Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1. Влияние качества заполнителей на свойства бетонов 9
1.2. Методы испытания и пути повышения третино-, морозостойкости бетонов 18
1.2.1. Методы определения трещиностойкости бетонов 18
1.2.2. Морозостойкость бетонов и методы ее оценки 27
1.2.3. Пути повышения трещино-, морозостойкости бетонов 35
Выводы 43
2. Методы исследования и применяемые материалы... 45
2.1. Методы исследований заполнителей, бетонных смесей и бетонов 45
2.1.1. Стандартные методы 45
2.1.2. Методика определения внутренних структурных и температурных усадочных напряжений в бетонах и их трещиностойкости 46
2.1.3. Ренгенофазовый анализ 50
2.2. Материалы, принятые для исследования и их характеристики... 51
Выводы 59
3. Теоретическое и эксперементальное обоснование разработанных принципов повышения прочности, трещино- и морозостойкости дорожных бетонов на некондиционных заполнителях 60
3.1. Исследование заполнителей карьеров Северо-Кавказского региона и возможности их использования в составе дорожных бетонов 60
3.2. Особенности структуры и свойств заполнителей из гравийно-песчаных смесей с оптимальными характеристиками и их учет при создании высокопрочных, трещино-, морозостойких дорожных бетонов 73
3.3 Разработка технологии получения воздухововлекающей и пластифицирующей добавки ЖККА 77
3.4. Исследование структуры и морозостойкости бетонов на основе измерений линейных и объемных деформаций разработанным универсальным дилатометром 83
3.5. Связь усадочных структурных и температурных напряжений с трещиностойкостью бетонов 103
Выводы 107
4. Опытно-промышленные испытания цементобетонных смесей и бетонов с повышенными показателями прочности, трещино-, морозостойкости 109
4.1. Проектирование составов дорожных бетонных смесей с использованием заполнителей Северного Кавказа и полифункциональной добавки ЖККА 109
4.2. Технология производства и укладки и цементобетонных смесей в опытные участки дорожных покрытий 111
Выводы 118
5. Технико-экономическая эффективность производства и применения дорожных бетонов повышенной прочности, долговечности, трещино- и морозостойкости 119
5.1. Разработка нормативных документов 119
5.2. Внедрение и технико-экономическое обоснование результатов исследования 120
Выводы 123
Основные выводы 124
Список использованной литературы 127
Приложения 145
- Методы определения трещиностойкости бетонов
- Методика определения внутренних структурных и температурных усадочных напряжений в бетонах и их трещиностойкости
- Исследование заполнителей карьеров Северо-Кавказского региона и возможности их использования в составе дорожных бетонов
- Технология производства и укладки и цементобетонных смесей в опытные участки дорожных покрытий
Введение к работе
Актуальность. В связи с резким увеличением в последние годы грузонапряженности автомобильных дорог все большее внимание уделяется расширению объемов строительства дорожных оснований и покрытий из цементных бетонов.
К дорожным цементным бетонам и их составляющим, в отличие от композитов, используемых в гражданском строительстве, предъявляются повышенные требования по прочности, трещино- и морозостойкости. Это обусловлено сложными температурно-влажностными условиями, агрессивной средой эксплуатации и интенсивностью транспортных нагрузок.
Физико-механические показатели бетонов и их долговечность в значительной степени определяется качеством заполнителей. В Северо-Кавказском регионе было прекращено производство высококачественных заполнителей из скальных горных пород ряда месторождений в связи с превышением удельной эффективной активности естественных радионуклидов.
Основным сырьем для производства минеральных заполнителей для бетонов в Северо-Кавказском регионе являются гравийно-галечно-песчаные смеси. Щебень и дробленый песок, получаемый из гравийно-песчаных смесей при достаточно высоких прочностных показателях, не укладываются в стандартные требования по морозостойкости.
В связи с этим является актуальным создание высокопрочных, трещино- и морозостойких дорожных бетонов на некондиционных заполнителях, производимых в Северо-Кавказском регионе.
Настоящая работа выполнена в соответствии с тематическим планом госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию, финансируемым из средств федерального бюджета на 2004 — 2008 гг., а также по Госконтракту № 5219р/7513 от 25 июня 2007 г. с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на выполнение НИОКР.
