Содержание к диссертации
Введение
Песчаные цементные бетоны дорожного назначения (возможности и перспективы) 9
1.1. Структура и свойства песчаных дорожных бетонов. Преимущества и недостатки . 9
1.2. Роль наполнителей в формирование свойств песчаных бетонов 16
1.3. Технологии укладки дорожного песчаного бетона и формования изделий из него 23
1.4. Метод зонного нагнетания для уплотнения дорожных бетонов 28
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 32
Характеристика исходных материалов. методы исследования и испытаний 35
2.1. Характеристика исходных материалов 35
2.2. Методы исследований, приборы и оборудование 40
Влияние природы и дисперсности минеральных наполнителей на свойства цементного теста и структурообразование цементного камня 48
3.1. Топологическая модель расположения минеральных наполнителей в цементной матрице 48
3.2. Гранулометрический состав наполнителей 51
3.3. Влияние наполнителей на свойства цементного теста 56
3.3.1. Исследование влияние наполнителей на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста 56
3.3.2. Оценка активности наполнителей 60
3.3.3. Влияние наполнителей на пластическую прочность цементного теста 63
3.3.4. Тепловыделение при гидратации цемента с минеральными наполнителями 65
3.4. Влияние наполнителей на водоредуцирующее действие суперпластификатора 68
3.5. Влияние минеральных наполнителей на физико-механические свойства цементного камня 72
3.6. Особенности гидратации и формирования фазового состава цементного камня с бинарным наполнителем 82
3.7. Выводы по главе 97
Оптимизация технологии производства дорожных изделий из песчаного бетона, уплотняемого методом зонного нагнетания 99
4.1. Влияние технологических параметров мелкозернистых смесей на физико-механические свойства бетона 104
4.2. Оптимизация гранулометрического состава песка для получения высокопрочного песчаного бетона 109
4.3. Влияние суперпластификаторов на свойства песчаного бетона 116
4.4. Физико-механические свойства высокопрочного песчаного бетона с бинарной минеральной добавкой 124
4.5. Выводы по главе 127
Исследование эксплуатационных свойств песчаного бетона с бинарным наполнителем, уплотняемого методом зонного нагнетания 129
5.1. Характеристики порового пространства песчаного бетона оптимального состава 129
5.2. Истираемость песчаного бетона с бинарным наполнителем 133
5.3. Внутренняя коррозия песчаного бетона 137
5.4. Морозостойкость песчаного бетона с бинарным наполнителем 140
5.5. Технико-экономическая эффективность применения песчаного бетона с бинарной добавкой в дорожном строительстве 142
5.6. Выводы по главе 146
Общие выводы 147
Список использованных источников 149
Приложения
- Структура и свойства песчаных дорожных бетонов. Преимущества и недостатки
- Топологическая модель расположения минеральных наполнителей в цементной матрице
- Влияние технологических параметров мелкозернистых смесей на физико-механические свойства бетона
- Истираемость песчаного бетона с бинарным наполнителем
Введение к работе
Объективно растущий уровень требований к свойствам материалов дорожных покрытий, связанный с интенсификацией автомобильного движения и увеличением нагрузок на ось, привел к возврату реального интереса дорожников к цементобетонным покрытиям: на сегодняшний день в Германии 31% дорог имеет такой вид покрытия, в Бельгии - 41%, в США -35%. В России, где проблема дорог вопрос государственной важности, цементобетонных дорожных одежд всего 3%). Между тем их преимущества состоят не столько в сравнительно невысокой стоимости 1 м2, сколько в длительности срока службы (более 25 лет), обусловленный высокой прочностью, морозостойкостью, практической независимостью деформативных свойств от наружней температуры.
Основным расчетным напряжением в дорожных цементных бетонах является изгибающие, поэтому мелкозернистые бетоны на кварцевых песках предпочтительнее крупнозернистых. К тому же дефицит заполнителей из высокопрочных изверженных пород в Европейской части России, где преобладают осадочные карбонатные породы, делают песчаные бетоны приоритетным материалом для дорожных покрытий. Широкие возможности модификации их дисперсными наполнителями из местных пород и промышленных отходов в сочетании с химическими добавками создают основу потенциально высокой технико-экономической эффективности и конкурентоспособности широкого применения песчаных бетонов в дорожных покрытиях.
