автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Технология укатываемого бетона на основе шлакового вяжущего для строительства дорожных оснований

На правах рукописи

ЧУЛ\АЧЕНКО В и кто п Иванович Л '

/3

~ Ц1( '

п: л т ■ < ах- 1

ТЕХНОЛОГИЯ УКАТЫВАЕМОГО БЕТОНА НА ОСНОВЕ ШЛАКОВОГО ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ОСНОВАНИЙ

Сис-циалыюсгь 05.23.1 1 тСтроительство аптомобильных порог п аэродромов»

А « г о р е ф е р а г диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Казахстанском дорожном научно-исследовательском институте (КаздорНИИ).

Научный руководитель: — кандидат технических наук,

член-корреспондент Академии Транспорта РФ, Б. А. Асматулаев

Научный консультант: — кандидат технических наук,

старший научный сотрудник, А. ÄI. Шейнин

Официальные оппоненты: — доктор технических наук,

профессор,

A. В. Лютер

— кандидат технических наук, профессор

B. В. Силки»

Ведущая организация — Каяешюе предприятие

«Инжшшрингавтодор» Департамента автомобильных дорог Министерства Транспорта и Коммуникаций Республики Казахстан

Защита диссертации состоится 1997 года

в » К О » часов на заседании диссертационного советА при Государственном дорожном научно-исследовательском институте (СоюздорНИИ) по адресу: Московская область, г. Балашиха-6, СоюздорНИИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СоюздорНИИ.

Просим принять участие в работе сопета илч направить отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, по адресу: ИЗРОО. Московская область, г. Балашнха-6, шоссе Энтузиастов. 79, СоюздорНИИ, Диссертационный совет 133.02.01. при ВАК Российской Федерации.

Справки по телефону: (095) 524-03-65 факс (095) 521-18-92

Автореферат разослан « 2.0t СХЮСЧ СТС\_ jogj г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Б. С. МАРЫШЕВ

общая характеристика работы актуальность работы. Повышение долговечности и экономичности дорожных одежд приобретает особое значение в условиях ограниченных финансовых ресурсов. Одним из путей решения этой проблемы является устройство монолитных бетонных оснований, обеспечивающих высокую несущую способность, стабильность прочностных и деформа тивных свойств дорожной одежды. Основными "причинами;- сдерживающими широкое применение дорожного бэтона, являются высокая стоимость портландцемента, его короткие сроки схватывания, обуславливающие жёсткие временные пределы укладки и уплотнения бетонной смеси и относительная сложность технологии производства работ. Наиболее перспективным материалом для устройства дорожных оснований является укатываемый бетон, имеющий ряд преимуществ перед обычным. Применение укатываемого бетона существенно упрощает технологию производства рвбог, т.к. распределение бетонной емвси ссу ществляется укладочными машинами разных типов с уплотнением до рожными катками, исключая применение дорогостоящей техники. Однако сохраняется зависимость времени производства работ от сроков схватывания цемента. Для устранения этого недостатка возможно использование местных минеральных вяжущих на основе отходов промышленности, отличающихся медленным твердением. Эта особенность является положительным Фактором, т.к медленное твердение увеличивает временной ннтервнл между лриг<ло&г.еми<>м и уплотнением смеси, способствует сни-жакию уездо.иых чщуя:к?нуй и получению материала менее скпг>чн0!0 к грещи^СчЗра'лл'-анию. ц-зментсбетон. К таких вяжущим сгносмтси аяжущее из основа сросф«..рного гра(«улированкого шлака, производство которого оссэено дорожными Казахстана. В насто.-нцео время его использовании огрзничеко строительством нежёстких дорожных основания «!з сЗрабогакмнч каменных материалов и укрзплениых грунгоа4 в которых его г^дравтнгактиьмость полностью не проясняете'/;. Возможнеегь использования шлакового вяжущего в укатываемых иегенах не и*учен«» пришлия во :.пние, что осноринм структурообразующим зве-К'"я лр:', гр'.тр;; • язл-^огся гслоиидние п-'дрооиль-

каты кальция типа СБН (!), которые упрочняются при понимеиич лоцккя-держания в структуре, можно предположить, что при низком водовяжущем птношезнии. тщательном подборе состава бетонной смеси и использова-

; ■;-•-. 1 ; ■ "'Г: рсаЛП.'.Н^Я ПОТ'!1'! 'НЯ ЛиНОЙ ГИПрЭВЛИ-

-.00;«,.; ьл . .<■ ¡: и получение 'у;т1ыьги:;г.1о:о б:;ччг;

: ..• -г.ги „••ог-.г-.- ■ ■т1:--;-'-о на восприятие высоких нагрузок от ф»м-

, ! I"-ст^г-''.ря ^аОога пос~м_!,гнй !*■:: лсд0!^зни!0 СЧО^' г-'

укатываемых бетонов на основе шлакоеою с;:;;<ущс?с и ра:<р-1>;от>:е к-^ю-логии их использования для устройства дорожных одежд.

целью диссертационной работы является разработка технологии укатываемых бетонов на основе медленнотвердеющего шлакового вяжущего для дорожного строительства с исследованием их свойств и определением расчётно-прочностных характеристик.

научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения укатываемых бетонов на основе медленнотвердеющего вяжущего из фосфорного гранулированного шлака.

Изучены процессы твердения и структурообразования шлакового вяжущего в укатываемых бетонах.

Установлены технологические особенности применения укатываемых бетонов на основе шлакового вяжущего в дорожном строительстве.

