Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 10
1.1 .Анализ состояния мостов 11
1.2. Материалы, применяемые для реконструкции бетонных и железобетонных конструкций 18
1.3. Пути повышения эффективности реконструкции. Применение новых материалов, композиционных вяжущих, фибробетонов 37
1.4. Выводы 48
2. Методы исследования и применяемые материалы 49
2.1. Методы исследований 49
2.2. Применяемые материалы 68
2.3. Методика испытаний нанесенного слоя фибробетона (неразрушающий метод) 71
2.4. Выводы 73
3. Теоретические и технологические предпосылки использования фибробетонов при реконструкции 74
3.1. Требования к вяжущим и бетонам для реконструкции 74
3.2. Влияние вида и состава вяжущего на свойства фибробетона 76
3.3. Микроструктура контактной зоны фибры и матрицы в зависимости от свойств компонентов 88
3.4. Пути оптимизации структуры контактной зоны 90
3.5. Выводы 94
4. Повышение эффективности фибробетона 96
4.1. Проектирование состава фибробетона с учетом свойств композиционных вяжущих и фибр 96
4.2. Свойства фибробетона 100
4.3. Повышение эффективности фибробетона 110
4.4. Технология нанесения фибробетона на конструкцию (подготовка конструкции, нанесение, уход за фибробетоном) 114
4.5. Выводы 117
5. Внедрение и технико-экономическое обоснование результатов работы 119
5.1. Разработка нормативных документов 119
5.2. Использование разработанных составов для реконструкции 120
5.3. Технико-экономическое обоснование применения высококачественного бетона 126
5.4. Выводы 132
Основные выводы 133
Список литературы 135
Приложения . 146
- Материалы, применяемые для реконструкции бетонных и железобетонных конструкций
- Методика испытаний нанесенного слоя фибробетона (неразрушающий метод)
- Влияние вида и состава вяжущего на свойства фибробетона
- Проектирование состава фибробетона с учетом свойств композиционных вяжущих и фибр
Введение к работе
В настоящее время одним из основных материалов, применяемых в строительстве, является бетон и как его производное - железобетон. Во время своей эксплуатации конструкции, выполненные с применением данного материала, подвергаются воздействию окружающей среды, а также постоянно возрастающих нагрузок. В связи с этим через некоторое время возникает необходимость их ремонта. Большинство зданий, сооружений, мостовых конструкций были построены в 70-80-е года прошлого века, и в настоящее время нуждаются в ремонте.
Основными причинами разрушения бетона являются:
Технологическая - толщина бетонных конструкций постоянно уменьшается, в то время как качество бетона в ряде случаев оставляет желать лучшего. В результате структура бетона имеет высокую пористость и водопроницаемость.
Человеческий фактор - вызван ошибками в проектировании конструкции, деталировке, приготовлении смеси и ее применении.
3. Химическая и атмосферная - погодные условия (мороз - оттепель, дожди), воздействие агрессивных компонентов атмосферы (карбонаты, сульфаты, хлориды).
Бетон, как материал, обладает высокой пористостью, что способствует проникновению углекислого газа, кислорода и влаги в структуру. Бетонные конструкции разрушаются вследствие химических, электрохимических, физико-химических и физико-механических процессов. В бетонных конструкциях коррозия подразделяется на три вида: химическая замещения; выщелачивание; кристаллизация.
При наличии арматуры и влаги (электролита) происходит электрохимическая коррозия. Скорость коррозии возрастает при одновременном воздействии на конструкцию нескольких факторов. Проблема коррозии особенно актуальна для мостовых конструкций, а также конструкций, находящихся в агрессивных средах.
