автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Дорожные бетоны на органогидравлических вяжущих (теория и практическое применение)

#

РУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

% /

УДК 625.046:539.4

ВЕРЕНЬКО Владимир Адольфович

ДОРОЖНЫЕ БЕТОНЫ НА ОРГАНОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ (ТЕОРИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ)

0S.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 1998

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный консультант -

академик МИА,

доктор технических наук, профессор Я. Н. Ковалев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЗОЛОТОРЕВВ. А.\

доктор технических наук, профессор ,Виноградова. П.\

доктор технических наук, профессор Демидович Б. К.

Оппонирующая организация — НПО «Белавтодорпрогресс», г. Минск.

Защита состоится « 18 ъ^ая 1998 г. в . часов на заседании совета по защите диссертаций Д.02.05.05 в Белорусской государственной политехнической академии по адресу:

220027, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 65, главный корпус, ауд. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, следует направлять на имя ученого секретаря совета (тел. 263-67-64).

Автореферат разослан «

1998 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

С. П. Баранов

©ВеренькоВ. А., Г998

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рост интенсивности движения и нагрузок на ось автотранспортных средств приводит к снижению сроков службы Дорожных покрытий и дорожных одежд. Межремонтные сроки дорожных покрытий сократились до 4-6 лет на загородных дорогах и до 2-3 лет в городах. Замена асфальтобетона цементобетоном в ряде случаев нецелесообразна по технологическим, ремонтным и экономическим признакам. Поэтому применение материалов, сочетающих в определенной степени положительные параметры асфальто- и цементобетонов й исключающие их негативные свойства, является важной и актуальной задачей, особенно применительно к сложным климатическим условиям Республики Беларусь. Однако новый вид бетонов, содержащих в своем составе органическое и гидравлическое вяжущее, требует добавок воды для гидратации последнего в общем процессе твердения. Это и другие обстоятельства сдерживает широкое применение бетонов на органогидравлических вяжущих (бетоны на ОГВ). Возникает ряд нерешенных проблем. В частности, отсутствует физическая и структурная модель бетонов на ОГВ, позволяющая изучить механизм сгруюурообразования и осуществить прогноз свойств. Требуется установить закономерности поведения таких бетонов в температурно-временном поле и разработать методику оптимизации их состава с точки зрения надежной и долговечной работы в дорожной одежде. Необходимо решить также некоторые технологические проблемы. В. этих направлениях представленная тема практически не разработана.

Таким образом, актуальность работы обусловлена необходимостью решения важной народнохозяйственной задачи — повышения долговечности дорожньгх одеяад путем применения новых материалов и технологий.

Связь с крупными научными программами. Результаты работы использованы при реализации республиканских научных программ 90.01Р «Строительный комплекс» и комплексной целевой программы по достижению высшего мирового уровня в транспортном строительстве (постановление Госстроя БССР № 139 от 18.07.88), а также госбюджетной научно-исследовательской темы Министерства образования и науки Республики Беларусь (ГБ 96-31) «Разработать теоретические основы получения новых композиционных материалов для дорожного строительства».

Целью работы является разработка теоретических и практических основ процессов структурообразования, деформирования и разрушения бетонов на ОГВ как системы, обеспечивающей повышение надежности и долговечности конструктивных слоев дорожных одежд.

Исходя из данной цели сформулирована генеральная гипотеза: при введении в состав асфальтобетонов и других органоминеральных смесей гидравлических вяжущих усиливается взаимодействие на границе раздела фаз, увеличивается прочность и деформационная устойчивость данного класса бетонов.

Для реализации указанной цели и генеральной гипотезы поставлены следующие задачи исследования:

1. Исследовать механизм структурообразования бетонов на ОГВ.

2. Разработать теоретические основы поведения бетонов на ОГВ в температурно-временном поле под действием нагрузки.

3. Исследовать влияние состава и структуры бетонов ОГВ на реологические, прочностные и деформационные свойства.

4. Изучить особенности кинетики накопления повреждаемости структуры бетонов на ОГВ под действием механических нагрузок и по-годно-климатичедких факторов.

5. Разработать методику оценки деформационной устойчивости и надежности бетонов на ОГВ в конструктивных слоях дорожной одежды.

6. Разработать методику подбора и оптимизации состава бетонов на ОГВ.

7. Провести технико-экономический анализ эффективности применения бетонов на ОГВ.

8. Выполнить опытно-промышленную проверку и внедрение результатов исследований в производство.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются конструктивные слои дорожных одежд, выполненные из бетонов на орга-ногидравлических вяжущих.

Методология исследования основана на использовании аналитико-экспериментального подхода. На основании теоретического анализа предложена структурная модель бетонов на ОГВ, которая с помощью математической модели доведена до выполнения прогнозных расчетов. При выполнении экспериментальных исследований использовались методы

физико-химического анализа (электронная микроскопия, рентгеновский и термографический анализ, фотоэлектронная и инфракрасная спектроскопия), методы компьютерного и структурно-имитационного моделирования, планирования эксперимента и статистической обработки результатов.

Научная новизна н значимость полученных результатов заключается в разработке структурной модели бетонов на ОГВ, которая представлена прогидратировавшими агрегатами цемента и межфазными слоями кластерного типа, минимальные размеры кластеров которых находятся на уровне молекулярных групп, что позволило впервые объяснить механизм влияния гидравлического вяжущего на структуру и свойства бетонов. Путем использования ядер релаксации, полученных на базе термодинамической модели деформирования твердого тела, разработаны основы теории поведения материалов в температурно-временном поле как системы упругих и вязких связей, что позволило усовершенствовать принцип температурно-временной и предложить принцип температурно-структурной аналогии. Впервые установлено, что при содержании упругих связей в пределах 0.5 наблюдаются максимальное упрочнение и восстановление структуры, повышаются усталостная долговечность и морозостойкость. На основе выработанного-теоретического подхода разработана методика подбора состава бетонов на ОГВ, позволяющая обеспечить требуемую надежность и долговечность дорожной одежды при их применении. Научная значимость исследований заключается в возможности использования установленных общих закономерностей поведения бетонов на ОГВ в темперагурно-временном поле, а также методик оценки деформационной устойчивости и подбора состава для оценки новых дорожно-строительных материалов будущего поколения.

Практическая значимость полученных результатов. Разработана методика оптимизации состава и структуры бетонов на ОГВ, обеспечивающая их максимальную надежность в дорожной одежде. Предложен метод температурно-структурной аналогии, позволяющий осуществлять прогноз свойств бетонов по минимуму экспериментальных данных. Разработаны новые составы и технологии приготовления бетонов на ОГВ, позволяющие расширить их применение в дорожном строительстве, использовать вторичные продукты производства (старый дробленый асфальтобетон, отходы производства), улучшить экологическую ситуацию (холодные технологии). Результаты исследований использовались при

подборе составов бетонов на ОГВ организациями дорожной отрасли Республики Беларусь и Минжилкомхоза, разработке шести нормативно-технических документов, что позволило на практике добиться снижения толщины дорожной одежды, энергозатрат, увеличить срок службы покрытия и получить экономический эффект более 600 тыс. долларов США. Положения диссертационной работы используются в Белорусской государственной политехнической академии при чтении лекций, дипломном проектировании, подготовке аспирантов.

Автор защищает: совокупность научных положений, экспериментально установленных закономерностей и теоретических обобщений, которые можно квалифицировать как вклад в новое научное направление дорожного материаловедения «Теоретические основы и практическое применение новых композиционных материалов на комбинированном асфальто-цементом вяжущем».'На защиту выносятся: экспериментально подтвержденный механизм структурообразования бетонов на ОГВ, позволивший объяснить влияние гидравлического вяжущего на свойства бетонов и использовать низкомарочные вяжущие; теоретические основы механики деформирования и разрушения бетонов, как системы упругих и вязкопластических связей, впервые позволившие установить общие закономерности поведения бетонов с одинаковым количеством упругих связей и получить ряд практических результатов (при содержании упругих, связей 0.5 наблюдается максимальная усталостная долговечность, реком-бинационная способность,'упрочнение структуры); результаты экспериментальных исследований реологических, прочностных и деформационных свойств; теоретически и экспериментально установленные требования к деформационной устойчивости и методика подбора состава бетонов на ОГВ, которая в отличие от известных, позволяет в комплексе учесть спектр действующих нагрузок и природно-климатических факторов.

Лнчиый вклад соискатели. Результаты исследований получены соискателем при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ, научным руководителем которых являлся автор. Без соавторов опубликована монография, брошюра и 12 научных статей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференциях, семинарах, совещаниях: Всесоюзная конференция по управлению структурообразованием, структурой и свойствами дорожных

бетонов (Харьков, 1983 г.); «Ресурсосберегающие технологии, структура и свойства дорожных бетонов» (Харьков, 1989 г.); Всесоюзная научно-техническая конференция «Пути совершенствования технологических процессов при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог»' (Минск, 1987 г.); Научно-техническая конференция «Строительство дорог общего пользования в нечерноземной зоне РСФСР» (Брянск, 1989 г.); Научно-техническая конференция «Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог» (Суздаль, 1989 г.); 50, 51 н 52-я международные научно-технические конференции БГПА (Минск, 1995, 1996, 1997 гг.), а также на конференциях в городах: Брянск, 1979; Таллин, 1982, Москва, 1980,1981, 1986, 1996; Владимир, 1982, 1984, 1985, 1987, 1988; Суздаль, 1983 и Ростов-на-Дону, 1985.