Предложен способ проведения работ по уходу за твердеющим бетоном, позволяющий ускорить ввод конструктивного слоя дорожной одежды в эксплуатацию. Способ защищен A.C. СССР № 1578242.

Установлена зависимость между прочностью бетона и расходом шлакового вяжущего и воды, предложена математическая модель для проектирования укатываемого бетона с заданными свойствами.

практическое значение работы. Определены технологические особенности строительства дорожных одежд из укатываемого бетона на основе медленнотвердеющего шлакового вяжущего.

Предложен способ, позволяющий сократить время работ по уходу за бетоном и повысить его начальную прочность.

Разработана методика проектирования оптимальных составов жёстких бетонных смесей на основе шлакового вяжущего.

Определены прочностные и деформативные характеристики укатываемого бетона на основе шлакового вяжущего.

Использование укатываемого бетона на основе шлакового вяжущего повышает капитальность дорожных одежд, снижает их стоимость и позволяет утилизировать отходы промышленности. автор защищает:

• результаты исследования процессов твердения и структурообразования шлакового вяжущего в укатываемых бетонах;

• методику проектирования составов бетонных смесей, обеспечивающую получение укатываемого бетона с заданными прочностными и деформативными свойствами;

• результаты экспериментальных исследований по технологии строительства дорожных одежд из укатываемых бетонов на основа шлакового вяжущего;

• новые технологические режимы работ по уходу за укатываемым бетоном на основе шлакового вяжущего;

• результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств и расчётных параметров укатываемых бетонов на основе шлакового вяжущего.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы изложены е 6 печатных работах, в 2 нормативных документах и Авторском свидетельстве СССР № 1578242.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались

на: XII Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, г.Москва, 1989 г.; Республиканской научно-технической конференции молодых ученых, "г.'Алма-Ата, 1989 г.; Всесоюзной научно-технической конференции пс применению отходов промышленности и местных материалов при строительстве и ремонте аетомобипьных дорог, г.Владимир, 19.91 г.; Республиканской научно-технической конференции по прогрессивным материалам и технологиям в дородном производстве, г.Алма-Ата, 1992 г.; п! научно-методической и научно-технической конференции Алмэ гинссого явтомобильмо-дсрожного института, гАлмвты, 1093; результаты работы отмечены.Серебряной медалью ВДНХ СССР в 1990 г.

r AoCTU. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 22? наименований и приложений. Работа изложена на 180 страницах, включающих кроме машинописного текста 25 рисунков и 56 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Проблемам использования различных отходов промышленности для получения вяжущих материалов и бетонов на их основе посвящены работы П.А.Ребиндера, Ю.М.Бутта, А.В.Волженского, В.Д.Глуховского, П.И.Баженова, Б.П.Ларимбетова, К.К.Куатбаева, и других учёных. Благо-дзру; rv •••"-.'¡с^'лднийп'! прсгппяпятча минеральных вяжущих веществ iuMpo;.-.."- "С >"'■•■•.;., ¡ипл-;;; ^^с-г^п^утнчесоги <.: -го прон:!-

ГОП":-' -Ч'л'Ъ '.¡i. НЛфс-ЛИПОЬ.)^; !" Л!Г>3|Ч.-.:, ;от-

: сроки./;."; схл^гыусчг.и, г:ослелслл^л,; Иг.с-.р.;м лр-..- .л^г-п; с .-'л'4-ЛрСЛЛ Л гул r't.Mh СиОЙСТЗЗМИ. КОТЛЛпЮ ЛО Хар^Л'ЧЛ'Ь!

дни портл^н/л.^ллглл;. 'Ллллнми ¿Л'-л.Ю^шепа,

:;л' Ь.и.ьоло'Д--'^-:, 'r.,■',./.смлтуллллл. C/&.Фллл",с"а. .:!i.O G^p

коиа, £.Г!.Т;'.моф«сгз yor^Nv-uvHo, -по з yu(Осиял дородного orpwTi»»**-ства эти отличия не являются отрицательным фа;аором, о ^аоипрот, по-:л:ллл:л~ лсл>:лгл ■ г/ nuwr;- -ЗСПГО! конструирования дорожных ОДОЖД, г;о.,л^:лласл. Оол,;^ к ~ч-..л""ьллпл сллц;. лгллл!.-. -¡ехиллигиЧсСК^г операции по приготовлению омсСои, уллсд;^ к. уплошеяи;*;, лэь/« .п< материал с высокими прочностными и деформативными показателями.

На основа современных представлений о .механизме твердения ми-•лТ'-г..-¡пс; e:v;:.vu;'.ix. и.-лиа/ни"" строение в оаботах А.В.Волженского, !'.L- '¡Л.лашг.лл. л.л.Раллл^а, S 1 ¡.Сгтзлилз, о.Д Глухолско,.), пДЛ'.Сы':-^ на ~л"Г'иу ученых сформу/|Иро5о)к> иаучплл щлогеза, обос:но«ыяд.ои>.у-> лсл: -л'ллосл:. ::гпспьголал л медлэлло-; лердеющлго шпзкочого вяжущего для получолпл. укатываем .1* Оеамок Ир*' гидратации шллкопого вяжущего б основном образуются низкоосновные гидроснлияны кальция типе CSH (1 ), которые имеют волокнистую структуру и содержат адсорбционно