Однако, для реализации этого нужны научно обоснованные составы и эффективные технологии укладки и формования песчаных бетонов. Одной из таковых может стать разработанная в России технология уплотнения жестких бетонных смесей методом зонного нагнетания. Но ее возможности и эффективность также еще не раскрыты и нуждаются в экспериментальных исследованиях, в частности, когда речь идет о дорожных песчаных бетонах.
Цель работы.
Разработка составов высокопрочных и долговечных цементно-песчаных бетонов дорожного назначения, уплотняемых методом зонного нагнетания.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
на основе топологической модели структуры бетонов исследовать влияние минеральных наполнителей различной природы и дисперсности на свойства цементной матрицы;
обосновать и показать эффективность бинарного наполнителя на основе молотых кремнеземистых и карбонатных пород;
оптимизировать составы песчаных бетонов для технологии зонного нагнетания;
4) разработать составы дорожных песчаных бетонов с бинарным
наполнителем, отличающихся высокими физико-механическими
характеристиками и долговечностью.
Научная новизна
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена
эффективность применения бинарного наполнителя «перлит-известняк» с
удельной поверхностью первого более 1700 м /кг, а второго 90-120 м /кг,
обеспечивающих повышенную плотность и прочность цементного камня;
установлено, что введение бинарного наполнителя вызывает
увеличение доли гидросиликатов кальция и уменьшение количества
портландита в цементном камне, что закономерно приводит к повышению
его прочности и износостойкости;
установлено, что метод зонного нагнетания обеспечивает достижение
большей структурной плотности песчаных бетонов, чем методы прессования
и вибропрессования, что связано с возможностью лучшей самоорганизации
зернистой среды в условиях локального давления;
для бетонов, уплотняемых методом зонного нагнетания, установлены антибатные экстремальные зависимости прочности и водопоглощения от водопотребности бетонной смеси
Практическое значение работы заключается:
- в разработке новых составов песчаных бетонов дорожного назначения
с бинарным наполнителем, уплотнение которых методом зонного нагнетания
позволяет достичь высоких показателей прочности, долговечности и
экономической эффективности
- в разработке технологического регламента для производства
дорожных плит из песчаного бетона
Внедрение результатов.
Результаты проведенных исследований использованы при выпуске опытно-промышленной партии тротуарной плитки класса по прочности ВЗО на производственной базе ООО «Завод Отройком» (г.Альметьевск).
Теоретические положения диссертационной работы, а также результаты экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс подготовки инженеров строителей-технологов по специальности 290600 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы. Представленные в диссертации результаты исследований докладывались на: десятых академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Пенза-Казань, 2006г.), V республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Наука. Инновация. Бизнес» (г.Казань, 2005), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2005 г.), ежегодных республиканских научных конференциях Казанского государственного архитектурно-строительного университета (2003-2006 г.г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 13 научных публикациях, в том числе в статье в центральном рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.
Достоверность результатов экспериментальных исследований и выводов обеспечена:
соответствием полученных результатов с общими положениями структурообразования цементных композиций;
использованием современных методов исследования структуры и свойств цементного камня и бетонов;
- получением вероятностной оценки основных численных результатов
на базе статистической обработки экспериментальных результатов
исследований.
Объем и структура работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список использованных источников из 160 наименований и приложения. Изложена на 164 страницах, содержат 36 таблицы, 58 рисунков. Автор благодарит кафедру «Технологии строительных материалов, изделий и конструкций» КазГАСУ за возможность выполнения в её стенах данной диссертации, научного руководителя проф. Хозина В.Г. и научного консультанта доц. Морозову Н.Н.