Опубликованиость результатов. По материалам диссертации опубликована одна монография (13 п. л.), две брошюры (3.44 п. л.), 23 статьи, 18 тезисов докладов. Получено 12 авторских' свидетельств на изобретение и издано шесть ведомственных нормативных документов..

Структура и объем работы. Диссертация включает 9 глав, выводы и 3 приложения. Общий объем — 389 страниц, в том числе 54 таблицы, 144 рисунка и 31 страница приложений, список использованных источников- из 250 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние вопроса

Бетон на органопгдравлическнх вяжущих (ОГВ) — искусственный строительный материал, сочетающий в своей структуре свойства термодинамически несовместимых органических (битумов, деггей) и гидравлических (цемент, гипс, зола и т. д.) вяжущих. Появление бетонов на ОГВ в дорожном строительстве было связано с рядом причин:

1. Недостаточной надежностью и долговечностью традиционного асфальтобетона на действие современных транспортных нагрузок.

2. Внедрением новых энерго- и ресурсосберегающих технологий, требующих наличия п структуре материала воды (эмульсии, вспененные битумы, влажные органоминеральные смеси и т. д.).

3.Появлением новых технологий ремонта и реконструкции дорож-'ных покрытий (метод Ресайклинга, холодного ремиксирования и др.).

Исследованием бетонов на ОГВ занимались В. И. Братчун, Г. С. Бахрах, Е. А. Казарновская, В. М. Гоглидзе, В. М. Безрук, А. М. Богуславский, Н. В. Горелышев, Л. Б. Гезенцвей, Н. А. Горнаев, М. Ш. Дзидзигури, И. А. Рыбьев, С. И. Самодуров, С. Н. Попченко, А. В. Потапов, В. И. Соломатов, R.: Dublier, М. Schmidt, Н. Feil, Р. Vogel, А. Valkonen, Z. Zielmski и др.

Однако практическое использование бетонов на ОГВ сдерживается рядом нерешенных проблем. В частности отсутствует единая физическая и структурная модель бетонов, позволяющая осуществлять прогноз их свойств. Нет единого мнения о механизме влияния добавок гидравлических вяжущих на структуру и свойства асфальтобетонов. Необходимо установить закономерности поведения материала в температурно-временном поле под действием нагрузки и на этой основе выработать методику оптимизации состава бетона, обеспечивающую надежную его работу в дорожной конструкции. Для решения данных проблем автор базировался на фундаментальных работах, выполненных применительно к асфальто- и цементобетонам И. Н. Ахвердовым, Ю. М. Баженовым, Н. П. Блещиком, А. М. Богуславским, А. Г. Бонченко, А. В. Волженским,

A. П. Виноградовым, Н. В. Горелыщевым, И. М. Грушко, Л. С. Губачем,

B. А. Золотаревым, Я. Н- Ковалевым, В. Н. Кононовым, И. В. Королевым, И. И. Леоновнчем, В. В. Мозговым, О. П. Мчедловым-Петросяном,

А. Ф. Полаком, С. И. Самодуровым, В. И. Соломатовым, А. В. Саталки-ным, Б, С. Радовским, А. В. Руденским, И. А. Рыбьевым, Б. Н. Урьевым, Ю. С. Черкинским, В. Н. Яромко, И. К. Яцевичем и др.

Были использованы также фундаментальные положения физики твердого тела, термодинамики, термовязкаупругости, кинетической теории прочности, изложенные в работах А. А. Аскадского, Г. М. Бартенева, В: В. Болотина, Г. С. Жданова, С. Н. Журкова, А. А. Ильюшина, Л. М. Качанова, С. А. Кутолина, Ю. С. Липатова, Ю. Н. Работного, П. А. Ребиндера, В. Р. Регель, Г. В. Самсонова, Дж. Ферри, А. Н. Чичко, Е. Д. Щукина и др. В то же время механический перенос подходов, выработанных к асфальто- и цементобетонам, на бетоны на ОГВ невозможен ввиду ряда особенностей их структурных, физических, реологических свойств, специфического поведения в температурно-временном поле. Важно также учесть условия работы бетона на ОГВ как дорожно-строительного материала, что создает необходимость решения ряда специфических проблем (сдвигоустойчивости, трещиностойкости, усталостной долговечности и т. д.).

Теоретические и экспериментальные исследований процессов структурообразования бетонов на ОГВ

На основе анализа и обобщения опыта применения бетонов на ОГВ выделены три их группы по структурным признакам:

Бетоны, у которых влияние гидравлического вяжущего проявляется на уровне микроструктуры.

Бетоны с эффектом проявления вяжущего на уровне мезо- и макроструктуры.

Блочные бетоны, получаемые путем объединения в одно целое крупных агрегатов асфальто- и цементобетона.

Для получения качественных смесей на основе несовместимых вяжущих, согласно Б. Н. Урьеву, необходимо либо существенно интенсифицировать технологический процесс путем дополнительных энергетических затрат, либо применять системы с меньшей эффективной вязкостью-. "

Для решения данных проблем автором предложены 3 технологии приготовления бетонов 1-й группы:

1) применение органических вяжущих пониженной вязкости и гидравлических пониженной активности (2-й путь по Урьеву Б. Н.). На практике данный метод был реализован на примере дегтезоломинеральных композиций;

2) двухступенчатая технология приготовления смесей, в соответствии с которой все компоненты вначале смешивают при температуре окружающей среды, а затем подогревают до 60-90 °С (дополнительные энергозатраты);

3) ввод воды на стадии укладки смеси (дополнительные энергозатра-

' ты).

Естественно, что к данным способам примыкает применение эмуль-, сий органического вяжущего (дополнительные затраты механической и химической энергии).

В перспективе для приготовления бетонов на ОГВ могут оказаться эффективными методы электронно-ионной технологии, разработанные Я. Н. Ковалевым. Данные методы позволяют в комплексе изменять как структуру вяжущих, так и снижать затраты энергии на приготовление смесей.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования показали, что независимо от технологии приготовления бетона (даже при

подаче воды после обработки минерального материала битумом) возникают условия для гидратации гидравлического ьяжущего, связанные с наличием агрегатов цемента очень малых размеров (от нескольких десятков до сотен мои), покрытых пленкой органического вяжущего пониженной толщины и прочности.

При попадании в смесь воды и механическом воздействии происходит отрыв частиЦ битума от агрегатов цемента (поверхностная энергия воды выше, чем битума). Взаимодействие частиц цемента с водой приводит к возникновению щелочной среды и дальнейшему эмульгированию органического вяжущего, что способствует углублению процесса гидратации. Подобный процесс можно усилить методами электронно-ионных технологий, (ультразвуковое воздействие, электрогидравлический эффект и т. д.).

Экспериментальные исследования рН смесей, кинетики сорбции паров воды, прочности систем «цемент - битум - вода» различного состава, рентгеноструктурный и термографический анализы подтвердили наличие процессов гидратации при приготовлении бетонов на ОГВ. Степень гидратации цемента в структуре бетона на ОГВ достигает 50-100 % по сравнению со степенью гидратации цементного камня. Меньшая степень гидратации наблюдается при подаче воды после битума. Максимальная — при применении эмульсий, раздельном приготовлении асфальтовой и цементной составляющих (бетоны 2-й и 3-й групп).

Процесс стру кту рообраз о ван и я бетонов на ОГВ заключается в появлении различного рода связей прогидратировавших агрегатов гидравлического вяжущего между собой при наличии пленок органического вяжущего различной толщины. В ряде случаев возможно появление фазовых контактов между прогидратировавшими агрегатами цемента, вызванных взаимодействием продуктов гидратации. Эти контакты возникают в разрывах битумных пленок, а также и через битумные пленки небольшой толщины. Причинами их появления при наличии углеводородных пленок являются: внугрикристаллическое давление, перенос ионов вследствие диффузии, разрыв углеводородных пленок в результате контракции, частичная взаимная растворимость составляющих.

Экспериментальные исследования прочности образцов после экстрагирования битума, анализ прочности ненарушенной и разрушенной структур подтвердили возможность появления фазовых контактов при толщине пленок органического вяжущего в пределах 1-5л//см. Однако учитывая незначительную прочность фазовых контактов при наличии

пленок органического вяжущего, онн не являются главным структурообразующим фактором бетонов на ОГВ (особенно первой группы, когда гидравлическое вяжущее проявляется на уровне микроструктуры). Основным структурообразующим элементом бетонов на ОГВ является формирование межфазных переходных слоев кластерного типа. Поскольку гидравлические и органические вяжущие являются термодинамически несовместимыми и не могут образовать устойчивой однофазной системы, граница раздела фаз является размытой и контакты осуществляются через межфазные переходные слои. На формирование межфазных слоев оказывают влияние как физические (прорастание кристаллов, адсорбция, разрушение ассоциатов битума, перенос ионов, образование двойных электронных слоев), так и химические (образование связей типа Ме + _ООСЛ, водородных -Н-0 и др.) процессы.

В работе сформулирован термодинамический подход условий формирования Межфазных переходных слоев.

' Энергия Гиббса двойной системы, например гидратированный цемент - битум (Кцг-б) с учетом образования переходных слоев кластерного типа на границе раздела может быть определена из условия:

Г иг-в = (1 - *1 - «1*1 )Р'ц + (*| - V )РБ + (а1х1 ~ V )Ргрц~б + (1) + 2/?7"[ЙГ1Л:1 1п(«г1дг1)+¿1*1)]>

где РциГб—энергия Гиббса прогидратировавшего цемента и битума соответственно;

XI — мольная доля битума по отношению к цементу;

аь Ь\ — коэффициенты, характеризующие долю молекул, находящихся в переходном слое, соответственно цемента и битума, значения которых меньше единицы;

Ргрц-б— энергия Гиббса молекул границы раздела переходного слоя частиц цемент - битум;

Т— температура;

Л— универсальная, газовая постоянная.

