Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 7
1.1 Актуальность исследования 7
1.2 Способ бетонирования в скользящей опалубке 9
1.3 Возведение дорожных ограждений в скользящей опалубке 11
1.4 Пути получения бетонных ограждений требуемого качества 14
1.5 Цели и задачи исследования 21
Глава 2. Применяемые материалы и методики лабораторных исследований и испытаний 22
2.1 Характеристика материалов используемых в исследованиях 22
2.2 Используемые методики лабораторных исследований и испытаний 28
2.3 Исследования микроструктуры (рентгенография и микроскопия) 31
2.4 Разработанные методики 33
2.5 Имитация реального рабочего процесса формования 35
2.6 Выводы по главе 51
Глава 3. Разработка составов бетонных смесей и бетонов 53
3.1 Разработка составов комплексной добавки 54
3.2 Гидратация и твердение цементов в растворе поташа 57
3.3 Рабочая гипотеза о трёхстадийном твердении цементов при положительной температуре в присутствии добавки поташа 61
3.4 Исследование микроструктуры твердеющего цемента в растворе поташа 63
3.5 Рентгеноструктурные исследования твердеющего цемента в присутствии поташа 67
3.6 Исследование кинетики схватывания, загустевания и изменения температуры твердеющих систем в присутствии поташа 72
3.7 Исследование кинетики роста прочности растворов с комплексной добавкой (поташ + добавка С-3) 83
3.8 Составы бетонных смесей 85
3.9 Выводы по главе 88
Глава 4. Исследование влияния виброуплотнения на реологию бетонных смесей, прочностные и строительно-технические свойства бетона 90
4.1 Определение оптимальной частоты вибрации глубинных вибраторов и эффективной зоны вибрации 90
4.2 Определение тиксотропных свойств бетонных смесей 95
4.3 Оценка эффективности вибрации 100
4.4 Выводы по главе 116
Глава 5. Прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона 118
5.1 Исследования характеристик бетонов на образцах-кубах, изготовленных при подборе составов бетона, размером 100x100x100 мм 119
5.2 Испытания кернов отобранных из образцов, изготовленных при рациональном режиме виброуплотнения из подобранных бетонных смесей 121
5.3 Исследование прочностных характеристик образцов бетона изготовленных при формовании ограждения с применением стенда имитирующего работу рабочего органа бетоноукладчика 129
5.4 Исследование физико-механических свойств образцов бетона изготовленных при производственном бетонировании ограждения 141
5.5 Выводы по главе 144
Глава 6. Производственное бетонирование ограждения и технико-экономическая оценка 146
6.1 Бетонирование ограждения на объекте строительства 146
6.2 Контроль качества бетонной смеси 147
6.3 Технико-эксплуатационный эффект 152
6.4 Расчёт материальных затрат при возведении ограждения по классической технологии 154
6.5 Расчёт материальных затрат при возведении ограждения с применением технологии безопалубочного формования 156
6.6 Определение технологической эффективности возведения дорожного ограждения с применением добавки поташа 159
6.7 Выводы по главе 161
Обобщенные выводы по диссертационной работе 162
Библиографический список 164
Приложение 183
- Пути получения бетонных ограждений требуемого качества
- Исследование кинетики схватывания, загустевания и изменения температуры твердеющих систем в присутствии поташа
- Испытания кернов отобранных из образцов, изготовленных при рациональном режиме виброуплотнения из подобранных бетонных смесей
- Контроль качества бетонной смеси
Введение к работе
Актуальность работы. Дорожные ограждения функционально предназначены для обеспечения безопасности движения на автомобильных дорогах и изготавливаются из различных материалов. Применение железобетонных дорожных ограждений имеет целый ряд преимуществ по сравнению с металлическими, пластиковыми или деревянными. Они долговечнее, прочнее и, как следствие, дешевле в эксплуатации. В настоящее время всё большее применение находят дорожные железобетонные ограждения, сооружаемые методом скользящей опалубки. Преимуществом метода непрерывного формования является сокращение численности рабочих, занятых на изготовлении опалубки и укладкой бетона, а также сокращение сроков бетоноукладочных работ. Однако, используемые составы бетонов и существующие технологии изготовления ограждений с усиленным армированием выявили недостатки, которые не позволяют добиться необходимого качества этих изделий: неполную проработку бетонной смеси в нижней части конструкции ограждения (образование пустот) и оседание свежеуложепного ограждения под влиянием вибраций, передающихся через основания.