В настоящее время во многих европейских странах для строительства и производства ремонтных работ все большую популярность приобретают материалы с применением различного вида фибрового армирования -фибробетоны. Фибробетон - разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены обрезки «фибры» или фиброволокна. Фибробетоны обладают значительными преимуществами перед обычным железобетоном: повышение прочности при сжатии; повышение прочности при растяжении и изгибе; увеличение водонепроницаемости; увеличение морозостойкости; уменьшение образования микротрещин и внутренних напряжений; повышение ударной и усталостной прочности; улучшение способности восприятия знакопеременных нагрузок; препятствие расслаиванию бетонной смеси; - сокращение риска повреждения, разрушения при извлечении из формы.
Цели и задачи работы.
Цель - повышение эффективности мелкозернистого фибробетона за счет использования композиционных вяжущих. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: исследование характера влияния эффективных пластификаторов и кремнеземсодержащих компонентов из отходов КМА на свойства композиционных вяжущих и бетонов на их основе; проектирование составов и изучение свойств высококачественных фиброармированных мелкозернистых композитов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций; - подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований в промышленных условиях.
Научная новизна.
1. Установлены закономерности влияния процессов структурообразования композиционных вяжущих, полученных путем помола портландцемента и кварцитопесчаника зеленосланцевой степени метаморфизма на вибромельнице, заключающиеся в интенсификации гидратации системы за счет более развитой и дефектной структуры кремнеземсодержащего компонента, микродисперсной добавки и суперпластификатора, что приводит к синтезу более однородной структуры матрицы с минимальным количеством пор и микротрещин.
2. Установлена возможность повышения эффективности высококачественного мелкозернистого фибробетона за счет оптимизации микро- и макроструктуры, путем использования композиционных вяжущих, а также микронаполнителя из техногенного песка, суперпластификатора и стальной фибры. Оптимизация строения фиброармированного мелкозернистого композита позволила получить на материалах КМА сталефибробетон с пределом прочности при сжатии 124,3 МПа, при изгибе 23,3 МПа.
3. Выявлен характер зависимости прочности, морозостойкости, истираемости и деформативных характеристик высококачественного мелкозернистого фибробетона на отсеве дробления кварцитопесчаников от характеристик вяжущего, микронаполнителя, вида и количества фибры и суперпластификатора. Оптимизация микро- и макроструктуры композита приводит к увеличению призменной прочности и модуля упругости, более чем в 2 раза по сравнению с обычным цементным бетоном.
4. Выявлены особенности микроструктуры контактной зоны фибра - цементная матрица в зависимости от вида фибры, количества вяжущего, микродисперсной добавки и суперпластификатора. Установлен характер зависимости прочности сцепления фибры от вида и количества вышеперечисленных параметров.
Практическое значение работы.
Предложены составы композиционных вяжущих на основе портландцемента и пластифицирующей добавки с обеспечением предела прочности при сжатии не менее 90 МПа. Введение в состав кварцитопесчаника и микродисперсной добавки, получаемой путем помола отсева дробления кварцитопесчаника, позволило получить экономию вяжущего материала.
Разработаны высококачественные фиброармированные мелкозернистые бетоны с использованием композиционных вяжущих, техногенного песка региона КМА, для проведения ремонтных работ и строительства монолитных и сборно-монолитных сооружений, с пределом прочности при сжатии до 124,3 МПа, прочностью на изгиб до 23,3 МПа и морозостойкостью F700.
Внедрение результатов исследований.
Внедрение результатов исследований проводилось при ремонте тепловой камеры ПП «Белгородские Тепловые Сети», ОАО «Белгородская Теплосетевая Компания», а также при ремонте путепровода через автодорогу км. 9+ 0,20 Северо-Восточного обхода для Белгорода ООО «Мостстройинвест».
Для внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны технические условия «Фибробетоны мелкозернистые высококачественные».
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Строительство» и инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы представлены на: Международной научно-практической конференции молодых ученых «Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современных транспортных сооружений», Белгород, 3-4 декабря 2009 г.; Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов», Белгород, 5-8 октября 2010 г.; Научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее», Белгород, 22 декабря 2010 г.; 68-ой Всероссийской научно-технической конференции «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре», Самара, 11-15 апреля 2011 г.
