автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Разработка и обоснование технологии ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог модифицированным цементобетоном

Актуальность темы.

За последние 10 лет дорожники России столкнулись со значительным ростом деформаций и разрушений в виде колеи, сетки трещин и выбоин на асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог.

На участках разгона-торможения автомобильного транспорта вблизи перекрёстков, в местах остановок маршрутных транспортных средств и ж/д переездов появляются пластические деформации в виде сдвигов, волн и гребёнок.

По данным Росавтодора тенденция развития на автомобильных дорогах колееобразования, а также других пластических деформаций, имеет существенную динамику по сравнению с разрушениями покрытий в виде выбоин и сеток трещин и других деформаций.

Результаты диагностики автомобильных дорог федеральной сети показывают необходимость проведения ремонтных работ на 60 % дорог, из которых более 50 % нуждаются в усилении дорожной одежды, 23 % - в улучшении ровности проезжей части и 40 % - в улучшении сцепных свойств.

Основными причинами появления значительных дефектов на асфальтобетонных покрытиях в последние годы являются существенные изменения в условиях работы автомобильных дорог и недостаточное финансирование дорожного хозяйства.

Технологии и материалы, применяемые в настоящее время для ремонта асфальтобетонных покрытий, малоэффективны из-за относительно незначительного срока службы отремонтированных покрытий дорог.

В настоящее время разработано новое поколение модифицированных цементобетонов, обладающих высокими физикомеханическими показателями и технологическими свойствами, трещино- и износостойкостью. Эти бетоны, в основном, нашли применение в промышленном и гражданском строительстве, а также в мостостроительстве.

С разработкой современных материалов, обладающих высокими физико-механическими, технологическими и эксплуатационными показателями появилась возможность использовать принципиально новые, эффективные технологии ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.

Поэтому, тема диссертации является актуальной и направлена на разработку технологии ремонта асфальтобетонных покрытий с применением современного ремонтного материала.

Цель диссертационной работы - разработка и обоснование технологии ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог модифицированным цементобетоном.

Задачи исследований.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие основные задачи:

• обосновать требования к модифицированным цементобетонам для ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и исследовать их физико-механические и технологические свойства;

• разработать технологию ремонта асфальтобетонных покрытий модифицированным цементобетоном и определить область её применения;

• выполнить экспериментальную проверку технологии ремонта в производственных условиях;

• оценить экономическую эффективность и разработать практические рекомендации по технологии ремонта асфальтобетонных покрытий модифицированным цементобетоном.

Объектом исследования являются автомобильные дороги с асфальтобетонными покрытиями, подверженные деформациям и разрушениям в виде колеи, сеток трещин, выбоин шелушения и выкрашивания и др.

Методология исследования базируется на трудах ведущих отечественных и зарубежных ученых в области ремонта покрытий автомобильных дорог, а также на действующих инструктивных и нормативно-технических документах в дорожном хозяйстве.

Поставленные в диссертационной работе задачи реализованы с использованием комплексных методов исследований, включающих: патентно-информационный анализ; физико-механическую оценку свойств модифицированных цементобетонов; проверку качественных характеристик отремонтированных покрытий в натурных условиях; методы статистики и логического анализа.

Научная новизна состоит в том, что:

• обоснованы требования к модифицированным цементобетонам для ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог;

• получены составы модифицированных цементобетонов и исследованы их технологические и физико-механические свойства с целью их применения для ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог;

• разработана и обоснована технология ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог модифицированным цементобетоном;

• представлена экономическая эффективность ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с применением модифицированных цементобетонов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждается достаточным объёмом теоретических, лабораторных и опытно-экспериментальных исследований, выполненных с использованием современных методов и приборов, позволяющих провести эксперименты с допустимой погрешностью; применением ЭВМ при обработке данных, полученных в ходе исследований.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке и обосновании метода ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с применением модифицированных цементобетонов, который обеспечивает высокое качество, быстрый ввод в эксплуатацию и повышение срока службы отремонтированного покрытия.

Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы при ремонте асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог разработаны «Методические рекомендации по ремонту асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог модифицированным цементобетоном».

Реализация работы.

Научные и практические результаты исследований использованы ФГУ ДЭП №2 при проведении экспериментальных работ по ремонту асфальтобетонного покрытия модифицированным цементобетоном на автомобильной дороге М-1 «Москва-Минск» на участке 237 - 238 км.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы и практические результаты обсуждены и одобрены на 62 и 63-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), 2004 и 2005 г.г. (г. Москва), 2-й Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону, 2005 г. (г. Москва), Международной научно-практической конференции «Новые технологии и материалы для строительства, ремонта и содержания цементобетонных покрытий», 2005 г. (г. Москва).

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах, общим объемом 19 страниц:

1. Ушаков В. В., Зубихин А. В. Высокопрочный бетон -материал для ремонта асфальтобетонных покрытий/ Строительный эксперт. №8 (171)/2004. Стр. 13.

