Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Натурные обследования эксплуатируемых гидромелиоративных сооружений. Цель и задачи работы. Рабочая гипотеза 8
Глава 2. Исходные материалы и методики исследований 48
2.1. Характеристики исходных материалов 48
2.2. Методы исследований 50
2.3. Методика определения состава гидротехнического бетона 53
Глава 3. Исследование структуры и свойств бетонов для гидромелиоративного строительства 58
3.1. Исследование влияния технологических факторов на структуру и свойства бетона 58
3.2. Формирование структуры бетона с отсасывающими обкладками 77
3.3. Исследование эксплуатационных свойств бетонов, твердевших с отсасывающими обкладками 86
Выводы по главе 3 99
Глава 4. Исследование свойств бетонов модифицированных техническим растительным маслом 100
4.1. Исследование технологических параметров модификации бетонов техническим растительным маслом 103
4.1.1. Оптимизация процесса сушки бетонов 104
4.1.2. Оптимизация процесса пропитки бетонов техническим растительным маслом 114
4.1.3. Оптимизация процесса полимеризации технического растительного масла в теле бетона 122
4.2. Исследование структуры и свойств модифицированных бетонов 123
Выводы по главе 4 129
Глава 5. Практические результаты работы 131
5.1. Разработка рекомендаций по повышению эксплуатационных свойств бетонов и модификации железобетонных изделий гидромелиоративных сооружений, соприкасающихся с агрессивным грунтом 131
5.2. Внедрение результатов работы 140
Основные выводы 141
Литература 143
Приложения
- Натурные обследования эксплуатируемых гидромелиоративных сооружений. Цель и задачи работы. Рабочая гипотеза
- Формирование структуры бетона с отсасывающими обкладками
- Оптимизация процесса пропитки бетонов техническим растительным маслом
- Разработка рекомендаций по повышению эксплуатационных свойств бетонов и модификации железобетонных изделий гидромелиоративных сооружений, соприкасающихся с агрессивным грунтом
Натурные обследования эксплуатируемых гидромелиоративных сооружений. Цель и задачи работы. Рабочая гипотеза
Сборные железобетонные сооружения нашли широкое применение в индустриальном строительстве оросительных каналов в Средней Азии, на Северном Кавказе, в Крыму, на юге Украины и в Других засушливых районах.
Около 32% всех орошаемых земель Северного Кавказа расположено на территории Дагестана, где орошается 12,5% сельскохозяйственных угодий, в т.ч. 54,3% пашни и 77% многолетних насаждений. Из-за плохого технического состояния, в частности, из-за отсутствия противофильтрационных покрытий, ежегодно теряется 45-50% воды, поданной для орошения. В то же время 12% земель с оросительной сетью не используются из-за недостатков водных ресурсов [1].
В равнинных районах в качестве противофильтрационных покрытий каналов оросительных систем нашли широкое применение предварительно напряженные железобетонные плиты с размером 6;х 2 х 0,06 м, 6 х 1,5 х 0,06 м, 6x1x0,06 м.
Для транспортировки воды по пересеченной местности применяют лотковые каналы, состоящие из железобетонных надряженных лотков длиной 6 м, глубиной 60, 80 и 100 см, которые устанавливаются.на железобетонных опорах, высота которых в некоторых случаях доходит до 3 м.
Строительство лотков оросительных каналов требует значительных капитальных вложений и экономично лишь при сроке службы лотков 20-30 дет.
Опыт эксплуатации оросительных систем в Крыму, на юге Украины и Северном Кавказе показывает, что срок службы лотков зачастую не превышает трех-четырех лет.
Замена разрушенных лотков связана не только со значительными затратами, но также и с выходом из строя на некоторое время (порой самое неподходящее) всей оросительной системы, сяерерывами в поливах, а следовательно, с потерями части урожая сельскохозяйственных культур [2].
Обследования состояния лотковых систем, эксплуатирующихся в зоне Се-веро-крымского канала. Голодной степи, на Северном Кавказе, в республиках Средней Азии позволили выявить наиболее характерные виды разрушений.
В.А. Невским с сотрудниками в I968-I970 гг. проводились наблюдения в Крыму, на Юге Украины и Северном. Кавказе за состоянием лотковых каналов оросительных систем, в результате которых были выявлены основные виды разрушений:
а) поперечные трещины в средней части пролета; б) косые трещины в зоне опирания; в) усадочные трещины; г продольные трещины на торцах; д) коробление лотков; е) шелушение данной части; ж) разрушение лотков при деформациях опор и течи в стыках.