Публикации.
Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 7 научных публикациях, в том числе в 4 статьях в центральных рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ. На состав фибробетона получено ноу-хау №20110017.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, включающего 35 таблиц, 31 рисунок и фотографию, список литературы из 140 наименований, 3 приложения.
На защиту выносятся: - принципы проектирования высококачественных мелкозернистых фибробетонов с учетом специфики техногенного сырья и состава композиционного вяжущего; - свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава; - оптимальные составы мелкозернистых фибробетонов с использованием техногенного сырья КМА; - результаты внедрения разработанных составов высококачественных мелкозернистых фибробетонов.
Материалы, применяемые для реконструкции бетонных и железобетонных конструкций
В последние годы во всех индустриально развитых странах расширяется применение высокопрочного и высококачественного бетона прочностью на сжатие выше 60 МПа, что позволяет существенно снизить материалоемкость и повысить долговечность конструкций зданий и сооружений по сравнению с конструкциями из обычного бетона прочностью 20-40 МПа [107, 117].
Модифицированные бетоны представляют собой высококачественные готовые к применению бетонные смеси на основе специальных цементов и тщательно подобранных наполнителей, модифицированных комплексом специальных химических добавок и полимерных дисперсий. При производстве модифицированных бетонов широко применяется микрокремнезем. Микрокремнезем представляет собой отход производства ферросилиция и содержит до 90% сферического аморфного диоксида кремния. Его удельная поверхность достигает 20 000 м /кг. Различают наносилику и микросилику с диаметром частиц, соответственно, около 0,015 и 0,1 мкм. Для сравнения, зерна цемента имеют средний размер 10 мкм. Как добавка к бетону микрокремнезем впервые был применен в Норвегии при строительстве тоннеля в г. Осло в 1952 г. Сегодня лидерами по его использованию являются Норвегия, Канада, США и Германия.
В этих странах его используют в порошкообразном состоянии, в виде шлама (при этом сам шлам может дополнительно содержать химические добавки) с соотношением микрокремнезем/вода, равным 1:1, и в уплотненном, например таблетированном, состоянии - для совместного размалывания с портландцементом с последующим введением химических добавок. В России микрокремнезем стал применяться позднее. Чаще его вводят в виде добавки при приготовлении бетонной смеси.
Оптимальным является введение микрокремнезема совместно с пластификаторами или суперпластификаторами и, в ряде случаев, - с воздухововлекающими добавками. Это связано с тем, что повышенное содержание микрокремнезема в бетоне отрицательно сказывается на реологических свойствах последнего.
Для получения максимально положительного эффекта при использовании микрокремнезема необходимы равномерное распределение его частиц в бетоне, оптимальное количество суперпластификатора, правильный подбор состава бетона и параметров перемешивания бетонной смеси.
Микрокремнезем уплотняет структуру бетона, взаимодействуя с гидроксидом кальция, способствует образованию низкоосновных гидросиликатов кальция и позволяет получать бетоны класса до В115, снижать расход вяжущего, уменьшать поперечное сечение элементов, увеличивать срок службы сооружений.
Особенностью механизма гидратации цемента с микрокремнеземом является эффект активации твердения бетона при низких положительных температурах (+5С) (рис. 1.1) и повышение трещиностойкости (рис. 1.2). Таким образом, благодаря применению микрокремнезема наряду с высокой прочностью бетон приобретает и такие ценные свойства, как повышенную водонепроницаемость, морозостойкость (при температуре до - 60С), коррозионную стойкость, ударостойкость и т. д. Обычно процент введения микрокремнезема составляет от 10 до 30% от массы вяжущего.
При введении микрокремнезема повышаются связность и тиксотропность бетонных смесей. Взаимодействие микрокремнезема с гидроксидом кальция способствует увеличению в составе цементного камня наиболее прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция. В бетонах происходит существенное увеличение объема гелевых пор и уменьшается объем капиллярных пор, вследствие чего повышаются плотность, непроницаемость, морозостойкость [15].