2. Ушаков В. В., Зубихин А. В. Ремонт асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с применением модифицированных цементобетонов/ Строительство и эксплуатация автомобильных дорог: проблемы и перспективы развития. Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). Г. Москва 2004г. - с.92-99

3. Ушаков В. В., Шведенко С. В. Зубихин А. В. Методические рекомендации по восстановлению несущей способности цементобетонных покрытий автомобильных дорог. Росавтодор. Москва 2004г. 44 с.

4. Ушаков В. В., Зубихин А. В. Ремонт асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с применением модифицированных цементобетонов. Автомобильные дороги. N23 Москва. 2005 г. -4 с.

5. Ушаков В. В., Зубихин А. В. Модифицированный цементобетон для ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. Научные труды 2-й Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону в 5-ти томах. Том 5. М.: Дипак 2005 - 536 с. - с. 144-147.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 180 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 36 таблиц и 42 формулы.

Результаты исследования показывают, что при введении в состав бетонных смесей добавки MS появляется возможность регулировать не только физико-механические показатели высокопрочных цементобетонов, но и их технологические параметры. Это позволяет сохранять требуемую удобоукладываамооть бетонных смесей при длительном их транспортировании.

В ходе лабораторных исследований производили определение морозостойкости. Морозостойкость высокопрочных цементобетонов составов №2-5 определяли по снижению прочности на сжатие образцов бетона подобранных ссотавов (рис.21).

Рис, 21. Результаты исследований морозостойкости цементобетонов.

По результатам проведённых исследований определены марки цементобетонов по морозостойкости, которые приведены в таблице 22. liwz'biw, d&mk бштш'швШ

5 .,тШ ■'.с • с ;■■ ■ si т j ш. v ш Ссствз III

Марка цементобетона по морозостойкости f 1сс F 200 f 300 f 300 F 300 F 300

Исследовано влияние модификаторов МБ на морозостойкость цементобетонов. За счёт увеличения прочности и плотности структуры модифицированных цементобетонов достигаются высокие марки бетонов по морозостойкости.

Результаты длительных испытаний высокопрочных модифицированных бетонов с добавками из серии МБ без воздухововлекающих или газообразующих добавок показали стремительное разрушение бетонов через SQ-6C циклов замораживания-оттаивания.

Для эффективного применения добавки микрокремнезёма, с целью обеспечений прочности и морозостойкости цементобетона, необходимо наличие в составе цементобетона содержания вовлечённого воздуха или образованного газа в количестве 4-7 %.

Результаты исследований показали, что введение в бетонную смесь комплексных добавок ЕМБ+СНВ или МБ+КЭ приводит к повышению морозостойкости при температуре замораживания до =50°С бетона не менее чем в 2.4 саза np/i сравнении с традиционными видами цементобетонов.

Большее влияние на свойства цементобетона оказывают усадочные напряжения.

Известно, что если на пластической стадии структурообразования усадочные явления не создают непосредственной угрозы его качеству, то в стадии структурирований и упрочнения бетона могут появиться значительные начальные напряжения за счёт усадочных явлений.

Эта явления способны отрицательно повлиять на структуру цементобетона и вызвать появление ш нем моротрещин и привести к значительным разрушениям при эксплуатации конструкция.

В рамках диссертационной работы были проведены исследования влияния комплексной модифицирующей добавки МБ 10-3QG + КЭ 30=04 на усадочные деформации цементобетона в зависимости от различного содержания добавки МБ в составе бетонных смесей.

Для проведения лабораторных исследований были изготовлены образцы-призмы размером 40x40x180 мм из бетонкой смеси составов №2 и 5 с содержанием МБ соответственно 20% и 10% от массы цемента.

Измерения деформаций усадки цементобетонов производили с применением индикаторов часового типа с точностью измерения до 0,01 мм. Данные исследований приведены на рис.22, эис. 22. Деформации уоадкм цементобетонов

Результаты исследований показывают влияние количества модификаторов МБ на усадочные деформации цементобетонов.

Усадочные деформации бетона с содержанием 10 % модификатора МБ 10-30С значительно меньше, чем у бетона с содержанием микрокремнезёма в количестве 20% (рис. 26). целесообразным, т.к. при этом достигаются высокие требуемые прочностные показатели лементобетоиа и меньшая величина усадки, близкая к традиционно применяемым в дорожном строительстве цементобетонам.

С целью получения высокопрочных цементобетонов с требуемыми расчётными показателями и изучения влияния химических модифицирующих добавок на деформатианость модифицированных цементобетонов были проведены исследования ло определению модуля упругости и коэффициента lyaccoxa.

Для проведения исследований были изготовлены образцы-призмы состава №5 с рабочим сечением 100x100x400 чм для определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

Призменную прочность определяют по формуле: та Р^

Т> р 3 \Ш) где Рр — разрушающая нагрузка, измеренная по шкале пресса;

F — среднее значение площади поперечного сечения образца, определяемое по его линейным размерам по ГОСТ 10180—78.

Результаты испытаний образцов бетона на неизменную прочность приведены в таблице 23.