Содержание к диссертации
Стр. ВВЕДШИЕ ....................... 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕПЬ И ЗАДАЧИ ИСШЩОВАНИЙ
Общие сведения о состоянии цементобетонних покрытий, подвергающихся действию замораживания и солей-антиобледенителей ................ II
Частота образования гололеда на автомобильных дорогах и способы его удаления .......... 2&
Краткий обзор отечественных и зарубежных исследований по 'повышению коррозионной стойкости (долговечности) цементного* бетона дородных покрытий ......;... 34
Цель и задачи исследований ......... 39
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛУЧЕНИЯ ДОРОШЫХ БЕТОНОВ
ПОВЫШЕННОЙ СТ0ІІК0СТИ К ДЕЙСТВИЮ ЗАМОРАШВАНШ И
ХЛОРИСТЫХ' СОЛЕЙ-АНТИОШЩШТЖЕЙ
Разрушение бетона при одновременном действии замораживания и хлористых солей-антиобледенителей ... 43
Коррозия бетона при действии водных растворов хлористых солей .................... 52
Способы повышения стойкости бетона при совместном воздействии хлористых солей и мороза .... 56
Выводы ...................... 63
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОРОЗОСТОЙКОСТИ И
КОРРОЗИОННОМ СТОЙКОСТИ ДОРОШЫХ БЕТОНОВ С ПОВЕРХНОСТНО-
АКТИВНЫМ И КРШФШ0РГАШШСКІ4МИ ДОБАВКАМИ
3.1, Исследование структуры бетона с поверхностно-активными и кремнийорганическими добавками ...... 64
Стр;
3.2. Исследование морозостойкости бетонов с плас
тифицирующими, воздухововлекающигли и газообразующими
добавками .
Обоснование методики испытания бетона на морозостойкость .................. 65
Исследование морозостойкости бетона при частичном погружении испытуемых образцов в растворы солей ........................ 84
Исследование стойкости бетона на гранитном и известняковом щебне при замораживании на воздухе и оттаивании в 5%-пом растворе хлористого натрия ; . . 130
3.3. Исследование коррозионной стойкости бетона
в растворах хлористых солей ............. 138
3.3;1. Стойкость бетона в условиях постоянного действия солевой среды .,...........;. 140
3.3.2. Стойкость бетона в условиях капиллярного подсоса и испарения солевых растворов ........ 144
3;4. Исследование прочности бетонов с пластифицирующими, воздухововлекающигли, газообразующими и комплексными добавками ... ............... 154
Выводы ..................... 166
4. ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ БЕТОНА В ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ 172
Изготовление опытных образцов плит и подготовка их к испытанию .................. 173
Методика испытаний ;....». .. .... 176
4.3; Обсуждение результатов экспериментальных исследований ..................... 180
Выводы .................і.. 187
Стр.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА
ВОЗДОХОСОДЕРЖАНИЕ (ГАЗООБРАЗОВАНИЕ) В БЕТОННЫХ СМЕСЯХ
И ХАРАКТЕРИСТИКУ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ БЕТОНА
Исследование влияния состава бетона, дисперсности песка и других факторов на воздухосодержание (газообразование) в бетонных смесях ............. 190
Исследование пористости и структуры пор в затвердевшем бетоне ..................... 206
Выводы ...................... 216
6. ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫШЕ РАБОТЫ
6.1. Строительство, испытание и обследование опытных
участков ...........;....,....... 219
6.2, Экономическая эффективность применения добавок
ПАВ и кремнийорганических полимеров в дорожном бетоне и
внедрение работ .і..;......,.... ..... 230
Выводы .....................,. 239
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ .................... 241
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......... 247
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг и на период до 1990 г, принятыми на ХХУІ съезде КПСС, предусмотрено ускоренное развитие опорной сети магистральных автомобильных дорог, расширение строительства автомобильных дорог в сельской местности, улучшение качества строительства и эксплуатации, В связи с возрастающими обьенами развития дорожного строительства, вопрос повышения долговечности бетонных покрытий приобретает важное значение.