Цель работы. Повышение эффективности дорожных цементобетонов
на некондиционных заполнителях Северного Кавказа.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: — анализ сырьевой базы гравийно-песчаных смесей Северного Кавказа
как сырья для получения дорожных цементобетонов;
- разработка пластифицирующей и воздухововлекающей добавки для
повышения прочности, трещино- и морозостойкости цементобетонов на
некондиционных заполнителях Северного Кавказа;
— разработка составов и технологии производства цементобетонных
смесей на основе некондиционных заполнителей и полифункциональной
добавки для дорожных покрытий высокой прочности, трещино- и
морозостойкости;
разработка приборов и методик определения достоверных показателей трещино- и морозостойкости бетонов;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований и промышленное внедрение.
Научная новизна работы. Предложены принципы проектирования дорожных цементобетонов на некондиционных заполнителях, заключающиеся в управлении процессами структурообразования как за счет возду-хововлечения, позволяющего создать одноразмерную замкнутую микропористость цементной матрицы, так и за счет пластифицирующей способности обуславливающей снижение водопотребности. Это обеспечит снижение внутренних усадочных напряжений при твердении и позволит значительно повысить трещино- и морозостойкость цементобетонов.
Теоретически и экспериментально обоснована возможность получения эффективной полифункциональной добавки путем проведения синтеза высокомолекулярных жирных кислот, карбамида и хлористого аммония. Установлено, что при введении полифункциональной добавки, представляющей собой смесь олигомерных уреидов разной степени ацилирования, наблюдается двойной эффект: пластифицирования и воз-духововлечения. Эффективность воздухововлечения обусловлена наличием
- СООН, СОО(М) функциональных групп, а пластифицирования —CH2N.
Выявлен характер зависимости показателей водопоглощения и морозостойкости от масштабного фактора, заключающийся в повышении достоверности данных показателей при уменьшении фракции заполнителя или размера бетонного образца. Установленные временные границы водо-насыщения в зависимости от размеров образцов позволили снизить влияние масштабного фактора на значения показателей водопоглощения и морозостойкости.
Практическое значение работы. Разработан состав полифункциональной добавки ЖККА на основе высокомолекулярных жирных кислот, карбамида и хлористого аммония, позволяющий повысить морозостойкость бетонов в 2-3 раза, в том числе на заполнителях низкой морозостойкости.
Разработаны составы дорожных бетонов на основе некондиционных заполнителей Северного Кавказа и полифункциональной добавки ЖККА с прочностью на сжатие 41 МПа, что соответствует классу бетона ВЗО и марке по морозостойкости F 500.
Предложена конструкция универсального дилатометра, позволяющая определять линейные и объемные деформации твердых материалов (бетонов, каменных материалов и др.) в диапазоне температур от +200 С до -50 С.
Усовершенствована методика дилатометрического ускоренного определения морозостойкости бетонов на основе измерений линейных деформаций водонасыщенных образцов при охлаждении, позволяющая получать достоверные характеристики морозостойкости бетонов.
Разработана экспресс-методика для определения трещиностойкости цементобетонов, моделирующая реальные условия работы бетонных покрытий, что позволило получить объективные кинетические данные по усадочным (структурным и температурным) напряжениям в бетоне и определить возможности их регулирования.
Внедрение результатов исследований. В ООО «Комплект» организовано производство воздухововлекающей и пластифицирующей
7 добавки ЖККА. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена в ОАО «Севкавдорстрой» и ООО «ГеОл» при производстве дорожных бетонных смесей и устройстве бетонных покрытий.
Для широкомасштабного внедрения результатов работы при производстве дорожных бетонов на основе предложенных составов разработаны следующие нормативные документы:
технические условия на «Воздухововлекающую и пластифицирующую добавку ЖККА» ТУ 2493-001-75053296-2009;
рекомендации по применению воздухововлекающей и пластифицирующей добавки ЖККА;
стандарт организации СТО 32647016-001-2009 «Смесь бетонная для дорожных покрытий на основе заполнителей Северного Кавказа»;
технологический регламент на изготовление цементобетонных смесей для дорожного строительства на основе заполнителей Северного Кавказа и полифункциональной добавки ЖККА на организации ООО «ГеОл».