связанную воду размещенную между слоями. Под действием ван-дер-ваальсовых сил адсорбционная вода структурируется, располагаясь на поверхности гидратных новообразований в виде молекулярных слоев, ориентированных друг по отношению к другу противоположно заряженными полюсами. Это приводит к взаимному притяжению пленок адсорбционной воды, что способствует сближению слоев гидросиликатов и химическому связыванию воды под действием валентных сил. Химическое и адсорбционное связывание воды приводит к смыканию областей поляризованной воды и в местах контактов слоев гидросиликата возникают условия для их агрегативного электростатического взаимодействия и сближения как конденсированных тел. Такое сближение способствует электромагнитному взаимодействию и уплотнению гидросиликатов кальция за счёт межмолекулярных валентных сил, что обуславливает твердение вяжущего. Возникновение контактов между слоями гидросиликатов кальция сопровождается утончением водной пленки. Контакт превращается в валентный, в котором молекулы воды насыщают ионные поля сближенных поверхностей. Такой тип контакта отличается более высокой прочностью, так как его основой становится поверхностная химическая сшивка за счет молекул воды. Конечная прочность вяжущего определяется прочностью контакта между слоями низкоосновных гидросиликатов кальция типа СЭН ( I ), являющихся основным продуктом структурообра-зования при его гидратации и зависит от толщины водной плёнки между слоями гидросиликатов и расстояния между ними. При увеличении толщины водной плёнки между слоями гидросиликатов замедлятся процессы гидратации и твердения шлакового вяжущего т.к. потребуется дополнительное время для поляризации воды и переводу в компонент структуры. Кроме того, свободная вода испаряясь из межслоевого пространства и вновь внедряясь в него, вызывает деформации усадки и набухания, способствует образованию капиллярных пор ослабляющих минеральный камень.

Таким образом, для полной реализации гидравлической активности шлакового вяжущего наиболее эффективно его использование в смесях с низким водосодержанием. Для достижения максимальной плотности при уплотнении дорожными катками, укатываемые бетоны содержат минимальное количество воды, что обеспечивает условия для полной гидратации шлакового вяжущею и получения прочного и долговечного бетона на его основе.

Целью настоящей работы является разработка технологии укатываемых бетонов на основе медленнотвердеющего шлакового вяжущего для дорожного строительства с исследованием их свойств и определением расчётно-прочностных характеристик.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Исследовать процессы твердения и особенности структурообразова-ния медленнотвердеющего шлакового вяжущего и обосновать возмож-. . ность его применение в укатываемых бетонах для дорожного строительства;

•» Разработать методику проектирования составов бетона применительно к укатываемым бетонам на основе шлакового вяжущего с установлением ?эвисимости между прочностью бетона, его составом и во-досодержзнпем; " " " - - ■

• Исследовать технологические особенности приготовления, укладщ и твердения укатываемого ботоиа на основе шлаковою вяжущего,

• Исслодо^ать нлиямие химических добавок на физико-механические и тсг!1огсн*ивски0 свойства укатываемого бетона на ос»юео шлакового

• ¡"¡риЬс;о1и спи ¡¡1С-ПрОИСГЮДСТВ'ОННу'О прогерку рЛЗуПЫ

мий. разработать рекомендации по применению ь д&роаснсм су л.

'.нпаиппогОВЯЖУЩеГО И ОбОСновать экономическую ¿фчл*к;и21:с:гг1. р-мря™»,»*.

Влияние водосодержания шлакового вяжущего на процессы его тд-ратации, структурообразования и твердения устанавливалось методами электрономикроскопических исследований, рентгенос-труктурного и дифференциально-термического анализов. Исследования проводились на пробах шлакового вяжущего, отобранных из образцов, приготовленных из теста нормальной консистенции и оптимальной влажности, в том числе с ..тлбэйкэ^-« гл/псЕПлгстификатора С-3 и лодмыльного щёлока ( ПЩ ). Под-• ■ •.! г -г . Л" ' : •• СИ~'"Т1г:5С'"«'' моюши," средств,

■ -л-■ •• ■•. ■ .:■:. " ....." лоли ■.' г. ;сл'л/ <>;" ллл1; я.- •

.!••':. ■ ■ " л . :' л>л > >Л Л] ': и I ч ~ ..'-4'--' ! " / л ■ . / ■ ■ л и

•-< м С, ГЛ'КЛЛ' \ ' "<• 1 Л; ¡01 Л . . ■ ■ -

' ллл'л'!.- ■ ¡,..м л'лллщл с • -л.. ;гз'/:оидОг- л лллл; ;лл к". ■ " : ■ ллх.лл: л .■ ,, ; . . ■ ,. ••■■■< ;,о:тп, >:'■ у / >лу ¡л л- >>' "■ '-

. • 1 г ; с- ■ и "/,';..'. |""";>.1у1Ц'-!'..- 'Ч'.'"'!: л '-¡л.' лг;'.1

• - ^; '; т т -; г . ■, , ;.,) ¿х-ущегч шт'/.ил.'к.н;:; т,.>-чк- /л л 'У,:"--.'.>■ СКИМИ дииаогчи...... П_' ¿¡.-.у с. ^ г.',с;;,ду комллилг л:;;,;,[ гллл1 > л лл,

уог>я|/тяомзуется как коагуляционно-конденсационная ялнпр^а ру:?^.^. п

. [зги;;:; которой обусловлено

-.г л ■ сл^о.'Л-л! О.1? лтлул.у-х^-'^ л.."- ■. .< результате чего происходит сьлиженив слоси гя^с; «.".¡'•.•.-.¡о.» 1 л При этом продолжается гидратация шлакового стекла с насыщением свй-01/101 мяй массы низкоосновными гидросиликатами кальция. Для вяжущих .•¡я ;. ь -,:и . -л ' ! кем^неч! ¡ионная микроструктура,

оур^'.-^. л,; л.;. ■■ ).л?л л; л: лл; с возникновением ¡ лмта'л'ол гллк.у/ спл-н.'л гидросидп 'лт~~ -п с,,ат уммических, валентных и ионных с?л .''¡- и лом 1,рО!>,- >д!'Т уп: л'лллл >хглу1луры и зпитакспальное срастлн:-« егюйв гидросиликатов Колеция собой

Рентгенограммы образцов шлакового вяжущего различного водосодержания в возрасте 90 суток

ъ.ъъ

а).