Структура и свойства песчаных дорожных бетонов. Преимущества и недостатки
Мировой и отечественный опыт показывает, что дорожные одежды с цементобетонными слоями наиболее целесообразно использовать при интенсивном движении тяжелых транспортных средств, а также на скоростных магистралях городов, и даже на тротуарах. Стабильные транспортно-эксплуатационные показатели и высокая долговечность дают им преимущества перед покрытиями, построенными с применением битумных вяжущих. Кроме того, при движении тяжелых грузовых автомобилей со скоростью 90...ПО км/ч по цементобетонным покрытиям расходуется примерно на 5... 10 % меньше топлива, чем по асфальтобетонным [6].
Средний срок службы дорожных одежд в США для цементобетонных покрытий - 26 лет, а для асфальтобетонных - 16 лет. Аналогичные данные приведены и по скоростным дорогам Германии. Капитальный ремонт для асфальтобетона был необходим в среднем спустя 18 лет, а для цементобетона -спустя 26 лет [2].
Еще в 1913 г, в Тифлисе была построена первая дорога с бетонным покрытием [7]. Начиная с 1951 г. и, особенно, с 1973 г. по настоящее время, в бывшем СССР, преимущественно в Российской Федерации, построено более шести тысяч километров дорог с цементобетонным покрытием, успешно эксплуатирующихся в течение длительного срока, зачастую превышающего нормативный (20-25 лет) [2].
Начало отечественных исследований по дорожному бетону относится к тридцатым годам XX века, когда были разработаны первые, еще несовершенные с современной точки зрения составы бетона для дорожных покрытий. Достаточно сказать, что прочность бетона при сжатии составляла около 20 МПа, прочность на растяжение при изгибе, основная расчетная характеристика дорожного бетона, определяющая толщину и работоспособность бетонной плиты - не нормировалась. Не применяли в дорожном бетоне химические добавки, не было требований по морозостойкости дорожного бетона - основного критерия его долговечности в современных условиях.
В последние годы во всех экономически развитых странах расширяется применение высокопрочного бетона прочностью на сжатие выше 60 МПа, что позволяет существенно снизить материалоемкость и повысить долговечность конструкций по сравнению с конструкциями из обычного бетона прочностью 20-40 МПа [8,157]. Преимущества цементобетонных дорожных покрытий состоят в следующем: - существенно большая прочность цементобетона в сравнении с асфальтобетоном; - стабильность деформативных свойств цементобетона при изменении температуры; - рост прочности цементобетона во времени в течение многих лет эксплуатации (при благоприятных условиях); - высокая морозостойкость бетона при применении в нем суперпластификаторов и воздухововлекающих добавок; - срок службы покрытий из цементобетона до капитального ремонта при высоком качестве строительства и правильной эксплуатации может достигать 50 лет; - стабильность коэффициента сцепления покрытия с колесами автомобилей, слабая его зависимость от степени увлажнения [9]. Одним из важнейших положительных отличий цементобетона является то, что его физико-механические свойства, в отличии от асфальтобетона, практически не зависят от температуры внешней среды и скорости нагружения. При этом прочность на сжатие и растяжение при изгибе увеличивается в течении всего срока эксплуатации , что весьма важно при постоянно возрастающих транспортных нагрузках. Установлено, что прочность бетона в дорожном покрытии в возрасте до пяти лет может увеличиваться в 1,3 ... 1,5 раза по сравнению с проектной прочностью, а в возрасте до 25 лет - до 2 раз (в зависимости от климатических условий) [10, 11].
Существенным обстоятельством, определяющим перспективу развития строительства цементобетонных покрытий, являются ограниченные запасы нефти, как основного источника сырья для производства битумов [9], при практически неисчерпаемых (и восполняемых) ресурсах сырья для цементобетонов.
Долговечность бетона в покрытиях и основаниях дорожных одежд в значительной степени определяется тем, насколько структура и свойства бетона соответствуют условиям работы дорожной конструкции в процессе эксплуатации. Она связана с его выносливостью при действии знакопеременных растягивающих и сжимающих напряжений от движущегося транспорта и температурных перепадов окружающей среды, т.е. с прочностью бетона на одноосное растяжение и растяжение при изгибе.
