рис.4.8 а). Повторное перемешивание бетонной смеси позволяет разрушить первичную ослабленную структуру в зоне контакта «цементное тесто-гравий», очистив поверхность гравия и обеспечив уплотнение и упрочнение зоны контакта. В этом случае разрушение бетона при испытании происходит по зернам гравия, что подтверждается фотографией (рис.4.8 б). Оптимизация состава бетона выбором рационального соотношения гравий-песок Специфика гранулометрического состава ПГС Кабардино-Балкарской Республики Российской Федерации позволяет использовать их при создании мало щебенистых бетонов. Широкое применение малощебенистых бетонов сдерживается рядом известных причин [143]. С уменьшением содержания крупного заполнителя в бетоне возрастает суммарная удельная поверхность заполнителей, что ведет к росту водо потребности. Увеличивается воздухововлечение в бетонную смесь и уменьшается прочность бетона, что, в свою очередь, приводит к необходимости увеличения расхода цемента. В этих бетонах может происходить перераспределение воды на ранней стадии твердения, утоньшаются цементные пленки на зернах, при одинаковом В/Ц снижается пластичность смеси. Пониженная подвижность смеси объясняется иммобилизацией большого количества воды при утоньшении пленок за счет, адсорбции ее поверхностью заполнителя и при седиментации. Вибрация разрушает структурные ячейки, приводит к перераспределению воды в них, что резко снижает структурную вязкость. Исследования структурной вязкости, проведенные для малощебенистых бетонов показали, что ее минимум находится в области г = 0,5...0,7, где г = доля песка в смеси заполнителей. Это и является, по мнению ряда авторов, рациональной областью существования малощебенистого бетона. Л.И.Левин и В.Н.Тарасова отмечают, что при стандартном и рекомендуемом соотношении более крупных и более мелких фракций в смеси заполнителей 5-Ю мм=35% и 10-20мм-65%, что характерно для ПГС КБР, значительное влияние на г оказывает гранулометрия и Мкр.песка [144]. При оценке влияния г на водопотребность и коэффициент использования цемента Кц= Ц/10 R6 установлено, что оптимальное г снижается на отсевах дробления на 10...15%. В этом случае Кц и водопотребность минимальны. В то же время, как было показано ранее, существует различное мнение относительно оптимального соотношения между песком и крупным заполнителем в бетоне. Исходя из основного критерия для дорожного цементобетона - предела прочности на растяжение и сжатие проводили оптимизацию соотношения песок-гравий по прочностным характеристикам.
Технологические рекомендации по режимам твердения изделий из бетонов на песчано-гравийных смесях
На основе анализа литературных данных показано, что песчано-гравийные смеси в частности смеси Кабардино - Балкарской Республики Российской Федерации представляют собой местный материал, состоящий из окатанных зерен гравия и песчаной фракции. Наличие в их составе повышенного количества пылевато-глинистых частиц и недостаточное количество заполнителя не даёт возможности, без дополнительного обогащения или обработки, эффективно применять их в дорожных цементных бетонах.
Установлено, что вопросы влияния фракционного состава заполнителя, соотношения вяжущее : заполнитель, масштабного фактора на испарение влаги изучены недостаточно, а в бетонах на ПГС не исследованы. Большое количество теплых дней в республике создает опасность интенсивного испарения влаги, особенно из бетонов на ПГС. Это приводит к ухудшению их эксплуатационных свойств и снижению долговечности.
Исследован механизм структурообразования при повторном перемешивании бетонной смеси на ПГС. Показано, что повышается степень гидратации цемента, уменьшается объем и радиус пор цементного камня. Обнажается свежая поверхность гравия, происходит разрыв образовавшихся первичных связей, что увеличивает число активных центров кристаллизации. Это ведет к уплотнению и упрочнению зоны контакта и структуры бетона в целом. 4. Экспериментально установлено, что улучшить гранулометрию местных заполнителей можно путем добавления к ПГС отсевов дробления гравия фракции 5-Ю мм. При этом, максимальная плотность и прочность бетона достигается при соотношении гравий : отсев = 65 : 35 %. 5. Показано, что наиболее эффективными методами воздействия на компоненты бетонной смеси на ПГС являются физико-химический, основанный на введении в смесь суперпластификатора С-3 и механический, 124 заключающийся в ее повторном перемешивании. Применение комплекса этих воздействий позволяет повысить прочность бетона на 40...45%. 6. Установлено» что на интенсивность и величину влагопотерь основное влияние оказывают фракции мелкого заполнителя менее 0,315 мм. Чем больше их в составе песка, тем выше продолжительность и величина влагопотерь. Показано, что существует область расхода цемента 330...440 кг/м3, при которой влагопотери минимальны. 7. Исследовано влияние масштабного фактора на процессы испарения влаги из бетона. Экспериментально доказано, что с увеличением содержания крупного заполнителя до 50...67% от общей массы инертных материалов толщина слоя бетона, в котором происходит испарение, не превышает 60 мм. Показано, что при уменьшении площади испарения и размеров изделия в них проявляется краевой эффект испарения, при котором влагопотери происходят не только с горизонтальной поверхности, но и с боковых граней, обнажающихся в результате усадки, что приводит к большим влагопотерям. 8. Изучено влияние повторного перемешивания на процессы испарения влаги. Показано, что ускорение твердения, достигаемое при повторном перемешивании бетонной смеси, позволяет уменьшить влагопотери на 25...30%. 9. Установлено, что применение повторного перемешивания бетонной смеси позволяет повысить прочность бетонов при пропаривании на 30...35%. Этот технологический прием дает возможность отказаться от предварительной выдержки изделий, снизить температуру пропаривания на 20...25% и уменьшить ее продолжительность в 1,7 раза. Введение С-3 позволяет усилить эффективность такого воздействия в 2 раза, что обеспечивает возможность экономии 20% цемента. 10. Показано, что в результате предлагаемого комплекса физико химического и механического воздействия на компоненты бетонной смеси ускоряется набор прочности бетона, что приводит к снижению усадочных 125 деформаций. Устойчивость бетона к воздействию циклического насыщения-высушивания в период эксплуатации возрастает. Морозостойкость таких бетонов возрастает на 1 - 2 марки бетонов, а истираемость уменьшается в 2 раза. 11. На основе полученных экспериментальных данных подготовлены рекомендации, в которых отражены основные технологические требования и требования к подбору состава бетона на ПГС КБР. Экономическая эффективность разработанной технологии составила более 40 рублей на 1 м3 бетона изделий.
