Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 12
1.1. Состояние и перспективы развития дорожной сети России 12
1.2. Состояние вопроса по типам дорожных одежд и конструктивно-технологическим особенностям дорожных покрытий в России и зарубежных странах 14
1.3. Эксплуатационные воздействия на бетоны в цементобе-тонных покрытиях и пути повышения их эксплуатационной стойкости 19
1.4. Цель и задачи исследования 35
ГЛАВА 2. Материалы, использованные в работе. методики исследований 37
2.1. Материалы, использованные в работе. 37
2.2. Методики исследований 39
2.2.1. Методики исследования свойств исходных материалов и бетона 39
2.2.2. Математическое планирование эксперимента 41
ГЛАВА 3. Создание высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 45
3.1. Обоснование способа создания высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоми- неральной добавкой 45
3.2. Проектирование состава высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 54
3.2.1. Математическое моделирование высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой с помощью метода математического планирования эксперимента 59
3.2.2. Графическая интерпретация и анализ зависимостей «состав — свойства» по полученной модели 65
3.3. Исследование прочностных и деформативных свойств высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 77
ГЛАВА 4. Исследование эксплуатационных свойств высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 95
4.1. Особенности работы высококачественного мелкозернистого бетона с органоминеральной добавкой в условиях эксплуатации дорожных покрытий 95
4.2. Исследование структуры высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 103
4.3. Исследование водопоглощения и проницаемости высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 119
4.4. Исследование долговечности высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой. 123
4.4.1. Исследование морозостойкости высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 123
4.4.2. Исследование стойкости высококачественного мелко-зернистого бетона для дорожных покрытий с органомине ральной добавкой при попеременном увлажнении и высуши
вании (атмосферостойкость) 137
4.4.3. Исследование износостойкости высококачественного
мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоми
неральной добавкой 144
ГЛАВА 5. Практические результаты работы 150
5.1. Рекомендации по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой 150»
5.2. Экономическая эффективность применения высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой? 153
5.2; 1. Расчёт экономической эффективности применения высококачественного мелкозернистого бетона с органомине ральной добавкой с учётом долговечности. 155
5.2.2. Годовой экономический эффект от применения высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покры тий с органоминеральной добавкой 156
Общие выводы. 157
Приложение. 160
Описок использованной литературы... 162
- Эксплуатационные воздействия на бетоны в цементобе-тонных покрытиях и пути повышения их эксплуатационной стойкости
- Обоснование способа создания высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоми- неральной добавкой
- Особенности работы высококачественного мелкозернистого бетона с органоминеральной добавкой в условиях эксплуатации дорожных покрытий
- Рекомендации по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой
Введение к работе
В настоящее время главным недостатком существующей дорожной сети России является малая плотность дорог с твёрдым покрытием, по которым возможен проезд в течение всего года. Более трети дорог с твёрдым покрытием не соответствует техническим нормам интенсивности движения и нагрузки современных транспортных средств, что создаёт аварийные ситуации, приводящие к потерям при перевозках, снижению скорости движущегося транспорта. В целом, за год общая сумма потерь и упущенной выгоды, связанных с недостаточной развитостью дорожной сети и её техническими состоянием оценивается в 450-500 млрд рублей.
В современных условиях возрастающим требованиям движения в наибольшей степени отвечают жёсткие дорожные одежды с цементобе-тонным покрытием из мелкозернистого бетона (МЗБ).
И не случайно, в Европейских странах протяжённость дорог с монолитным цементобетонным покрытием составляет примерно 50 % от общей протяжённости дорожной сети, а в США — примерно 60 %. В то время, как в России они не находят широкого применения.
Одной из причин такого положения является недостаточная эксплуатационная стойкость применяемого для этих целей МЗБ.
За рубежом, начиная с 1986 г., в мировой строительной практике наметилось широкое применение бетона, получившего название High Performance Concrete (НРС), который на русском языке пока не получил адекватного названия и в ряде случаев называется как «высококачественный бетон».