В условиях России главным фактором агрессивного климатического воздействия на дорожный бетон является попеременное "замораживание-оттаивание" в присутствии водных растворов хлористых солей-антиобледенителей, особенно хлорида натрия. Воздействие именно хлорида натрия совместно с замораживанием-оттаиванием оказалось наиболее агрессивным по сравнению с другими антиобледенителями. Соответственно, на первый план в обеспечении высокой долговечности цементобетонных покрытий выходит обеспечение надежной, гарантированно высокой морозостойкости бетона. Увеличению морозостойкости способствует ограничение максимального значения водоцементного отношения, и одновременным уменьшением его главной структурной составляющей - цементного камня [12]. По мнению автора [13] морозостойкость дорожного бетона более 300 циклов по II методу, будет обеспечена, если расход цемента составит более 340 кг на м3, В/Ц 0,45 и прочности бетона более 40 МПа.
Кроме того, повышению морозостойкости способствует использование воздухововл екающих добавок [14]. В отличие от подвижных смесей в жестких бетонных смесях "под укатку" практически отсутствует вовлеченный воздух. Это связано с дефицитом жидкой фазы, где почти вся вода затворения уходит на смачивание поверхности компонентов жесткой бетонной смеси и не остается дисперсионной среды для эмульгирования воздушных пузырьков [15]. Поэтому необходимы добавки других типов для повышения морозостойкости дорожного бетона.
Топологическая модель расположения минеральных наполнителей в цементной матрице
Использование того или иного вида наполнителя влияет на пластифицирующий эффект суперпластификаторов. Пластифицирующий эффект оценивался по экспресс методике, разработанной на кафедре ТБКиВ Пензенского ГУАС [142]. Водоредуцирующее АВД действие суперпластификатора определяли по снижению воды в % от контрольного состава (табл.3.5 и 3.6). Введение суперпластификатора С-3 в количестве 1 % от массы цемента для состава без наполнителей способствует снижению В/Ц с 0,45 до 0,23. Водосодержание цементной суспензии с наполнителями различно. При использовании кремнеземистых наполнителей (табл.3.5) в количестве от 2,5 до 10 % В/Ц непластифицированных суспензий возрастает до 0,583, а пластифицированных - до 0,338. Наименьшее влияние на водопотребность суспензий оказывает молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 1000 см /г, с повышением дозировки с 2,5 до 10 % В/Ц-отношение возрастает с 0,455 до 0,47 - для непластифицированной и с 0,24 до 0,253 - для пластифицированной цементной суспензии. При использовании СФШ водопотребность увеличивается в зависимости от количества на 3 - 10,5% для непластифицированной и на 2 - 22% для пластифицированной суспензии. Водопотребность цементных суспензий при использовании молотого перлита возрастает при наибольших дозировках наполнителя на 29,5 и 46,9% соответственно для непластифицированных и пластифицированных систем. Использование молотого перлита резко повышает В/Ц, так как он обладает высокой удельной поверхность по сравнению с другими добавками.
Максимальное водоредуцирующее действие 46,2 - 47,3 суперпластификатора в присутствии минеральной добавки наблюдается при использовании молотого кварцевого песка с удельной поверхностью 100 м /кг.
При использовании карбонатных наполнителей (табл.3.6) в количестве от 2,5 до 10 % В/Ц-отношение непластифицированных суспензий возрастает до 0,567, а пластифицированных - до 0,333. Наибольшее увеличение водопотребности происходит при использовании химического мела на 26%) для непластифицированных и на 45% для пластифицированных систем. Увеличение удельной поверхности наполнителя также увеличивает водопотребность цементных суспензий. Использование строительного мела и молотого известняка с удельной поверхностью 6000 см /г приводит к увеличению водопотребности непластифицированных суспензий при максимальном содержании наполнителя на 11 %, при использовании суперпластификатора С-3 - на 17,5 и 16 % соответственно.
Максимальное водоредуцирующее действие 46,6 - 47,8 суперпластификатора С-3 в присутствии минеральной добавки наблюдается при использовании молотого известняка с удельной поверхностью 100 м2/кг.