В связи с этим, актуальными являются исследования, направленные на повышение качества и надёжности железобетонных ограждений на мостовых сооружениях, возводимых методом скользящей опалубки, к которым предъявляются высокие требования по прочности, долговечности, водонепроницаемости и морозостойкости.
Цель диссертационной работы - разработка составов бетонов и технологии изготовления железобетонных ограждений, сооружаемых методом скользящей опалубки, позволяющих получать изделия высокого качества, прочности и долговечности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать методики лабораторных исследований и испытаний бетонных смесей и бетонов, применяемых для изготовления изделий и конструкций в скользящей опалубке;
разработать составы бетонных смесей, обеспечивающих получение заданных реологических свойств, а также необходимую прочность и долговечность бетонов;
изучить влияние реологических свойств бетонных смесей на качество изготовления дорожного ограждения;
исследовать и определить рациональные режимы виброуплотнения бетонных смесей из разработанных составов;
разработать стенды и произвести моделирование реального рабочего процесса формования дорожного железобетонного барьера;
- провести производственное бетонирование дорожного ограждения;
разработать рекомендации по совершенствованию технологии изготовления дорожных ограждений с применением скользящей опалубки;
- произвести технико-экономическую оценку полученных результатов.
Методы исследований:
Для решения поставленных задач применялись как стандартные методики исследования свойств материалов, так и специальные, разработанные автором. Исследования структуры и химический анализ материала производились при помощи электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Для исследования влияния режимов виброуплотнения на свойства бетонных смесей и бетонов разработаны специальные стенды и модель рабочего органа бетоноукладчика. Подбор состава бетонов осуществлялся с применением стандартной методики. Проверка результатов исследований производилась при опытном бетонировании в производственных условиях.
Научная новизна:
разработана новая комплексная добавка в бетонные смеси для регулирования сроков загустевания;
предложена и обоснованна гипотеза о 3-х стадийном твердении цемента в растворах поташа при положительных температурах;
установлены влияние количества вводимых добавок и условий формования на реологические свойства цементного теста, бетонных смесей и прочностные свойства бетонов и возможность оценки влияния добавки поташа на реологические свойства бетонных смесей по результатам исследования состава: цемент-вода-добавка;
определены рациональные составы бетонов и режимы виброуплотнения для железобетонных ограждений, возводимых методом скользящей опалубки;
- разработана методика лабораторного исследования свойств бетонных
смесей и бетонов, применяемых для формования железобетонных ограждений в
скользящей опалубке;
- предложена новая технология изготовления железобетонных
ограждений, сооружаемых методом скользящей опалубки, позволяющая
возводить конструкции высокими темпами при обеспечении требуемого
качества.
Достоверность научных положений, результатов и выводов работы обусловлена применением методов фундаментальных исследований, методически обоснованным использованием современных средств измерений, физико-химических методов и опытно-промышленной проверкой результатов испытаний, а также соответствием полученных результатов исследований данным, полученным ранее другими исследователями.
Практическое значение и реализация работы:
1. Установлена корреляция влияния добавки поташа на реологические свойства смесей вида «цемент-вода-добавка» и реологических свойств системы «цемент-щебень-песок-вода-добавка» и определен оптимальный состав и количество комплексной добавки (углекислый калий совместно с пластификатором С-3) для обеспечения необходимых сроков загустевания бетонных смесей;
2. Получены рациональные составы бетонных смесей, позволяющих
вести изготовление железобетонных ограждений в скользящей опалубке
быстрыми темпами и обеспечивающие получение бетона класса В40,
морозостойкостью F300...F400 в солях и водонепроницаемостью W16;
-
Определены рациональные режимы вибрационного уплотнения бетонных смесей, позволяющие обеспечить оптимальные прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетонов, изготавливаемых по разработанной технологии и исследованы физико-механические свойства бетонов, модифицированных комплексной добавкой (углекислый калий совместно с пластификатором С-3), изготовленных по вибрационной технологии методом скользящей опалубки;
-
Разработан способ изготовления железобетонных ограждений, возводимых методом скользящей опалубки, включающий применение рационального режима виброуплотнения бетонной смеси и специальной комплексной добавки, обеспечивающий сохранение формы свежеуложенного бетона в конструкции ограждения, отсутствие пустот (полную проработку бетонной смеси);
-
Спроектированы и изготовлены установки для моделирования процесса формования железобетонного ограждения в лабораторных условиях;
-
Разработаны рекомендации по совершенствованию технологии изготовления дорожного ограждения методом скользящей опалубки с применением стационарного усиленного арматурного каркаса;
Результаты выполненных исследований, опробованные при производственном внедрении, позволяют исключить оседание свежеотформованной конструкции и образование пустот, тем самым повысить качество изделий, получаемых формованием в скользящей опалубке, при высоких темпах производства работ.
