авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Формирование структуры, состава и свойств высокопрочных мелкозернистых бетонов для сборных покрытий автомобильных дорог

-- [ Страница 3 ] --

Примечание. * В знаменателе - водотвердое отношение.

Прочность мелкозернистого бетона на основе различных по химическому составу наполнителей из карбоната кальция, керамзитовой пыли определяется взаимодействием жидкой фазы цементного камня и образованием в контактной зоне кристаллогидратов, по форме и свойствам отличающихся от обычного цементного камня (ЦК).

На керамзитовых частичках пористого наполнителя, активных по отношению к жидкой фазе ЦК, низкоосновных – СSH(I) гидросиликатов образуется в меньшем объеме, чем на поверхности кварцевых зерен. На поверхности карбонатных наполнителей происходит ориентированный рост кристаллов карбонатных соединений - CaCО3;СaCО3*6H2O и извести Сa(ОН)2 (неустойчивых) и гидрогранатов - С3ASXH6-2X, гидросиликатов кальция, преимущественно, CSH(I) и гидрокарбоалюминатов кальция, считающихся наиболее устойчивыми.

соотношение цемента и микронаполнителя Рис. 5. Влияние условий и времени выдержки на прочность наполненного мелкозернистого (песчаного) бетона разночастотного вибрационного уплотнения в зависимости от содержания наполнителя (МН) в цементе: 1,2-прочность влажного и сухого пропаренного бетона после 28 сут. выдержки в Н.У; 3 – прочность суточного бетона после ТВО; 4 - то же после 240 суток выдержки в комнатных условиях (t=20°C; W=50-60%); 5 - то же в нормальных условиях (t=20°С, W=95-99%)
Рис. 6. Микроструктура мелкозернистого бетона (кривая 2, рис.6) содержанием кварцевого микронаполнителя (0,9…1,0) Ц, (х 100): 1 – зерно микронаполнителя; 2 – пленка цементного камня; 3 - микропоры; 4 – жесткий каркас из песчаного кварцевого зерна)

Наполнитель оказывает положительное влияние на структуру и свойства цементных систем (П.П.Будников, А.В.Волженский и Л.Н.Попов, О.П.Мчедлов-Петросян, В.И.Соломатов, А.Г.Ольгинский, А.А.Редкозубов, М.Р.Стас, И.М.Красный, Ю.М.Баженов,П.Г. Комохов, Н.В.Свиридов, С.С.Каприелов).

Прочность на сжатие ЦК в зоне контакта толщиной менее 15мкм у кварцевой подложки будет больше, чем у известняковой, если судить по их микротвердости – 936 и 540 МПа соответственно (С.Х.Ярлушкина). У объемного цементного камня прочность на сжатие составляет на кварцевой подложке 600 -700МПа.

Склеивающим структурным элементом кристаллогидратных пакетов ЦК считается межплоскостная жидкость (кристаллизационная). Ее потеря приводит к падению прочности бетона (М.М.Сычев, В.Н.Пунагин). Следовательно, для образования плотной структуры ЦК в объеме цементной пленки необходим оптимальный объем жидкой фазы в период первых часов твердения (А.Г.Холодный, О.П.Мчедлов-Петросян).

В технологии высоконаполненного мелкозернистого бетона (ВМБ) была использована оптимизированная величина В/Ц=0,55-0,63.

Оптимальная величина наполнителя - 0,8…0,9 от массы вяжущего (245…270 кг/м3) удельной поверхности Sуд=450...500 м2/кг сыграла значительную роль в достижении прочностных свойств этого бетона и его плотности.

Анализ микроснимков показал, что при обычной технологии структура мелкозернистого бетона без наполнителя имеет множество пор и капилляров диаметром до 1,5 мм, каверн и пустот с прослойкой из ЦК в межзерновом пространстве от 1 до 1,5 мм. Прочность такого бетона на сжатие - 18...20МПа.

Кривая прочности ВМБ (кривая 2, рис. 7) в зависимости от расхода наполнителя и В/Ц описана формулой вида:

, (1)

где а – коэффициент, изменяющийся в зависимости от расхода кварцевого наполнителя: при 1:0,01 – 1:0,5 а=1200; при 1:0,8 – 1:3 а=1600; х1 – расход наполнителя; х2 – водотвердое отношение, принимаемое по кривой 4 (рис. 5); b – коэффициент формы кривой, b=7 для ветви кривой подъема; b=8, 9, 10, 11, 12 – для ветви снижения, для значений величин наполнителя – 1,1;1,5; 2,0; 2,5; 3,0; – постоянная величина – 0,1108.

В ходе исследований структурных моделей “состав-технология-свойства” ВМБ были получены графики кривых по расчету количественного состава компонентов композиционного материала в зависимости от наполнения портландцемента кварцевыми микрочастицами (рис. 7).

соотношение цемента и микронаполнителя (Ц:МН) Рис. 7. Изменение графиков кривых от расхода наполнителя цемента: 1- прочности бетона ВМБ; 2 - массы сухих компонентов; 3 - водотвердого отношения; 4 - водоцементное отношение

Как показали исследования, на прочность зоны контакта в композиционных материалах влияет генезисная основа горных пород, выступающих в качестве заполнителя.