Поскольку энергия Гиббса. имеет, всегда отрицательное значение, то и Ргрц-б меньше нуля и, следовательно, чем,больше 01*1 ь Ь\Х\, тем меньше энергия Гиббса всеЙ.системы./гцг-Б в.целом. Вклад я,дг, 1п(о,*, 1л(£|Дг,)ш,модели (]) позволяет учесть энтропию смешения, молекул, находящихся в.цереходяом.слое частиц цемент - битум и характеризует число «перестановок», образующихся разноименны-

ми частицами переходных слоев цемента и битума, так как 01X1 < 1 и ¿1*1 < 1, то вклад этих слоев в модель (1) дает отрицательное значение (логарифм числа меньше единицы), что также приводит к уменьшению энергии Гиббса в системе «цемент - битум - вода». Таким образом, появление переходных слоев снижает общую энергию Гиббса, а следовательно, является термодинамически выгодным процессом.

Экспериментальное подтверждение наличия переходных слоев кластерного типа осуществляли методами фотоэлектронной спектроскопии, наиболее эффективными в исследованиях химической связи материалов. С помощью фотоэлектронных спектров различных систем «цемент - битум - вода» определяли характер связей на уровне валентных зон с последующей математической обработкой и анализом.

Рис. 1. Нормированные валентные зоны х (цементный камень) + у (битум) (0.5 < * < 0.9,0.1 <у <0.5) и цемент + битум + вода (эксперимент) (кривая 1)

В результате сравнения экспериментальных данных и спектров, полученных методами компьютерного моделирования (рис. 1) было установлено, что ввод воды в систему цемент-битум приводит к образованию переходных областей с определенной энерг ией химической связи. Мали-

чие подобной связи свидетельствуют о'достаточно прочной и устойчивой структуре бетонов на ОГВ на действие как механических нагрузок, так и погодно-климатических факторов.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана структурная модель бетонов на ОГВ, которая представлена прогидратировавшими в различной степени агрегатами цемента и рядом межфазных переходных слоев (рис. 2).

Рис. 2. Структурная модель бетона на ОГВ:

1 — область прогидратировавшего цемента, для которой энергия взаимодействия частиц цемента и битума равна нулю; 2 — непро-гидратировавшая область цемента; 3 — межфазный переходной слой со стороны цемента; 4 — межфазный переходной слой со стороны битума; 5 — область битума, для которой энергия взаимодействия частиц цемента и битума равна нулю (свободный битум)

В зависимости от объемной доли цементной фазы, структурные агрегаты цемента могут взаимодействовать между собой через прослойки битума, переходные слои либо непосредственно друг с другом, образуя фазовые контакты. •

Теоретические расчеты на ЭВМ для предложенной модели позволили сделать следующие выводы. С увеличением объемного содержания цементной фазы число перколяционных контактов растет по степенной зависимости. За счет Наличия переходных слоев перколяционные пороги

структурообразования смещаются в сторону снижения. Повышение прочности и протяженности переходных слоев влияет аналогично увеличению марки минерального вяжущего.

Зависимость между маркой минерального вяжущего и прочностью композита близка к линейной. Увеличение марки (прочности) минерального вяжущего целесообразно при его объемной доле более 50-60 %. Поэтому для ряда бетонов (особенно первой группы) можно использовать низкомарочные вяжущие, что имеет большое практическое значение.

Таким образом, структурообразующая роль гидравлического вяжущего обусловлена образованием межфазных переходных слоев кластерного типа, обладающих определенной энергией связи и способствующих повышению прочности и устойчивости системы.

Теоретические основы поведении бетонов на ОГВ под действием нагрузки в гемнературио-времешюм поле

Бетоны на ОГВ сочетают свойства коагуляционных, конденсационных и кристаллизационных структур (по академику Ребиндеру П. А.). Структуру подобных материалов можно представить в виде феноменологической модели с комплексным набором упругих пу и вязкопластиче-ских пв связей, чередующихся по последовательной и параллельной схемам. При этом во всех случаях сумма упругих и вязких связей равна единице.

Поскольку в результате деформации вязкопластических связей происходит полное рассеяние приложенной .энергии, то теоретически можно принять, что соотношение пв и пу определяется отношением диссипиро-ванной энергии к приложенной. В этом случае количество пу и пв. зависит, прежде всего, от релаксационных свойств материала и времени действия нагрузки.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что значение пу можно определить из условия

пу~Е,!Ес=(н,1ЕсУ'п\ (2)

где Е, и /?, — текущие значения модуля релаксации (ползучести) и прочности при конкретной температуре и условиях нагружения;

Ес и Яс— максимальные значения модуля релаксации и прочности, реализуемые во всем диапазоне температур и времени; т — параметр, зависящий от вида материала.

Параметр т отражает отношение интенсивности прироста прочности по сравнению с интенсивностью прироста модуля. Чем выше «, тем более интенсивно растет прочность, что.благоприятно сказывается на работе материала в дорожной конструкции. Бетоны на ОГВ имеют более высокие значения т =0.9-1.0 по сравнению с асфальтобетоном — 0.7-0.8.

У бетонов на ОГВ упругие связи складываются из связей конденса-ционно-кристаллизационного каркаса пу\ и «обращаемых» связей пл, количество которых изменяется в зависимости от температуры и режима нагружения. Значение пу\ можно определить как отношение истинного предела пластичности к предельной структурной прочности.

Наилучшие результаты для описания поведения бетонов на ОГВ в температурно-временном поле показали ядра релаксации, полученные А. Й. Аскадским из предположения, что имитирующей стадией процесса релаксации напряжений является скорость взаимодействия релаксаторов, под которыми подразумеваются различные микрополости в материале, отдельные слабые места и т. д. При этом происходит переход этих областей в нерелаксирующий материал, в котором релаксационные процессы уже завершены.

Подобные ядра применимы для описания вязкоупругих свойств бетонов на ОГВ любого состава как в линейной, так и нелинейной области.

Обработка экспериментальных данных показала, что константа скорости релаксационного процесса ядра заметно убывает при приближении битума к температуре стеклования и при существенном увеличении количества цементных связей, что свидетельствует об определенной близости проявления температурных и структурных процессов. В то же время в очень большом диапазоне может, наблюдаться постоянство константы старости процесса. л

Порядок реакции, характеризующий одновременное активное «столкновение» нескольких кинетических единиц (например, слияние микрополостей), увеличивается с увеличением количества цементной фазы. То есть с ростом количества цементной фазы увеличивается структурная неоднородность, влияющая на релаксационный процесс. Количество активных микронеоднородностей, участвующих в трансформации при релаксационном процессе, имеет тенденцию к убыванию с понижением температуры для всех материалов. При этом добавка цементной фазы может привести как к снижению, так и к увеличению количества не-однородностей; поскольку все зависит от процесса формирования струк-

туры переходного слоя. Более развитый переходной слой увеличивает и количество активных центров.

На основании теоретических и экспериментальных исследований был установлен ряд закономерностей для материалов различного состава с одинаковым количеством вовлеченных в процесс деформирования упругих связей щ. Эти закономерности для бетонов с одинаковым пу заключаются в следующем:

1. Бетоны обладают одинаковой релаксационной способностью (данное положение вытекает из самого определения пу и подтверждается экспериментально).

2. Имеют одинаковое отношение тангенса угла наклона релаксационной прямой к константе скорости релаксации.

3. Наряду с одинаковой релаксационной способностью обладают одинаковой скоростью релаксации. В этом случае различные материалы будут иметь одинаковую временную и температурную чувствительность.

Однако для бетонов на ОГВ последнее условие (п. 3) выполняется не всегда. Определяющим фактором является состав (соотношение битум-цемент должно отличаться ие более чем на 50 %). Только при таких соотношениях материалы с одинаковым пу обладают, наряду с одинаковой релаксационной способностью, одинаковой температурно-временной • чувствительностью.

Материалы с одинаковым пу имеют также одинаковый коэффициент поперечной деформации, сохраняют одинаковое соотношение между количеством рассеянной и накопленной энергией.

Установленные закономерности поведения бетонов с одинаковым пу имеют большое практическое значение, поскольку возникает возможность всю гамму составов и технологий изготовления бетонов на ОГВ «объединить» по условиям работы в дорожной конструкции.

Для прогнозирования свойств бетонов на ОГВ в температурно-временном поле в области линейной вязкоупругости можно использовать принцип температурно-временной аналогии (ТВА) в классическом виде. Во всех случаях температурная зависимость фактора сдвига 1ц аг от (Т-То) хорошо отображается степенной функцией.

Фактор сдвига снижается с увеличением цементной фазы, что свидетельствует об уменьшенуш температурно-временной чувствительности. В кратковременном спектре увеличение количества цемента ведет к увеличению модуля. При длительном воздействии релаксационные свойства

сближаются. Это подтверждает положение о более существенном влиянии добавок цементной фазы на работу материала под действием транспортной нагрузки, чем под действием температуры в процессе охлаждения.

Изменение состава и структуры бетонов, уровня напряжения при одинаковом времени его действия и температуре приводит, прежде всего, к изменению пу. В результате материал приобретает реологические свойства, которые он имел бы при изменении температуры или времени воздействия нагрузки. Такое положение позволяет, по аналогии с принципом ТВА, применять принцип температурно-структурной аналогии (ТСА).

В соответствии с принципом ТСА, изменяя структуру материала путем вариации цементной составляющей, можно получить те же свойства, что и путем вариации температуры.