Автор защищает:
-
Предложение по применению комплексной добавки, включающей поташ и суперпластификатор С-3, в качестве способа регулирования сроков загустевания бетонных смесей, применяемых для безопалубочного формования дорожных железобетонных дорожных ограждений методом скользящей опалубки;
-
Предложенную гипотезу о 3-х стадийном твердении цемента в растворах поташа при положительных температурах;
-
Рациональные способы виброуплотнения и составы бетона, обеспечивающие получение изделия высокой однородности и повышенного качества, изготовляемых с помощью технологии скользящей опалубки;
-
Результаты исследований свойств бетонов с применением комплексной добавки и составы бетонов, обеспечивающие получение высококачественных ограждений, сооружаемых с помощью скользящей опалубки;
-
Методику проведения лабораторных исследований бетонов, изготавливаемых по технологии скользящей опалубки;
6. Результаты производственного внедрения разработанной
технологии формования дорожных ограждений с применением скользящей
опалубки;
7. Рекомендации по применению бетонных смесей с добавкой поташа
в качестве регулятора сроков потери подвижности смесей;
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на следующих научных конференциях:
1. 67-я Научно-методическая и научно-исследовательская
конференция «Управление строительно-техническими свойствами бетонов для
транспортного строительства», г. Москва, МАДИ 2009 г.
2. 1-я Международная научно-практическая конференция «Проблемы
инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития
в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах», г. Брянск,
БГИТА,2009г.
3. 68-я Научно-методическая и научно-исследовательская
конференция «Управление строительно-техническими свойствами бетонов для
автомобильных дорог и сооружений на них», г. Москва, МАДИ, 2010 г.
4. 2-я Международная научно-практическая конференция «Проблемы
инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития
в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах», г. Брянск,
БГИТА, 2010 г.
5. 70-я Научно-методическая и научно-исследовательская
конференция «Перспективы развития цементобетона для дорожного
строительства» г. Москва, МАДИ, 2012 г.
6. На заседаниях секции «Строительные материалы и стройиндустрия»
Ученого совета ОАО «ЦНИИС», 2009-2011 гг.
Публикации:
По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, в том числе 3 статьи в рекомендованных ВАК журналах «Транспортное строительство», «Строительство и реконструкция», «Наука и техника в дорожной отрасли».
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 239 страницах печатного текста, включает 65 рисунков и 31 таблицу. Список литературы содержит 203 наименования. Приложения включают 55 страниц печатного текста 19 рисунков и 3 таблицы.
Пути получения бетонных ограждений требуемого качества
К настоящему времени сооружен целый ряд барьерных ограждений, произведенных методом скользящей опалубки. Были проведены обследования этих барьерных ограждений, они позволили выделить наиболее часто встречающиеся дефекты конструкции [45 ,69, 128], возникающие при её изготовлении.
На рис. 1.2 (а и б) показаны дефекты отформованного дорожного ограждения, возникающие из-за недостаточной пластичности используемой бетонной смеси, в результате чего, из-за повышенного трения о стенки рабочего органа (формы), происходит разрыв отформованного бетонного массива.