Также к модифицированным бетонам можно отнести и цементно-полимерные бетоны [118]
Цементно-полимерный бетон относится к бетонам, свойства которых улучшаются за счет введения в их состав полимеров. В последнее время все шире начинают применяться в строительстве бетоны с полимерами. Использование в бетоне полимеров позволяет изменять его структуру и свойства в требуемом направлении, улучшать технико-экономические показатели материала.
Цементно-полимерные бетоны - это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсий полимеров - продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов и других или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегид-ных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении.
Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих - минерального вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства - повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение, изгиб, более высокую морозостойкость, высокую износостойкость, непроницаемость.
В то же время особенности полимерной составляющей определяют и другие свойства цементно-полимерного бетона: в ряде случаев несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении. Наиболее распространенные добавки полимеров в цементные бетоны - поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смолы.
Методика испытаний нанесенного слоя фибробетона (неразрушающий метод)
Практика эксплуатации автодорожных, городских особенно, и железнодорожных мостов показывает, что защитный слой бетона разрушается под воздействием окружающей среды довольно быстро - в течение 25-35 лет. Если не предпринять профилактические меры, то последующая коррозия арматуры может привести к полному разрушению железобетонных конструкций через 40-50 лет. Для городов в результате повышенного воздействия на конструкции соляных растворов, карбонизации, температурных перепадов отмеченная проблема стоит наиболее остро. В связи с этим особую актуальность приобретает проблема повышения долговечности и реабилитации железобетонных конструкций на основе новейших научных достижений [52,61,62].
В процессе эксплуатации мостовые конструкции подвергаются интенсивным силовым нагрузкам, что требует применения материалов с высокой прочностью. Стандартный бетон мостовых конструкций, как правило, должен соответствовать классу ВЗО - В40, а в некоторых случаях и выше.
Воздействие солевых растворов (антиобледенителей дорожного покрытия) на железобетонные конструкции предполагает их высокую коррозионностойкость, которая достигается путем обеспечения высоких требований к водонепроницаемости бетона. Поэтому марка по водонепроницаемости бетона мостовых конструкций устанавливается в пределах W8-W12.
Совместное воздействие циклического замораживания и оттаивания предполагает высокие требования ремонтных составов по морозостойкости. Для Центрального и Северо-Западного регионов России марка по морозостойкости должна быть не менее F300 [107]. Ремонтные материалы укладываются на поверхность существующих конструкций, поэтому необходимо обеспечить надежный контакт между ними в условиях воздействия растягивающихся и сдвиговых усилий. Для этого необходимо обеспечить прочность сцепления с материалом конструкции не менее 1,5- 2,0 МПа в зависимости от условий эксплуатации и вида конструкции.
Таким образом, ремонтные материалы, применяемые при эксплуатации и ремонте мостов, должны отвечать жестким требованиям, предъявляемых к мостовым конструкциям: прочность при сжатии 45 - 60 МПа; водонепроницаемость не менее W8; морозостойкость более F300 и прочность сцепления со старым бетоном 1,5 - 2,0 МПа [53, 97, 98, 119, 120, 121].
В ходе разработки технических решений по ремонту следует ориентироваться на современные материалы и технологии, обеспечивающие при условии правильного выбора продление срока службы конструкций от 15 - 20 до 30 - 40 лет. При выборе ремонтного материала учету подлежит ряд факторов: степень ответственности элементов конструкции, включая зависимость несущей способности сооружения от их целостности; глубины разрушений; условия эксплуатации (температурный режим, влажность и агрессивность среды, динамические воздействия); эстетические требования; положение и доступность конструкции; объем подлежащих выполнению работ [130, 131].