Появление бетона НРС вызвано стремлением устранить выявившуюся в ряде случаев недостаточную эксплуатационную стойкость зданий и сооружений, в том числе и транспортных, из бетона и железобето-
на.
В настоящее время, концепция высококачественных бетонов нового поколения базируется на следующих положениях:
а) доступная технология производства бетонных смесей и бетонов
с широким диапазоном свойств, основанная на использовании сложив
шейся производственной базы и традиционных материалов;
б) высокие физико-технические характеристики бетонов - класс
по прочности до В80, низкая проницаемость для воды (W12... W20) и га
зов, низкая усадка и ползучесть, повышенная коррозионная стойкость и
долговечность.
Реализация концепции высококачественных бетонов оказалась возможной, прежде всего, благодаря комплексному применению суперпластификаторов и микрокремнезёма. Оптимальное сочетание указанных добавок - модификаторов, а, при необходимости, совмещение с ними в небольших количествах и других органических и минеральных материалов позволяет управлять реологическими свойствами бетонных смесей и модифицировать структуру цементного камня на микроуровне так, чтобы придать бетону высокую эксплуатационную стойкость.
Экономический эффект разработки и использования высококачественных бетонов определяется снижением материалоемкости, уменьшением энерго- и трудозатрат, в том числе за счёт использования техногенных отходов, значительным увеличением долговечности, и, как следствие, увеличением срока межремонтной эксплуатации и снижением эксплуатационных расходов, связанных с функционированием зданий и сооружений и с проведением ремонтных работ, что стало возможным благодаря обеспечению высоких, ранее недостижимых показателей эксплуатационной стойкости бетона.
Анализ исследований в этом направлении показал, что они, в основном, проводились на обычных тяжёлых бетонах и значительно
7 меньше на МЗБ и не затрагивали дорожные бетоны.
Анализ исследований в этом направлении показал также, что одним из путей создания высококачественного МЗБ для дорожных покрытий является его модифицирование органоминеральной добавкой, состоящей из модификатора МБ 10-01 и золы-уноса. Это является особенностью данной работы.
Предполагается, что органоминеральная добавка будет способствовать уплотнению структуры и связыванию гидроксида кальция в во-донерастворимые соединения и одновременно выполнять роль тонкодисперсного компонента, активно влияющего на все основные процессы формирования структуры МЗБ. Кроме того, комбинирование минеральных компонентов добавки (микрокремнезёма, входящего в состав модификатора МБ 10-01 и золы-уноса) должно повысить их реакционную и структурообразующую способность.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является создание высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
обосновать возможность создания высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с использованием органоминеральной добавки;
оптимизировать компонентные и количественные составы органоминеральной добавки;
разработать оптимальные составы высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
исследовать основные физико-механические и эксплуатационные свойства высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
разработать рекомендации по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
произвести производственное опробование результатов исследования;
осуществить расчёт технико-экономической эффективности применения высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой.
Научная новизна работы:
обоснована возможность создания высококачественного МЗБ для дорожных покрытий за счёт введения органоминеральной добавки, состоящей из модификатора МБ 10 - 01 и золы - уноса, способствующей снижению капиллярной пористости, повышению плотности, получению стабильных новообразований в виде низкоосновных гидросиликатов кальция, а также упрочнению контактной зоны между цементным камнем и заполнителем;
с помощью метода математического планирования эксперимента получены 4-х факторные модели, которые необходимы для оптимизации составов органоминеральной добавки, состоящей из модификатора МБ 10-01 и золы - уноса;
установлены зависимости основных технологических и физико-механических свойств (удобоукладываемость, прочность на сжатие, растяжение при изгибе, раскалывание, модуль упругости, коэффициент использования цемента, деформации усадки) от состава органоминеральной добавки;
получены многофакторные зависимости эксплуатационных свойств (морозостойкость, водопоглощение, проницаемость, водостойкость, износостойкость) от состава высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
- с помощью рентгенофазового анализа микроструктуры разрабо
танного МЗБ установлено, что введение в состав МЗБ органоминераль
ной добавки способствует образованию зародышей кристаллогидратов,
при этом подавляется рост кристаллов Са(ОН)2, вследствие чего в
структуре цементного теста образуются длинноволокнистые гидроси
ликаты кальция, способствующие повышению прочности как на сжа
тие, так и на растяжение при изгибе, а также эксплуатационной стойко
сти разработанного МЗБ.