Например, если материал определенного состава при температуре Т\ имел свойства Е\ с соответствующим пу\, то, изменив состав, мы получаем материал со свойствами и Такие же свойства можно получить для первого материала, изменяя температуру от Т\ до Г2.

' Значение Г2 вычисляют по формулам:

, Формула (3) позволяет вычислить температурный эквивалент (Т2-Т\), соответствующий структурному эквиваленту материала (пуг - пу\).

Разработана методика применения принципа ТСА при прогнозировании свойств материалов, а также оптимизации их структуры с точки зрения максимальной усталостной долговечности и рекомбилационной способности.

Исследовшше фнзнко-механических свойств бетонов на ОГВ различного состава и структуры

Теоретический анализ поведения бетонов на ОГВ был выполнен с помощью методов структурно-имитационного моделирования. Принципиально новым элементом при моделировании структуры бетонов на ОГВ является алгоритм управления размерами и, отчасти, формой конгломератов, что достигнуто за счет введения «параметра перемешивания»

(3)

Р. Параметр Р позволяет смоделировать степень структурной однородности материала.

В результате расчетов установлено, что прочность композита возрастает с увеличением объемной доли цементной фазы. Однако чем больше данный объем, тем больше статистический разброс прочности, и материал становится менее однородным. Аналогичное поведение наблюдается при возрастании «параметра перемешивания» Р, когда в объеме композита возникают более крупные конгломераты и разброс прочности увеличивается при меньших долях. Установлено, чт.о оптимальная объемная доза цемента составляет 0.25-0.35 общего объема. В этом случае разброс прочности минимален. При этой-же концентрации практически не проявляется и масштабный эффект снижения прочности.

В то же время неоднородности имеют и положительное влияние, поскольку с их ростом увеличивается рассеивание энергии при разрушении, угол кривой разрушения и, следовательно, снижается ширина раскрытия температурных трещин.

В результате теоретических и экспериментальных исследований были установлены следующие принципиальные положения:

1. Степень неоднородности цементной фазы (степень перемешивания) влияет на прочностные и деформационные свойства. Чем выше неоднородность, тем ниже прочность. В то же время «степень перемешивания» и прочность цементной фазы обратно пропорционально влияют на скорость разрушения композита. Увеличивая неоднородность цементной фазы и снижая ее прочность, можно добиться заметного эффекта по улучшению трещиностойкости материала^

2. В целом для сохранения надежности материала с точки зрения трещииостойкости и сохранения высокой однородности не следует создавать материалы со сплощным кристаллизационным каркасом высокой прочности. Цементная фаза должна выполнять роль дискретно-упрочняющей и дискретно-армирующей системы.

Исследования энергии активации, энтропии и теплоты вязкого течения показали, что энергия активации, как и теплота, растут с понижением температуры. Причем бетоны на ОГВ имеют большую энергию, но меньшую энтропию активации. С одной стороны, это свидетельствует об усилении структурного взаимодействия, с другой, — о меньшей степени разрушения структуры при протекании реологических процессов вследствие ориентации в направлении силовых полей «шарнирно» соединенных агрегатов цемента.

Наиболее полно об особенностях и преимуществах бетонов на ОГВ можно судить на основе анализа коэффициента К, представляющего собой отношение прочности композита к прочности асфальтобетона одинакового состава, т. е. содержание цемента в композите и минерального порошка в асфальтобетоне должно быть одинаково. Расчеты коэффициентов К, выполненные для различных составов, показали, что их значения всегда больше единицы, т. е. композит во всех случаях имеет более высокую прочность, чем асфальтобетон того же состава (рис. 3).

9 11

Количество цемента, %

Рис. 3. Зависимость отношения прочности на растяжение бетона на ОГВ к прочности асфальтобетона 1С (цифры на кривых) при 20 "С

Аналог ично прочности изменяется и модуль упругости бетонов на ОГВ.. По сравнению с традиционным асфальтобетоном модуль увеличивается с ростом количества цемента и снижением вязкости вяжущего. В то же время эффект от ввода цемента в значительно большей степени проявляется на прочности, чем модуле упругости.

Такое положение является очень важным преимуществом бетонов на ОГВ с точки зрения работы в дорожной одежде, поскольку наблюдается снижение соотношения напряжения и прочности, что увеличивает надежность и долговечность.

Зависимость прочности на изгиб от температуры или скорости деформации имеет вид 5-образных кривых, так же как и для асфальтобетона. Максимум прочности соответствует положению температуры механического стеклования, которое мало зависит от количества й вида минерального вяжущего и только при объемном содержании цемента более 70 % наблюдается смещение в область положительных температур. В отличие от асфальтобетона, бетоны на ОГВ менее чувствительны к скоро-

сти деформации и температуре как до, так и после температуры стеклования. Характерно, что минеральное вяжущее способствует росту прочности при низких температурах и ударных нагрузках. Связано это с тем, что имеющиеся кластеры гидравлических вяжущих способствуют ветвлению и гашению хрупких трещин и более интенсивному рассеиванию энергии, что положительно проявляется на ударной прочности. Играет роль также и снижение внутриструктурных температурных напряжений за счет ввода минеральных вяжущих. Важной характеристикой материала является величина предельной структурной прочности Яс. Ввод минерального вяжущего позволяет повысить Яс. Однако это повышение значительно ниже, чем в области высоких температур, и соответствует минимуму на кривой прироста прочности.

Как было отмечено выше, снижение однородности (степени перемешивания) ведет к падению прочности в упругой стадии, поэтому технология получения бетона играет очень большую роль. В целом, с точки зрения роста Яс имеет преимущество горячая технология и минеральные вяжущие более высоких марок.

Направленно регулировать прочностные и деформационные свойства бетонов на ОГВ можно путем изменения их микро- и макроструктуры. При этом наиболее интересным с практической точки зрения является метод регулирования микроструктуры путем ввода, наряду с минеральным вяжущим, тонкодисперсных наполнителей.

Проведенные экспериментальные исследования позволили выявить факт повышения прочности бетонов на ОГВ при совместном вводе цемента и доломитового минерального порошка. Установлено, что микроструктура бетона на комбинированном наполнителе специфична только для бетонов на ОГВ. Связано это, прежде всего, с кластерным строением межфазных переходных слоев и существенным влиянием внутрикристал-лизационного давления на битумные пленки в процессе структурообразо-вания бетона. '

Регулирование микроструктуры бетонов на ОГВ путем ввода комбинированных наполнителей позволяет добиться существенной экономии цемента, снизить его марку, использовать отходы производства. Автором разработаны составы и технология приготовления комбинированных наполнителей на основе гипсосодержащих отходов производства (отходы полировки стекла, цитрогипс) и сланцевых зол. Применение подобных отходов позволяет расширить сырьевую базу строительства и снизить его себестоимость.

Исследование кинетки изменения свойств бетонов на ОГВ под

действием механических нагрузок и noi одно-климатических

факторов

Установлено, что процесс накопления повреждаемости зависит от состава материала, температуры и режима приложения нагрузки. Характерной особенностью бетонов на ОГВ является наличие значительного упрочнения структуры, связанного с выравниванием поля напряжений и ориентацией структурных комплексов в направлении действия нагрузки. ■Максимальное упрочнение наблюдается при режимах прйложения нагрузки, обеспечивающих соотношений'упругих и вязких связей, вовлеченных в процесс деформирования в пределах 0:5. Такое соотношение позволяет добиться наиболее благоприятных условий для выравнивания поля напряжений и ориентации упругих связей в направлении воздействия.

Установлено, что при совместном воздействии двух факторов (например, воздействие транспортной нагрузки и замораживание-оттаивание) максимальная долговечность будет в том случае, когда разность значений пу между ними максимальная. Следовательно, при подборе состава композита такую ситуацию следует учитывать.

В работе показано, что применение критерия Бейли к бетонам на ОГВ неприемлемо. То есть у композитных материалов в процессе «отдыха» происходит рекомбинация структуры.

Экспериментальные исследования показали, что процессы восстановления структуры при изотермических.условиях характеризуются следующими факторами: уровнем работоспособности или повреждаемости структуры материала, его составом и режимом нагружения. В общем случае рекомбинационные процессы можно оценить через комплексный коэффициент

*,=¥<Ч(1-иД (4)

где С — коэффициент, учитывающий влияние пу\ (число связей, образующих сплошной каркас);

¥ — уровень повреждаемости.

Если исследовать зависимость (4) на экстремум, то видно, что независимо от состава и уровня у максимальное восстановление структуры наблюдается при пу = 0.5.

Таким образом, установлено еще одно важное свойство композитов — при одинаковом соотношении упругих и вязких связей (пу = 0.5), кроме максимального упрочнения, материал при этих условиях обладает и максимальной рекомбинационной способностью.

Долговечность бетонов на ОГВ при действии статической нагрузки определяется их составом и степенью развития кристаллизационной структуры. При малом удельном весе цемента у бетонов 1-й группы зависимость долговечности от уровня напряжения имеет вид степенной функции, предложенной В. А. Золотаревым для асфальтобетона.

При циклическом пагружении (усталостная долговечность) для бетонов на ОГВ хотя и в узком температурном диапазоне также может быть использована степенная формула вида

Л^=(/г/а)\ (5)

где Я — прочность материала;

и — коэффициент, зависящий от структуры материала; о— напряжение.