В любом случае нужно четко осознавать, что на выбор материалов может также повлиять вид проводимого ремонта: устранение дефектов и лечение трещин, обнаруженных в ходе возведения объектов; косметический ремонт эксплуатируемых бетонных и железобетонных конструкций; текущий ремонт конструкций, не требующий восстановлния их несущей способности; ремонт конструкций с восстановлением их несущей способности; ремонт конструкций с увеличением их несущей способности по отношению к несущей способности, заложенной в первоначальном проекте сооружения.
При выборе материалов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать такое свойство, как прочность сцепления ремонтного материала с ремонтируемой поверхностью, которое является основным требованием качественного ремонта. Плохое сцепление между ремонтным материалом и правильно подготовленной ремонтируемой поверхностью часто происходит из-за разности температурных деформаций твердеющего ремонтного состава и основания и из-за его усадки при твердении. Часто сцепление уменьшается при плохой подготовке ремонтируемой поверхности перед укладкой ремонтного состава.
Величина усадки при твердении гидравлических вяжущих на основе цемента оказывает большое влияние на сцепление ремонтного состава с основанием и его прочность. Из материалов, которые обладают другими необходимыми свойствами, при выборе ремонтных материалов предпочтение следует отдавать тем, которые характеризуются самой низкой усадкой при твердении. [79, 122, 123]. Фибробетон способен удовлетворить всем этим требованиям. По таким показателям, как прочность при сжатии, на растяжение и срез, ударная и усталостная прочность, трещиностойкость, морозостойкость, водонепроницаемость и другие, фибробетон в несколько раз превосходит традиционный, что обеспечивает высокую эффективность его применения в строительных конструкциях. Также фибробетон способен минимизировать усадочные деформации за счет фибрового компонента в своей структуре. [55,56, 124].
Влияние вида и состава вяжущего на свойства фибробетона
Установлено, что удельная поверхность в 700 м /кг является наиболее оптимальной с технико-экономической точки зрения. При дальнейшем увеличении удельной поверхности добавки значительного прироста прочностных показателей не выявлено.
В работе было проведено исследование влияния различного процента разработанной добавки на прочность бетона. Было установлено, что 8% добавление полученной добавки в состав бетона позволяет добиться максимального прироста прочностного показателя. Дальнейшее повышение содержания добавки в структуре бетона дает незначительный прирост прочности.
Как видно из результатов экспериментов, использование микродисперсной добавки, получаемой путем помола на вибрационной мельнице отсева дробления кварцитопесчаника до удельной поверхности 700 м2/кг, в количестве 8% от массы вяжущего, позволило значительно улучшить физико-механические и деформативные характеристики бетона.
Химические добавки. В настоящее время применение данного вида добавок является повсеместным. Эти добавки позволяют получить требуемую удобоукладываемость бетонной смеси при меньшем начальном водосодержании, а также позволяют снизить водоцементное отношение. Прочность бетона определяется активностью цемента и величиной водоцементного отношения, соответственно чем меньше используется воды, с сохранением требуемой удобоукладываемости, тем больше будет прочность [109, 117, 128, 129].
До недавнего времени в нашей стране самой распространенной химической добавкой являлся пластификатор С-3, который по своему действию не уступал зарубежным аналогам, а по стоимости был в несколько раз дешевле. Данный пластификатор позволял экономить до 20% цемента (при неизменной пластичности).