Встречаются и другие виды повреждений лотков, но они не столь типичны [3,4].
Обследование большого количества разрушающихся и разрушенных лотков, проведенные С.А. Мироновым и др. показало, что в основном лоток разрушается в данной части на высоту не более 1/3 его поперечного сечения. Это происходит главным образом вследствие разрушения структуры бетона от воздействия попеременного замораживания и оттаивания:. Указанное явление всегда сопровождается повышением водопроницаемости бетона, при этом часто на наружной поверхности данной части лотка появляются высолы - характерные следы выщелачивания продуктов гидратации цемента. Указанным деструктивным процессам способствует относительно низкое качество бетона данной части лотков сразу после их выпуска. Обследование показало, что большинство конструкций имеют на наружной и внутренней поверхностях несколько продольных трещин, расположенных в 1/3 высоты лотка от его дна; характерны трещины и другие дефекты структуры бетона данной части лотков, возникающие вследствие деструктивных процессов при тепло влажностной обработке [5].
В.А. Духовный и другие проводили натурные обследования прочности лотков, эксплуатируемых в Голодной степи [3]. Исследование заключалось в визуальном обследовании сети, составления дефектно ведомости и выбраковки лотков, требующих замены и ремонта. Дефекты авторы подразделяли на заводские (дефекты изготовления) и возникающие при транспортировке монтаже и эксплуатации лотков.
Было отмечено, что почти все лотковые распределители имеют прочность у дна в два и более раза меньшую, чем у бортов Недостаточная прочность лотков у дна приводит к образованию микротрещин, которые увеличиваются в процессе эксплуатации каналов под влиянием попеременного оттаивания и замораживания, высушивания и увлажнения, а также нагрева поверхности лотков в летнее время.
Для повышения долговечности лотковых сооружений разработаны различные методы совершенствования производства и улучшения качества лотков оросительных систем [6]. На Душанбинском заводе ЖБИ и напорных труб применен способ виброштампования лотков в рабочем состоянии. Были высказаны предложения по производству лотков методом наклонного формования. Наклонное формование лотков позволяет путем интенсивного вибрирования, направленного под углом к поверхности поддона, получать лотки повышенной прочности и водонепроницаемости, применять жесткие бетонные смеси и полностью механизировать и автоматизировать процесс изготовления раструбных лотков.
На Бекабадском комбинате велись исследования по совершенствованию технологии производства лотков и повышению их качества. В результате исследований найден способ фиксации арматурных сеток в формах, обеспечивающей их правильное расположение. Установлено оптимальное время перемешивания для получения однородной бетонной смеси в бетономешалках принудительного действия типа С-355. Усовершерствована конструкция металлических форм для изготовления лотков и найден наилучший состав смазки для форм (петролатумно-соляровая смазка). Виброуплотнение бетонных смесей при изготовлении лотков принято на виброплощадках с вертикальными колебаниями. Тепловая обработка лотков производилась с укрытием поверхности бетона войлоком и опилками, заливкой горловины формы водой.
Ведутся большие работы по применению добавок, позволяющих повысить качество железобетонных мелиоративных сооружений. Однако введение ПАВ удлиняет период формирования структуры бетонов, что отрицательно сказывается на свойствах готовых изделий.
Положительные результаты получены при введении алюминиевой пудры. Образующийся в результате химической реакции водород мельчайшими пузырьками распространяется в массе бетона,. придавая ему мелкопористую структуру, эти поры замкнуты, в них не проникает вода при намокании бетона и т.д. [7]. По данным испытаний на морозостойкость фрагментов, вырезанных непосредственно из лотков, фрагменты с добавкой в бетонную смесь алюминиевой пудры даже через 500 циклов замораживания не имели каких-либо признаков разрушения, в то время как фрагменты без применения добавок разрушались через 200 циклов. На Симферопольском заводе ЖБИ Крымканалстроя проведены опыты, подтверждающие возможность повышения морозостойкости бетона в лотках, изготовленных из пластичных смесей, с 50-ь70 до 500 циклов.
Как известно, снижение водоцементного отношения уложенного бетона приводит к повышению плотности бетона и улучшению физико-механических свойств. С этой целью, применяют водоотсасыващие опалубки. Например, К.А. Адамчик [8] указывает, что "... весьма простым и эффективным мероприятием по улучшению структуры бетона в поверхностном слое является опалубка с применением сорбционных плит из вулканических пеплов, диатомитов и трепелов. Плиты размером 200x200x15 мм приготовляют прессованием при влажности сырья 25-30%. После сушки плиты подвергают обжигу при температуре 800-900С".