На рис. 1.3 хорошо виден разрыв бетона, возникший в результате воздействия вибрации на бетон ещё не имеющий «критической» прочности. Такой вид дефекта конструкции позволил сформулировать требования обеспечения таких свойств бетонной смеси, которые позволят в краткие сроки обеспечить набор «критической» прочности бетоном конструкции. Это дает возможность обеспечить достаточную прочность конструкции в ранние сроки, что повысит её сопротивление возникающим нагрузкам и снизить вероятность возникновения рассматриваемого дефекта. Наличие подобных дефектов в конструкциях резко снижает их качество и требует дополнительных затрат на восстановление эксплуатационных и технических параметров [45, 120, 126, 134].
Помимо дефектов, показанных на рисунках, в процессе обследований выявлены и другие дефекты, связанные с оседанием свежеуложенного бетона. Влияние посторонних факторов, таких как вибрация, передающаяся через основание от строительного и другого транспорта в процессе формования и времени выдержки свежеуложенного бетона до полной потери пластичности. Вызванное влиянием посторонних вибраций, оседание евежеуложенного бетона сопровождается появлением разуплотненных участков в теле бетона (поровые пространства) длинной до 1 м. Этот дефект может привести к ускоренной коррозии бетона [48, 98, 117, 129, 130] и арматурного каркаса [63, 78, ПО, 172] в процессе экеплуатации конструкции.
В связи с этим необходимо обеепечить такую реологию бетонной смеси [11, 31, 32, 167], которая позволит исключить образование пустот в нижней части барьерного ограждения, возникающих из-за повышенной густоты арматурного каркаса, затрудняющей проникновение бетонной смеси, и непровибрированности бетона в нижней части барьера. Разработанная бетонная емееь должна отвечать заданным параметрам и обеспечивать высокое качество изготавливаемой конструкции, по сравнению с предыдущим опытом возведения барьерного ограждения основанном, на полевых испытаниях проведённых ОАО «ЦНИИС» в 2006-2008 годах [111, 112, 133].
Область применения дорожного ограждения предполагает работу и эксплуатацию конструкции в агрессивной среде, где она подвергается воздействию температур, солей (реагентов), выхлопных газов, технических масел и так далее [125, 165], что существенно влияет на долговечность изделия. Опыт эксплуатации железобетонных строительных конструкций и сооружений в условиях воздействия агрессивных сред [14, 24, 56, 116, 119], наглядно свидетельствует о сложности обеспечения их проектной долговечности. Поэтому по существующим технологиям изготовления барьеров после окончания формовочных работ конструкция дорожного ограждения нуждается в защите [40, 47, 62, 98, 104, 156]. В качестве защитных средств применяются различные гидроизолирующие обмазки, пропитки, мастики и так далее [10, 19, 27, 30, 39, 148, 157, 164], способные долговременно и качественно выполнять защитные функции в течение всего срока эксплуатации конструкции [113, 138, 141].
Следовательно, обеспечение получения бездефектных ограждений, изготавливаемых в скользящей опалубке возможно путем создания специальной технологии их изготовления, включающей разработку составов бетонных смесей и способов их уплотнения.
В связи с этим были проанализированы результаты исследований отечественных и зарубежных ученых, занимающихся изучением свойств бетонов и технологией их укладки и уплотнения.
Структуру и свойства бетонов изучали И.Н. Ахвердов, Ю.М. Баженов, А.А. Байков, О.Л. Берг, П.И. Боженов, Ю.М. Бутт, А.В. Волженский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов, С.А. Миронов, О.П. Мчедлов-Петросян, А.Н. Плугин, СМ. Рояк, Г.С. Рояк, А.В. Лагойда, А.Е. Шейкин, В.Н. Юнг, Пауэрс и другие исследователи.
Исследованиям в области модификации свойств бетона химическими добавками посвящены работы Ю.М. Баженова, Г.С. Рояка, В.Г. Батракова, В.А. Вознесенского, Л.М. Добшица, Т.В. Лященко, В.В. Козлова, П.Г. Комохова, О.П. Мчедлова-Петросяна, В.С. Рамачандрана, В.Б. Ратинова, Т.И. Розенберг, А.В. Ушерова-Маршака, О.В. Кононовой и других учёных.