В работе были применено два вида современных химических добавок: суперпластификатор Полипласт СП-1, и гиперпластификатор GLENIUM 115. Полипласт СП-1 - добавка, относящаяся к пластифицирующему водоредуцирующему виду. Представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы. Суперпластификатор Полипласт СП-1 удовлетворяет ТУ 5870-005-58042865-05. GLENIUM 115 является суперпластификатором третьего поколения на основе поликарбоксилатного эфира. GLENIUM 115 является универсальным суперпластификатором, эффективно работающим в бетонных смесях любой удобоукладываемости (от жестких смесей до самоуплотняющихся). Рекомендуется: - для получения высокопрочных бетонов. - для изготовления бетонных смесей, предназначенных для изготовления предварительно напряженных несущих конструкций. - для литых самоуплотняющихся бетонов. - разрешено применять для производства бетона, контактирующего с питьевой водой GLENIUM 115, имеет другую химическую структуру по сравнению с традиционными суперпластификаторами. Он состоит из полимерного поликарбоксилатного эфира с длинными боковыми цепочками. Механизм действия добавки GLENIUM 115 основан на адсорбции ее молекул на частицах цемента. Возникающие при этом силы электростатического отталкивания не позволяют частицам сближаться и образовывать конгломераты. Кроме эффекта электростатического отталкивания в механизме действия присутствует и пространственный эффект, за который отвечают боковые цепи, являющиеся частью молекулы. Сумма этих двух эффектов приводит к высокому водоредуцирующему действию. 1. Выявлено, что для получения современных ремонтных составов необходима разработка и применение композиционных вяжущих, позволяющих на их основе получить бетоны и фибробетоны, отвечающие жестким требованиям предъявляемых к мостовым конструкциям: прочность при сжатии 45 - 60 МПа; водонепроницаемость не менее W8; морозостойкость более F300 и прочность сцепления со старым бетоном 1,5-2,0 МПа. 2. Установлены особенности процессов помола, происходящие в шаровой и вибрационной мельницах. Выявлено, что графики распределения частиц вяжущих, полученных при помоле до удельной поверхности 500 м2/кг, имеют одномодальный вид, с ярко выраженным пиком в интервале 20 - 50 мкм, причем при помоле на вибрационной мельнице, наблюдается смещение графика в сторону уменьшения размеров частиц. 3. Выявлено, что количество частиц вяжущих, в диапазоне 5-30 мкм, полученных в вибрационной мельницах, более чем на 10% выше, чем у вяжущих, полученных в шаровой мельнице. Частицы вяжущих, полученных путем помола в вибрационной мельнице, имеют шероховатую поверхность, морфология зерен - остроугольная. Данный факт благотворно сказывается на физико-механических характеристиках вяжущих, получаемых путем помола в вибрационной мельнице. 4. Установлена возможность повышения эффективности мелкозернистого фибробетона за счет оптимизации микроструктуры, путем использования композиционных вяжущих, полученных путем помола на вибрационной мельнице. 5. Разработана эффективная микродисперсная добавка, получаемая путем помола в вибрационной мельнице отхода КМА - отсева дробления кварцитопесчаника зеленосланцевой степени метаморфизма. Установлены оптимальные удельная поверхность полученной добавки - 700 м /кг и процентное содержание в бетоне - 8% от массы вяжущего. Установлено, что распределение частиц данной добавки имеет полимодальный вид, с несколькими явно выраженными пиками. Использование полученной микродисперсной добавки, позволило улучшить физико-механические характеристики получаемых фибробетонов. 6. Выявлены особенности микроструктуры контактной зоны фибра -цементная матрица в зависимости от вида фибры, количества и вида вяжущего, микродисперсной добавки и суперпластификатора.
Проектирование состава фибробетона с учетом свойств композиционных вяжущих и фибр
Как установлено в первой главе, основными причинами разрушения мостовых конструкций является воздействие агрессивных сред - солей, сточных вод, кислотных дождей, противогололедных реагентов, а также значительно увеличивающейся, от года к году, динамической нагрузки. Большая часть мостовых конструкции была построена еще в прошлом веке, и не имеет качественной гидроизоляции, а бетоны, из которых они построены, не способны противостоять проникновению агрессивных веществ внутрь конструкций, что вызывает интенсивную коррозию бетона и стальной арматуры, и как следствие, дефекты и разрушения мостовых конструкций. Соответственно, ремонтные составы фибробетона должны быть способны выдержать в течение длительного периода времени, вышеописанные агрессивные факторы, приводящие к разрушению мостовых конструкций.