Прикрепленные к деревянной опалубке плиты при укладке бетона с вибрацией отсасывают воду в количестве в среднем 30%. Вода в бетоне отсасывается из глубины 50-80 мм. В поверхностных слоях водоцементное отношение снижается примерно до 0,40-0,45.
Плиты легко отделяются от бетона и почти не покрываются цементным тестом. Увлажненные плиты легко просыхают и опалубку можно вновь применять. При 30 кратном испытании на водопоглощение способность плит к поглощению, не снижается.
Формирование структуры бетона с отсасывающими обкладками
Для изучения влияния отсасывающих обкладок на формирование структуры цементных систем и качество поверхностного слоя были проведены систематизированные исследования. Изучение распределения воды при твердении бетона с отсасывающими обкладками проводилось как на цементных пастах, так и на бетонах. Методика исследований была следующая [97]. Смеси помещали в пластмассовую герметически закрытую форму размером 10x10x7 см. Через каждые 20 мин. в течение 10-12 ч определяли скорость прохождения ультразвука через исследуемые смеси с помощью прибора УКБ-1 или Бетон-3 м.
По результатам измерений строится график зависимости скорости прохождения ультразвука через исследуемую смесь от времени. Резкое изменение скорости прохождения ультразвука свидетельствует о переходе цементного теста или бетонной смеси из пластично-вязкого, состояния к затвердевщему. Этот переход характеризует период начального формирования структуры исследуемых цементных систем.
Было установлено, что период формирования структуры цементного теста строго зависит от его
— Эта зависимость, как правило, носит прямолинейный характер [97]. Введение заполнителя в цементное тесто при том же расходе воды сокращает период формирования структуры независимо от его начального
—.Следовательно, зная период формирования структуры цементного теста при его — и установив период формирования структуры бетонной смеси на этом цементе, можно определить — цементного теста в бетонной смеси, при котором будет происходить твердение бетона.
В случае применения при твердении бетона отсасывающих обкладок этот способ дает возможность установить остаточное — бетона. С этой целью были приготовлены цементные пасты с — = 0,25, — = 0,3 и — = 0,35 на цементе Николаевского завода марки 500. Смеси помещались в пластмассовые формы размером 10x10x10 см. «
Процесс формирования структуры цементного теста контролировался с помощью ультразвукового прибора УКБ-1.
По результатам исследования был построен график эталонной зависимости периода формирования структуры цементного камня от его — (рис. 3.8, 3.9) на данном цементе.
Одновременно готовили образцы в формах с установленными в них асбестовыми листами толщиной 10 мм, которые располагались с двух противоположных сторон образца.
Данные по изменению периодов формирования структуры для образцов с отсасывающими обкладками представлены на рис. 3.9..
Как видно из графика (рис. 3.9), применение отсасывающих обкладок сокращает период формирования структуры цементного камня. Остаточное — по толще образца, твердевшего в обкладках, определялось в конце периода формирования структуры. Для этого образцы разрезались параллельно обкладками на 8 пластин толщиной около 10 мм. Пластины вначале высушивали в вакуумном шкафу при температуре 60-70С. По разности между массой влажного и сухого образца определялось количество физически связанной воды. Содержание физически связанной воды по слоям образца представлена на (рис. 3.10). Можно отметить характерное снижение влажности по мере приближения к обкладкам.
Затем из пластин были отобраны пробы для определения количества химически связанной воды путем прокаливания при 1000С. Исследования показали, что в конце периода формирования структуры, количество химически связанной воды для образцов цементного камня с обкладками составило в зависимости от исходного водоцементного отношения: 4,5 % от массы цемента При ± = 0,25; 5% при = 0,3 и около 6% при - = 0,35.
В результате суммирования количества химически связанной и свободной воды можно установить суммарную влажность каждого слоя в период формирования структуры образцов, твердевших в обкладках (рис. 3.11). Экспериментальные данные показали, что в результате применения водоотсасывающих обкладок происходит снижение водосодержания цементного камня к концу периода формирования структуры по всему объему образца. Причем с повышением исходного — количество влаги, поглощенной с сорбирующими обкладками, увеличивается и составляет соответственно Остаточное — по слоям, также как и количество физически связанной влаги, уменьшается по мере приближения к сорбирующим обкладкам (рис. 3.11).