Бетон в покрытии дорог и аэродромов в процессе эксплуатации подвергается воздействию подвижных нагрузок и внешней агрессивной среды. Очень суровым видом воздействия внешней среды на бетон, характерным для большинства районов СССР, является циклическое замораживание и оттаивание в присутствии хлористых солей, применяемых для удаления гололеда. Совместное действие механических и температурных факторов в сочетании с химической агрессией при использовании солей-антиобледенителей приводит к ускоренной деструкции бетона и преждевременной потере покрытием эксплуатационных качеств. Придание необходимой стойкости бетону, гарантирующей сохранение эксплуатационных свойств конструкции в течение нормативных межремонтных сроков, представляет собой важную народнохозяйственную задачу. Это обусловлено также тем, что при ремонте дорожных покрытий возникают большие потери, вследствие нарушения нормальных условий движения на дороге.
Морозостойкие бетонные покрытия могут быть получены только в том случае, если для их устройства будет применен бетон соответственно высокой и гарантированной морозостойкости. Од-
ним из наиболее эффективных способов повышения стойкости (долговечности) бетона является регулирование его структуры в период ее формирования с помощью добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ), вводимых в бетонные смеси в малых дозах.
Вопросы повышения долговечности бетонных покрытий и конструкций путем увеличения морозостойкости бетона, в том числе с применением добавок ПАВ, рассмотрены в последние годы в работах С.В.Шестоперова, Г.И.Горчакова, Ф.М.Иванова, О.В.Кунцевича, В.М.Москвина, Н.А.Мощанского, С.Н.Алексеева, А.Н.Защепина, В.В.Стольникова, И.М.Грушко, Б.Д.Тринкера, М.И.Хигеровича, а также в других работах отечественных и зарубежных исследователей. Однако, проблему придания высокой морозостойкости дорожному бетону нельзя считать полностью решенной, поскольку в выполненных работах в основном изучалась морозостойкость бетона при его замораживании и насыщении пресной водой и лишь в отдельных случаях морской водой. Применительно к дорожному бетону в Союз-дорнии были выполнены исследования по повышению морозостойкости с применением добавок ССЖ, СНВ и комплексными добавками СДБ+СНВ С.В.Шестоперовым, А.Н.Защепиным, А.М.Шейниным, Э.Р.Пинусом.
Однако, опыт применения воздухововлекающих добавок в дорожном строительстве показал, что они не гарантируют длительную работу (сохранность) бетона при одновременном воздействии многократного замораживания и солей антиобледенителей. Это и обусловило постановку диссертационной работы, которая посвящена исследованию длительной стойкости (долговечности) дорожного бетона с добавками ПАВ и кремнийорганических соединений при замораживании в растворах хлористых солей в покрытиях, устраиваемых по рельсовой технологии.
Практической целью работы являлось создание бетонных покрытий гарантированной стойкости за счет применения бетонов высокой морозостойкости, способных длительное время сопротивляться агрессивному воздействию хлористых солей и мороза без ухудшения своих строительно-технических свойств и разработка оптимальных составов таких бетонов по воздухосодержанию (газообразованию) для различных климатических районов страны.
Создание морозо- и солестойких бетонов обусловливается также продолжающимися случаями существенных повреждений поверхности бетона на многих дорогах /36/, В свете выдвигаемых партией задач по повышению качества работ,разработка способов повышения морозостойкости бетонных покрытий представляет важную задачу и является одним из звеньев в общей цепи мероприятий, осуществляемых в народном хозяйстве СССР по повышению качества строительства.
На основании теоретических предпосылок о механизме разрушения бетона при замораживании и насыщении растворами солей и проведенными исследованиями в лабораторных и природных условиях доказана возможность значительного - в несколько раз (минимум в 5 раз) повышения стойкости (долговечности) дорожного бетона при изменении его структуры добавками ПАВ-СНВ; мылонафта, асидолмылонафта и кремнийорганических соединений - ГКЖ-10, ГКЖ-П и ГКЖ-94.