Таким образом, при использовании карбонатных наполнителей, по сравнению с кремнеземистыми, водопотребность пластифицированных цементных суспензий растет меньше. Это наглядно видно при сравнении наполнителей с одинаковой удельной поверхностью. Соответственно и водоредуцирующее действие суперпластификатора С-3 при использовании карбонатных наполнителей выше. Если не учитывать химическую активность наполнителей, например, в случае наполнителей с удельной поверхностью около 100 м /кг, то предпочтительнее использовать карбонатные наполнители по сравнению с кремнеземистыми. Влияние минеральных наполнителей на физико-механические свойства цементного камня Влияние минеральных наполнителей на прочность при сжатии цементного камня оценивалось на образцах кубах размером 2x2x2 мм, приготовленных из цементного теста нормальной густоты. В качестве минеральных наполнителей были использованы СФШ, молотый известняк (Sya=100 м2/кг ) и молотый перлит. Кроме того, во всех составах использовали суперпластификатор С-3 ( 0,8 % от массы цемента). Результаты испытаний приведены на рис. 3.17 - рис. 3.21. С целью оценки влияния количества наполнителя на прочность цементного камня были выбраны дозировки 2,5, 5 и 7,5% от массы цемента. Анализ результатов показал, что применение указанных наполнителей повышает прочность на сжатие цементного камня во все сроки твердения. Оптимальной дозировкой для перлита является 5% от массы цемента.
Влияние технологических параметров мелкозернистых смесей на физико-механические свойства бетона
В возрасте 1 суток для гидратированного цемента без добавок и с добавкой С-3 не проявляется эндо-эффект при 730-830С, а при введении молотого перлита и бинарного наполнителя он появляется, что также подтверждает взаимодействие перлита и гидроксида кальция с образованием двухосновных гидросиликатов кальция уже в начальный период твердения цемента. 1. Предложена топологическая модель расположения наполнителей различной дисперсности в бетонной матрице. Расчетом показано, что крупный наполнитель должен иметь диаметр частиц 60-162 мкм. 2. Показано, что введение наполнителей увеличивает нормальную густоту цементного теста. Наибольшее увеличение нормальной густоты наблюдается при использование молотого перлита, при это сроки схватывания цементного теста практически не изменяются. 3. Исследовано влияние наполнителей на сроки схватывания при B/U,=const. Выявлено что при увеличении количества наполнителя сроки схватывания все более ускоряются. Наибольшее ускорение сроков схватывания наблюдается при использовании перлита и микрокремнезема. 4. Исследована активность различных кремнеземистых наполнителей по поглощению СаО из раствора. Установлено, что молотый перлит обладает активностью более чем в три раза большей чем у молотого песка с удельной поверхностью 600 м /кг. Высокая активность перлита обусловлена высокой удельной поверхностью. Перлит обладает высокой размолоспособностыо -уже после 30 с измельчения его удельную поверхность превышает аналогичный показатель песка в 12 раз. 5. Показано, что введение минеральных добавок в количестве 5% от массы цемента сокращает индукционный период нарастания пластической прочности. Наиболее интенсивное сокращение коагуляционного периода структурообразования (на 1,5 ч) наблюдается при использовании молотого известняка. Это говорит о том, что новообразования гидросиликатов возникают на подложке известняка с большей интенсивностью, чем на песке. что подтверждается рентгенофазовым анализом. 6. Исследовано влияние известняка и кварцевого песка одинаковой удельной поверхности на тепловыделение цемента при гидратации. Показано, что при использовании в качестве наполнителя молотого известняка максимум тепловыделения достигается на 30 мин (для непластифицированного цементного теста) и на 3 ч (для пластифицированного цементного теста) раньше, чем при использовании кварцевого песка. 7. Установлено, что при использовании карбонатных наполнителей, по сравнению с кремнеземистыми, водопотребность пластифицированных цементных суспензий растет меньше. Соответственно и водоредуцирующее действие суперпластификатора С-3 при использовании карбонатных наполнителей выше. 8. Установлено, что оптимальной дозировкой для перлита и известняка является 5% от массы цемента. Прочность цементного камня в возрасте 1 суток при использовании перлита возросла на 9,4%, а в возрасте 28 суток -на 13,3 %. , а при использовании известняка на 11,6 % и 6,3 % соответственно. 