Практическая значимость работы:
разработана технология высококачественного МЗБ для дорожных покрытий, основанная на модификации его структуры органоминеральной добавкой, состоящей из модификатора МБ 10-01 и золы-уноса;
разработаны оптимальные составы высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой классов по прочности на растяжение при изгибе Btb 6,8...8,0 и В 70...80 по прочности на осевое сжатие; марок F 600...800 по морозостойкости и W16-W20 по водонепроницаемости на основе портландцемента марки 500 ДО-Н при использовании крупных песков;
разработана органоминеральная добавка, состоящая из модификатора МБ 10-01 и золы-уноса;
Внедрение результатов работы:
разработаны "Рекомендации по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой";
осуществлено производственное опробование высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой при устройстве дорожного покрытия автомобильной стоянки в г. Москве общей площадью 370 м .
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на первой, второй, третьей; пятой, седьмой и восьмой международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов "Строительство - формирование среды жизнедеятельности", проходящих в МГСУ в 1998-2005 гг.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.
На защиту выносятся:
обоснование возможности; создания высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
оптимальные компонентные и количественные составы органоминеральной добавки;
зависимости основных технологических и физико-механических свойств от состава органоминеральной добавки;
оптимальные составы высококачественного МЗБ с органоминеральной добавкой для дорожных покрытий различного назначения;
многофакторные зависимости эксплуатационных свойств от состава высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
технология приготовления и укладки бетонных смесей из высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой;
результаты производственного опробования высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 267 наименований и приложения. Она изложена на 187 страницах текста, набранного с использованием компьютерной техники, содержит 32 рисунка и 21 таблицы.
Работа выполнена на кафедре: «Технология вяжущих веществ и бетонов» Московского государственного строительного университета под руководством профессора, доктора технических наук А.В.Ферронской, которой автор глубоко признателен за постоянное руководство и большую помощь.
Автор выражает также благодарность коллективу кафедры ТВВиБ МГСУ за содействие и помощь при выполнении данной работы.
Эксплуатационные воздействия на бетоны в цементобе-тонных покрытиях и пути повышения их эксплуатационной стойкости
Прежде всего, необходимо отметить, что условия службы цементобетонных покрытий автомобильных дорог являются чрезвычайно тяжёлыми. Они испытывают сложный комплекс воздействий автомобильного транспорта и уборочных средств, а также окружающей среды;[37, 57,80,117,182,188,241].
Существенные воздействия на цементобетонные покрытия автомобильных дорог оказывают операции по содержанию этих покрытий с целью обеспечения бесперебойной и безопасной работы автотранспорта. Операции по содержанию дорожного покрытия зависят от времени года. Наиболее сложным во многих регионах России является зимнее содержание покрытий. Этому вопросу в литературе уделяется значительное внимание [55, 57,75-Л 19; 163; 241 и др.]. На это обращалось внимание и на прошедшем в 2002 г. Международном семинаре [159]:
Основные воздействия окружающей среды заключаются в чередующихся изменениях температуры и влажности цементобетонных покрытий.
Наиболее суровые воздействия бетоны дорожных покрытий испытывают зимой: Они включают:
- многократные, чередующиеся; замораживание и оттаивание в насыщенном состоянии; причём бетон может насыщаться как относительно чистой водой, так и растворами хлористых солей;
- многократное замерзание под слоем воды с образованием на поверхности бетона слоя льда;
- многократное оттаивание слоя льда на поверхности бетона с применением хлористых солей;
- многократное глубокое высушивание (вымораживание) бетона, насыщенного раствором хлористых солей.