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе для подготовки инженеров по специальностям 270105, 200503, 270205, что отражено в учебных программах дисциплин «Материаловедение», «Строительное материаловедение», «Конструкции городских сооружений и зданий», «Изыскание и проектирование автомобильных дорог».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
представлены: на научно-практических конференциях «Наука, экология и
педагогика в технологическом университете» (Минеральные Воды, 2006,
2007); «Образование, наука производство в технологическом университете»
(Минеральные Воды, 2008); международной научно-практической
конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» XVIII научные чтения (Белгород, 2007); межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы
8 техники и технологии» и конкурса проектов по программе «У.М.Н.И.К.» (Шахты, 2007); научно-практической конференции «Шаг в будущее: новые технологии в образовании, науке и производстве» (Минеральные Воды, 2009); IV Академических чтениях РААСН «Наносистемы в строительном материаловедении» (Белгород, 2009).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 11 научных публикациях, в том числе в 1 статье в центральном рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ. Получено положительное решение о выдаче патента по заявке № 2008150064/28 (065706) «Дилатометр и способ дилатометрических испытаний материалов».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, включающего 36 таблиц, 38 рисунков и фотографии, список литературы из 150 наименований, 9 приложений.
Методы определения трещиностойкости бетонов
Повышение прочности кристаллизационной структуры цементного камня на границе с заполнителями происходит в результате повышения ее дисперсности и уплотнения: заполнители играют роль стабильных подложек, на которых образование, рост и срастание зародышей происходят с большей скоростью, чем в объеме. Наибольшая степень упрочнения для всех исследованных цементов наблюдается на границе с кварцем; наибольшую способность к упрочнению на границе со всеми заполнителями обнаружил трехкальциевый силикат. Толщина наиболее упрочненной части контактных слоев приближенно одинакова для разных цементов и составляет на границе с кварцем 20-30 мк.
Интенсивность процессов кристаллообразования в зоне контакта связана с близостью физико-химической природы, поверхностным химическим взаимодействием или кристаллохимическим соответствием заполнителя и гидратов цемента; она зависит также от степени гидрофольности заполнителя или поверхностной энергии на границе заполнитель — водная среда.
Ускорение процесса кристаллизации на всех его этапах определяет повышенную термодинамическую неустойчивость структуры контактных слоев цементного камня и развитие в ней внутренних напряжений; результатом этого является спад прочности на 2-й стадии твердения. Параллельно с частичным разрушением структуры происходит залечивание возникших дефектов, которое может приводить к новому повышению прочности на 3-й стадии твердения. Прочность контакта цементного камня с заполнителями при прочих равных условиях зависит от свойств и природы граничащих фаз и определяется двумя факторами: интенсивностью их физико-химического взаимодействия или молекулярного сродства и геометрией контакта. Из данных о природе и физико-химических свойствах минералов-заполнителей следует, что адгезионная прочность сцепления с цементным камнем должна быть для кварца выше, чем для полевых шпатов и карбонатных пород, вследствие хемосорбции извести кремнеземом с образованием поверхностных соединений типа гидросиликата кальция, служащих эпитаксическои подкладкой для последующего развития кристаллизационной структуры цементного камня. Известные из практики и литературы, данные об относительно более высоких значениях суммарного сцепления и повышенной плотности контакта цементного камня с известняками и доломитами, по-видимому, объясняются их пористостью и менее интенсивным развитием термических и усадочных напряжений в зоне контакта.