Исследованиям оптимальных режимов уплотнения бетонных смесей посвящены работы многих отечественных и зарубежных учёных, в том числе, А.А. Афанасьева, И.Н. Ахвердова, Б.В. Гусева, В.Г. Зазимко, А.Е. Десова, Г.Я. Кунноса, Е.П. Миклашевского, К.А. Олехновича, П.А. Ребиндера, И.Ф. Руденко, О.А. Савинова, А.С. Файвусовича, В.Н. Шмигальского, Р. Лермита, Э. Фрейсине и других.
Рассмотрение результатов исследований вышеперечисленных показало, что получение требуемых свойств бетонных смесей и затвердевшего бетона может быть достигнуто путем введения в состав бетонных смесей добавок модификаторов комплексного действия, обеспечивающих одновременно пластификацию бетонной смеси, быстрый набор пластической прочности и сохранение формы изготовленного изделия. В то же время эти добавки должны способствовать повышению прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетонов.
Большинство ускорителей твердения имеют в своем составе хлористые соли и поэтому не могут использоваться в бетонных смесях для изготовления густоармированных железобетонных ограждений.
В качестве такого ускорителя может использоваться добавка углекислого калия - поташ. Эта добавка не вызывает коррозии стальной арматуры, а даже пассивирует её [48, 49, 50, 51].
Поташ, как химическая добавка в бетон, в количествах более 2% от массы цемента используется как противоморозная добавка.
Начиная с 50-х годов 20-го века, активно начинает развиваться направление безобогревного бетонирования. Безобогревное бетонирование представляет собой такой способ ведения работ, при котором в бетонную смесь в процессе её приготовления вводят различные вещества, называемые противоморозными добавками. Эти добавки, растворяясь в воде, понижают температуру её замерзания и обеспечивают тем самым протекание процессов гидратации цемента и твердение бетона при отрицательных температурах окружающей среды. Первые сведения о производственном применении бетонов, твердеющих без обогрева, приведены в работах [81, 91], в которых описан метод так называемого «холодного бетонирования» с добавками хлористых солей. Этот метод, предложенный Т.Г. Курицыным, В.Э. Лейрихом, А.Я. Липовецким, А.В. Марамзиным, В.М. Менднлеевым, В.Д. Циплаковым и ГЛ. Шишо, был применен при строительстве Волго-Донского судоходного канала.
Простота и положительные производственные результаты позволили в дальнейшем применить этот метод при возведении различных объектов, в том числе и искусственных сооружений. Активное участие в этих работах принимали Л.В. Дьяков, Ф.М. Иванов, П.С. Костяев, А.В. Саталкин, В.Н. Сизов, В.А. Славин, С.А. Миронов и другие [61, 73, 137, 139, 140]. На основе этих работ в 1958 году была разработана «Инструкция по применению бетона с добавками солей, твердеющего на морозе» (СИ 42-59).
Дальнейшее развитие метода безобогревного бетонирования привело к поиску и созданию новых противоморозных добавок. Одной из таких добавок был предложенный И.А. Токмаковой поташ [35].
Исследование кинетики схватывания, загустевания и изменения температуры твердеющих систем в присутствии поташа
Первые исследования по определению влияния добавки поташа на экзотермию твердеющего цемента проводились на составах «цемент - вода добавки».
Исследование тепловыделения осуществлялось при помощи электронного регистратора температур «Терем 3» на образцах, изготовленных из цементного теста нормальной густоты. Для проведения экспериментов изготавливали образцы размером 10x10x10см из цементной пасты нормальной густоты с различными добавками. В центральную часть свежеизготовленного образца помещалась термопара, соединённая с регистратором температур «ТЕРЕМ-3», а образец помещался в вакуум-камеру для предотвращения теплообмена с окружающей средой.
Регистрация температуры твердеющих в вакуум-камере образцов производилась в течение, первых 24 часов с момента затворения цементных паст. Полученные данные приведены на рисунках 3.5. и 3.6.
Как видно из представленных результатов, на всех полученных графиках изменения температуры образцов во времени чётко прослеживаются три стадии изменения температур. В начальный период идёт быстрый рост температур в течении 15...40 минут, в зависимости от состава добавки и количества в ней поташа. Затем, на второй стадии происходит снижение температуры твердеющих смесей, которое продолжается в течении 80... 120 минут. После этого на третьей стадии в смесях происходит повторное непрерывное повышение температуры, которое продолжается длительное время (240...400 минут), после чего смеси начинают постепенно остывать до комнатных температур.