Явления, возникающие в бетоне под воздействием многократного попеременного замораживания на воздухе и оттаивания в воде освещены в ряде работ [20,26,71,74, 85, 133,139,144, 145,200,245 и др:].
Особенно большое влияние оказывает образование на поверхности бетона слоя льда и действие солей оттаивания. При замерзании под елоем льда повышается степень водонасыщения бетона, особенно в поверхностном слое, соприкасающимся со льдом [20, 54, 74, 144]. Таяние льда при отрицательной температуре под действием хлористого натрия является эндотермическим процессом и характеризуется большими значениями скрытой теплоты плавления. В таких условиях под слоем тающего льда в поверхностном слое бетона происходит резкое понижение температуры. Это сопровождается значительным повышением степени льдистости поверхностного слоя бетона и температурными деформациями и напряжениями [20].
Отмечается также ускоренное разрушение бетона при замораживании в растворах электролитов, в частности хлоридов [26]. Существует мнение, что это происходит по причине интенсификации химической коррозии, связанной с повышением концентрации солей в растворе по мере вымораживания из него пресного льда [85]. В других работах это объясняется дополнительным воздействием сил осмотического давления, возникающих в таких условиях. Вследствие вымораживания пресного льда в порах образуются концентрированные солевые растворы, в которые через цементный камень диффундирует вода, повышая давление в этих порах [71].
В процессе разрушения бетона, насыщенного растворами хлоридов, при его замораживании важную роль играет гидравлическое давление, которое возникает, когда концентрация раствора составляет около 4% [8,73, 85,105, 200].
При высушивании бетонов, насыщенных растворами хлористых и других солей происходит кристаллизация этих солей в порах бетонов. Такое высушивание происходит как при положительных, так и при отрицательных температурах. Некоторые из этих солей при изменении влажности переходят из безводной формы в кристаллогидраты со значительным увеличением объёма. Такие превращения солей вызывают зна чительные дополнительные напряжения в бетоне. Имеются данные об отрицательном влиянии на прочность бетона концентрированного раствора NaCl, даже при кратковременном воздействии [73, 88].
В летний период при многократном увлажнении водой с последующим высушиванием происходит развитие усадочных деформаций и напряжений.
Может иметь место также вымывание из бетона растворимых соединений при обильном увлажнении мягкими (дождевой и талой) водами [57, 115].
Физическое и химическое влияние окружающей среды проявляется одновременно с механическими воздействиями транспорта и средств эксплуатации (истирание, вдавливание и удары) [37, 182, 241]. Характерная особенность работы цементобетонных покрытий заключается в том, что все воздействия воспринимаются, в первую очередь, поверхностным слоем [54, 145, 182]. При этом разрушение бетона происходит, в основном, в поверхностном слое. Такой вид разрушения называется шелушением. В начальный период разрушается поверхностный слой бетона путём отслоения толщиной 0,1-1 см. Затем происходит постепенное разрушение раствора в глубину. Крупный заполнитель оголяется и под влиянием динамических воздействий колёс автотранспорта выкрашивается из бетона [118, 155].
Специфической причиной разрушения цементных бетонов для дорожных покрытий является действие антигололёдных реагентов, применяемых при зимнем содержании автомобильных дорог. В таких случаях поверхностное разрушение дорожных цементных бетонов происходит значительно интенсивнее, чем при отсутствии таких воздействий [20].
Таким образом, бетоны в цементобетонных дорожных покрытиях в процессе эксплуатации подвергаются внешним воздействиям, которые в общем случае могут быть разделены на: механические, физические и физико-химические [37, 73, 182, 188, 241, 245].