Было установлено, что в лабораторных образцах, а также в бетонах из сооружений зрелого возраста (от 3 месяцев до 8-10 лет) характер распределения микротвердости по глубине зоны контакта в цементном камне свидетельствует о постепенном изменении его прочности в цементном камне по мере удаления от границы раздела фаз. Контактные слои цементного камня имеют повышенную прочность на границе с кварцевыми и полевошпатными песками и крупными зернами заполнителей из плотных пород типа гранитов. Толщина их составляет 30-50 мк, а микротвердость 1,5-2 раза выше, чем в объеме. Контактные слои имеют пониженную микротвердость на границе с пористыми изверженными породами, пористыми и плотными карбонатными породами и минералами, а также — старым цементным камнем; толщина их в этих случаях составляет от 30 до 100 мк; понижение микротвердости достигает иногда 50%. Чеховским Ю.В., Спициным А.Н., Кардаш Ю.А. и другими исследователями [9] изучена контактная зона цементного камня с основными минералами бетона (полевым шпатом, кальцитом, кварцем, опалом и халцедоном). Установлено, что все перечисленные минералы кроме кварца не вступают в химическое взаимодействие с цементным камнем, что приводит к ослаблению контактной зоны цементного камня. Авторы [23-25] выделяют в контактной зоне 4 слоя: 1) контактный слой толщиной 2-3 мкм, состоящий преимущественно из осажденных на поверхность заполнителя гидратных новообразований и включающий значительное количество пор и химически не связанную воду; 2) слой толщиной 5-10 мкм, богатый кристаллами гидроксида кальция и эттрингита и содержащий некоторое количество геля CSH; 3) слой толщиной 5-10 мкм, характеризующийся наличием некоторого количества ориентированных кристаллов гидроксида кальция; 4) диффузионный слой. Из рассмотренных работ следует, что прочность сцепления между поверхностями цементного камня и заполнителя определяется не только химическим взаимодействием минералов цемента и заполнителя, но и геометрическими характеристиками поверхности заполнителя (шероховатостью, пористостью). Практика показывает, что при одинаковой прочности заполнителя, одинаковом расходе цемента и равных В/Ц прочность бетонов на карбонатных заполнителях выше, чем прочность бетона на граните или на гравии [4,26]. Прочность заполнителя также связана с прочностью бетона. Минимальный предел прочности заполнителя должен быть в 1,5 раза больше предела прочности растворной составляющей и не менее, чем на 20% превосходить требуемый предел прочности бетона [5]. Весьма важным требованиям, предъявляемым к дорожным бетонам является, устойчивость их структуры переменных температурных воздействиях, особенно в водонасыщенном состоянии. Трещиностойкость и морозостойкость бетонов в значительной мере определяется разницей между коэффициентами температурного расширения цементного камня и заполнителей, чем она меньше, тем более высокие эти показатели в бетонах [6, 27, 28]. В последние десятилетия разработаны новые приемы повышения прочности и морозостойкости бетонов за счет введения воздухововлекающих, демпфирующих и пластифицирующих добавок [1, 5, 8, 29-83]. Однако свойства бетонов с указанными добавками, в зависимости от качества заполнителей изучены в меньшей степени, особенно с малопрочными или неморозостойкими заполнителями.
Методика определения внутренних структурных и температурных усадочных напряжений в бетонах и их трещиностойкости
Для определения внутренних структурных и температурных усадочных напряжений в бетонах и их трещиностойкости использовалось устройство, разработанное коллективом авторов под руководством Б.Г. Печеного. Устройство содержит форму для образца, включающую захваты и боковые пластины, автоматическую систему регистрации напряжений с использованием тензодатчиков и термопар и образец материала, а также две торцевые пластины, между которыми расположены боковые пластины и захваты (рис. 2.1). Образец для испытания готовится непосредственно в форме, ограниченной захватами и боковыми пластинами устройства. Захваты выполнены из материала, термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) которого в рабочем диапазоне температур больше, чем ТКЛР материала боковых пластин, а их температурные зависимости пропорциональны. Длина захвата /, его ТКЛР а, длина боковой пластины /ь ее ТКЛР связаны соотношением: 2-l-a = Iraj. При этом термическое расширение (сужение) захватов полностью компенсирует расширение (сужение) боковых пластин. Этим обеспечивается постоянство длины защемленного в захватах образца при его охлаждении-нагревании, простота и точность определения температурных усадочных напряжений при охлаждении образца и его трещиностойкости от действия этих напряжений или при совместном действии структурных и температурных усадочных напряжений или старения.