9. Показано, что совместное применение наполнителей позволяет в большей степени повысить прочность цементного камня, чем введение их по отдельности. Прочность цементного камня с бинарным наполнителем «перлит-известняк» в возрасте 1 сут больше на 13,2% прочности цементного камня без наполнителей, в возрасте 28 сут - больше на 16,6%. Рентгенофазовым и дифференциально-термическим анализами установлено увеличение количества гидросиликатов кальция и уменьшения количества портландита, что приводит к росту прочности цементного камня. 10. Установлено, что введение бинарного наполнителя «перлит известняк» способствует уменьшению количества сообщающихся капилляров, увеличению доли закрытой пористости и уплотнению цементного камня. Зонное нагнетание - это единое непрерывное действие, заменяющее собой, при формовании изделий из сыпучих порошкообразных материалов, совокупность традиционных действий: дозирование смеси, укладку её в форму или в слой, распределение по форме или слою, формование и уплотнение, калибрование размеров и отделку (заглаживание) поверхностей.
При этом способе формование изделий достигается путем непрерывной подачи смеси в форму и набивки ее через открытую сторону формы набивающим элементом, которому сообщают многократные перемещения (рис. 4.1). Набивающий элемент перемещают одновременно по вертикали и горизонтали, либо по вертикали, горизонтали и вокруг горизонтальной оси, либо по вертикали, горизонтали и вокруг вертикальной оси, либо по вертикали, горизонтали и вокруг горизонтальной и вертикальной осей. В начале формования плитного изделия форма и набивающий элемент рабочего органа взаимоустанавливаются таким образом, чтобы набивающий элемент его рабочая поверхность перекрывала полностью или частично формовочную зону, ограниченную двумя измерениями высотой и шириной (торцевой стенкой и частью боковых стенок формы).
Как показано на рис.4.1 (10), относительно открытой стороны формы набивающий элемент совершает не менее трех движений относительно трех взаимно перпендикулярных координатных осей и не пересекает контуров формуемого, а доходит только до соприкосновения с открытой поверхностью формы.
При каждом ходе вверх набивающего элемента поступает новая порция смеси по всей ширине, а при ходе вниз смесь сжимается самим же подсыпаемым материалом.
Истираемость песчаного бетона с бинарным наполнителем
Долговечность (срок службы) дорожных покрытий определяется тем, насколько свойства бетона соответствуют условиям работы конструкции. Цементобетонные дорожные покрытия в процессе эксплуатации подвергаются внешним воздействиям - механическим (от движущегося транспорта), физическим и физико-химическим воздействиям окружающей среды и химических материалов, используемых при зимнем содержании дорог.
В данном разделе приводятся результаты изучения порового пространства, истираемости, щелочестоикости и морозостойкости песчаного бетона.
Одной из основных характеристик долговечности является морозостойкость. Увеличение морозостойкости бетона может быть достигнуто при понижении В/Ц, что объясняется, в основном, упрочнением структуры цементного камня и бетона, уменьшением его капиллярной пористости, которая пропорциональна снижению количества воды затворения. В свою очередь, пористость бетона определяет его эксплуатационные характеристики (прочность, водопоглощение, износостойкость).
Приближенную оценку строения порового пространства песчаного бетона можно получить по кинетике водопоглощения в соответствии с методикой ГОСТ 12730.4-78. По результатам испытания рассчитывали относительное водопоглощение по массе в момент времени tj = 0,25 часа - Wi и t2 = 1 час - W2. Затем графоаналитическим методом по результатам расчета кривой насыщения и номограмме определяли параметры а и А,, характеризующие строение порового пространства песчаных составов. Для исследования порового пространства были использованы составы песчаного бетона с различным расходом цемента. Результаты эксперимента и проведённых расчетов опытных данных представлены в табл. 5.1.