Установлено, что основным фактором, определяющим долговечность бетона при воздействии хлористых солей и мороза является объем вовлеченного воздуха (выделенного газа) в бетон с учетом особенностей микроструктурообразованных при этом пор. Найдено, что оптимальными, с точки зрения морозостойкости, являются дорожные бетоны с содержанием вовлеченного воздуха 5-7% и выде-
ленного газа 2,5-3$. При меньшем содержании вовлеченного воздуха (выделенного газа) не достигается требуемая стойкость бетона, а при большем воздухосодержаний значительно снижается прочность бетона без заметного повышения морозостойкости.
Исследованиями стойкости бетона в позднем возрасте установлено, что защитная роль вовлеченного воздуха (выделенного газа) и его способность придавать бетонам высокую степень неповреждаемости морозом и солями антиобледенителями носит не временный, а постоянный характер и не исчезает с увеличением возраста бетона.
Исследования стойкости бетона на различных заполнителях показали, что при прочих равных условиях стойкость бетона на известняковом щебне при замораживании в растворах хлористых солей ниже, чем бетона на гранитном щебне. Для получения стойкого бетона на заполнителе из карбонатных пород количество вовлеченного воздуха в нем должно быть увеличено на 2С$ и составлять 7-8^.
Выявлено, что разные добавки обладают разной способностью вовлекать воздух и образуют разную структуру порового пространства. Наиболее благоприятную, с точки зрения плотности - водонепроницаемости структуру образуют гидрофобизующие добавки: Мн, ГКЖ-Ю, ГКЖ-П и ГКЖ-94.
Установлено, что объем вовлеченного в бетон воздуха,кроме вида и количества добавки^зависит от большого числа факторов, а именно: состава бетона, консистенции бетонной смеси, гранулометрического состава песка, конструкции смесителя, способа уплотнения, продолжительности перемешивания и вибрирования, и при одной и той же дозировке добавки может изменяться в больших пределах. Показано, что газообразование в бетонных смесях за-
висит только от состава бетона, количества добавки, способа уплотнения.
Исследования характера пористости показали, что образующиеся в бетоне при введении воздухововлекающих и газообразующих добавок воздушные и газовые поры являются условно-замкнутыми и не заполняются водой при атмосферном давлении.
Установлено, что структура порового пространства бетона неодинакова по высоте образца и в существенной степени зависит от способа уплотнения. При поверхностном вибрировании объем условно-замкнутых воздушных пор в верхней части образца больше, чем в нижней, и меньше, чем в средней части. При глубинном вибрировании объем условно-замкнутых воздушных пор в верхней части почти в два раза меньше, чем в нижней части.
Исследования прочности бетона показали, что бетоны, обладающие повышенной стойкостью к действию попеременного замораживания и солей антиобледенителей с воздухововлекающими добавками с содержанием вовлеченного воздуха 5-7% имеют прочность на сжатие на 15-23$, на изгиб на 10-19$ меньшую, чем бетоны без добавок. Установлено, что бетоны, обладающие повышенной стойкостью к действию попеременного замораживания и солей антиобледенителей с газообразующей добавкой ГКЖ-94 с содержанием газа 2,5-3$ имеют прочность на сжатие на 5-10$, на изгиб на 0-0$ меньшую, чем бетоны без добавок. Показано, что с увеличением возраста прочность бетона с воздухововлекающими добавками и без добавок несколько выравнивается, но незначительно.
Разработана методика испытания дорожного бетона, позволяющая оценивать стойкость бетона при замораживании в растворах хлористых солей.
С учетом возможного увеличения срока службы бетонного покрытия за счет повышения его стойкости в условиях совместного действия растворов хлористых солей и мороза экономический эффект от введения добавок может составить от 1,95 до 5,15 тыс.руб. на I км покрытия.
Результаты исследований были использованы при разработке нормативно-инструктивных документов: ГОСТ 8424-72 "Бетон дорожный", ГОСТ 10060-76 "Бетоны. Методы определения морозостойкости", Инструкции по строительству цементобетонних покрытий автомобильных дорог ВСН 139-80 и внедрены в производство.
Работа выполнена в отделе цементобетонних покрытий Союз-дорнии по тематическому плану основных научно-исследовательских работ под руководством канд.техн.наук А.Н.Защепина. Исследования автора позволили развить работы применительно к другим технологиям строительства.
