Введение к работе
Актуальность. Гидроизоляция бетонных и железобетонных конструкций мостов, путепроводов, водопропускных труб и других искусственных сооружений транспортного строительства, является одним из наиболее уязвимых элементов. При этом, ремонт и восстановление гидроизоляции вызывают значительные материальные и трудовые затраты, зачастую связанные, как с удалением верхних слоев покрытий мостов, так и с ограничением движения по сооружению в период ремонта. Критерии выбора материалов для гидроизоляции мостов, которые предлагаются в современной научно-технической и нормативной литературе, не в полной мере, учитывают комплексное влияние внешних факторов на гидроизоляцию на всех этапах устройства и эксплуатации гидроизоляции. Выбор научно-обоснованного подхода к назначению вида гидроизоляционного материала с учетом особенностей изолируемых конструкций, технологичности их устройства и условий эксплуатации, во многих случаях, исключает преждевременный отказ гидроизоляции, восстановление которой составляет до 10% общих затрат.
Таким образом, актуальность работы обусловлена необходимостью повышения долговечности гидроизоляции мостов, путепроводов и других искусственных сооружений на железных и автомобильных дорогах за счет применения надежного, технологичного и экологичного материала, обеспечивающего долговечность работы сооружений.
Диссертационная работа выполнялась в рамках задания НК - 686 П «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению» на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ, финансируемых из средств федерального бюджета по разделу 1.3.1 Бюджетной классификации РФ по теме: «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов», и гранта программы «УМНИК», направленной на поддержку исследований молодых учёных.
Цель работы. Разработка эффективной обмазочной гидроизоляционной мастики на основе композиционного органоминерального вяжущего для защиты искусственных сооружений в транспортном строительстве.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
теоретическое обоснование необходимости совместного применения полимерных и минеральных наполнителей в составе комплексного органоминерального вяжущего, обеспечивающего высокие эксплуатационные свойства гидроизоляционной мастики на его основе;
установление возможности использования техногенного сырья Курской магнитной аномалии (КМА) в качестве минерального наполнителя мастики;
обоснование вида и количественного соотношения составляющих матрицу мастики органических, минеральных, полимерных материалов и ПАВ для возможности получения стабильной битумно-эмульсионной гидроизоляции;
разработка состава битумно-эмульсионной мастики на основе комплексного органоминерального вяжущего, обеспечивающего долговечность работы конструкций транспортных сооружений;
внедрение технологий приготовления и нанесения битумно-эмульсионной мастики на бетонные поверхности конструкций транспортных сооружений, позволяющих повысить технологичность, экономичность и экологичность производства гидроизоляционных работ;
разработка нормативной документации для промышленного внедрения и апробация результатов теоретических и экспериментальных исследований в производственных условиях.
Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность направленного регулирования свойств композиционного органоминерального вяжущего с учетом его структурного типа за счет введения в битум полимерных и тонкодисперсных минеральных наполнителей, обеспечивающих возможность получения гидроизоляционных мастик, обладающих значительной прочностью, сдвигоустойчивостью и деформативной способностью в широком диапазоне положительных и отрицательных эксплуатационных температур, а также высокой адгезией и водонепроницаемостью. Установлено, что сохранение стабильности водной эмульсии обеспечивается индивидуальностью свойств и рациональным соотношением составляющих матрицу мастики полимера, растворителя и ПАВ, а также тонкомолотого наполнителя (отхода мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов) за счет особенностей его минерального состава, развитой морфологии и активности поверхности.
Выявлен характер влияния увеличения степени дисперсности частиц наполнителя в составе комплексного органоминерального вяжущего на повышение динамической и температурной устойчивости гидроизоляционных обмазочных мастик. Установлено, что увеличение когезионной прочности битума возможно за счет упрочнения коагуляционного каркаса из асфальтенов при введении в битум мелкодисперсного железосодержащего наполнителя на основе техногенных продуктов КМА, размеры частиц которого соизмеримы с размером асфальтенов и расстоянием между ними, что приводит к повышению сопротивляемости мастики воздействию динамических нагрузок при высоких летних температурах.