Характерно, что чем выше содержание гидравлического вяжущего и степень его гидратации, тем выше значение коэффициента п. С одной стороны, это свидетельствует о более высокой усталостной долговечности, с другой, — о большом статистическом разбросе ее показателей. В соответствии с данными исследований Б. С. Радовского, статистический разброс долговечности увеличивается пропорционально коэффициенту и, что отрицательно сказывается на надежности дорожной одежды. Поскольку коэффициент вариации по прочности резко возрастает с увеличением количества цементной фазы более 30 %, для достижения требуемого уровня надежности дорожной одежды без существенного увеличения ее материалоемкости содержание структуры гидравлического вяжущего не должно превышать этот показатель. При понижении температуры удельное количество гидравлического вяжущего следует уменьшить до уровня 10-15 %. В общем случае следует руководствоваться требованием, чтобы коэффициент п не превышал 6-8, что обеспечит разброс долговечности не более-100-150 %. На практике для этого целесообразно использовать принцип ТСА.

При работе материала в упругой стадии (пу = 1) его прочность равна предельной структурной прочности Яс. Чем выше Яс, тем выше и усталостная долговечность материала.

Особенности кинетики накопления повреждаемости в структуре бетонов на ОГВ отражается на такой важной эксплутационной характеристике как морозостойкость.

При прочих равных условиях (пористости и технологии приготовления материалов) одну из определяющих ролей играет вопрос механики деформирования и разрушения материала в процессе замерзания и оттаивания содержащейся в порах воды. Как было отмечено выше, максимальной циклической долговечности при деформационной усталости (что имеет место и при попеременном замораживании оттаивании) обладают материалы с удельным количеством упругих связей, равным 0.5.

Хотя экстремальный уровень морозостойкости находится при пу- 0.5, па абсолютное его значение большую роль оказывают и другие факторы (адгезия органического вяжущего и внутриструктурные температурные напряжения). Величина внутриструктурных температурных напряжений определяется релаксационной способностью вяжущего, условиями охлаждения, теплофизическими свойствами (коэффициент температурного расширения). Теоретические исследования внутриструктурных напряжении, возникающих в результате охлаждения композитного материала, выполнены методом конечных элементов для различных моделей. Обработка полученных данных позволила установить, что для композитов первой группы внутриструктурные напряжения зависят от соотношения коэффициентов линейного температурного расширения и релаксационных модулей наполнителя в композитной матрице. При этом в матрице возникают растягивающие напряжения, а в наполнителе — сжимающие. Установлено, что минимальные напряжения наблюдаются при соотношении битум/цемент равном 0.4-0.6.

В работе большое внимание уделено вопросам изменения свойств бетонов на ОГВ во времени и процессам старения. Известно, что в структуре материала одновременно идут процессы структурообразования и деструкции (исследования Грушко И. М.), и только когда второй фактор начинает преобладать, можно вести речь о старении. Поэтому в качестве критерия старения бетонов на ОГВ было решено принять уровень деструкции под действием природных факторов. Оценку степени «упорядоченности» структуры и уровня деструкции проводили рентгеновским методом.

Установлено, что асфальтобетон подвержен постоянной деструкции, причем наиболее интенсивно — в начальный период. Бетоны на ОГВ с низкой степенью гидратации вначале имеют степень деструкции анало-

гичную асфальтобетону, затем упорядоченность структуры резко возрастает. Предварительно загидратированныП цемент способствует увеличению степени «кристалличности» на начальном этапе, затем начинает медленно развиваться деструкция. Причем степень ее развития в несколько раз ниже, чем у асфальтобетонов.

В целом высокая морозостойкость и низкая степень деструкции под действием погодно-климатическИх факторов подтверждает хороший уровень «взаимодействия» органических и гидравлических вяжущих в структуре бетонов на ОГВ. Связано это, прежде всего, с наличием переходных слоев кластерного типа с определенной энергией химической связи.

Методика оценки деформационной устойчивости и подбора составов бетонов йа ОГВ

Бетоны на ОГВ в дорожной одежде работают в сложных температурных условиях, подвергаются воздействию транспортных нагрузок и по-годно-климатических факторов. Структура бетона будет оптимальной, если она способна противостоять всем указанным факторам в комплексе.

Для оптимизации структуры бетонов на ОГВ предлагается использовать коэффициенты запаса Ки связанные с уровнем надежности /V Поскольку для реального материала определяются N значений К/, то необходимо для каждого их них вычислить Р,, а общий уровень надежности Ра найти как произведение частных уровней. Чем выше значение Р0, тем выше надежность при совместном влиянии внешних факторов. Подбирать состав и структуру бетонов на ОГВ следует таким образом, чтобы значение Р0 было максимальным во всем реальном диапазоне варьирования составляющих. Обеспечить работу композитного материала без появления остаточных деформаций в летний период можно при условии превышения прочности конденсациошю-кристаллизационного каркаса (истинного предела пластичности) над уровнем растягивающих напряжений, вызванных транспортной нагрузкой. Коэффициент запаса вычисляют по формуле:

Ке = Як/Я?\ (6)

где Як — фактическая прочность каркаса на растяжение;

— требуемая прочность конденсационно-кристаллизационного каркаса.

Если характеристики упругой и вязкой среды известны (способ раз- , дельного бетонирования), требуемую прочность каркаса можно определить из условия

"Аа'Еб

где па и «с — удельная доля асфальтовой и бетонной составляющих;

Еш и Еб— модуль упругости асфальтовой и бетонной составляющих;

Яб— прочность бетонной составляющей; ст — напряжение от транспортной нагрузки.

При постоянном значении напряжения требуемая прочность каркаса снижается с ростом асфальтовой составляющей и повышением Е,„. Следовательно, чем ниже пустотность черного щебня, выше вязкость битума и скорость движения транспорта, тем ниже может быть марка цементного раствора, заполняющего пустоты. Это имеет большое практическое значение, так как можно дифференцированно применять цементный раствор, а также повышать деформационную способность композита (2-й группы).

Важной составляющей формул (6, 7) является значение напряжений от действия транспортной нагрузки. Поэтому в работе большое внимание уделено методам оценки этих напряжений.

Для определения напряжений пользовались численными методами, в частности, методом конечных элементов (МКЭ). Применение МКЭ позволяет учесть градиент температур по толщине слоя, различие времени действия нагрузки в каждой точке слоя, анизотропию свойств материала. Обработка численных данных позволила построить номограмму, связывающую максимальные растягивающие напряжения в нижнем слое покрытия и деформационные характеристики материалов слоев с учетом действия горизонтальной нагрузки, а также Явления анизотропии и изменения свойств по толщине слоя. Фактическая прочность каркаса Л, может быть определена мет одами реологии как истинный предел пластичности либо приближенно путем уменьшения прочности при 50 °С на 15-20 %.

При выработке критериев температурной трещиностойкости учитывалось, что для ряда бетонов, обладающих развитым конденсационно-крнсталлизационным каркасом, сохранение температурной трещиностойкости практически невозможно. Это относится к асфальтоцементным композитам, получаемым способом раздельного бетонирования, обработки дробленого асфальтобетона цементным раствором и т. д. В то же вре-

мя разрушение отдельных кристаллизационных связей не должно приводить к лавинообразному разрушению материала, что выполняется при условии разрушения по вязкому механизму. Разрушение композита будет вязким, если суммарная прочность конденсационно-кристаллизационното каркаса не превышает суммарной прочности оставшихся связей с учетом имеющегося в них температурного напряжения.

Установлено, что данные условия выполняются, если

— > 2.9, (8)

ВЯ 50

где Л» и Не — прочность на растяжение при 50 °С и предельная структурная прочность соответственно;

В — коэффициент, равный 0.7-0.85.

Чем выше отношение (8), тем меньше вероятность образования температурных трещин, ширина их раскрытия и частота появления.

Применение выражения (8) рекомендуется в основном для композитов 2-й и 3-й группы, имеющих развитый кристаллизационный каркас, для которых нельзя гарантировать отсутствие температурных трещин.

При выработке критерия трещиностойкости,-обеспечивающего отсутствие трещин, учитывали, что основным фактором, влияющим на трещиностойкость, является релаксационная способность. Как было показано выше, одинаковое пу обеспечивает одинаковую релаксационную способность.

В результате было установлено, что коэффициент запаса Кг для условий Беларуси определяется как

V- ''Л- т

"о

где Лс— предельная структурная прочность;

Ко— прочность на растяжение при 0 °С.

Подбирая состав композита, необходимо стремиться к обеспечению его максимальной долговечности под действием циклических нагрузок от транспорта и погодно-климатических факторов. В упругой стадии работы более высокой усталостной долговечностью обладают материалы, имеющие максимальное значение предельной структурной прочности /?с.

Тогда коэффициент запаса можно вычислить из условия

о Ф

где Rf— фактическая предельная структурная прочность;

R'"'"— минимальное значение предельной структурной прочности во всем диапазоне структурных составляющих бетона.

При деформации с постоянной амплитудой, что наблюдается при попеременном замораживании-оттаивании, максимальную долговечность имеют материалы с содержанием упругих связей около 0.5 (при близких значениях пористости). Число упругих связей следует определять при температуре и скорости деформации, соответствующих льдообразованию в порах материала. В работе получены формулы, позволяющие определить коэффициент запаса по этим условиям.

Следует отметить, что при работе материала в изотермических условиях оптимальное количество упругих саязеП составляет 0.5. Материал в этом случае в равной степени проявляет упругие (твердость, сопротивление износу) и вязкопластические (деформативность, сопротивление ударной нагрузке) свойства. Кроме того, в максимальной степени будут наблюдаться сопротивление циклической нагрузке при постоянном уровне деформации, а также рекомбинация структуры.