Устройство состоит из двух поперечных металлических пластин 7 и расположенных между ними двух боковых металлических пластин 2, которые по торцам связаны болтами 3. Внутри образовавшейся рамы к поперечным пластинам болтами 4 прикреплены два захвата 5. Испытуемый образец 6 по концам закреплен в захватах 5. На поверхности боковых пластин прикреплены тензодатчики 7, соединенные с регистрирующей системой сигналов 8, а на поверхности образца 6 прикреплена термопара 9, соединенная с регистрирующим прибором 10. Сигналы от тензодатчиков и термопар могут регистрироваться на двухкоординатных самописцах или поступать на компактные модульные системы сбора данных с выводом на компьютер. В качестве материала захватов используют алюминиевый сплав АЛ8, имеющий термический коэффициент линейного расширения а, равный 24,5-10"6. Длина захвата / принята равной 60 мм. В качестве материала боковых пластин используют сталь С300, имеющую термический коэффициент линейного расширения «/, равный 12-Ю"6. Длина боковой пластины //, определенная по предложенному соотношению yyl = —t-, равна 245 мм. Ширина, толщина и высота захватов, толщина и высота боковых пластин, а также толщина, высота и длина поперечных пластин определяются из конструктивных соображений в зависимости от испытуемых материалов. Устройство работает следующим образом. К боковым пластинам прикрепляют тензодатчики 7 и подключают к регистрирующей системе 8. Испытуемый образец 6 изготавливают в форме, образованной поперечными и боковыми пластинами и захватами устройства. На поверхности образца крепится термопара 9, связанная с регистрирующим прибором 10. Испытания производятся по следующим схемам: 1. Определение величины внутренних структурных усадочных напряжений и трещиностойкости образцов от этих напряжений. После изготовления или в процессе выдерживания образцов при тех или иных температурно-влажностных режимах записывается величина усилия в боковой пластине Рс, которое равно усилию в образце. Внутреннее структурное усадочное напряжение в испытываемом образце асу площадью p поперечного сечения F будет равным а с = — . Трещиностойкость образца от структурных усадочных напряжений определяется по времени, после истечения которого образец растрескивается, что определяется по падению величины усилия в образце или визуально (рис. 2.1). На графике показано изменение структурных усадочных напряжений асу в образцах из водоцементных образцов марки ЦЕМ I 42,5 Н - ГОСТ 31108-2003 в процессе твердения при 20 ± 2 С в камере с влажностью 95 ± 1 %, tp - время твердения образца до растрескивания вследствие структурной усадки. 2. Определение температурных усадочных напряжений и трещиностойкости образцов от действия этих напряжений производится в процессе охлаждения с заданной скоростью рамы с образцом и измерением усилий Рт с помощью наклеенных тензодатчиков на боковых пластинах, в зависимости от температуры, измеряемой с помощью термопары, наклеенной на образец. Внутреннее температурное усадочное напряжение а у будет Р равно: а = ——. Температура растрескивания от температурных напряжений F образца Гр определяется при охлаждении по температуре, при которой разрушается образец, что фиксируется по падению усилия или визуально. На рис. 2.2 показана зависимость температурных усадочных напряжений а у образцов бетона - 7 и асфальтобетона - 2 от температуры охлаждения Т, Тр температура растрескивания образца.
Исследование заполнителей карьеров Северо-Кавказского региона и возможности их использования в составе дорожных бетонов
С целью определения пригодности заполнителей для дорожных бетонов было произведено обследование 17 карьеров Северо-Кавказского региона. Андреевское месторождение песчано-гравийных смесей расположено в Георгиевском районе. Содержание песка в песчано-гравийной смеси составляет 62%, гравия 38%. Содержание глинистых частиц не превышает 4,5%), приращение объема при набухании колеблется от 0 до 3,8%.
Гравийный материал представлен обломками изверженных пород. Максимальный размер гравия 80-100мм, лишь отдельные обломки превышают 150 мм.
Содержание глинистых частиц 1,2-1,6%. Гравий пригоден для обычных бетонов и для дорожного строительства ГОСТ 8268-82. Бетон, приготовленный из гравия, , выдержал 8 циклов замораживания, его прочность при сжатии в возрасте 28 дней — 20,2МПа.
Васильевское месторождение расположено в Кочубеевском районе. В составе полезного ископаемого 19,2% валунов, 58,2% гравийной фракции и 22,6% песков. В составе гравийной части содержится в среднем 29,5% фракций крупнее 40-7 мм, 38,5% фракций 20-40 мм, 23,5%) - 10-20 мм и 8,5% - 5-10мм. Среднее содержание в гравии пылевидных, илистых и глинистых частиц составляет 0,9%, зерен лещадной и игольчатой форм — 9,5%, выветрелых и слабых зерен — 3,5%; истинная плотность составляет 2700 кг/м , насыпная плотность — 1850 кг/м , пористость — 2,8%, пустотность — 30,9%, водопоглощение - 0,3-1,8%. Дробимость соответствует маркам 800 и 600, морозостойкость - F 25. Мелкая фракция, полученная при дроблении валунов и гравия в щебень, вписывается в установленные требования ГОСТ 10268-80. По результатам лабораторно-технологических и полузаводских испытаний лаборатории «Росоргтехстрома» возможно получение из гравия щебня после фракционирования, дробления, промывки для тяжелых бетонов класса от В5 до В30.