Использование различных по кристаллохимическому строению минеральных заполнителей показало (рис. 8), что слабые химические связи в минералах снижают их прочностные свойства и что при более крупном заполнителе уменьшается расход наполнителя (кривая 9, рис. 8).

Рис. 8. Влияние породы заполнителя и удельного давления поливибрирования на характер изменения прочности песчаного бетона в зависимости от расхода заполнителя: 1,2,3 – на барханном полиминеральном каракумском песке (Мкр=0,36) при Руд=0,0006; 0,0036; 0,0131 МПа; 4,5,6, – то же на кварцевом песке (Мкр=2,3:1,0=4,1:0.9); 7 – на отходах камнедробления (серый гранит), Мкр=3,7, Руд=0,0131 МПа.; 8 – на барханном карбонатном песке Прикаспия (Мкр=0,5...0,6), Руд=0,0131 МПа; 9 –влияние размеров зерна заполнителя на расход наполнителя

Прочностные свойства ВМБ находятся в прямой зависимости от плотности структурных образований: на макроуровне – от плотности жесткого каркаса зерен заполнителя, на микроуровне – от пленки ЦК в межзерновом пространстве и ее толщины. Они определяют прочность и долговечность бетона.

Выявленные зависимости прочности мелкозернистого бетона от содержания кварцевого микронаполнителя в цементной матрице были опубликованы автором в Ленинградском тематическом сборнике трудов в 1987 году.

Позже (1996 г.) А.П. Бобрышевым была выявлена формула этой зависимости (2):

с=m- m +4,8 s· 2/3, (2)

где с – прочность КМ, МПа; m – прочность матрицы при сжатии, МПа; – объем наполнителя цементной матрицы в частях; s – прочность пленочной матрицы, МПа.

При стандартной вибротехнологии в цементных дисперсно-наполненных КМ (при ) оптимальное содержание наполнителя составило =0,6Ц от массы расхода вяжущего. При разночастотной вибрации оно увеличивается до (0,8…0,9)Ц.

Однако величина s в формуле (2) не соответствует значениям прочности на разупрочняющей кривой разночастотного вибарационного мелкозернистого композита. Они выше экспериментальных данных.

В связи с этим в формулу (2) ввели коэффициенты снижения Ксн для величин наполнения цементной матрицы v0=(1,0…3,0)Ц со значениями Ксн=20,2…29,3 при снижении водовяжущего отношения от 0,285 до 0,190.

Формула кривой прочности КМ разночастотного вибрационного уплотнения будет иметь следующий вид:

с=m- m +4,8 Ксн ·s· 2/3 (3)

Оптимальная прочность мелкозернистых композитов на прогидратированных вяжущих находится в зависимости от содержания наполнителя и сроков коррозии цементного зерна, и общая, межзерновая и открытая пористости бетона повышаются с увеличением корродированных цементных зерен, выступающих уже в качестве заполнителей в составе этого композита.

Результаты экспериментов по определению состава ВМБ были подтверждены исследованиями матричной системы: цемента с наполнителями и воды затворения в мелкозернистом бетоне при использовании модели полинома второй степени для композиционного плана на кубе типа В3.

В четвертой главе приведены физико-механические, деформативные свойства и долговечность высокопрочного мелкозернистого бетона в зависимости от внешних эксплуатационных факторов: воздействий воды, температуры.

Исследования по истираемости показали, что потеря массы (г/см2) и глубина износа (мм) в 2…4 раза меньше, чем у обычных мелкозернистых бетонов.

Водопроницаемость мелкозернистого бетона, определенная по коэффициенту водопроницаемости:

К=(bV)/(Stp), (4)

где V – объем жидкости, протекающий через тело; b – толщина тела; S – площадь тела; t – время фильтрации; p – перепад давления на порядок ниже, чем у ОМБ.

К разрушающему бетон признаку влияния воды следует отнести систематически попеременное его воздействие.

Анализ изменения прочности ВМБ после каждых 30 циклических воздействий воды (этапы) по режиму: 4 часа водопоглощения и 4 часа высушивания при 100 °С – установил повышение прочности за счет гидратации вяжущего на 150 цикле (Rb=115 МПа от начального значения Rb=94 МПа).

Морозостойкость ВМБ, определенная по ГОСТ 10060-95 по I методу водонасыщения, составила не менее 700 циклов, по II базовому методу F300.

Модуль упругости Е0 составил (30…34)103 МПа (скорректированная формула Н.В. Свиридова -.

(5)

где - в т/м3 (2,34 т/м3), RВ – по классу бетона по прочности (В 70…80) можно приближенно определить начальный модуль упругости ВМБ, равный (34…37) 103 МПа (ошибка от 0 до 7,0%).

Величина усадочной деформации ВМБ при нормальных климатических условиях составила y=0,120 мм/м. Малая ее величина у в сравнении с другими строительными материалами соответствует плотной структуре композита.