Кроме приведенных на стадии подбора состава могут быть использованы дополнительные критерии, например, критерий максимальной долговечности и рекомбинационной способности при совместном воздействии нескольких факторов, например, временной нагрузки и замораживания-оттаивания Применительно к данным условиям также разработана методика подбора оптимальных составов. В работе приведены конкретные примеры подбора составов по данной методике.

Практическая реализация результатов исследования

Практическое применение результатов исследований осуществлялось по 3-м направлениям:

1. Использование теоретических разработок при подборе составов и оп гимизации структуры материалов.

2. Применение на объектах дорожного строительства разработанных автором материалов и технологий.

3. Издание нормативных и методологических документов.

Первое направление было реализовано при подборе составов бетона из дробленого асфальтобетона, битумной эмульсии и цемента (дорога М-1 «Беларусь»), подготовке стандарта РБ «Смеси асфальтобетонные и аэродромные» (СТБ 1033-96), постановления.Совмина РБ № 421 от 25.06.93 «Об угверждении допустимых параметров тяжеловесных и крупногабаритных транспортных средств».

Внедрение новых составов и технологий в практику дорожного строительства (второе направление) выразилось в следующем:

1) были получены и применены депезоломинеральные композиции;

. 2) теплые асфальтобетонные смеси на комбинированных наполнителях гидравлического действия (двухступенчатая технология приготовления); ;

3) горячие асфальтобетонные смеси на наполнителях из портландцемента с вводом воды на стадии укладки;

4) влажные органоминеральные смеси на комбинированных наполнителях гидравлического действия;

5) эмульсионно-минерапьные смеси и асфальтоцементные композиты, получаемые способом раздельного смешения.

Верхние и нижние слои покрытий дорожных одежд по указанным технологиям были устроены на дорогах: Лида - Геранены, Вороново -Гродно, Вильнюс - Полоцк, Минск - Гродно, Минск - Нарочь, Барановичи - Осиповичи, Апанасенки - Лужки, пр. Рокоссовского и Машерова в г. Минске и др.

Экономический эффект достигнут за счет снижения энергозатрат при приготовлении смесей, уменьшения расхода органического вяжущего, уменьшения толщины дорожной одежды, а также за счет увеличения межремонтных сроков службы.

Разработаны и внедрены в производство: «Рекомендации по улучшению свойств дегтебетонов путем ввода сланцевых зол». — Мн., 1987; «Рекомендации по устройству полужестких покрытий дорожных одежд из асфальто-цементного композиционного материала способом раздельного бетонирования». — Ми., 1987;' «Рекомендации по применению ор-ганоминеральных смесей на наполнителях гидравлического действия». — Мн., 1991; «Руководство по подбору составов и устройству сдвигоустой-чивых покрытий городских улиц и дорог из бетонов на органоминераль-ном вяжущем».— Мн., 1996.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Доказана возможность гидратации гидравлических вяжущих в структуре бетона при наличии пленок органического вяжущего. Степень гидратации достигает 50-100 % от степени гидратации цементного камня и зависит от способа подачи воды и технологии приготовления бетона. Установлено, что процессы структурообразования бетонов на ОГВ заключаются в появлении отдельных фазовых контактов между прогндра-тировавшими агрегатами цемента через разрывы битумных пленок и пленки толщиной 1-5 мкм. Причинами появления фазовых контактов является внутрикристаллнческое давление, перенос ионов вследствие диффузии, разрыв пленок органического вяжущего в результате контракции, частичная взаимная растворимость составляющих. Сформулирована и доказана гипотеза о наличии протяженных, межфазных переходных слоев кластерного типа как основного структурообразующего фактора. Переходные слои образованы молекулярными кластерами с определенной энергией химической связи. Благодаря наличию этой связи резко возрастает «активирующая» роль цемента и отсутствует возможность «отторжения» разнородных вяжущих в процессе эксплуатации.

2. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что влияние минерального вяжущего на структуру и свойства бетонов на ОГВ проявляется по механизму действия активного, коль-магирующего и армирующего наполнителя. Разработана физическая и структурная модели бетонов на ОГВ, представляющие собой агрегаты цемента, гидратирующие «внутрь или наружу», окруженные рядом переходных слоев. Установлено, что структурообразующие концентрации зависят от степени гидратации и мощности переходных слоев. В связи с наличием переходных слоев структурообразующие концентрации гидравлического вяжущего смещаются в меньшую сторону по сравнению с концентрацией, рассчитанной по теории перколяции. При этом снижается также влияние марки гидравлического вяжущего на свойства бетонов, что позволяет в ряде случаев отказаться от применения цемента и заменить его отходами производства.

3. Предложена модель бетонов на ОГВ в виде системы упругих пу и вязкопластических связей пв. Установлено, что независимо от состава и структуры бетоны с равным количеством упругих (вязких) связей обладают одинаковой релаксационной способностью, скоростью релаксации, коэффициентом поперечной деформации, соотношением между количе-

ством рассеянной и накопленной энергиями. Обусловлено это тем, что при одинаковом пу замедление скорости релаксации влечет за собой и снижение константы скорости релаксации на ту же величину.

Такое положение является важнейшей особенностью поведения исследуемых материалов, что позволило выработать новые подходы к анализу их свойств, оценке надежности и долговечности. В частности при пу = 0.5 наблюдается максимальное упрочнение и восстановление структуры под действием механических нагрузок, максимальный уровень циклической долговечности при постоянной деформации. Выделение в структуре бетонов упругих и вязких связей позволило усовершенствовать метод ТВА и разработать принцип температурно-структурной аналогии,' объединяющий влияние на свойства бетонов температуры, режима на-гружения и структурных изменений материала. Это позволило усовершенствовать и упросгить методику прогнозирования результатов трудоемких экспериментальных исследований.

4. Экспериментальными исследованиями установлены основные закономерности изменения прочностных, деформационных, реологических свойств бетонов на ОГВ. Прочность бетонов на ЬГВ независимо от технологии их приготовления всегда выше, чем у асфальтобетона аналогичного состава. За счет гидратации цемента прочность при высоких температурах увеличивается в 2-5 раз, при низких—на 5-30 %. В зоне хрупкого разрушения бетоны на ОГВ имеют преимущество за счет снижения температурных напряжений и ветвления трещин на кластерах гидратных новообразований. Инвариантным критерием связи между прочностью при различных видах напряженного состояния (сжатие, изгиб) выступает удельное количество вовлеченных в процесс деформирования упругих связей. Наименьшее влияние вида напряженного состояния проявляется в зоне предельной структурной прочности. Абсолютное же значение предельной структурной прочности тем выше, чем выше однородность структуры.

Доказано, что вследствие «шарнирного» соединения цементных агрегатов через битумные пленки бетоны на ОГВ сохраняют высокую релаксационную способность в длинно-временной части релаксационного спектра, что положительно сказывается на трещиностойкости.

5. Установлено, что на прочность и механику разрушения бетонов 2-й и 3-й групп (влияние цемента проявляется на уровне макроструктуры) большее влияние оказывает степень однородности и прочности структуры цементной составляющей. Увеличение количества цементной фазы

выше определенного предела (0.35) ведет к резкому увеличению статистического разброса прочности и неоднородности структуры. Уровень неоднородности цементной фазы (степень перемешивания) влияет на прочностные и деформационные свойства. Чем выше неоднородность, ' тем ниже прочность. В то же время «степень перемешивания» и прочность цементной фазы обратно пропорционально влияет на скорость разрушения композита. Увеличивая степень неоднородности цементной фазы и снижая ее прочность, можно добиться заметного эффекта по улучшению грещиностойкостн материала. Показано, что для сохранения тре-щнностойкости и однородности структуры не следует создавать бетоны со сплошным кристаллизационным каркасом высокой прочности. Цементная фаза должна выполнять роль дискретно-упрочняющей и дискретно-армирующей системы.

6. Разработаны кинетические уравнения, позволяющие определить уровень повреждаемости структуры бетонов под действием механических нагрузок и погодно-климагических факторов. Теоретические и экспериментальные исследования подтвердили высокий уровень надежности бетонов на ОГВ в процессе эксплуатации и невозможность «отторжения» разнородных вяжущих. Установлено, что бетоны на ОГВ обладают более высокой морозостойкостью и сопротивлением деструкции на действие погодно-климатических факторов. Это обусловлено повышенной прочностью химической связи на контакте разнородных вяжущих вследствие переходных слоев кластерного типа, снижением температурных внутри-структурных напряжений,особенностями механики деформированиям разрушения. Оптимальное битумоцементное соотношение составляет 0.4-0.6. При прочих равных условиях максимальной морозостойкостью обладают бетоны с содержанием упругих связей 0.5,

7. Разработаны и внедрены в производство составы бетонов на комбинированных наполнителях гидравлического действия. Установлено, что применение комбинированных наполнителей, состоящих из смеси цемента и минеральиых порошков (доломита, зол и т. д.), позволяет не только добиться снижения расхода цемента, но и увеличить прочность композитов. Применение комбинированных наполнителей позволило расширить сырьевую базу дорожного строительства за счет использования гипсосодержащих отходов. Положительное влияние на структуру и свойства бетонов оказывают методы электронно-ионной технологии, в частности, воздействие ультразвуковых колебаний, химических реаген-

тов, способствующих улучшению диспергирования битума и повышению прочности межфазньгх переходных слоев.