глл 8

¿.88

3.05

б).

186 1.8Й |

а), проба из образца шлакового вяжущего нормальной консистенции;

б), проба из образца шлакового вяжущего оптимальной влажности

рис. 1

Рентгеноструетурый анализ показал постоянные значения межплоскостных расстояний, что свидетельствует о стабильном составе шлакового вяжущего независимо от его водосодержания. Необходимо отметить, что дифракционные линии 1.814, 2.88 и 3.03 А, соответствующие межт плоскостным расстояниям гидросиликата CSH ( I ) отличаются большей интенсивностью для вяжущего оптимальной влажности (рис. 1).

На кривых дифференциально-термического анализа ( рис. 2 ) наблюдается экзотермический эффект в интервале 860-900 0 С, связанный с кристаллизацией волластонита. С увеличением срока твердения величина этого эффекта снижается, что свидетельствует о продолжающихся процессах гидратации шлакового стекла и образовании гидросиликата CSH (I ). Наиболее резкое снижение величины и температуры эффекта наблюдается у образцов оптимальной влажности, что должно означать повышенное содержание CSH (I). Эндотермические эффекты в интервале температур 110 - 180 0 С свидетельствуют о наличие в твердеющей системе " слабосвязанной воды. У шлаковых вяжущих с химическими добавками эти эффекты по температуре их проявления превосходят аналогичные для вяжущих без добавок, что означает повышение связанности воды в геле гидросиликата кальция и её проникновение в более глубокие его слои.

Термограммы образцов шлакового вяжущего различного водосодержания

оптимальная влажность

в возрасте 28 суток

900°С

а).

UO°C

630°

6).

в).

весте

гЛ-

V—у SWX ?000С

160°c

880°С

II

м

—у—mr.

/70°С

550вС ?00°С

в возрасте 90 суток

Л Г

86СГС

460°

—1П/

в 60° с

-W-

i80 С 660° С

8бО*С

г.

-V~~V~4T-

¿40вС 540°С ?00°С

нормальная консистенция

в возрасте 28 суток в возрасте 90 суток

i) U

♦ t С . 4

11 С" ч /

I

,, о,-,

О (*''• V.

......__.....J к...

1' £aoec

» » АО Л*

/I

* ; 1/

52 О "С 680°С

^«о с sso'c

А

Г~ f - —

520*С ?00«с

too о

siO ~

540"С ТО 0" С

а). проба пз сГр.^зцз шлачового вяжущего без химических добааок; о), проба из о-лрозцо шлакового вяжущего с добавкой С-3; в), проба из образца шлакового вяжущего с добавкой подмыльного щёлока

рис. 2

* t

Таким образом, можно сделать вывод о том, что добавки С-3 и ПЩ повышают гидравлическую активность шлакового вяжущего, увеличивают количество и плотность низкоосновных гидросиликатов. При этом процессы структурообразования и твердения шлакового вяжущего оптимальной влажности протекают значительно быстрее, чем у вяжущего нормальной консистенции. Если в первом случае к 90 суткам твердения заканчивается формирование структуры, то во втором - процесс структурообразования находится Ь промежуточной . стадии. Несомненно, что сформировавшаяся структура обеспечивает лучшие прочностные и де-формативные показатели вяжущего, о чём свидетельствуют данные, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Вид химической добавки Прочностные показатели шлакового вяжущего, МПа, через 90 суток твердения в зависимости от водосодержания

при нормальной консистенции при оптимальной влажности

ЕЕЬ ^мг. Кщг. Ясж. Век, ^иэг.

без добавки 3.2 28.2 8.8 6.3 50.1 7.9

С-3 3.5 30.0 .8.6 6.9 55-6 8.0

ПЩ . 3.8 32.4 '8.4 7.7 59.0 7.7

В технологии бетона общепризнанной считается зависимость между прочностью бетона и Ц / В отношением, Описываемая.формулой Боломея - Скрамтаева ^ = а ^ ( Ц / В +.Ь ), согласно которой прочность бетона повышается с увеличением прочности цемента или увеличении цементо-. водного отношения. Для бетона на основе шлакового вяжущего данная зависимость имеет следующие особенности: прочность бетона при неиз-, менной величине ШВ / В отношения уменьшается с увеличением жесткости бетонной смеси ( рис.З-а ), при постоянной жесткости смеси рост прочности бетона связан с увеличением содержания вяжущего (рис.З-б ). Это объясняется тем, что заданная прочность бетона на основе шлакового вяжущего в большей степени определяется качеством и; количеством вяжущего. С увеличением жесткости, смеси при постоянной величине ШВ 1 В отношения в составе бетона уменьшается содержание вяжущего, основного компонента, определяющего прочность бетона, и его больший расход соответствует смесям с меньшей жесткостью, что и определяет повышенную плотность и прочность бетона из маложестких смесей.

Рассмотренные особенности были учтены при установлении зависимости между прочностью бетона и расходом шлакового вяжущего и воды.

Зависимость прочности бетона на основе шлакового вяжущего от вяжуще-

водного отношения

2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 ШВ/В

вяжуще-водное отношение

Зависимость прочности бетона от расхода шлакового вяжущего

36 '

б).

