Модификация "тощего" бетона для устройства оснований дорожной одежды в северных регионах с целью улучшения технических характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модификация «тощего» бетона для устройства оснований дорожной одежды в северных регионах с целью улучшения технических характеристик

Даваасенгэ Сардана Сурэновна

м.н.с.

В статье представлены экспериментальные данные по исследованию физико-механических свойств модифицированных «тощих» бетонов для устройства оснований дорожной одежды

Ключевые слова: МОДИФИЦИРОВАННЫЙ «ТОЩИЙ» БЕТОН, НАНОДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНОВ, ШПИНЕЛЬ МАГНИЯ, МЕХАНОАКТИВАЦИЯ ЦЕМЕНТА, КОНСТРУКЦИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ, ОСНОВАНИЕ ИЗ «ТОЩЕГО» БЕТОНА, УПЛОТНЯЮЩАЯ НАГРУЗКА, ПРОЧНОСТЬ ПРИ СЖАТИИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Освоение северных и северо-восточных районов немыслимо без развития сети автомобильных дорог. Строительство дорог в этих районах связано со значительными трудностями, поскольку приходится прокладывать их в сложных природных условиях (пересеченный рельеф, вечная мерзлота, болота, малая продолжительность летнего строительного сезона и др.) Следствием сложившегося положения является быстрое разрушение автомобильных дорог, требующие немалых затрат на содержание и ремонт нежестких дорожных покрытий.

В связи с этим хочется отметить перспективность комбинированных дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием и основанием из жестких смесей - «тощих» бетонов. Существующий опыт применения таких конструкций в России и за рубежом показал ряд преимуществ по сравнению с традиционной дорожной одеждой:

- низкая усадка и стабильность дефомативных свойств при температурных воздействиях;

- повышенная ровность и жесткость основания дорожного полотна, позволяющая сократить число вышеукладываемых асфальтобетонных слоев;

- длительные сроки эксплуатации и, как следствие, низкие затраты на содержание дорог;

- упрощенная технология строительства с применением доступных средств и механизмов.

Кроме того, по основанию из свежеуложенного «тощего» бетона допускается проезд строительного транспорта для дальнейших работ, а при определенных условиях транзитное движение с расчетной интенсивностью до 200 автомобилей в сутки [1].

Cовременные требования к эксплуатационным свойствам бетонной смеси для дорожного строительства в регионах с холодным климатом приводят к необходимости модификации традиционных строительных материалов для получения композитов с улучшенными техническими характеристиками.

Результаты ранее проведенных исследований по влиянию органо-минеральных наполнителей (цеолит, сапропель, глина, уголь) на прочностные характеристики цементного камня показали, что мелкодисперсные наполнители обеспечивают получение бетонов с улучшенными прочностными свойствами. Это дает основание предположить, что есть принципиальная возможность повышения прочностных характеристик бетона путем введения ультрадисперсных добавок, родственных к цементному камню и механоактивации части цементного вяжущего [2].

Механоактивация материалов в различных активаторах, широко используемых в промышленности, является одним из перспективных направлений в производстве строительных материалов. Увеличение удельной поверхности цемента, его реакционной способности оказывает значительное влияние на формирование структуры бетона, скорости твердения и его прочностные характеристики [3].

Целью работы является разработка модифицированных «тощих» бетонов для устройства оснований дорожных конструкций в северных регионах с улучшенными техническими характеристиками.

В качестве исходного сырья для изготовления образцов «тощего» бетона был выбран портландцемент М400-Д20 Мохсоголлохского месторождения Республики Саха (Якутия), производства ОАО ПО «Якутцемент», который обладает 26,5 МПа (кгс-кв.см) активностью при пропаривании (средняя за месяц), 2 группой эффективности при пропаривании, 27 % густотой цементного теста, без признаков ложного схватывания, менее 370 Бк/кг удельной эффективной активностью естественных радионуклидов.

В качестве модификаторов были использованы: порошок наношпинели магния, полученный плазмохимическим синтезом (характеристика наношпинели магния представлена в табл. 1) и механоактивированный портландцемент.

Таблица 1

Характеристика наношпинели магния

Особенностью наношпинели магния является: высокая дисперсность (размер частиц порядка 50-70 нм), развитая удельная поверхность (от 40 до 170 м/г), одинаковое соотношение оксидных фаз.

Активация цемента проводилась в планетарной мельнице АГО-2 в течение 1, 3 и 5 мин.

Щебень (20-40 мм) произведен в ОАО Производственное объединение «Якутцемент». Для изготовления смесей использовали следующий гранулометрический состав щебня (табл. 2).

Таблица 2

Гранулометрический состав щебня

В качестве наполнителя использовали песок речной, средней крупности, соответствующий требованиям ГОСТ 8736-93. Предварительную сушку осуществляли при температуре 90є С в течение 24 часов, просеивание - через специальное сито для строительных песков.