8. Разработана методика оптимизации структуры бетонов на ОГВ путем вычисления итогового уровня надежности, связанного с коэффициентами запаса по сдвиго-, трещино- и морозостойкости. Установлены критерии и методы определения данных коэффициентов. При высокой летней температуре растягивающие напряжения от действия транспортной нагрузки не должны превышать прочности конденсационно - кристаллизационного каркаса на растяжение. При отрицательных температурах отдельные разрушения кристаллизационных связей не должны приводить к разрушению материала в целом, т. е. механизм разрушения должен быть вязким. Степень проявления вязких свойств будет тем выше, чем выше отношение предельной структурной прочности к прочности при 50 °С. Отсутствие температурных трещин для условий Беларуси можно обеспечить, если отношение прочности при 0 °С к предельной структурной прочности составляет не более 0.3. Выработаны критерии оптимизации из условия усталости, морозостойкости и рекомбинации структуры. Приведены практические примеры выбора оптимального состава материала.

9. Результаты исследований нашли применение при разработке нормативных документов, пробегов, постановлений, & учебном процессе. Разработанные технологии и рекомендации применены при строительстве автомобильных дорог М-1 «Беларусь»; Лида - Геранены, Вороново -Гродно, Вильнюс - Полоцк, Минск - Гродно, Осиповичи - Барановичи, Минск - Нарочь, пр. Рокоссовского и Машерова в г. Минске.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ПОЛОЖЕНИЙ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии и брошюры

1. Веренько В. А. Дорожные композитные материалы. Структура и механические свойства. — Минск: Наука и техника, 1993. — 246 с.

2. Веренько В. А., Яцевич И. К. Применение серосодержащих отходов в дорожном строительстве. — Минск: Полымя, 1985. — 24 с.

3. Веренько В. А. Опыт и перспективы применения композиционных материалов в дорожном строительстве: Обзорная информация / БелНИИНТИ. — Минск, 1990. — 44 с. (Автомобильные дороги. Серия 73.13.11).

Научные статьи

1. Веренько В. А., Яцевич И. К. Исследование прочностных и деформационных свойств дегтебетонов // Работоспособность строительных материалов в условиях воздействия эксплуатационных факторов. — Казань: Казанский инженерно-строительный институт, 1981. — С. 15-17.

2. Веренько В. А. Исследование прочностных свойств композиционных материалов // Автомобильный транспорт и дороги. — Минск: Выш. школа, 1981. —Вып. 8. — С. 85-89.

3. Веренько.В. А., Козлов Г. Н. Условия трещиностойкости дегтебетонов // Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и мостов. — Минск: БелдорНИИ, 1982. — С. 106-112.

4. Веренько В. А. Исследование структурно-механических свойств дегтебетонов // Автомобильный транспорт и дороги. — Минск: Выш. школа, 1982. — Вып. 9. — С. 93-98.

5. Веренько В. А. Теоретико-экспериментальные исследования свойств асфальто-цементных композитов / Бел. политехнический институт. — Мн., 1984. — 16 с — Деп. в ЦБНТИ Минавтодора РСФСР 06.03.84. — № 48-ад // Указатель неопубликованных и ведомственных материалов. — 1984. — № 3. — С. 6

6. Веренько В. А., Козлов Г. Н. Исследование физико-механических свойств материалов защитных слоев на основе эмульсионно-песчаных суспензий // Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и мостов. — Минск: БелдорНИИ, 1983 — С. 76-84.

7. Веренько В, А. О взаимосвязи структуры и механических свойств дорожных композитных материалов / Бел. политехиический институт. — Мн., 1985. — 16 с. — Деп. в ЦБНТИ Минавтодора РСФСР 10.12.85. — № 94-ад //Указатель неопубликованных и ведомственных материалов. — 1986. —№2, —С. 5.

8. Веренько В. А., Яцевич И. К., Тарас В. А. Применение деггей повышенной вязкости для устройства оснований // Автомобильные дороги.

— 1984, —№3, —С. 14-15.

9. Веренько В. А. Влияние реологических процессов и вида напряженного состояния на свойства дорожных композитных материалов // Автомобильный транспорт и дороги. — Минск: Выш: школа, 1985. —. Вып. 11. —С. 107-111.

10. Веренько В. А., Беленков А. А. Исследования прочности и деформационных свойств асфальтоцементных композитов / Бел. политехнический институт. — Деп. в ЦБНТИ Минавтодора РСФСР 11.06.87 — № 127-ад // Указатель неопубликованных и ведомственных материалов. —1987,—№1._с. 6.

11. Веренько В. А., Шумчик В. К. Критерии и методика оценки сдви-гоустойчивосги дорожных композитных материалов / Бел. политехнический институт. — Деп. ЦБНТИ Минавтодора РСФСР 10.09.89,—

№ 178-ад // Указатель неопубликованных и ведомственных материалов.

— 1989, —№5, —С. 6.

12. Веренько В. А., Концевой В. А., Яцевич И. К. Исследования напряженно-деформированного состояния дегтебетона методом конечных элементов / Бел. политехнический институт. — Мн., 1988. — 15 с. — Деп. в ЦБНТИ Минавтодора РСФСР 07.08.88. — № 164-ад // Указатель неопубликованных и ведомственных материалов. — 1988. —

№ 9. — С. 5.

13. Веренько В. А. Некоторые вопросы циклической долговечности дорожных композитных материалов / Бел. политехнический институт. — Мн., 1988.— 12 с. — Деп. в ЦБНТИ Минавтодора РСФСР 07.08.88. — № 5-ад // Указатель неопубликованных и ведомственных материалов. — 1988,—№9. —С. 5.

14. Веренько В, А. Некоторые вопросы кинетики накопления повреждаемости в структуре дорожных композитных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1986. — № 9. — С. 104-109.

15. Веренько В. А. К вопросу оптимизации структуры дорожных композитных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1987. — № 6. — С. 96-100.

16. Веренько В. А., Концевой В. А. Устройство слоев из дегтезоло-минеральныхсмесей И Автомобильные дороги. — 1988. — № 1. —

С. 11-12.

17. Веренько В. А. Прогнозирование деформационных характеристик дорожных композитных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1988. — № 12. — С. 97-100.

18. Веренько В. А., Малиновский В. В. Методика определения расчетных характеристик дорожных композитных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1990. — № 10. — С. 105-109.

19. Веренько В. А., Чичко А. П. Принципы структурообразоваиия бетонов на органомйперапьиых вяжущих // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1997. — № 1. — С. 36-40.

Тезисы докладов и сообщений

1. Веренько В. А., Концевой В. А. Использование золы-уноса тепловых электростанций ЭССР для получения дегтебетонов композитной структуры // Совершенствование технологических процессов приготовления дорожной продукции: Тез. докл. науч.-техн. конф., Ростов-на-Дону, септ. 1985 г. / Ростовский инженерно-строительный институт. — Ростов-на-Дону, 1985, —С. 120-121.'

2. Веренько В. А., Концевой В. А., Яцевнч И. К. Повышение сдвиго-устойчнвостн дегтебетонов на низкомарочных вяжущих // Повышение качества строительства автомобильных дорог в 11ечерноземной зоне РСФСР: Тез. докл. науч.-техн. конф., Владимир, ноябрь 1985 г. / Владимирский политехнический институт. — Владимир, 1985. — С. 101-102.

3. Веренько В А Органо-минеральные смеси на местных материалах с добавками гидравлических вяжущих // Строительство автомобильных дорог общего пользования в Нечерноземной зоне РСФСР: Тез. докл. науч.-техн. конф., Брянск, 20-22 нояб. 1989 г. / Центральное бюро научно-технической информации Минавтодора РСФСР. — М., 1989. — С. 27-28.

4. Веренько В. А., Концевой В. А., Яцевич И К. Дегтезоломинераль-ные композиции в дорожном строительстве// Ресурсосберегающие технологии, структура и свойства дорожных бетонов: Тез. докл. науч.-техн.

конф., Харьков, 11-13 окт. 1989 г. / Харьковский автомобильно - дорожный институт. — Харьков, 1989. — с. 65-66.

5. Веренько В. А., Шумчик В. К. Пути повышения водо- и морозостойкости органоминеральных смесей с добавками гидравлических отходов производства // Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог: Тез. докл. науч.-техн. конф., Суздаль, 28-30 нояб. 1989 г. / Владимирский политехнический ин-т. — Владимир, 1989. — С. 79-80.

6. Веренько В. А., Шумчик В. К. Исследование влияния минерального порошка на свойства асфальто-цементных композитов //

50-я науч.-техн. конф. БГПА: Тез. докл. науч.-техн. конф., Минск 8-10 фев., 1994 г. / Белорус, гос. политех, акад. — Мн., 1994. — Ч. 2 — С. 158.

Авторские свидетельства на изобретений

1. A.c. 1281543 СССР, МКИ3 С04В 26/26. Способ приготовления дег-тебетонной смеси / В. А. Веренько, В. А. Концевой (СССР). —

№3774294/29;Заявлено 18.07.84;Опубл. 07.01 Д7, Бюл. № 1 //Открытия. Изобретения. — 1987. — № 1. — С. 79.

2. A.c. 1278324 СССР, МКИ4 С04В 26/26. Деггебетонная смесь / В. А. Веренько, И. К. Яцевич, В. А. Концевой (СССР). — № 3793614/29; Заявлено 10.08.84; Опубл. 23.12.86, Бюл. № 47 // Открытия. Изобретения. — 1986, — Дь 47. — С. 89.

3. A.c. 1316990 СССР, МКИ3 С04В 26/26. Способ приготовления смеси для дорожного строительства / В. А. Веренько, В. А. Концевой, В.

A. Тарас и др. (СССР). — № 3878412/31; Заявлено 08.04.85; Опубл. 15.06.87, Бюл. № 22 // Открытия. Изобретения. — 1987. — № 22. — С. 89.

