Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. Состояние вопроса по технологии изготовления, составов
и свойств дорожных изделий на основе мелкозернистых
(песчаных) бетонов Ю
1.1.История вопроса по изготовлению изделий на основе
мелкозернистых бетонов с микронаполнителями 11
1.2. Составы и свойства песчаных бетонов и методы их получения 14
Вопросы гранулометрии мелкозернистого бетона 16
Исследование физико-механических характеристик мелкозернистого бетона 19
1.2.3. Морозостойкость мелкозернистого бетона 20
1.3.Интенсивные технологии уплотнения мелкозернистых песчаных
бетонов 21
1 АПостановка задачи исследований вопросов напряжённо-деформированного состояния при силовых методах уплотнения, оптимизации составов при использовании песков с низким модулем
крупности 25
Выводы по главе I, постановка задач исследования 28
ГЛАВА II. Методика экспериментальных исследований при изучении
основных технических свойств мелкозернистых бетонов 30
2.1.Материалы, применяемые для экспериментальных исследований.
2.2.Методы исследований, приборы и оборудование 33
2.3.Методика оценки размеров кристаллитов зёрен измельчённого
песка рентгенофазовым анализом 45
2.4.Методика определения площади удельной поверхности 47
2.5.Методика оценки размеров частиц растровой электронной микроскопией, динамическим светорассеиванием, просвечивающей
микроскопией 48
Выводы по главе II 52
ГЛАВА III. Разработка теоретических основ при создании технологии
уплотнения бетонных смесей 53
3.1.Методы теории подобия при решении задачи взаимодействия слоя упруго-пластичной бетонной смеси при вибропрессовании.
3.2.Напряжённо-деформированное состояние в слое бетонной смеси
при роликовом формовании 59
3.3.Теоретические положения и особенности метода конечных
элементов 60
Выбор физической модели 61
Расчётная схема 62
3.4. Аналитические исследования напряжённо-деформированного
состояния бетонной смеси при роликовом уплотнении 79
Выводы по главе III 82
ГЛАВА IV. Технология измельчения песка при использовании
различных помольных механизмов 83
4.1.Особенности микронаполнителей, полученных помолом кварцевого песка в мельницах различных типов.
4.2.Новый энергоэффективный способ измельчения 88
4.3 .Качественный рентгенофазовый анализ размеров кристаллитов
измельчённого песка 91
4.4,Определение насыпной плотности и удельной площади
поверхности 94
4.5.Растровая микроскопия (РЭМ) порошка и оценка размеров частиц. 96 4.6.Проведение измерений динамического светорассеяния (ДСР) суспензий после УЗ-обработки различной продолжительности,
построение распределения частиц по размерам 102
4.6.1 .Исследование электрокинетического потенциала частиц 104
4.7. Просвечивающая микроскопия (ПЭМ] порошка и оценка размеров
частиц 105
Выводы по главе IV 106
ГЛАВА V. Особенности составов и методов уплотнения бетонной
смеси 108
5.1 Физическая модель расположения минеральных наполнителей в бетонной матрице.
5.2.Получение максимальной плотности упаковки минерального скелета песчаного бетона из песка и цемента различной крупности с
заменой части цемента микронаполнителем Ш
5.3 .Исследование составов с заменой части цемента
микронаполнителями в бетоне и установление взаимосвязи
«плотность упаковки минерального скелета — физико-механические
свойства» 122
5.4.Особенности макроструктуры песчаного бетона с максимальной
плотностью упаковки минерального скелета 132
5.5.Изучение свойств песчаного бетона с улучшенной гранулометрией на основе речного мелкого песка, цемента заводского помола при
уплотнении стандартной вибрацией 139
5.6.Свойства бетона с улучшенной гранулометрией состава при
уплотнении вибропрессованием 145
5.7.0собенности свойств бетона на основе цемента и речного мелкого
песка при роликовом уплотнении 161
Выводы по главе V 163
ГЛАВА VI. Практическое применение результатов исследований и их
технико-экономическая эффективность 166
6.1.Производственный эксперимент на технологической линии
формования тротуарных плит.
6.2 Технологический регламент на производство тротуарных плит с
использованием микронаполнителей 172
6.3. Расчёт экономической эффективности при использовании
результатов исследования 186
Выводы по главе VI 190
Общие выводы по работе 191
Список литературы 193
Приложение 215
Введение к работе
Актуальность работы. Бетон по-прежнему остаётся основным
материалом строительства, потому дальнейший научно-технический прогресс является необходимым.
Анализ материалов Геологического фонда России показал, что на европейской территории страны (кроме Карелии, Архангельской, Мурманской, Воронежской областей) практически отсутствуют сколько-нибудь значительные запасы камня изверженных пород. Принимая во внимание, что дальность доставки щебня по стране составляет 300-400 км, а цена достигает от 15 до 40 руб./м3 (по ценам до 1990г.) [21,23,191] при ежегодном расходе щебня в количестве более 100 млн. м3 [113,231,] его высокая стоимость делает тяжёлый бетон всё менее экономичным. По данным Федерального агентства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству в России производится порядка 80 млн. м3 бетона в год, а использование местных песков вместо крупного заполнителя позволяет на 20-30% снизить стоимость железобетонных конструкций [120].
Последние четыре-пять десятилетий, наряду с обычным тяжёлым бетоном, широко используется мелкозернистый бетон и основной из них -песчаный.