Для изготовления железобетонных лотков на заводах Главдагестанводст-роя применяется бетон класса В15 с подвижностью бетонной смеси 3-5 см осадки конуса. Поэтому изучение влияния отсасывающих обкладок на формирование структуры производились на бетонной смеси с заводского состава при расходе цемента 284 кг, воды - 170 л, песка средней крупности (Мк = 2,4) - 690 кг и щебня из гравия с наибольшей крупностью 20 мм - 1245 кг.
Готовились образцы размером 10x10x10 см в пластмассовых формах с обкладками и контрольные. Ультразвуковым методом определялся период формирования структуры бетона. Для контрольных образцов период формирования структуры составил 5 ч.40 мин., что соответствует -ост = 0,275 (рис. 3.11). Для образцов твердевших в опалубке, период формирования структуры составил 5
Исследование распределения влаги по слоям образца, твердевшего с асбестовыми обкладками, показало, что в прилегающих к обкладкам слоях — ниже, чем в середине образца примерно на 9% для всех изучаемых составов. Это дает право предположить, что и в исследуемой бетонной смеси характер распределения воды будет тот же.
Применение водоотсасывающих обкладок способствует уплотнению бетона за счет отсасывания из бетонной смеси избыточной воды. Однако бетону, твердевшему в обкладках, присущи в недостатки, основными из которых является неравномерность структуры.
Чрезмерное обезвоживание бетона, особенно жесткого, может способствовать увеличению воздушной пористости. Следовательно, эффект применения водоотсасывающих обкладок будет наблюдаться тогда, когда величина осадки бетона будет равна количеству удаленной воды. Отсасывание воды, не сопровождаемое осадкой, ухудшает структуру бетона, увеличивает объем воздушных пор.
Исследования показали, что в бетонной смеси в процессе отсоса воды обкладками непрерывно изменяется структура. Воды становится меньше, возникает неравномерность распределения воды по слоям, находящимся на разном расстоянии от обкладок. В слоях, прилегающих к обкладкам, водосодержащие смеси наименьшее по сравнению с глубинными слоями, поэтому этих слоев различное. Это приводит к созданию материала с большой неоднородностью свойств.
Прогнозировать долговечность такого материала трудно без систематизированного изучения его эксплуатационных свойств с использованием современных методов анализа структуры.
Оптимизация процесса пропитки бетонов техническим растительным маслом
Следующий технологический этап - это процесс пропитки. Скорость пропитки и степень заполнения пор бетона пропиточным материалом зависит главным образом от строения бетона и свойств пропиточного материала. При этом количественные соотношения в случае полной пропитки, между матрицей - бетоном и пропиточным материалом не могут быть произвольными, т.к. они определяются строением матрицы.
Пропитка бетонов пропиточным составом подчиняется закону Дарси, базирующемуся на принципе неразрывности ламинарного потока
Таким образом, из этих уравнений видно, что процесс пропитки зависит как от характеристик пропиточного материала, так и от порового пространства бетона.
Исследования капиллярного всасывания бетонами масел производили на установке, схема которой представлена на рис. 4.4. Установка включает весы непрерывного действия типа ВЛТК-1 с чашей 2, наполненной маслом 3. Высудленный до постоянной массы образец исследуемого бетона 4, закрепляется в специальном захвате 5, снабженном микрометрическим винтом 6.
Закрепленный образец с помощью микрометрического винта погружается в масло на глубину 1- 2 мм. В процессе эксперимента глубина погружения образца оставалась постоянной. Количество поглощенной, жидкости определяется по снижению ее массы в чаше весов. Для создания направленного потока жидкости внутри образца его боковые грани изолировали эпоксидной смолой.
Полученные данные свидетельствуют о том, что процесс капиллярного всасывания носит экспоненциальный затухающий характер (рис, 4.5). При этом наблюдается зависимость продолжительности пропитки бетона на заданную глубину от его пористости.
Повышение вязкости пропиточного состава приводит к существенному снижению скорости пропитки и количества поглощенного масла (рис. 4.6, 4.7). Поэтому при пропитке бетонов погружением их в пропиточный состав нецелесообразно использовать пропиточные составы с вязкостью более 30 Пас.
Проведенные исследования позволили установить, что для пропитки бетона на глубину до 1,5 см могут быть использованы масла с вязкостью 25 - 30 Пас, а на большую глубину следует использовать масла с вязкостью 5-10 Пас.