Механические воздействия автомобильного транспорта вызывают в цементобетонном покрытии вертикальные и горизонтальные усилия. Под воздействием вертикальных нагрузок происходит изгиб, например, плит, лежащих на упругом основании, вызывающий появление в бетоне напряжений растяжения при изгибе [155]. Горизонтальные (касательные) усилия в покрытии возникают (особенно при торможении) при движении транспортных средств с переменной скоростью. Эти усилия вызывают напряжённое состояние, как правило, в поверхностных слоях покрытия и обуславливают дополнительный абразивный износ дорожного бетона [182, 241].
В соответствии с напряжённым состоянием к цементному бетону дорожных покрытий предъявляются требования по прочности на сжатие и растяжение при изгибе, которые изложены в СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги». Отметим, что для дорожного цементного бетона прочность на растяжение при изгибе имеет более важную роль [37, 77, 155,241 и др.].
Обоснование способа создания высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоми- неральной добавкой
Анализ работ по типам и устройству дорожных покрытий в России и зарубежных странах показал, что МЗБ по своей структуре и строительно - техническим свойствам являются эффективным материалом для строительства монолитных дорожных покрытий (Гл.1, п.1.2.). В то же время, в ряде случаев, имеет место преждевременное разрушение бетона (в т.ч. и МЗБ) в дорожных покрытиях (Гл.1, п. 1.3.) вследствие недостаточной эксплуатационной стойкости последнего, вызванной, в настоящее время, жёсткими условиями их эксплуатации.
Анализ работ по созданию МЗБ с повышенной эксплуатационной стойкостью для дорожных покрытий показывает, что для этого могут быть использованы различные способы [11, 47, 74, 107, 227, 236, 241, 243, и др.]. Главные из них:
- улучшение гранулометрического состава песка и снижение его пустотности;
- применение различных расширяющихся цементов;
- применение композиционных (смешанных) цементов;
- использование химических добавок;
- использование комплексных органоминеральных добавок.
Первый способ связан с обогащением песчаных смесей крупными
фракциями или исключением мелких фракций. Этот способ позволяет получить песчаную смесь с оптимальным гранулометрическим соста вом, и низкой пустотностью. При этом образуется плотная структура упаковки мелкого заполнителя и значительно снижается водоцементное отношение. За счёт правильного подбора состава песка либо специальной его переработки возможно получение МЗБ с повышенными эксплуатационными свойствами и одновременное снижение расхода цемента на 80... 140 кг/м3 [120, 129, 195 и др.].
Однако, данный способ требует перестройки заводов по производству дорожного МЗБ и установки нового оборудования, что не всегда возможно в условиях ограниченных финансовых и материальных ресурсов.
Второй способ - применение различных расширяющихся цементов. К ним относятся вяжущие, твердение которых сопровождается увеличением линейных и объёмных деформаций и уплотнением структуры бетона [34, 177, 197, 204, 210]. В конечном итоге получаются материалы с высокими эксплуатационными свойствами без дополнительной модификации структуры. Недостатком бетонов и растворов на расширяющихся цементах является их высокая стоимость, что ограничивает область их применения в дорожном строительстве [34].
Третьим способом является применение композиционных (смешанных) цементов. Под композиционным цементом понимается гидравлический цемент, состоящий из портландцемента и одного или более неорганических материалов, которые принимают участие в реакциях гидратации и тем самым способствуют образованию продукта гидратации [204]. Этими неорганическими материалами обычно являются минеральные добавки. Наиболее важными из них являются зола уноса (летучая зола), измельчённый гранулированный доменный шлак, природные пуццоланы и микрокремнезём (мелкодисперсная силикатная пыль) [25,52,66,69,91,204,249].
Одним из распространенных видов минеральных добавок являет ся зола-уноса ТЭЦ. Ежегодный выход золы в мире в настоящее время превышает 400 млн тонн. Большинство развитых стран мира использует от 55 до 90% от этого выхода, в том числе в строительстве от 35 до 70% [52, 156 и др.]. Частичное использование золы - уноса в бетоне в Японии начато с 1913 г., а в США - с 30-х годов. В настоящее время, зола успешно применяется в России, США, Канаде, Японии и ряде европейских стран для получения экономичного бетона, снижения тепловыделения при гидратации цемента при возведении крупных сооружений, получения высококачественных и долговечных бетонов [51, 60, 72, 83, 94, НО, 215], в том числе с прочностью до 60 МПа и выше, для получения заполнителей и т.д. Прогнозы показывают, что в ближайшем будущем будет использоваться более 20% запасов зол в технологии цемента и бетона [124,212].