Деформации ползучести цементного бетона обусловливают долговечность бетонных конструкций. На деформации ползучести и их характер роста во времени влияют следующие факторы: уровень начальных напряжений /Rпр; параметры окружающей среды, определяющие скорость массообмена влажного бетона; усадочные напряжения.

ВМБ в возрасте 28 суток выдержки в НУ после ТВО, загруженный усилием статической нагрузки с напряжением 0,2; 0,4; 0,5 Rпр, показал деформации ползучести при сроке наблюдения 240 суток соответственно: Е=0,134; 0,225; 0,370 мм/м. В возрасте 660 суток ВМБ второй серии (0,4Rпр) показал деформацию ползучести 0,310 мм/м.

Таблица 2

Деформации ползучести мелкозернистого бетонов

Состав бетона, кг/м3 Срок набл.t, сут. Rпр,,
МПа
/Rпр Мера ползучести, см2/кг полз, мм/м Автор
Ц МН В В/Ц
306 288 170 0,555 240 45 0,2 1,49 0,1340 А.М.Краснов
260 90 190 0,73 240 19,4 0,25 14,70 0,713 К.И.Львович
435 145 327 0,75 240 30,7 0,25 15,0 11,513 “-“
414 - 180 0,40 240 43,8 0,20 8,48 - И.И.Улицкий
487 255* 168 0,35 - 56,0 0,30 20,6 - С.С.Каприелов

Примечание. * Модификатор МБ-50С (кремнезем + зола уноса +суперпластификатор в соотношении 43:43:14).

Температуростойкость ВМБ зависит от влажного состояния микро-и макроструктур материала и определяется потенциальной энергией связи между кристаллическим скелетом бетона и заполняющей его водой. При испарении влаги давление пара в капиллярах (r=10-11м) может достигнуть более 20 МПа, а растягивающие напряжения повысятся до 16,2 МПа (В.В.Жуков).

Цементный бетон имеет критическую влажность – сорбционную Wc, выше которой при градиенте температур t > 100°С может произойти разрушение с отколом кусков бетона в виде линз (В.В.Жуков).

Исследованы физико-механические характеристики легких строительных материалов из бетонов на органических и неорганических вяжущих, полученных разночастотным виброуплотнением их смеси, организация структуры песчаного бетона на отходах камнедробления, получение легкого бетона из преднапряженного полистирольного зерна заполнителя на основе новой технологии для покрытий дорог и площадок при строительстве лесопромышленных складов.

Бетон на основе отходов камнедробления высокой прочности с кварцевым песком и цементного вяжущего 400 кг/м3 при использовании химических добавок Йошкар-Олинского витаминного завода – щелочного элюата, в состав которого входят NaCl, NaOH, NiCl3, Al2O3, FeCl3, - повысил свою прочность при сжатии до 78 МПа, или на 42%. Комплексная химическая добавка Na2SO4+NaOH (отход Йошкар-Олинского витаминного завода) и ПДО (последрожжевой отход производства кормовых дрожжей Волжского гидролизного завода), использованные в производстве на заводе КПД, способствовали росту прочности на сжатие бетона (до 60%) и снижению объема воды затворения на 11% (за счет пластифицирующего действия добавки ПДО).

Рис.9. Температуростойкость высоконаполненного мелкозернистого бетона при первом нагреве: 1 - после ТВО суточной выдержки при t=20°С, WВ=65%, В25; 2 – то же В40; 3 – то же 28 суточной выдержки, В45; 4 – то же 120 сут. выдержки, В60; 5 – кривая экстремальных величин прочности; 6 – цементно-песчаный раствор состава 1:3 28 суточной выдержки (А.В. Волженский и Л.Н.Попов); 7 – то же на песчаном диоритовом заполнителе (В.В.Жуков); 8 – тяжелый бетон на диоритовом крупном заполнителе (В.В. Жуков)

Применение новой технологии по формованию мелкозернистого бетона с использованием бисерного полистирольного зерна обеспечило получение строительного материала высокой прочности 34 МПа при средней плотности (не более 1100...1200 кг/м3).

Полученные мелкозернистые асфальтобетоны с достаточно высокими физико-механическими показателями могут быть использованы в качестве износостойкого слоя (4,0 см) при строительстве автомобильных дорог со сборным покрытием в северных нефтеносных районах России.

В пятой главе приводится обоснование расчетных нагрузок от колес подвижного автопоезда МАЗ-509А + ГКБ-9383 при расчете усилий, возникающих в железобетонных плитах колейных покрытий лесовозных дорог из ВМБ и грунтовых основаниях. В табл. 3 даны сравнительные характеристики нагрузок на оси автопоездов.

Таблица 3

Нагрузка на оси автопоездов

Автопоезд Нагрузка на оси автопоезда Рi, кН
автомобиль-тягач прицеп-роспуск
Р1 Р2 Р3 Р4 Р5
МАЗ-509А+ ГКБ-9383 65,0 178,31 - 123,5 123,5
КраЗ-6437 - ГКБ-9362 60,0 105 105 87,1 87,1


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.