На графике (рис. 4.8) показана зависимость количества максимально поглощенного масла во времени. Для состава бетона класса В15 это количество составило 5,52%, а для бетона класса В25 - 4,84%. Эта зависимость имеет три характерные области:
- в первые 5 - 10 минут наблюдается наибольшее поглощение масла, причем зависимость количества поглощенного масла от времени пропитки близка к линейной;
- второй период до 40 - 60 минут имеет резко нелинейную зависимость поглощенного масла во времени;
- третий период характеризуется асимптотическим затуханием процесса пропитки.
С увеличением пористости количество поглощенного пропиточного состава увеличивается, а кривые поглощения масла носят плавный характер. Увеличение j- способствует увеличению количества поглощенного масла, скорость пропитки при этом резко возрастает.
Разработка рекомендаций по повышению эксплуатационных свойств бетонов и модификации железобетонных изделий гидромелиоративных сооружений, соприкасающихся с агрессивным грунтом
Настоящие рекомендации предназначены для организации производства железобетонных изделий и конструкций гидромелиоративных сооружений с повышенными эксплуатационными свойствами.
1. Свойства изготовляемой продукции.
2. Характеристики сырья.
Для изготовления железобетонных изделий допускается применение:
- портландцемента и портландцемента с добавками, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 10178-85;
- вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-79
- песок кварцевый средней крупности, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10268-80
- щебень из гравия фракции 5-20 мм, удовлетворяющий ГОСТ 8267-93
- суперпластификатор С-3, удовлетворяющий требованиям ТУ 6-36-0204229-625-90;
- пропиточный состав: высыхающие технические растительные масла, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 5791-81.
3. Оптимизация состава бетона с добавкой суперпластификатора С-3.
3.1. Рекомендуемое количество добавки С-3 (Д) устанавливается в зависимости от вида цемента, его нормальной густоты (Г,%) и содержания СзА%
Д = 0,09 СзА + 0,12, Д = 0,07 Г- 1,08
Для уточнения определения расхода добавки С-3 определяют экспериментальные коэффициенты влияния (К1 и К2) на подвижность и прочность бетона. Для этого
- готовят из бетонной смеси без добавки замес требуемой подвижности объемом 6 - 8 дм и фиксируют расход воды,
- готовят замесы бетонной смеси с тем же расходом цемента и заполнителя, но с различным расходом добавки (например, 0,3; 0,6 и 1 % от массы цемента) и воды, обеспечивающей заданную осадку конуса. Для каждого замеса фиксируют расход воды;
- из приготовленных бетонных смесей готовят образцы-кубы с ребром 10 см, которые хранятся 28 суток в нормальных условиях. После этого определяют их прочность при сжатии.
3.5. Рассчитывают расход добавки в пересчете на сухое вещество (Д) и на раствор (ДР) известной консистенции (л) по формуле:
3.6. Определяется коэффициент раздвижки зерен (а) по формуле:
- при ОК менее 6 см: а = 0,7 + 0,0024 (-У- + В) Рц
- при ОК более 6 см: а = 0,85 + 0,0024 ( - + В), Рц где рч - плотность цемента.
3.7. Определяют расход щебня (Щ) по формуле . Щ=1000/(а + -); Г Рщ где V- объем пустот крупного заполнителя, рщ — плотность щебня.
3.8. Определяют расход песка (П) по формуле
4. Изготовление железобетонных лотков с отсасывающими обкладками.
4.1. Для обеспечения требуемой толщины защитного слоя устанавливают армосетку с фиксаторами. Для этого используют 28 фиксаторов на лоток, которые приваривают в центре поперечника лотка, у краев и т.д. по схеме, представленной на рис. 5.1.
4.2. Использование асбестовых обкладок при бетонировании лотков возможно в 2-х вариантах (рис. 5.2): с использованием металлического листа, который устанавливается в процессе бетонирования и затем удаляется, и без него, а также при использовании асбестовых обкладок только с рабочей стороны лотка или с обеих сторон.
5. Модификация стоек, свай, фундаментов и плит покрытия каналов техническим растительным маслом.
5.1. Готовые изделия подвергают сушке конвективным способом прогрева и удаления влаги при Т = 180 - 200 С.
В качестве теплоносителя конвективных сушилок используют горячий воздух. Конструкция сушильной установки должна обеспечивать свободную загрузку и выгрузку изделий, а также равномерный их прогрев до температуры 180 - 200 С без местных перегревов, превышающих 250 С и приводящих к появлению трещин. Между поверхностями соседних изделий, размещенных в сушильной камере, должны быть предусмотрены зазоры не менее 10 см, обеспечивающие равномерное смывание всех поверхностей высушиваемых изделий. Содержание остаточной влаги в высушенных бетонных изделиях не долж но превышать 1% по массе.