Песок по содержанию пылевидных, глинистых и илистых частиц, а также по количеству зерен, проходящих сквозь сито № 0,14, в природном виде не соответствует требованиям ГОСТ 8736-85 для строительных работ.
Добровольненское месторождение расположено на правом берегу реки Кума в 1,5 км к юго-западу от поселка Добровольный. Песчано-гравийная смесь состоит из мелкозернистого песка, гравия и галечника. Гравийно-галечный материал представлен окатанной и полуокатанной галькой известняков, кварцитов и кварца. Выполненными лабораторными исследованиями в ЦЛ СКФ БГТУ им. В.Г. Шухова установлено, что гравий в среднем по месторождению характеризуется следующими показателями: истинная плотность - 2700 кг/м ,средняя плотность - 2630 кг/м , пористость — 2,6%, пустотность — 37,82%, водопоглощение 0,54%, содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц — 0,74%, содержание зерен пластинчатых, лещадных и игловатых форм — 7,02%, марка по истираемости — И-І и И-П, по сопротивлению удару У-75 и по дробимости — 1000, 800, 600, по морозостойкости — F 25. Отсутствуют органические примеси и другие засоряющие вещества. Гравийная фракция песчано-гравийной смеси в естественном виде удовлетворяет требованиям ГОСТ: 8268-82, 10260-80 (классы бетона В20 и В30). Зольское месторождение расположено в Георгиевском районе. Толщина полезного ископаемого состоит из смеси песка, гравия, гальки и валунов с неравномерным их распределением. Щебень из гравия имеет следующие физико-механические свойства: по дробимости щебень соответствует маркам 800-600, истираемость щебня в полочном барабане, в основном соответствует марке И-3, морозостойкость — F 25, содержание зерен слабых и пылевидных пород не превышает 2%, содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц не превышает 1%. Согласно ГОСТ 10260-82 щебень из гравия может без ограничения применятся при строительстве дорог IV и V категорий. Пески в толще полезного ископаемого в среднем по месторождению составляет 31%. Модуль крупности песков колеблется в пределах 1,1-3,35, остаток на сите 0,63 в пределах 22-61%. Количество пылевидных частиц колеблется в пределах 1-17%, что превышает допустимый ГОСТом максимум (3%). Содержание частиц, проходящих сквозь сито 0,14, также достигает значительных величин и колеблется в пределах 5-37% при допускаемых ГОСТом 10268-80 10%. Таким образом, в естественном составе пески не могут быть использованы в дорожном строительстве в силу значительной загрязненности их мелкими (мельче 0,14 мм) фракциями. Гравий и щебень из гравия может использоваться в качестве крупного заполнителя в бетонах классов В25-В30, песок после обогащения отмывом мелких фракций, - в качестве мелкого заполнителя в высокопрочные бетоны. Ивановское месторождение гравийно-песчаных смесей находится в Кочубеевском районе на северной окраине села Ивановское. Гранулометрический состав песчано-гравийной смеси (в % частные остатки): 70 мм 4,86-34,74; 40 мм 3,44-31,74; 25 мм 6,1-26,93; 20 мм 3,88-10,03; 15 мм 3,97-19,57; 10 мм 3,8-10,53; 5 мм 0,22-7,54; менее 5 мм 8,84-43,48; валунов 14,8%, гравия 63,42%, песка 21,78%. Гравий содержит зерна слабых пород в количестве 1,21%, глинистых и илистых — 0,51%. Содержание пластинчатых и игольчатых форм — 9,5%. Насыпная плотность 1870 кг/м , пористость - 2,2%, пустотность — 28,42%, водопоглощение 0,97%, марка по дробимости 1000, истираемость в полочном барабане И-2, морозостойкость F 25. гравий соответствует ГОСТу 8268-82 и при дополнительном фракционировании может использоваться как наполнитель в бетоне, при строительстве автомобильных дорог. Кочубеевское (участок Павловский) месторождение расположено в Кочубеевском районе, в 21 км к западу от ст.ж.-д. ст. Невинномысск. Песчано-гравийная смесь состоит из валунов (18%), гравия (59%) и песка (23%). Валунно-гравийная фракция представлена диабазами (35-82%), гранитами (14-62%), кварцем (0-9,8%) и кремнистыми сланцами. Зерновой состав валунно-гравийной фракции: 25 мм 2,69-31,53; 20 мм 4,23-27,36; 15 мм 6,33-21,83; 10 мм 2,96-32,74; 5 мм 2,5-12,91; менее 5 мм 50-4,28. Содержание лещадных и игловатых зерен 0,54-10,6%, слабых зерен 0,6-22%, илистых и пылевидных частиц 0,3-2%, органики и SO3 следы. Средняя плотность 1779-1995 кг/м , марка по дробимости 1000, 800, истираемость И-I, И-И, F 25, средняя плотность зерен гравия 2170-2650 кг/м3, пористость 4-4,89%, пустотность 22,95-29,8%), водопоглащение 0,6-4,4%).