Таким образом, применение золы-уноса ТЭЦ в технологии бетона, вообще, и в дорожном строительстве, в частности, является перспективным с точки зрения получения высококачественного МЗБ для дорожных покрытий. В связи с этим в данной работе также рассматривается вопрос о возможности использования золы - уноса ТЭЦ при создании высококачественного МЗБ для дорожных покрытий.
Четвёртым способом получения бетонов с повышенной эксплуатационной стойкостью и, в частности, МЗБ для дорожных покрытий, является, бесспорно, применение различных химических добавок, которые существенно влияют на физико-химические процессы твердения вяжущих и в результате - на технологические свойства бетонных смесей и физико-технические свойства создаваемого бетона.
Применение химических добавок в технологии бетона начато еще в 40-х годах. В настоящее время они широко используются во всех странах. Без преувеличения можно сказать, что химические добавки являются пятым составляющим бетонной смеси и бетона. По данным [21, 140], объем бетона выпускаемого с добавками от общего выпуска составляет в США и Японии - 80, Австрии - 70, ФРГ - 60, бывшем СССР - 40, а в Италии - 25 процентов. В настоящее время химизация стала одним из направлений развития технологии бетона. Теоретические основы применения химических добавок в технологии бетона в России базируются на фундаментальных исследованиях в области физико-химических поверхностных явлений и контактных взаимодействий в дисперсных системах, заложенных еще в трудах П.А.Ребиндера и его школы [171].
По своей природе и по основному эффекту химические добавки делятся на группы или классы [13, 70, 69, 140]. Но наиболее распространенными и эффективными модификаторами свойств дорожной бетонной смеси и бетона, а также его структуры являются пластификаторы и суперпластификаторы (СП), которые обладают поверхностно-активными свойствами. Универсальность этих добавок, по мнению [69] заключается в том, что их влияние проявляется на всех этапах технологии цементных композиций и вызывает серьёзные изменения в долговременном периоде формирования комплекса их свойств. К настоящему времени накоплен огромный опыт применения таких добавок в технологии бетона.
Особенно, следует остановиться на пятом способе получения высококачественных МЗБ для дорожных покрытий - использовании комплексных органоминеральных добавок.
Особенности работы высококачественного мелкозернистого бетона с органоминеральной добавкой в условиях эксплуатации дорожных покрытий
В Гл. 3 были созданы МЗБ высокой прочности и деформативности для дорожных покрытий (см. Гл.З, табл. 3.5) за счёт модифицирования МЗБ органоминеральной добавкой. Прочностные и деформативные свойства указывают на возможность их широкого применения в транспортном строительстве, в т.ч. и для дорожных покрытий. Однако, эти свойства являются необходимыми, но недостаточными, чтобы применять разработанные бетоны для указанных целей. Важным является и то, чтобы разработанные бетоны имели высокие эксплуатационные свойства, т.е. долговечность, в специфических условиях эксплуатации дорожных покрытий.
Поэтому большое место в работе уделено исследованиям основных эксплуатационных свойств разработанных бетонов с учётом особенности их работы в дорожных покрытиях.
Особенности работы высококачественного мелкозернистого бетона с органоминеральной добавкой в условиях эксплуатации дорожных покрытий
Одной из важнейших проблем строительного материаловедения является долговечность ИСК, в том числе и бетона.
Под долговечностью строительных изделий и конструкций, в т.ч. и дорожных, понимают их способность в реальных эксплуатационных условиях сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт [139, 245].