4. A.c. 1528778 СССР, МКИ4 C08L 95/00. Асфальтобетонная смесь /

B. А. Веренько, Г. Н. Козлов, В. В. Шевчук и др. (СССР). — №4309418/31; Заявлено24.09.87; Опубл. 15.12.89, Бюл. № 46//Открытия. Изобретения. — 1989. — № 46. — С. 92.

5. A.c. 1544746 СССР, МКИ3 С04В 26/26. Способ устройства дорожного покрытия / В. А. Веренько, А. А. Беленрв, В. В. Шевчук и др. (СССР). — № 4329554/31 ; Заявлено 07.07.87; .Опубл. 23.02.90, Бюл.

№ 7 // Открытия. Изобретения. — 1990. — № 7. — С. 119.

6. A.c. 1583384 СССР, МКИ3 С04В 26/26. Способ приготовления смеси для дорожного строительства / В. А. Веренько, В. В. Шевчук, А. А.

Беленков. (СССР). — №4275563/23; Заявлено 01.07.87; Опубл. 07.08.90, Бюл. № 29 // Открытия. Изобретения. — 1990. — № 297.. — С. 87.

7. A.c. 1689491 СССР, МКИ3 Е01С 7/00. Способ возведения дорожного покрытия / В. А. Веренько, В. К. Шумчик (СССР). — № 4725520/33; Заявлено 26.07.89; Опубл. 07.11.91, Бюл. № 41 // Открытия. Изобретения. — 1991, —№41, —С. 102.

8. A.c. 1717577 СССР, МКИ4 С04В 26/26. Асфальтобетонная смесь/ В. А. Веренько, И. А. Шестаков, М. О, Бутелович и др. (СССР). — №4754147/33;Заявлено 11.10.89; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9//Открытия. Изобретения. — 1992. — № 9. — С. 87.

Нормативно-технические документы

1. ЕЗеренько В. А., Концевой В. А. Рекомендации по улучшению свойств дегтебетонов путем ввода сланцевых зол. — Минск, 1987. — 18 с. — (Препринт / трест Облдорстрой).

2. Рекомендации по устройству полужестких покрытий дорожных одежд из асфальто-цементного композиционного материала способом раздельного бетонирования / Л. С. Измайлова, В. А. Веренько, В. Н. Мацкевич и др. — Минск, {987. — 24 с. — (Препрннт / трест Облдорстрой).

3. Рекомендации по назначению толщину асфальтобетонных покрытий с добавками резиновой крошки на жестких основаниях//

В. А. Веренько, Г. Н. Козлов, Л. С. Измайлова и др. — Минск, 1990. — 15 с. — (Препрннт / трест Облдорстрой).

4. Веренько В. А. Рекомендации по применению органоминеральных смесей на наполнителях гидравлического действия. — Минск, 1991.— 14 с. — (Препринт / трест Облдорстрой)

РЭЗЮМЕ

ВЕРАНЬКО Умадз1м1р Адольфа в1ч

ДАРОЖНЫЯ БЕТОНЫ НА ЛРГЛЦЛНДРАУЛ1ЧНЬ1Х ВЯЖУЧЫХ (тэорыя i практычнае прымяненне)

Ключавыя словы: бетон, арганапдраул1чпыя вяжучыя, б пум, цэмент, структура, кнжфазны слой, мадэль, пругкая сувязь, трываласць, надзейнасць, зрухаустоГшвасць, трэшчынаустоШйвасць

Паказана актуальнасць праблемы прьшянення бетона^ на аргана-пдраул1чных вяжучых (АГВ), яюя з'яуляюцца аб'ектам даследавання у дарожным будаушцтве.

Мэта работы — распрацоука тэарэтычных 1 практычных асноу струк-тураутварэння, дэфармавання 1 разбурэння бето^ау на АГВ як астэмы, што забяспечвае павышэнне надзейнасш1 да^гавечнасщ канструкцый-ных слайу дарожнага адзення.

Пры выканашп даследавання^ ужывал] метады фЫка-Х1м1чиага ана-Л1зу (электронная м1краскашя, рэнтгенаусю1 тэрмаграф1чны аналЬы, фо-таэлекронная \ шфрачырвоная спектраскагш), метады камп'ютэрнага I структурна-]м1тацыйнага мадэлявання, планавання доследау 1 статыстыч-най апрацоук! вышкау. .

Тэарэтычна абаснаваны 1 доследна пацверджаны мехашзм дэфармавання 1 разбурэння бетонау на АГВ як астэмы пругюх 1 вязмх сувязяу, што дазволша распрацаваць методыку прагнозу надзейнасщ 1 даугавеч-насш, адметную ад вядомых, комплексным улшам фактарау, як!я Уздзей-шчаюць на матэрыял у дарожным адзешп. Распрацавана структурная мадэль бетонау на АГВ, якая прадстаулена прапдратаваушым1 агрзгатам1 цэменту 1 м1жфазным1 слаям! кластэрнага тыпу. Упершыню установлена, што пры колькасщ пругюх сувязяу каля 0.5 наз1раецца машмальнае узмацоуванне I аднауленне структуры, павышаецца цьшнчная дауга-вечнасць 1 марозаустоГшвасць.

Распрацаваны новыя саставы 1 тэхналогп прытатавання бетона^ на АГВ, як1я дазваляюць пашырыць ¡х выкарыстоуванне у дарожным будаушцтве. Прапанаваная методыка "падбора,1 аптым1зацьн састава бето-нау дазваляе забяспечыць ¡х матмальнУю надзейнаць \ даугавечнасць.

Вынш навуковых даследавання^ адлюстраваны у шасщ ведамасных рэкамендацыях \ нарматыуных дакументах, а таксама выкарыстаны арга-шзацыя\н дарожнай гапшы Рэспублш Беларусь 1 Мшжылкамунгаса пры будаушцтве шэрага аб'сктау.

РЕЗЮМЕ

ВЕРЕНЬКО Владимир Адольфович '

ДОРОЖНЫЕ БЕТОНЫ НА ОРГАНОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ (теория и практическое применение)

Ключевые слова: бетон, органогидравлические вяжущие, битум, цемент, структура, межфазный слой, модель, упругая связь, прочность, надежность, сдвигоустойчивость, трещиностойкость

Показана актуальность проблемы применения бетонов на органогид-равлических вяжущих (ОГВ), являющихся объектом исследования, в дорожном строительстве.

Цель работы — разработка теоретических и практических основ процессов структурообразования, деформирования и разрушения бетонов на ОГВ как системы, обеспечивающей повышение надежности и долговечности конструктивных слоев дорожных одежд.

При выполнении исследований использовались методы физико-химического анализа (электронная микроскопия, рентгеновский и термографический анализ, фотоэлектронная и инфракрасная спектроскопия), методы компьютерного и структурно-имитационного моделирования, планирования эксперимента и статистической обработки результатов.

Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм деформирования и разрушения бетонов на ОГВ как системы упругих и вязких связей, что позволило'разработать методику прогноза надежности и долговечности, отличающуюся от известных комплексным учетом действующих на материал в дорожной одежде факторов. Разработана структурная модель бетонов на ОГВ, которая состоит из прогидратировавших агрегатов цемента и межфазных слоев кластерного типа. Впервые установлено, что при содержании упругих связей в пределах 0.5 наблюдается максимальное упрочнение и восстановление структуры, повышается усталостная долговечность и морозостойкость.

Разработаны новые составы и технологии приготовления бетонов на ОГВ, позволяющие расширить их применение в дорожном строительстве. Предложенная методика подбора и оптимизации состава бетонов позволяет обеспечить их максимальную надежность и долговечность.

Результаты научных исследований отражены в шести ведомственных рекомендациях и нормативных документах, а также использованы организациями дорожной отрасли Республики Беларусь и Минжилкомхоза при строительстве ряда объектов.

SUMMARY

Vladimir A. VERENKO

ROAD HYDROCARBON HYDROUS BINDERS BASED CONCRETE

(theory and practical application)

Key words: concrete, hydrocarbon hydrous binders, bitumen, cement, structure, phase-boundary layer, model, elastic bond, strength, reliability, shear resistance, crack resistance

The work brings out the topicality of the problem in concern with application of concrete based on hydrocarbon hydrous binders (HHB). The latter are the subject of research in motorway building field.

The objective of the work is to draw up theoretical and practical essentials of the HHB-based concrete structure formation, deformation and failure. Such concrete is approached as a system to enhance reliability and extend lifetime of the pavement structure courses.

In the course of the research use was made of chemical physics analysis (electron microscopy, A"-ray and thermographic analyses, photoelectronic spectroscopy and infrared spectroscopy), computer simulation and structure-imitating modeling, experimental design and statistic processing of the data obtained.

The deformation and failure mechanism of HHB-based concrete has been theoretically grounded and experimentally proven to be a system with elastic and brittle bonds, which made possible to shape out the strategy for the material reliability and life prediction. The method is distinctive among the others on record by its complete consideration of the factors acting on pavement materials, An HHB-based concrete structure model was developed of hydrated cement aggregates and phase-boundary layers of cluster type. It was first discovered that maximum structure hardening and recovery, enhanced fatigue longevity and frost resistance could be obtained with the elastic bonds share of within 0.5.

New mix designs and methods for preparation of HHB-based concrete were elaborated to expand the use of such concrete in motorway building field The methods being advanced in the concrete mix design and optimization make the maximum material reliability and longevity possible to achieve.

The findings and results of the scientific research have been translated in six practical advises and regulatory documents; they were as well referred to at a few motorway-building boards and the Ministry of Housing and Communal Services in Belarus during construction ofa number of buildings and installations.