В связи с тем, что реакции гидратации являются экзотермическими, полученные результаты позволяют судить о процессах, происходящих в твердеющих системах, и их кинетике. Данные тепловыделения показывают, что в присутствии добавки поташа твердение цементных паст составов «цемент -вода - добавки» идёт в три этапа. На первом этапе начинается быстрая гидратация цемента, сопровождаемая активным тепловыделением. На втором этапе происходит замедление гидратации и, возможно, частичный распад образовавшихся соединений, сопровождаемый снижением тепловыделения. На третьем этапе снова возобновляется гидратация и твердение цемента, в связи с чем, возобновляется рост тепловыделения твердеющих цементных паст.
Всё это подтверждает высказанную нами гипотезу о трёхстадийном твердении цементов при положительной температуре в присутствии добавки поташа.
Параллельно с исследованием тепловыделения твердеющих систем, проводилось исследование сроков схватывания цементов в присутствии добавки поташа при положительных температурах окружающей среды.
Исследования производились в лабораторных условиях, при температуре окружающей среды 20±2С. Сроки схватывания определялись посредством прибора Вика и лабораторного секундомера в соответствии с требованиями ГОСТ 310.3-76 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема».
Приготавливались составы нормальной густоты с добавками, у которых определялись сроки схватывания. Полученные результаты приведены в табл. 3.1.
Из полученных результатов видно, что введение добавки поташа существенно влияет на сроки схватывания цементных паст. Ведение 2% поташа (42%-й раствор) приводит к сокращению срока схватывания цементных паст в 11 раз по сравнению со сроками схватывания контрольного (бездобавочного) состава.
Зависимость изменения сроков схватывания от количества вводимого поташа - нелинейная, введение поташа в количестве 2...7% массы цемента значительно сокращает сроки схватывания, позволяя получать требуемые результаты для обеспечения проектных требований. В связи с тем, что величина сроков схватывания существенно зависит от количества введенной добавки, как и предполагалось, имеется возможность регулировать сроки схватывания цементных паст, а, следовательно, и сроки загустевания бетонных смесей. Использование полученных результатов применительно к бетонным смесям для получения необходимых сроков загустевания, естественно, требует корректировку конкретных величин добавки поташа, однако полученная закономерность делает этот вопрос делом техники подбора необходимой дозировки добавки, практически не меняя выявленную тенденцию.
Так же, как видно из таблицы З.1., на сроки схватывания влияет количество воды затворения. Влияние воды затворения на сроки схватывания - давно известный и изученный факт, поэтому в данной работе мы не исследовали это влияние При этом необходимо отметить, что полученные экспериментальные данные (табл. 3.1.) указывают на аналогичный характер изменения сроков схватывания смесей и при повышенных количествах воды затворения, при применении добавки поташа.
После получения положительных результатов, дальнейшие исследования были продолжены на бетонных смесях.
Исследование кинетики изменения температуры твердеющей бетонной смеси в присутствии поташа осуществлялось при бетонировании барьерного ограждения в лабораторных условиях (производственная база ОАО «ЦНИИС») на специально разработанном стенде имитирующем работу бетоноукладчика.
Регистрация изменения температуры бетона в полученной КОНСТРУКЦИИ барьерного ограждения, производилась с начала укладки бетонной смеси для определения соответствия пиковых значений температур, времени начальной потери подвижности (твердению) бетонной смеси. Регистрация значений осуществлялась при помощи помещенных в тело бетона термопар и автоматического регистратора температур «ТЕРЕМ-3», в течение первых 2-х суток гидратации бетона. Результаты измерений были обработаны на ЭВМ и представлены в графическом виде на рисунке 3.7.
Испытания кернов отобранных из образцов, изготовленных при рациональном режиме виброуплотнения из подобранных бетонных смесей
В ходе экспериментального подбора состава бетона, из исследуемых смесей были изготовлены образцы-керны для определения прочности бетона при сжатии. Изготовление кернов производилось с применением специализированного оборудования фирмы «HILTI» и торцовочного станка. Изготовленные образцы-керны имеют следующие размеры: высота -70 мм., диаметр - 70 мм., С допускаемыми отклонениями от заданных размеров в 1,5 мм. Все образцы-керны хранились в камере нормального твердения, при температуре 20С ±2С и были испытаны в возрасте 28 суток, в количестве 3 образцов от каждого состава. Испытания образцов-кернов проходили в соответствии с ГОСТ 28570-90 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкции» [9]. Результаты испытания образцов-кернов на прочность при сжатии приведены в табл.5.3.