Предложен механизм структурообразования гидроизоляционной мастики в системе «битум - полимер - тонкодисперсный наполнитель», заключающийся в повышении структурной вязкости и эластичности мальте-новой части битумов при введении полимеров, нити которых ориентирова-
ны и частично адсорбированы активной поверхностью наполнителя. Взаимодействие битума и полимерных наполнителей в количестве, обеспечивающем совместно с частицами ММС создание эластичного кластера в дисперсионной среде, позволяет достичь повышения третино-, теплостойкости и деформативной устойчивости изоляции при создании пространственной структуры.
Практическая значимость. Установлено количественное соотношение полимерных (6 %) и минеральных наполнителей (12 %), обеспечивающих как стабильность эмульсионной мастики в процессе ее приготовления и применения, так и эксплуатационные свойства гидроизоляции.
Разработан состав водно-эмульсионной мастики, значительно повышающий водонепроницаемость и гибкость при низких температурах гидроизоляции при одновременном увеличении эффективности, экономичности и технологичности гидроизоляционных работ.
Доказано улучшение адгезионного сцепления и водонепроницаемости эмульсионной гидроизоляционной мастики с конструкциями транспортных сооружений при наличии в ее матрице ПАВ, полимеров и тонкодисперсного наполнителя, что позволит повысить плотность, а малая вязкость и технология нанесения водно-эмульсионной мастики на изолируемую поверхность обеспечат равномерность и малую толщину пленок.
Предложены технологии приготовления и нанесения битумно-эмульсионной мастики на бетонные поверхности конструкций транспортных сооружений, позволяющие повысить технологичность, экономичность и экологичность производства гидроизоляционных работ.
Внедрение результатов исследований. Для производственного внедрения результатов диссертационной работы разработан пакет нормативных документов: технологический регламент на производство эмульсионных мастик на основе комплексного органоминерального вяжущего; технические условия «Мастики гидроизоляционные полимербитумные для защиты транспортных сооружений».
Апробация полученных результатов исследования в производственных условиях в качестве гидроизоляционного покрытия осуществлена при ремонте участка моста перегона Рай - Валуйки сорт. ПК 3 752 км.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и промьппленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270204 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство» и бакалавров и магистров по специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на региональных, всероссийских и международных научно-практических и научно-технических конференциях: «Эффективные мате-
риалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации транспортных сооружений» БГТУ им. В. Г. Шухова (Белгород, 2009 г.); «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов», (Белгород, 2010); «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2010 г.); «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных объектов», (С-Петербург, 2010 г.); «УМНИК-2010» (Белгород, 2010 г.); «Проблемы надежности и долговечности инженерных сооружений и зданий на железнодорожном транспорте», (Харьков, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано десять научных работ, в том числе две статьи в научных журналах из списка ВАК РФ.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Содержит 167 страниц машинописного текста, включающего 40 рисунков и фотографий, 15 таблиц, библиографический список из 208 наименований, 5 приложений.
На защиту выносятся:
теоретически обоснованная и экспериментально подтвержденная возможность направленного регулирования свойств композиционного ор-ганоминерального вяжущего с учетом его структурного типа;
характер влияния увеличения степени дисперсности частиц наполнителя в составе комплексного органоминерального вяжущего на повышение динамической и температурной устойчивости гидроизоляционных обмазочных мастик;
механизм структурообразования гидроизоляционной мастики в системе «битум - полимер - тонко дисперсный наполнитель»;
состав водно-эмульсионной мастики на основе комплексного органоминерального вяжущего и тонкодисперсного наполнителя;
технологии приготовления и нанесения битумно-эмульсионной мастики на бетонные поверхности конструкций транспортных сооружений;
- результаты внедрения.
Похожие диссертации на Мастика на основе комплексного органо-минерального вяжущего для гидроизоляции транспортных сооружений
