Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы. Существенным недостатком большого числа монолитных и сборных бетонных транспортных сооружений, в том числе возводимых в зимнее время, подвергающихся в процессе эксплуатации агрессивным воздействиям внешней среды, является их низкая долговечность.
Одной из важнейших причин этого является недостаточная морозостойкость бетонов таких сооружений. В результате сокращается срок службы сооружений, уменьшается продолжительность межремонтных циклов, что приводит к большим неоправданным материальным, трудовым и энергетическим затратам на ремонт и восстановление разрушающихся конструкций.
Решение данной проблемы может быть осуществлено путём направленного воздействия на структуру бетона путём применения новых разработанных комплексных добавок и вяжущих, позволяющих бетонам твердеть и при отрицательных температурах, и особого способа ухода за бетоном возводимых сооружений, позволяющих формировать оптимальную структуру материала, обеспечивающего морозостойкость F 1000 и более.
Исследования выполнялись в соответствии с целевой комплексной программой 0.Ц.031.055.16Ц ГКНТ и Госстроя СССР (раздел 01.04.04. пункт С126), комплексной программой 0.55.16.01.12.02.Н1 Госстроя СССР (письмо Госстроя №15-1706 от 12.12.1985) и комплексной программой по проблеме 0.54.10 ГКНТ (№415).
Целью настоящей работы является разработка путей получения бетонов транспортных сооружений высокой морозостойкости.
Для решения этой проблемы требовалось решить следующие основные задачи:
на основе существующих представлений о строении бетона, разработать физическую модель явлений, протекающих при циклическом попеременном замораживании и оттаивании бетонов;
установить основные факторы, определяющие морозостойкость бетонов, и их взаимосвязь со структурой бетонов;
- разработать технологию получения морозостойких бетонов;
Научная новизна работы.
1. Разработаны теоретические положения о целенаправленном формировании структуры бетона возводимых сооружений, в том числе в зимнее время, путём создания с помощью разработанных новых комплексных добавок и вяжущих необходимого объёма условно замкнутых пор и способа ухода за бетоном, позволяющего сохранять его морозостойкую структуру в процессе эксплуатации.
3.. На основе известных представлений о строении бетона и анализа процессов, происходящих при циклическом замораживании бетонов в различных условиях, разработана физическая модель протекающих явлений, позволяющая описать происходящие изменения в структуре бетона. Это позволяет качественно оценить влияние условно замкнутой (Пу.з) и открытой (Пи) пористостей бетона и их соотношения на морозостойкость и позволяет направленно регулировать строение бетона с целью создания его морозостойкой структуры путём изменения строения порового пространства и матрицы бетона.
S. На основании разработанной физической модели обоснован и
предложен параметр, названный критерием морозостойкости в виде Кмрз = Пу.з/0,09Пи, позволяющий качественно и количественно оценить морозостойкость бетона.
4^ На основании предложенной физической модели, описывающей явления, происходящие при циклическом замораживании и оттаивании бетона, построена математическая модель протекающих при этом процессов, с помощью которой выполнены расчёты изменения состояния бетона при циклическом замораживании и получены функциональные зависимости изменения его параметров (температура, влажность и давление) от числа и продолжительности циклов переменного замораживания и оттаивания.
5. Экспериментально установлена корреляция между числом циклов,
при котором согласно разработанной модели должно происходить
разрушение бетонов, и числом циклов попеременного замораживания,
определяемого по методике основного способа ГОСТ 10060-95. Это
позволяет прогнозировать морозостойкость бетона по результатам
определения параметров его структуры, отказаться от длительных и
дорогостоящих испытаний и оперативно вносить в составы бетонов
необходимые коррективы.
6. Установлены функциональные зависимости влажности,
температуры и давления в бетоне массивных конструкций по их сечению от
числа прошедших циклов в процессе замораживания и оттаивания.
Получены данные, показывающие, что процессы, протекающие при
испытании бетонных образцов, не в полной мере соответствуют тем,
которые происходят при замораживании бетонных конструкций.
7. Установлено, что скорость разрушения бетонных образцов -
возрастает при увеличении фазы замораживания в цикле и
продолжительности самого цикла, а также при уменьшении размера
стандартных образцов.
-
Установлены зависимости морозостойкости бетона от расхода цемента и тонкости его помола, которые носят экстремальный характер. Определено влияние наполнения цементов на морозостойкость бетонов. Впервые установлено, что введение тонкомолотых добавок взамен части цемента позволяет повысить морозостойкость бетонов. Выдвинута, обоснована и экспериментально подтверждена гипотеза, объясняющая такое повышение морозостойкости бетонов. Установлено оптимальные, с точки зрения повышения морозостойкости, содержание водимых тонкомолотых добавок и их гранулометрический состав.