Внешний вид образцов-кернов и испытаний на прочность при сжатии отображены на рисунках 5.1... 5.3.
В ходе экспериментальных работ, была выбрана смесь №4, как наиболее отвечающая требованиям технического задания. В целях экономии времени испытания на определения морозостойкости и водонепроницаемости производились для данной смеси, так как смесь №4 используется для дальнейших испытаний.
Изучению морозостойкости бетонов посвящены многочисленные исследования в нашей стране и за рубежом. Первыми исследователями установлено, что основной причиной разрушения бетона является изменение фазового состояния воды при понижении температуры. Исходя из этого было выдвинуто много гипотез, о преимущественной роли того или иного фактора, вызывающего разрушение бетона.
По одной из гипотез предложенной Р. Коллинзом [163], разрушение бетона при замораживании объясняется действием кристаллизационного давления льда. Критикуя эту гипотезу, Г.И. Горчаков [34], В.М. Москвин [102] и другие ученые показали, что кристаллизационное давление в общем случае не является основной причиной разрушения бетона. Оно может быть значительным только в отдельных, частных случаях.
Н.А. Житкевич предложил гипотезу о гидростатическом давлении воды при ее замерзании в порах цементного камня. Эта гипотеза была развита в дальнейшем О.Е. Власовым, Г.И. Горчаковым, и Т. Пауэрсом. При этом Г.И. Горчаков указывает на большое влияние, оказываемое возникающими тангенциальными напряжениями в стенках капилляров цементного камня при замерзании в них воды.
Выдвинутая Т. Пауэрсом гипотеза о разрушении бетона при замораживании от действия гидравлического давления [168] базируется на предположении, что при замерзании бетона часть воды, перешедшая в лед, увеличивается в объеме и оттесняет незамерзшую, оставшуюся часть воды внутрь бетона, результатом чего является возникновение гидравлического давления на стенки пор и капилляров. Однако предложенная гипотеза не учитывает возможную миграцию воды и льда через систему пор бетона, за что и была подвергнута критике Г.И. Горчаковым [35, 36], Р. Коллинзом [163], В.М. Москвиным [102, 103] и другими. Развивая эту гипотезу, Т. Пауэрс предлагает оценивать гидравлическое давление, возникающее в отдельной поре замораживаемого цементного камня [169, 170].
Гипотеза о влиянии на бетон температурных напряжений [89, 166, 171] вызванных различием коэффициентов линейного расширения составляющих бетона, рассматривает эти напряжения как один из важнейших факторов возникновения и развития процессов деструкции в бетоне. Дальнейшее развития эта гипотеза получила в работах В.М. Москвина, М.М. Капкина, Б.М. Маузера [101], А.M. Подвального [115], В.Г Еремеева [57] и других исследователей.
В.И. Бабушкин рассматривает морозостойкость как проявление пористой структуры цементного камня и влияния осмотических сил [4, 5].
В.В. Стольников предложил рассматривать долговечность бетонов в зависимости от величины пористости бетонов и характера распределения пор, которые им делятся на сообщающиеся и разобщенные [144, 145, 146].
Большое количество проведенных отечественными и зарубежными исследователями научных работ по изучению морозостойкости бетонов, позволило установить, что на морозостойкость бетонов оказывают влияние [158] начальное водоцементное отношение, вид вяжущего и его активность, условия твердения, степень гидратации, возраст бетона, структурная плотность свежеуложенной смеси, качество мелкого и крупного заполнителя и их расход на 1м бетонной смеси, наличие вводимых добавок и структура порового пространства цементного камня [51].
В настоящее время предложено много способов повышения морозостойкости бетонов. В их числе - снижение начального водоцементного отношения, повышение активности используемых цементов, увеличение плотности бетона, применение заполнителей для бетонной смеси повышенной чистоты, применение поверхностно-активных и воздухововлекающих добавок и использование армирования бетонов путем введения микроармирующих элементов [136].