Общее выражение долговечности бетона было дано ещё в работе [139]. При этом под долговечностью D понимается длительность сохранения материалом его исходной прочности (или какой-то заданной её доли):
Анализ указанной зависимости показывает, что увеличение долговечности бетона при данном факторе агрессивности связано с увеличением фактора стойкости, являющегося в общем случае функцией структуры и свойств бетона. Как правило, долговечность бетона, эксплуатируемого в средней полосе России оценивается по морозостойкости. Вот почему многочисленные работы учёных нашей страны и за рубежом посвящены изучению морозостойкости бетонов различной природы и структуры [8, 10, 13, 70, 71, 72, 102, 113, 133, 139, 164, 200, 201, 246 и др.] Известно, что качественные показатели готовой продукции, приобретаемые в результате технологической переработки сырья, служат исходными характеристиками, претерпевающими последующие измене 97
ния в эксплуатационный период до критического размера. И чем прогрессивнее была технология при переработке сырья, тем выше, как правило, становятся и исходные качественные показатели ко времени передачи продукции в эксплуатацию. От этого момента времени начинается отсчет периода, именуемого долговечностью [181]. Свойство долговечности относится к комплексной характеристике качества искусственных строительных конгломератов (ИСК) и выражается в их способности сопротивляться сложному воздействию внешних и внутренних факторов, проявляющихся в эксплуатационный период работы изделия или конструкции. О долговечности судят по продолжительности изменения до критических размеров главных или ключевого свойства данного изделия или конструкции. С этой целью по образцам, отобранным из конструкции для испытания в лабораторных условиях или адеструктивными методами, определяют показатели свойств, устанавливают величины отклонений числовых значений свойств от первоначальных. Получаемые результаты сравнивают с предельно допустимой величиной их изменения.
Периодически производимая оценка изменения качества не является, однако, безупречной. Первичной характеристикой материала является не качество, а его структура и размеры ее изменения, особенно по сравнению с первоначальной - оптимальной, зафиксированной в пре-дэксплуатационный период. Поэтому в общей теории ИСК под долговечностью понимают способность материала в течение определенного времени сохранять на допустимом уровне структурные параметры, сложившиеся в технологический период. Если они соответствуют параметрам оптимальной структуры, то устанавливается взаимосвязь между структурными параметрами и экстремальными показателями свойств (закон створа) [180]. И тогда оценка долговечности ИСК по изменению структуры с помощью стереологических методов становится адекватной измерению изменений качественных показателей с помощью физико-механических и физико-химических испытаний. Учитывая, что проще и доступнее определять качественные показатели, чем структурные параметры, целесообразно к ним переходить, когда имеется оптимальная структура: Это положение использовано при исследовании долговечности разработанных МЗБ для дорожных покрытий. Полезно время от времени сверять результаты измерения качества с изменениями в оптимальной структуре. Независимо от способа оценки - по изменению свойств или по отклонению структурных параметров от оптимальных -полный период долговечности начинается: от момента вступления материала к выполнению своих функций в конструкции до предельно допустимого (критического) уровня соответствующего изменения свойств или структуры.
Рекомендации по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой
Результаты, полученные в работе, позволяют наметить ряд практических рекомендаций по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органомине-ральной добавкой.
5.1. Рекомендации по приготовлению и укладке бетонных смесей из высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой
I. Общие положения
1. Настоящие рекомендации распространяются на приготовление и укладку бетонных смесей из высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой.
2. Под высококачественным МЗБ с органоминеральной добавкой подразумевается цементный бетон с повышенными эксплуатационными свойствами и предельной крупностью заполнителя 10 мм.
II. Требования к высококачественному МЗБ для дорожных покры тий с органоминеральной добавкой
1. Составы высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой подбираются обычными методами в соответствии с особенностями той или иной технологии устройства монолитного цементобетонного покрытия.
2. Следует придерживаться принятого в действующих стандартах ограничения водоцементного отношения, которое не должно превышать 0,40. Кроме того, целесообразно, в случаях когда это представляется возможным снижать это отношение.