Для проведения эффективных работ по ремонту и реконструкции мостовых сооружений, необходимо оптимизировать структуру фибробетона как на макроуровне, путем применения оптимального фибрового компонента, и высокоплотной упаковки зерен заполнителя, так и на микро уровне, путем применения композиционных вяжущих, суперпластификаторов при помоле, гиперпластификаторов при приготовлении бетонной смеси, введения в состав бетона эффективных микродисперсных добавок.
В качестве вяжущего для фибробетона применяются различные виды цементов. Назначение конкретного вида цемента связано с видом используемой фибры, достижением наиболее рационального ее использования в фибробетоне и обеспечением максимальной прочности и долговечности фибробетонных конструкций. Вяжущие для фибробетона должны отвечать требованиям соответствующих нормативных документов.
Получение высококачественных вяжущих материалов, способных удовлетворить требованиям, предъявляемым при ремонтах мостовых конструкций, должно быть неразрывно связано с применением современных методов и оборудования по его производству.
Для оптимизации структуры на микроуровне и получения высококачественного фибробетона было разработано и применено вяжущее, полученное путем помола на вибрационной мельнице ЦВМ I 42,5 Н и пластификатора Полипласт СП-1 в количестве 0,6% от массы вяжущего. В ходе выполнения работы было проведено большое исследование выпускаемых в настоящее время суперпластификаторов. Выявлено, что с технико-экономической точки зрения наиболее оптимально введение пластификатора Полипласт СП-1 в количестве 0,6%, при этом возможно получение высоких показателей физико-механических характеристик. При применении в предлагаемых составах фибробетонов, разработанного вяжущего, удалось добиться прочности при сжатии свыше 85 МПа. Микроструктура цементного камня полученного вяжущего плотная, с минимальным количеством пор и пустот, что положительно сказывается на характеристиках фибробетона.
Для дальнейшей оптимизации структуры фибробетона на микроуровне, необходимо применение гиперпластификаторов при перемешивании смеси. В работе был проведен анализ большого количества выпускаемых в настоящее время гиперпластификаторов - GLENIUM 115 производства концерна BASF; Muraplast FK63 производства МС Bauchemie; Sika ViscoCrete 20 Gold производства Sika. Выявлено, что с технико-экономической точки зрения наиболее оптимально применение GLENIUM 115 производства концерна BASF. Экспериментальным путем была установлена оптимальная дозировка гиперпластификатора - 0,6% от массы вяжущего. Оптимизация микроструктуры фибробетона, за счет использования гиперпластификатора GLENIUM 115 позволяет снизить пористость и проницаемость бетона, за счет использования меньшего количества воды - затворения, и получить для предлагаемых составов прочность при сжатии более 103 МПа.
Немаловажным фактором при проектировании составов фибробетона является применение эффективных микродисперсных добавок. В работе была разработана и предложена для применения микродисперсная добавка, получаемая путем помола в вибрационной мельнице отсева дробления кварцитопесчаника зеленосланцевой степени метаморфизма, до удельной поверхности 700 м /кг. Экспериментальным путем было доказано, что данная удельная поверхность позволяет получить максимальный прирост прочностных характеристик, также установлено, что введение данной добавки в количестве 8 % от массы вяжущего, позволяет добиться максимального прироста прочностных характеристик. Применение данной микродисперсной добавки позволяет значительно уплотнить цементный камень, значительно уменьшить количество пор и пустот, снизить количество гидроксида кальция, что не может не отразиться положительно на прочностных и деформативных характеристиках получаемого бетона.
Важным моментом при получении высокоэффективных фиброармированных ремонтных составов является применение высококачественных заполнителей. С технико-экономической точки зрения, целесообразно использование местных сырьевых ресурсов, а с экологической - отходов различных производств. Установлено, что наиболее эффективно применение отсевов дробления кварцитопесчаников зеленосланцевой степени метаморфизма на щебень. При этом целесообразно применение фракций 0,315 - 5 мм. Для создания высокоплотной упаковки зерен заполнителя также предлагается использовать песок Разуменского месторождения.