т-

¿о

20

' I 12

-У

/1 / ГУУГ^

УУ У У /У У/*

Л.-'*""/-'* • ~

у

^'ииЛЬ'р', 1

■ • 9" (.

5(4] С--ГА1 600

01?;'Г0 В!'л-;>щ(?1 о, - г; ' 3- м/<=гТ*пг.ть смеси 120 с,

4 - ч ос:коо!Ь смоси 135 с рис. 3

4

В исследованиях использовался двухфакторный математический метод планирования эксперимента, в результате которого были получены урав нения, описывающие зависимость:

• жесткости бетонной смеси от расхода воды

• Ж = 378.1 -1.52 В (1)

» прочности бетона на сжатие от расхода шлакового вяжущего и вод1 •

• Я«« = 0.124 ШВ-0.14 В-17.7 (2)

• • прочности бетона при изгибе от расхода шлакового вяжущего и вод*

* = 0.02 ШВ- 0.027 В -1.4 (3)

Номограммы для подбора состава укатываемого бетона

основе шлакового вяжущего__

а). Ж, с 140

120

100

80

150 160 170 180 190 расход воды, л / м3

\

I I

I

На основе данных зависимостей разработан метод проектирования остава жестких бетонных смесей на основе шлакового вяжущего. Расчет едется в следующей последовательности :

. Из уравнения ( 1 ) или по номограмме на рис. 4-а определяется расход

воды для получен!1,:! требуемой жесткости бетонной смеси. . В зависимости от требуемых прочностных показателей бетона из уравнений ( 2 ) или ( 3 ) (на рис. 4-6, 4-в ) определяется расход вяжущего. . Содержание крупного и мелкого заполнителя определяется по известным в технологии бетона формулам. . Подобранный состав бетона проверяется экспериментальным методом с внесением при необходимости соответствующих поправок. При уменьшении величины В / ШВ отношения, а следовательно при нмжении водосодержания, рассматриваемый бетон отличается доста-очно высокой прочностью на растяжение при изгибе и меньшей жёст-сстыо, характеризуемой величиной отношения Рс*. / Кизг. ( рис. 5 ). Эти войства определяют его преимущества при работе в основаниях дорож-ых одежд, обеспечивая высокую деформативность, трещиностойкость и ыносливость при воздействии многократно повторяющихся нагрузок, пособствуя увеличению долговечности дорожной одежды.

Зависимость предела прочности на растяжение при изгибе и условной жёсткости бетона от величины В / ШВ отношения

Яи,г МПа, 5.8

5с* с 4

5.0 4.6 4.2 3.8 3.4

водо-вяжущее отношение

1,2-бетон марки М 300; 3,4- бетон марки М 250; 5,6-бетон марки М 200;

— прочность на растяжение при изгибе; — величина отношения

рис. 5

Влияние добавок ПАВ на свойства бетона и бетонной смеси на осно-

зе шлакового вяжущего рассматривалось на примере технических лигно-:ульфонатов ( ЛСТ ), суперпластификатора С-3 и подмыльного щёлока. Три введении указанных добавок в состав бетонной смеси уменьшение её жесткости происходит по нарастающей от смесей содержащих в своем составе ПЩ, затем ЛСТ и наибольший эффект достигается при использовании С-3 ( рис. 6 ). В этой же последовательности происходит снижение зодопотребности равножёстких смесей ( рис. 7 ). Однако, необходимо

Влияние пластифицирующих добавок на жёсткость и водопотребность бетонных смесей на основе шлакового вяжущего

водосодержание, л/м3 водосодержание, л/м3

1 - без добавки; 2 - с добавкой ПЩ; 3-е добавкой ДСТ; 4-е добавкой С-с

рис. 6 '

жёсткость бетонной смеси, с жёсткость бетонной смеси, с

1 - с добавкой ПЩ; 2 - с добавкой ЛСТ; 3 - с добавкой С-3

рис. 7

уменьшении величины В/ШВ отношения пластифицирующий эффект от действия добавок уменьшается. Это можно объяснить тем, что пластифицирующие добавки в основном воздействуют на цементное тесто, а при увеличении жесткости или снижении величины В/ШВ отношения его содержание в составе бетонной смеси уменьшается

Наибольшее влияние на прочностные свойства бетона оказывает добавка подмыльного щёлока ( рис. 7 ) несмотря на то, что она вызывает наименьшее снижение водосодержания смеси. В этой связи подмыльный щелок следует рассматривать как добавку комплексного действия, пластифицирующий эффект которой обеспечивают жирные кислоты, а натриевые соли и щелочи являются активизаторами твердения шлакового вяжущего. Добавки С-3 и ПЩ позволяют экономить до 7 % вяжущего.

Влияние добавок ПАВ на прочность укатываемого бетона Ясж.. % 120 115 110 105 100

1-бетон с добавкой ПЩ; 2 - бетон с добавкой ЛСТ; 3 - бетон с добавкой С-3.

рис. 8

. Укатываемые бетоны на основе шлакового вяжущего в зависимости от состава выдерживают от 100 до 200 циклов попеременного замораживания И оттаивания, в пресной воде согласно 1 метода ГОСТ 10060-87. При этом морозостойкость бетона повышается с увеличением содержания вяжущего в составе смеси ( рис. 9 ) и уменьшении её водосодержания (рис., 1(3). Эти же факторы влияют на изменение поровой структуры бетона; объем открытых пор уменьшается, а объем условно-замкнутых пор увеличивается^ рис. 11 ). Наибольшую морозостойкость и наименьший Объем открытых лор имеют бетоны с добавкой С-3 и подмыльного щёлока. Повышение морозостойкости за счет применения С-3 объясняется максимальным снижением водосодержания бетонной смеси и уменьшением при этом объема капиллярных открытых пор. Добавка подмыльного щёлока помимо пластифицирующего эффекта активизирует процессы гидратации и гидролиза вяжущего, что способствует увеличению количества новообразований, заполнению ими пор и снижению общей пористости минерального камня.