-
Разработаны принципы создания комплексных добавок, вяжущих и бетонных смесей, повышающих морозостойкость бетонов и позволяющих им твердеть и набирать прочность при отрицательных температурах.
10. Представлен комплекс экспериментальных данных,
показывающий возможность направленного изменения строения порового
пространства и матрицы бетонов для повышения их морозостойкости.
Практическая значимость.
1. Разработаны составы вяжущих, добавок и бетонных смесей,
включающие противоморозный компонент, пластификатор, модификаторы
и другие компоненты, повышающие морозостойкость бетонов на 2...7
марок и позволяющие вести бетонные работы при отрицательной
температуре до -20С без обогрева. Разработанные составы обеспечивают
высокую морозостойкость (F 1000 и более) и проектную прочность
затвердевших бетонов.
2. Разработан новый способ ускоренного определения
морозостойкости бетонов по критерию морозостойкости Кмрз =
Пу.з/0,09Пи, путём экспериментального определения величин Пу.з и Пи.
Установлено, что разработанный способ определения морозостойкости
может использоваться для оценки морозостойкости различных видов
бетона, приготовленных по различным технологиям (обычный тяжёлый,
набрызгбетон, торкретбетон, бетоны с добавками), как низкой, так и
высокой морозостойкости. Он позволяет учитывать влияние, оказываемое
на морозостойкость бетонов вводимыми воздухововлекающими и
пластифицирующими добавками.
3. Разработан способ подбора состава бетона на требуемые морозостойкость, прочность и удобоукладываемость бетонных смесей, обеспечивающий экономию до 15% цемента.
4. Разработан способ повышения морозостойкости путём соответствующего ухода за бетоном в процессе его эксплуатации, позволяющий повысить морозостойкость на 7 марок.
Новизна и полезность разработок подтверждена 13 авторскими свидетельствами на изобретения.
Внедрение результатов работы.
-
Разработанные составы вяжущих, добавок и бетонных смесей применены при строительстве и реконструкции более 20 транспортных и промышленных сооружений в Москве, Московской области, Нижнем Тагиле, Норильске, на БАМе, в Кировской области и других районах. Сооружения, изготовленные с использованием разработанных составов, успешно эксплуатируются уже в течение 24 лет. При этом бетон сооружений не имеет видимых дефектов и разрушений, а его прочность, определённая неразрушающими методами, значительно превышает проектную.
-
Разработанный способ ускоренного определения морозостойкости бетонов используется на Пензенском заводе КПД.
3. Разработанный способ подбора состава тяжёлого бетона
используется на Очаковском заводе ЖБК Московского метростроя.
4. Результаты выполненных исследований включены в
«Рекомендации по составу и методам укладки бетонов для тоннельных
обделок БАМа», «Наставление по подбору составов бетонов и методам их
укладки с учётом местных условий для тоннельных обделок БАМ» и
«Крепление выработок набрызг-бетоном и анкерами при строительстве
транспортных тоннелей и метрополитенов. Нормы проектирования и
производства работ. ВСН 126-90. -Минтрансстрой СССР». Материалы
диссертационной работы использованы при составлении «Руководства по
применению бетонов с противоморозными добавками» и «Методических
рекомендаций по технологии применения химических добавок при
производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций для
метрополитенов».
5. Основные положения работы изложены в учебном пособии и
методических указаниях; они используются в учебном процессе при чтении
лекций по дисциплине «Строительные материалы и изделия», при
выполнении лабораторных работ, а также в дипломном и курсовом
проектировании.
Апробация работы. По результатам работы опубликована монография,
методическое пособие, методические указания, 2 брошюры, 43 статьи, получено 13 авторских свидетельств. Результаты исследований докладывались на 5 Международных конференциях, Академических чтениях РААСН, 50 Всесоюзных, Республиканских и региональных конференциях и совещаниях.
-7-Автор защищает: - теоретически обоснованную и экспериментально доказанную физическую модель явлений, возникающих при попеременном замораживании и оттаивании бетонов;
разработанные способы повышения морозостойкости бетонов;
составы бетонных смесей, вяжущего и добавок, позволяющие повысить морозостойкость бетонов до 8 марок и вести бетонные работы при отрицательной температуре без обогрева;
- полученные результаты определения физических, механических и
строительно-технологических свойств бетонов;
- результаты практического использования проведённых исследований и
многолетний опыт эксплуатации разработанных составов бетонов.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов, приложений и списка литературы из 288 источников, содержит
*} і рисунков и 78 таблиц.
Автор выражает благодарность академику РААСН профессору В.И. Соломатову и профессору И.Г. Портнову за научное консультирование, ценные замечания, постоянное внимание и помощь в процессе выполнения работы.