Эти бетоны применяют для широкой номенклатуры конструкций и изделий из бетона и железобетона. Мелкозернистый бетон используется в жилищном, промышленном, дорожном, гидротехническом строительстве. Практика показала, что в ряде случаев мелкозернистые бетоны являются наиболее экономичными. Мелкозернистая и однородная структура песчаного бетона обусловливает некоторые, особенности его свойств. В частности, мелкозернистый бетон, по сравнению с обычным тяжёлым, на плотном и прочном заполнителе отличается более высоким отношением прочности при изгибе к прочности при сжатии, повышенной призменной прочностью,
хорошей долговечностью, малой водонепроницаемостью, достаточной трещиностойкостью. К положительным критериям можно так же отнести удобную транспортабельность по бетоноводам, высокую механизацию работ по укладке бетонных смесей и получение гладкой поверхности готовых изделий [136].
В песчаном бетоне в качестве заполнителя применяется кварцевый песок, доступный по цене, однако ему присущ существенный недостаток, заключающийся в значительной пустотности скелета, а отсюда в большем расходе цемента. Резервом повышения экономической эффективности конструкций и изделий из мелкозернистого бетона является уменьшение расхода цемента на 1 м3 песчано-бетонной смеси. Этот недостаток исключается при замене значительной части цемента кварцесодержащим микронаполнителем.
Цель работы состоит в исследовании силовых методов уплотнения мелкозернистых смесей с полидисперсным микронаполнителем для повышения плотности мелкозернистых бетонов и улучшения физико-механических свойств дорожных изделий, в том числе на мелких песках. Научная новизна работы:
определен характер взаимодействия пригруза с виброплощадкой и упруго-вязкой бетонной смесью методами теории подобия и механики сплошной среды, и установлено, что преобладающее влияние на процесс уплотнения оказывают величина пригруза и тиксотропные явления;
определена аналитическими методами высокая однородность напряжённо-деформированного состояния бетонной смеси по высоте слоя, отформованного вибропрессованием, при условии противофазного режима работы пригруз-виброорган;
выполнен расчёт напряжённо-деформированного состояния в слое бетонной смеси методом конечных элементов, который показал существенные изменения напряжений по толщине слоя при роликовом уплотнении;
уточнена физическая модель рациональной упаковки компонентов бетонной смеси для получения наиболее плотного минерального скелета;
установлена взаимосвязь между плотностью упаковки минерального скелета и физико-механическими характеристиками бетона, отформованного силовыми методами;
впервые получены количественные характеристики по влиянию полидисперсных наполнителей на свойства мелкозернистых бетонов при вибропрессовании.
Практическое значение работы состоит в следующем:
- уточнены рациональные параметры второго этапа двухстадииного
уплотнения мелкозернистых бетонных смесей с микронаполнителями с
использованием на второй стадии частоты 50 Гц, ускорения 5g и давления
пригруза до 0,5 МПа;
разработан состав мелкозернистого бетона с микронаполнителями и технология его изготовления, которая обеспечивает высокие физико-технические характеристики с экономией вяжущего;
достигнута максимальная плотность упаковки минерального скелета в бетоне, отформованного вибропрессованием, равная 81,1%, что превышает значения показателей плотности по сравнению другими способами формования;
получены максимальные физико-технические характеристики бетона при вибропрессовании, которое обеспечило повышение прочностных характеристик в 1,5 раза и марки по морозостойкости до F300;
разработан технологический регламент по производству дорожных изделий из мелкозернистых бетонов.
Внедрение и реализация.
Результаты исследований, проведённых в работе, внедрены на опытно-
экспериментальной базе «Экспострой» предприятия НИПТИ
«Стройиндустрия». Экономический эффект составил 777 руб. 50 коп. на 1м3
бетонной смеси и годовой -16,327,500 руб.
Автор защищает:
положение о том, что для уплотнения песчаных бетонов с микронаполнителем следует применять силовые методы, а именно вибропрессование и роликовый прокат;
результаты исследований по уплотнению бетонной смеси при использовании силовых методов с изучением напряжённо-деформированного состояния бетонной смеси;
предложенную гипотезу по рациональному гранулометрическому составу минеральной части микронаполнителя при соотношении объёмов мелкой и крупной фракции 3/7 - 3/8, с размером частиц мелкой фракции в 8-10 раз меньшим, чем крупной;
высокую эффективность и однородность уплотнения при вибропрессовании пригрузом до 0,5 МПа с обеспечением высоких физико-механических свойств мелкозернистых бетонов.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференция «Строительное материаловедение - теория и практика» (Москва, 2006г.), IX Международной научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2008г.), V Международной конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (г.Волгоград, 2009 г.), на Республиканском конкурсе «Пятьдесят лучших инновационных идей для Республики Татарстан» (г.Казань, 2009г.), Symposium on Recent Advances in
Mechanics dedicated to the Late Academician (Athens, Greece, 2009), на конференции «Наука МИИТа-транспорту-2010» (Москва, 2010г.).
Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах, в т.ч. 2 статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК РФ для кандидатских диссертаций, и получено положительное решение по заявке на патент.
Объём работы. Диссертация содержит 216 страниц машинописного текста, 68 рисунков, 41 таблицу и состоит из введения, 6 глав, списка литературы из 232 наименований.