Зависимость морозостойкости бетона от расхода шлакового вяжущего и воды

Изменение поровой структуры бетона при введении в его состав добавок ПАВ

^мрз

1.05

1.0 0.95 0.9 0.85 0.8

-1 --2

■ у У sA

У / / Y

/ '/ V

/ /

/

450 500 550 600 расход шлакового вяжущего, кг/м3

Кирз. 1.05

0.95 0.9 0.85 0.8

N

^3

М

140 150 160 170 180 расход воды затворения, л/м3

1 - морозостойкость после 50 циклов;

2 - морозостойкость после 100 циклов;

3 - морозостойкость после 150 циклов;

4 - морозостойкость после 200 циклов.

рис. 9 рис. 10

Пк, %18.0 | | I

17.5 WV i

17.0 \ДдЧ] i 1

16.5 ¡vwyi ^ I

16.0 i \vv4p^2;

15.5 1 m

15.0

14.5 i !

14.0 1 I [^yK

Пз, % 6.0 1 i '' sis

5.5 j i yyy

5.0 j У/УУ

4.5 i 4

4.0

3.5 '///P2! 1

3.0 - ........(•......j—

450 500 550 600 расход шлакового вяжущего, кг/м3

1 -без добавки; 3-е добавкой С-3; 2-е добавкой ЛСТ; 4-е добавкой ПЩ

рис. 11

1

Использование медленнотвердеющего шлакового вяжущего в укатываемом бетоне обуславливает технологические особенности его применения в дорожном строительстве. Марочная прочность рассматриваемого бетона достигается через 90 суток нормального твердения. Скорость набора прочности является наибольшей в первые 14 суток. За это время бетон набирает в среднем до 40 % от марочной прочности, к 28-ми суткам прочность составляет в среднем 50 - 60 % от марочной, к 60-ти суткам прирост прочности составляет до 25 % и к 90 суткам бетон набирает еще 15-25 % прочности.

Проведенными ис- Влияние времени выдерживания и температу-сг.едованиями устано- ры окружающего воздуха на прочность бетонэ влено, что допускаемая длительность технологического цикла от приготовления бетонной смеси до её укладки и уплотнения, обеспечивающая получение бетона с заданными свойствами составляет при температуре окружающего воздуха 15-25° С - ' 3 часа, а при температурах 25-35 С -1.5 часа ( рис. 12 ). Сокращение допускаемого временного периода до оптимального, составляющего соответственно 2 и 1 час при температурах 15-25 С и 25-3-5° С позволяет получить бетон с повышенными прочностными показателями. Это объясняется тем, что механическое воздействие на смесь а этот период приводит к разрушению гидросиликнгных оболочек, образовавшихся на зернах шлакового вяжущего и облегчает доступ свободной воды к негидратириезанным частям минерального зерна, вызывая более углубленный процесс его гидратации. При увеличении времени технологического цикла сверх допустимого происходит испарение свободной воды и высыхание продуктов гидратации, что приводит к резкому снижению прочностных показателей бетона.

Уплотняемость бетонных смесей с добавками С-3 и ЛСТ повышается на 25 - 40 %, плотность бетона при этом увеличивается на 1.5 - 2 %.

Для достижения требуемых прочностных показателей твердение . тона должно проходить в нормальных тепловлажностных услс^ях, которые обеспечивают проведение работ по уходу за бетоном или устрой-

110

0 1 2 3 4 5 6 ч

время до уплотнения смеси, ч

1- температура 15°С; 2- температура 20°С; 3- температура 25°С; 4 - температура 30"С; 5- температура 35°С,

рис. 12

ством верхнего слоя дорожной одежды. Для бетона на основе шлакового вяжущего предложен способ проведения работ по уходу, который позволяет не только обеспечить надлежащие условия твердения, но и значительно сократить время твердения. Способ защищен A.C. СССР № 1578242 и основан на том, что бетоны после тепловой обработки имеют повышенную прочность. Одним из видов тепловой обработки бетона является его прогрев солнечной энергией. Устойчивые погодные и температурные условия, характерные для южных регионов Казахстана ( летние температуры окружающего воздуха: днем 33 - 35 0 С, ночью 22-24 С ), позволяют использовать солнечную энергию для повышения начальной прочности дорожного бетона. Применительно к условиям дорожного строительства предложенный способ осуществляется следующим образом: после укладки и уплотнения бетон выдерживается в течение 3 суток на открытом воздухе, после чего его поверхность герметически закрывается полимерной пленкой, под которой он выдерживается в течение 7 - 14 суток. Под действием солнечной энергии, бетон прогревается, процессы гидратации и твердения шлакового вяжущего ускоряются и по истечении указанного времени бетон достигает прочности, которую он имеет при твердении в нормальных условиях в течение 90 суток. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Предел прочности на сжатие образцов бетона на основе шлакового вяжущего,