Для проведения исследований были изготовлены цилиндрические образцы методом формования на прессе в формах-цилиндрах высотой и диаметром 102±2 мм. На каждый вид и срок испытания было изготовлено по 5 образцов. Уплотняющая нагрузка составляла 10 МПа, время приложения нагрузки - 3 мин. Дозирование компонентов проводили согласно данным, представленным в табл. 3 и 4, при этом добавки наношпинели магния предварительно вводили в воду.

Таблица 3

Состав образцов модифицированного «тощего» бетона с наношпинелью магния

Таблица 4

Состав образцов модифицированного «тощего» бетона с механоактивированным цементом.

Способ и режим твердения образцов бетона осуществляли по ГОСТ в течение 7, 14, 28 суток.

С целью определения влияния модифицирующей добавки наношпинель магния и режимов механоактивации цемента на прочностные характеристики были исследованы значения прочности при сжатии исходных и модифицированных образцов в разные сроки твердения, результаты которых представлены на рис.1 и 2.

Рис.1 Зависимость значений прочности при сжатии образцов «тощего» бетона от содержания наношпинели магния

Анализ полученных результатов показал, что лучшее значение прочности при сжатии, равное 10,7 МПа, имеет состав с содержанием наношпинели магния в количестве 0,01мас.%, это на 15 % больше значения прочности исходных образцов в том же возрасте. Увеличение количества наношпинели магния в составе выше 0,01мас.% приводит к снижению значений прочности при сжатии.

бетон дорожная одежда цемент

Для некоторых образцов составов А1 - А6 наблюдается снижение значений прочности при сжатии в возрасте 28 суток по сравнению с образцами в возрасте 7 и 14 суток. Это, вероятно, можно объяснить тем, что модификация образцов активированным цементом ведет к ускоренному процессу нарастания прочности в первые сутки твердения, однако для «тощего» бетона, характеризуемого неоднородностью состава в связи с большим процентным содержанием наполнителя, дальнейшее твердение сопряжено с неравномерной усадкой компонентов и ведет к образованию микротрещин в структуре, что и приводит к снижению значений прочности при сжатии. Тем не менее, увеличение процентного содержания активированного цемента и времени его активации способствует развитию более плотной однородной структуры и увеличению значений прочности при сжатии композитов.

Сравнительный анализ значений прочностных показателей образцов модифицированных «тощих» бетонов с оптимальными составами говорит о том, что механоактивация части цементного вяжущего дает рост прочности при сжатии на 42% выше, чем у образцов с наношпинелью магния не только за счет увеличения удельной поверхности частиц цемента, но и его реакционной способности.

Дальнейшие исследования образцов с активированным цементом проводились на образцах с наиболее высокими показателями прочности при сжатии составов А-7, А-8 и А-9.

Исследования влияния содержания наношпинели магния на водопоглощение проведены в соответствии с ГОСТ 12730.3-78.

Установлено, что время максимального насыщения водой для всех образцов составляет 3 суток, образцы с наношпинелью магния имеют значения водопоглощения ниже, чем у исходных образцов в среднем на 5%, а составы с активированным цементом имеют значения водопоглощения ниже, чем у исходных образцов в среднем на 20%.

После испытаний на водопоглощения образцы подверглись испытанию на остаточную прочность при сжатии (рис.3,4).

У всех составов наблюдается рост показателей остаточной прочности при сжатии, так как в водной среде продолжается реакция гидратации цементного камня после 28 суток.

Таблица 5

Физико-механические свойства материалов

По результатам исследований, приведенным в таблице можно сказать, что разработанные материалы обладают улучшенными техническими характеристиками по сравнению с исходными образцами, более эффективным является метод модификации «тощего» бетона активированным в течении 3 минут цементом, который превосходит оптимальный состав с наношпинелью магния по всем физико-механическим показателям: прочность при сжатии выше на 42%, водопоглощение ниже на 15%, остаточная прочность после водопоглощения выше в 2 раза, остаточная прочность после испытания на морозостойкость выше на 21% .

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования решают ряд важных задач по улучшению технических характеристик «тощих» бетонов для устройства оснований дорожной одежды в условиях северных регионов и позволяют сделать следующие выводы:

1) установлена перспективность модификации «тощего» бетона путем введения ультрадисперсных добавок, родственных к цементому камню, а так же механоактивации части цементного вяжущего;

2) разработаны оптимальные рецептуры и технологические режимы производства модифицированного «тощего» бетона для устройства оснований дорожных одежд;

3) разработанные материалы обладают улучшенными техническими характеристиками и могут эффективно использоваться для устройства основания дорожной одежды в северных регионах.

Литература

1. Методические рекомендации, по применению технологичных конструкций нежестких дорожных одежд с основаниями из тощего бетона - М.: Изд. стандартов, 1986.

2. Петрович П. П., Дмитриев А. В. Современное состояние и перспективы применения технологии укатываемого бетона - М. : МАДИ-ГТУ, 2004.

3. Аввакумов Е.Г., Гусев А.А. Механические методы активации в переработке природного и техногенного сырья - Новосибирск : Академическое изд-во "Гео", 2009.

Размещено на Allbest.ru