Как видно из экспериментальных данных водопоглощение песчаного бетона зависит от расхода цемента, зернового состава песка и наличия бинарного наполнителя. При уменьшении расхода цемента происходит увеличение интегральной (кажущейся) пористости. Для немодифицированных составов она меняется от 4,37% до 5,37%. При низких расходах цемента количества цементного теста не хватает для заполнения пустот заполнителя (особенно у состава Ц:П=1:5 ) поэтому водопоглощение имеет максимальное значение. При введении бинарного наполнителя с С-3 в состав песчаного бетона аналогичная зависимость от расхода цемента остается, но абсолютное значение интегральной пористости снижается на 4,9% - 8,8% в зависимости от соотношения Ц:П. Использование песка оптимального гранулометрического состава совместно с суперпластификатором С-3 и бинарным наполнителем позволяет еще больше понизить интегральную пористость. Особенно это эффективно для составов с низким расходом цемента (снижение пористости составляет 11-13,1%), так как при использование фракционированного песка уменьшается пустотность заполнителя. Средний радиус капилляров в песчаном бетоне при уменьшении расхода цемента увеличивается с 0,9 до 1,97. Использование песка оптимального гранулометрического состава совместно с бинарным наполнителем позволяет понизить средний радиус капилляров. Уменьшение среднего радиуса капилляров повышает морозостойкость песчаного бетона, так как вода в таких капиллярах замерзает при более низких температурах. Снижение среднего радиуса капилляров тем больше, чем меньше расход цемента Наибольшее снижение на 39% наблюдается у состава бетона с Ц:П=1:5. Наиболее однородными по размерам пор являются образцы бетона с меньшим расходом цемента. Введение бинарного наполнителя с С-3 понижает однородность пор по размерам. Уменьшение водопоглощения песчаного бетона связано с повышением его плотности при использовании бинарного наполнителя. Так частицы молотого известняка занимают промежуточное положение между средним размером частиц цемента и песка, а частицы молотого перлита располагаются между частицами цемента. Поэтому структура материала становится наиболее плотной и непроницаемой. Таким образом, использование бинарного наполнителя с С-3 снижает интегральную пористость и средний радиус капилляров песчаного бетона, уплотняемого методом зонного нагнетания. Долговечность дорожного бетона определяется не только стойкостью к действию природно-климатических факторов, но и стойкостью к эксплуатационным воздействиям, одним из которых является стойкость к действию абразивного износа [9, 30, 42, 150]. Для изучения влияния состава мелкозернистого бетона на его стойкость к износу были проведены его испытания на истираемость.
Истираемость бетона должна соответствовать установленной стандартом или техническими условиями на конструкции конкретных видов. Для конструкций, работающих в условиях повышенной интенсивности движения (плиты тротуаров на магистральных улицах и т.п.) истираемость должна быть не более 0,7 г/см (по ГОСТ 13015-2003). Истираемость песчаного бетона определяли по методике ГОСТ 13087-81 "Бетоны. Методы определения истираемости " на круге истирания ЛКИ-3. Исследование проводилось на составах песчаных бетонов с различным расходом цемента. Результаты эксперимента представлены на рис.5.1. Анализ результатов показал, что с уменьшением расхода цемента истираемость песчаного бетона увеличивается. Из немодифицированных составов требованиям истираемости удовлетворяет только состав бетона с Ц:П=1:2,5. Введение бинарного наполнителя снижает истираемость песчаного бетона. Наибольшее снижение истираемости на 33,7% происходит у состава бетона с Ц:П=1:5. Уменьшение истираемости, при введении бинарного наполнителя, обусловлено повышением прочности цементного камня и зоны его контакта с заполнителем. Введение активных тонкодисперсных наполнителей в значительной степени снижает капиллярную пористость контактной зоны за счет резкого уменьшения общего содержания Са(ОН)2. В то же время рост содержания CSH(l) в непосредственной близости от поверхности заполнителя положительно сказывается на свойствах контактной зоны.