МПа/%, в зависимости от условий хранения

хранение в хранение на открытой площадке, сутки

нормальных условиях, сутки под полимерной плёнкой, без плёнки, затем под плёнкой

14 28 90 3 7 ! 14 I 28 3+5 3+7 3+14

при температуре окружающего воздуха 30-35" С

6.6 11.3 16.2 26.3 14.8 23.5 27.7

26.0 44.5 63.2 103.5 58.3 92.5 109.0

10.9 15.0 25.4 при температуре окружающего воздуха 25-30" С

42.9 59.0 100.0 6.2 10.6 14.9 24.6 13.8 21.9 25.9

24.4 41.7 58.7 96.8 54.3 86.2 101.9

при температуре окружающего воздуха 20-25и С

5.2 9.0 12.8 21.0 11.4 18.4 22,1

20.5 35.4 50.4 82.7 44.0 72.4 87.0

Данная технология проведения работ по уходу за твердеющим бетоном на основе шлакового вяжущего обосновывается следующим образом: при предварительном выдерживании в течение 3 сугок бетон прогревается до температуры окружающего воздуха. Испарение влаги с его поверхности происходит медленно, вследствие образования на внешней поверхности

минеральных зёрен вяжущего плотных гидратных оболочек, препятствующих её испарению из внутренних слоёв В дальнейшем испарившаяся свободная вода не создаёт на внутренней поверхности полимерной плёнки конденсата и бетон под действием солнечной энергии хорошо прогревается. При нагреве процессы гидратации и твердения шлакового ояжу-- щего интенсифицируются и набор прочности бетоном ускоряется.

Проверка результатов исследований осуществлена" при 'строительстве двух опьпно-экспериментальных участков дорожной одежды Перпий опытный участок был построен на автодороге IV категории "Ардыбасинский щебзавод - поселок Аюкар" в Чимкентской области Казахстана. Конструкция дорожной оде;кды: подстилающий слой из песчано гравийной смеси; основание толщиной 15 см из укатываемого бетона марки М 150, покрытие толщиной 4 см из холодной асфальтобетонной смьси Смесь готовилась методом смешения на месте с применением мношно-»KtiiCro смесителя и аптегрейдеров. Смесь уплотнялась пневмокатком ДУ-55 .'.¡¿¡осой 20 т за 24 прохода по одному следу до требуемого ко^ффици ента уплотнения ( 0.98 ). Средняя прочность на сжатие контрольных образцов бетона в возрасте 90 суток составила 15.18 МПа.

Второй опытный участок построен на автодороге III категории Чимкент - Кзыл-Орда в Чимкентской области Казахстана. Конструкция дорожной одежды: подстилающий слой из песчано-гравийной смеси; основание толщиной 20 см из укатываемого бетона марки М 250; покрытие толщиной 7 см из холодной асфальтобетонной смеси. Смесь готовилась в бетоно-смесителыюй установке 5AA-G0. Средняя прочность на сжатие контрольных образцов бетона в возрасте 90 суток составила 25.35 МПа, при изгибе 4.88 МПа. Устройство основания проводилось при температуре 25 - 28й О. Бетонная смесь распределялась по подстилающему слою аотогрейдера-ми, осуществлялась прикатка смеси гладковапьцоным катком ДУ-50 за 4 прохода, а затем уплотнение лнепмокатком ДУ-31А за 24 прохода, ко зффициент уплотнения составил 0.99. По окончанию уплотнения проводилась отделка поверхности основания авгогрейдером с прикаткой глад-ковальцовым катком. Опытный участок был разделен на две секции. На первой секции проводились традиционные работы по уходу за твердеющим бетоном, а на второй, согласно способу по АС. № 1578242 основание после 3 суток выдерживания в естественных условиях накрывалось полиэтиленовой пленкой, края которой засыпались грунтам с обочин для герметизации. Основание находилось под пленкой в течение 7 суток, после чего было устроено асфальтобетонное покрытие.

В течение 1987-1997 годов на опытных участках проводипся oi6op образцов-кернов из бетонного основания с их последующим испытанием На рис. 13 приведена зависимость изменения прочности бетона во времени по результатам испытания образцов-кернов На первом опытном участке коэффициент роста средней прочности бетона на сжатие составляет 1.12 и 1.63 соответственно в возрасте 1 год и 10 ле».

Изменение прочности бетона во времени Яшв., МПа

1987 1988

1990 год испытаний

1937

1-1 секция II опытного участка (традиционные работы по уходу за бетоном);

2-2 секция II опытного участка ( работы по уходу за бетоном по A.C. № 1578242 );

3 -1 опытный участок.

рис. 13

Проведение работ по уходу за бетоном на втором опытном участке согласно способу по A.C. № 1578242 ( вторая секция ) способствует резкому увеличению его прочности в начальный период твердения: через месяц после устройства основания средняя прочность бетона на сжатие на 65 % выше, чем у бетона на первой секции опытного участка, где работы по уходу осуществлялись по традиционной технологии. Коэффициент вариации прочности бетона на.первой и второй секциях через месяц после строительства соответственно составлял 11.2 % и 12.77 %. Результаты последующих испытаний показывают, что прирост прочности бетона через 1.5 года и 9 лет после устройства основания на первой секции в среднем составил соответственно 109 % и 176 %, а на второй секции - соответственно на 20 % и 39 %. Значения коэффициентов вариации прочности бетонных образцов-кернов, отобранных с рассматриваемых секций опытного участка через 9 лет после его устройства близки между собой ( 6.48 % и 7 % соответственно для 1 и 2 секций ), что свидетельствует об однородности полученного бетона и эффективности предложенного способа проведения работ по уходу за твердеющим бетоном, позволяющему сократить время его твердения за счет его прогрева солнечной энергией.