Испытания по определению морозостойкости образцов бетона (кубы размерами 100x100x100 мм), производились в соответствии с ГОСТ 10060.2-95 «Бетоны. Ускоренные методы определения морозостойкости при многократном замораживании и оттаивании.» [195]. Результаты испытаний представлены в таблице 5.4.
Из таблицы 5.4 видно, что образцы бетона прошедшие испытания на морозостойкость показывают увеличение средней прочности в среднем на 2%, этот факт указывает на возникновение дополнительной гидратации цемента в результате проникновения воды в структуру бетона, во время проведения испытаний. Увеличение прочности образцов свидетельствует о небольшом перерасходе цемента в бетоне, так как дополнительная гидратация обусловлена наличием не прореагировавшей части цемента, для которой не хватило воды затворения при изготовлении смеси. Морозостойкость бетонов транспортных сооружений, является важным параметром [94, 128] влияющем на долговечность и эксплуатационные качества конструкции. Эксплуатация дорожного барьерного ограждения связана с температурными воздействиями, в зимнее и летнее время. Небольшая толщина поперечного сечения конструкции подвержена быстрому охлаждению или нагреву, может подвергаться достаточно резкой смене температуры окружающей среды создаваемой ветрами, переменной влажностью, солнечной активностью и тд. Поэтому проблема долговечности транспортных сооружений [34, 49, 50, 99, 159, 171], требует тщательного и более глубокого подхода.
Контроль качества бетонной смеси
На всех стадиях приготовления бетонной смеси производился контроль бетонной смеси на соответствие требованиям технического задания (рис. 6.1). Проверке подвергалиеь такие параметры, как пластичность и воздухосодержание бетонной смеси. Приборы, применяемые при контроле качества, соответствовали требованиям нормативных документов и имели сертификаты о поверках и калибровках. Результаты проверки бетонной смеси на соответствие требованиям технического задания представлены в табл. 6.1.
После удовлетворительных результатов проверки бетонная смесь выгружалась на ленточный питатель бетоноукладчика, перегружающий бетонную смесь в приёмный бункер, в котором происходило формование дорожного барьерного ограждения (рис. 6.3).
Для исследования физико-механических свойств полученного бетона, в ходе формования были изготовлены образцы для определения прочности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона, размерами 100x100x100 мм для определения прочности на сжатие, 70x70x70 мм. для определения морозостойкости и 150x150x150 мм. для определения водонепроницаемости бетона. Все образцы хранились в камере нормального твердения, до необходимых сроков проведения испытаний. Результаты исследования физико-механических свойств бетона барьерного ограждения стандартными методами испытаний представлены в главе 5, п. 5.4.
Полученное, в ходе формования, дорожное ограждение (рис. 6.3), контролировалось на соответствие требованиям технического задания неразрушающими методами контроля. Контролировались темпы набора прочности и конечная прочность в возрасте 28 суток, плотность бетона в конструкции, изменение геометрических размеров изделия.
Контроль темпов набора прочности бетона в конструкции ограждения производился при помощи склерометра в возрасте 1, 3, 7 и 28 суток. Результаты испытаний представлены в таблице 6.2. и рис. 6.2.
Контроль изменения геометрических размеров конструкции во времени производился при помощи металлической измерительной линейки длинной 1м., строительного уровня с жидкостным индикатором и лазерным нивелиром. Результаты измерений представлены в табл. 6.3.
Уход за свежеотформованным ограждением осуществлялся соответствии с требованиями нормативных документов.
Обследование готового ограждения показало высокое качество полученного изделия отвечающего всем требованиям технического задания и нормативных документов. Результаты измерений характеристик, полученного барьерного представлены в сводной таблице 6.3.
Разработанная технология была рекомендована к дальнейшему применению на других объектах строительства, составлена справка о внедрении разработанной технологии на производстве (приложение). На основании положительных результатов лабораторных исследований и производственного внедрения были разработаны рекомендации (приложение), и подана заявка на патент.
На основании проведенного производственного внедрения была проведена технико-экономическая оценка полученных результатов, представленная ниже.