Технология производства и укладки и цементобетонных смесей в опытные участки дорожных покрытий
Разработаны принципы проектирования дорожных цементобетонов на некондиционных заполнителях, заключающиеся в управлении процессами структурообразования за счет использования добавки, полученной путем синтеза высокомолекулярных жирных кислот с карбамидом и хлористым аммонием, создающей пластифицирующий и воздухововлекающий эффект, позволяющий значительно повысить трещино- и морозостойкость цементобетонов за счет создания одноразмерной замкнутой микропористости в структуре бетона, снижающей внутренние и усадочные напряжения при твердении и охлаждении. 2. Выявлен характер зависимости показателей водопоглощения и морозостойкости от масштабного фактора, заключающийся в повышении достоверности данных показателей при уменьшении фракции заполнителя или размера бетонного образца. Установленные временные границы водо-насыщения в зависимости от размеров образцов позволили снизить влияние масштабного фактора на значения показателей водопоглощения и морозостойкости. 3. Теоретически и экспериментально обоснована возможность получения эффективной полифункциональной добавки путем проведения синтеза высокомолекулярных жирных кислот, карбамида и хлористого аммония. 4. Установлена возможность получения морозостойких бетонов марки F 500 на заполнителях марки по морозостойкости F 50, і7 100 за счет применения добавки ЖККА. Разработаны составы трещиностойких бетонов на основе некондиционных заполнителей Северного Кавказа и комплексной добавки ЖККА с прочностью на сжатие 41 МПа, что соответствует классу бетона ВЗО и марки по морозостойкости F 500. 5. Предложена конструкция универсального дилатометра, позволяющая определять линейные и объемные деформации твердых материалов (бетонов, каменных материалов и др.) в диапазоне температур от +200 до -50С. Усовершенствована методика дилатометрического ускоренного 125 определения морозостойкости бетонов на основе измерений линейных деформаций водонасыщенных образцов при охлаждении, позволяющая получать достоверные характеристики морозостойкости бетонов. Получено положительное решение на патент по заявке № 2008150064/28 (065706) «Дилатометр и способ дилатометрических испытаний материалов». 6. Разработана экспресс-методика для определения трещиностойкости цементобетонов, моделирующая реальные условия работы бетонных покрытий, что позволило получить объективные кинетические данные по усадочным (структурным и температурным) напряжениям в бетоне и определить возможности их регулирования. 7. Установлено, что температура растрескивания бетонов Тр от действия структурных и температурных напряжений понижается с понижением класса бетона. Чем ниже класс бетона по прочности при сжатии, тем ниже температура растрескивания, что обусловлено соответствующим снижением их модулей упругости. Показано, что по мере водонасыщения бетона температура растрескивания Тр значительно понижается, что обусловлено снижением КЛТР водонасыщенного бетона и повышением его прочности за счет замерзания воды в порах. После превышения значения водонасыщения бетона объема пор Тр возрастает. 8. Для широкомасштабного внедрения результатов работы при производстве дорожных бетонов на основе предложенных составов разработаны следующие нормативные документы: — технические условия на «Воздухововлекающую и пластифицирующую добавку ЖККА» ТУ 2493-001-75053296-2009; — рекомендации по применению комплексной добавки ЖККА; — стандарт организации СТО 32647016-001-2009 «Смесь бетонная для дорожных покрытий на основе заполнителей Северного Кавказа»; — технологический регламент на изготовление цементобетонных смесей для дорожного строительства на основе заполнителей Северного Кавказа и полифункциональной добавки ЖККА на организации ООО «ГеОл». 126 9. Экономический эффект от производства и применения разработанных составов бетонных смесей за счет экономии цемента и повышения качества бетонов составил 60 руб на 1 м бетона.