3. Подвижность бетонной смеси, необходимая для надёжного уплотнения, должна достигаться при умеренных расходах воды с
обязательным применением высокоэффективных комплексных добавок, позволяющих снизить водопотребность смеси.
4. Нельзя допускать применения заполнителей, при которых водопотребность бетонной смеси получается выше величин, вытекающих из указанных условий.
III. Требования к материалам для производства высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой
1. В качестве вяжущего рекомендуется применять клинкерные портландцемента без каких-либо минеральных добавок, кроме гипса, содержащие умеренное количество трёхкальциевого алюмината до 7-8 %. Марка указанных цементов должна быть не ниже "400" (по ГОСТ 310.4-81 и ГОСТ 10178-85).
2. В качестве заполнителя рекомендуется применять кварцевые чистые классифицированные пески, имеющие хороший зерновой состав, относящиеся по крупности к средним и крупным (ГОСТ 26633-91, ГОСТ 10268-80).
Применение песков, не удовлетворяющих этим требованиям, следует запретить. Необходимо иметь ввиду, что снижение качества песка, в частности, высокое содержание мелких фракций и пылевидных примесей, оказывает на стойкость бетона значительно большее отрицательное действие, чем на прочность.
3. Для обеспечения долговечности дорожных покрытий рекомен дуется применять комплексный модификатор бетона МБ 10-01 (моди фикатор МБ 10-01), который представляет собой порошкообразный про дукт на органо-минеральной основе, содержащий в своём составе мик рокремнезём конденсированный (ТУ 5743-048-02495332-96) и суперпла стификатор С-3 (ТУ 6-35-020-4229-625-90 ). Насыпная плотность порошка 0,7-0,8 т/и3, средний размер гранул в порошке - в пределах 0,5 мм, относительная влажность - в пределах
Модификатор МБ 10-01 поставляется в мягких контейнерах типа МКР ("Биг-Бэги"), многослойных бумажных мешках или насыпью в крытых железнодорожных вагонах, приспособленных для перевозки цемента.
Применение модификатора МБ 10-01 не требует дополнительного использования суперпластификатора С-3, как в случае применения микрокремнезёма в обычном виде, и соответственно, исключает необходимость в специальном оборудовании и отдельных технологических линиях по хранению, подаче и дозированию химических добавок. Поэтому производство бетонов с применением модификатора МБ 10-01 существенно упрощается, т.к. может осуществляться в силосах, транспортирование к расходным бункерам - пневмотранспортом, дозирование - дозаторами цемента (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схема бетонного завода, выпускающего бетонные смеси из высококачественного мелкозернистого бетона для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой (1 - склад цемента; 2 - склад модификатора МБ 10-01; 3 - склад золы-уноса; 4 - дозатор цемента; 5 - бетоносмеситель; 6, 7 - бункеры для хранения заполнителей; 8 - дозатор заполнителей; 9 - дозатор воды)
Для производства высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой следует использовать кислые золы - уноса, содержащие менее 10 % СаО (ГОСТ 25818-91). Количество золы - уноса определяется опытным путём и зависит от класса бетона по прочности, а также удобоукладываемости смеси.
4. Вода для производства высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой должна отвечать требованиям ГОСТ 23732-79.
5. Проектирование высококачественного МЗБ для дорожных покрытий с органоминеральной добавкой должно осуществляться по разработанной в Гл.З настоящей диссертационной работы, методике.
IV. Контроль производства и качества
Контроль качества бетона рекомендуется производить на основе методов испытаний, предлагаемых в настоящей работе.
Необходимо также обеспечить систематический контроль фактического значения водоцементного отношения в бетонных смесях при их производстве.
Оценка водоцементного отношения путём испытаний затвердевших бетонов связана с определёнными трудностями. В связи с этим представляет интерес определение водопоглощения бетонов. Такие испытания могут служить основой для косвенной оценки водоцементного отношения.