По результатам проведенных исследований разработаны-2 нормативных документа и Рекомендации, в которых приведены требования к исходным материалам и укатываемому бетону на основе шлакового вяжущего, методика подбора составса жестких бетонных смесей, основные принципы конструирования дорожных одежд со слоями из укатываемого бетона, а также технология их строительства.

Экономический эффект от использования укатываемых бетонов на оснопе шлакового вяжущего складывается за счёт повышения несущей способности и долговечности дорожных одежд, экономии портландцемента, утилизации отходов промышленности и составляет в ценах 1997 года до 753.1 гыс. казахстанских тенге { 9.8 тыс. долларов США ) на 1 ¡см основания автомобильной дороги Iii технической категории.

общие выводы

1. Проведенными исследованиями теоретически и эксперименынык-установлена возможность получения укатываемого бетона на основе-, медленнотвердегощего шлакового вяжущего для строительства кон структивных слоёв дорожных одежд.

2. Установлено, что гидравлическая активность шлакового вяжущею пан более полно проявляется в укатываемых бетонах, характеризующие -пониженным водосодержанием. При этом образуется наибольшее >■•■. личество низкоосновных гидросиликатов кальция типа CSH ( I ). оо*н печивающих высокие прочностные и деформативные свойства май-риала, отвечающие требованиям к дорожным бетонам,

3. Разработана методика подбора составов бетона приметнет..".,' i-жестким бетонным смесям на основе шлакового вяжущего, коюр«н т. эволяет проектировать укатываемые бетоны с заданными прочнист ными и деформативными свойствами для строительства дородных одежд.

4. Установлены технологические особенности применения укатываемою бетона на основе шлакового вяжущего в дорожном строительстве Использование медленнотвердеющего вяжущего позволяет более качественно осуществлять технологические операции по укладке и уплотнению бетонной смеси, не ограничиваясь жесткими временными требованиями как при использовании цементобетонных смесей. Предложен способ проведения работ по уходу за твердеющим бетоном, по зволяющий повысить более чем в 2 раза начальную прочность бетона за счёт использования солнечной энергии для его прогрева.

5. Установлено, что добавки С-3, ЛСТ и иодмыльного щелока улучшаю! уплотнйемость бетонной смеси на 25-40 % и обеспечивают снижение её водосодержания, что способствуй улучшению физико-механи часюих показателей бетона, а так же позволяют экономить до 7 % ним ковок) вяжущего Укатываемый бетон на основе шлакового вяжущею отличается повышенными деформативными показателями, который способствуют его высокой выносливости и трещиностойкости.

П. Результаты опытного строительства и испытаний экоперимежапьны.ч участков дорожных одежд с основаниями из укатываемого бетона на основе шлакового вяжущего подтвердили достоверность результатои теоретических и экспериментальных исследований, которые были использованы при разработке нормативных документов и рекомендаций Экономический аффект от использования разработки складывается за счёт повышения несущей способности и долговечности дорожных одежд, экономии портландцемента, ушлпзации отхпдон промышленности и составляет в ценах 1997 года 750 тыс казахстанских <ен(« на 1 км основания автомобильной дороги III технической категории.

Основные положения диссертации отражены в следующих печатных

! Бетон дорожный на шлаковом вяжущем. Технические условия ТУ 2-П Каз.ССР. Алма-Ата; Изд-во Минавтодора Каз.ССР, 1989, 16 с. ( Соавторы Б.А.Асматулаев, Ж.О.Сыдыков, А.М.Шейнин ).

2 Дисперсно-армированный бетон на шлаковом вяжущем для строительства автомобильных дорог. Технические условия 218-РК-10.1.1. Алма-ты: Изд-во Минтрансстроя PK, 1992, -14 с. ( Соавтор Б.А.Асматулаев).

3 Бетон тепловлажностного твердения на местных вяжущих. / Сб.: Передовой производственный опыт. - М.: ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1989, № 2, с. 36-37 ( Соавторы Б.А.Асматулаев, ГААтапин )

4. Перспективы использования бетона на основе шлакового вяжущего для строительства дорожных одежд. / Автомобильные дороги, 1990, № 4, с. 19-20. (Соавторы Б.А.Асматулаев, А.М.Шейнин, Ж.О.Сыдыков ).

5. Способ строительства бетонного покрытия в условиях жаркого климата. /A.C. СССР № 1578242, Бюллетень. № 26, 1990.

( Соавторы Б.А.Асматулаев, Ж.О.Сыдыков, и др.).

6. Перспективы использования дисперсно-армированных бетонов на основе бесцементных вяжущих для строительства дорожных одежд. / Сб. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Применение отходов промышленности и местных материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог". Владимир, 1991, с.84. ( Соавторы Б.А.Асматулаев, П.К.Малинин )

7 Влияние химических добавок на физико-механические свойства укатываемого бетона на основе шлакового вяжущего. / Сб. Тезисы докладов 3 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Алматинского автодорожного института. Часть II. - Алматы, 1993, с. 131-132.

8. Особенности проектирования и строительства дорог местного значения. / Сб. Тезисы докладов научно-технической конференции "Прогрессивные конструкции, материалы и технологии в дорожном производстве". Алма-Ата, 1992, с. 13-14.

9. Укатываемый бетон на основе медленнотвердеющего шлакового вяжущего. I Автомобильные дороги, 1993, № 9, с. 18-20.

( Соавторы Б.А.Асматулаев, А.М.Шейнин, У.М.Мирзанов ).

10.Технологические особенности производства работ по устройству дорожных оснований из укатываемого бетона на основе медленнотвердеющего шлакового вяжущего. / Иркутский региональный дорожный учебный центр. Иркутск, 1997 ( в печати )

работах: