Литые бетонные смеси для дорожных покрытий

На правах рукописи

 

 

 

ЧАН ТУАН МИ

 

 

 

ЛИТЫЕ БЕТОННЫЕ СМЕСИ  ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

 

 

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

 

 

АВТОРЕФЕРАТ

 

диссертации на соискание  учёной степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный  строительный университет»

 

 

Научный руководитель:	Доктор технических наук, Коровяков Василий Фёдорович
Официальные оппоненты:	Козлов Валерий Васильевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры строительных материалов.   Васильев Юрий Эммануилович кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет», доцент кафедры дорожно-строительных материалов.
Ведущая организация:	ООО «Научно-производственный центр «ЭМИТ»

 

 

     Защита состоится  «19» июня 2012г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.138.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: Москва, Ярославское шоссе, д.26, ауд. № 9 «Открытая сеть».

 

 

     С диссертацией  можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

 

     Автореферат  разослан «_____» ________ 2012г.

 

 

Учёный секретарь  диссертационного совета

Алимов Лев Алексеевич

 

    

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность

Основным  материалом, используемым в настоящее время при устройстве покрытий дорожного полотна является асфальтобетон. Дороги  с цементнобетонным покрытием строятся очень мало, хотя по многим показателям они превосходят дороги с асфальтобетонным покрытием. В частности, срок службы цементнобетонного  покрытия, как показала практика эксплуатации в СССР и зарубежных странах, составляет не менее 30 лет, тогда как асфальтобетонные покрытия уже через 2 -3 года после ввода в эксплуатацию требуют постоянного ухода и ремонта. 

Несмотря на значительные эксплуатационные преимущества цементобетонных покрытий, в Российской Федерации они применяются очень редко и их доля в дорожном строительстве не превышает 3 %. Для сравнения, в Европейских странах протяжённость дорог с монолитным цементобетонным покрытием составляет примерно 50 % от общей протяжённости дорожной сети, а в США — около 60 %.

Основная причина такого положения заключается в использовании  бетонных смесей с малой удобоукладываемостью, требующих применения специального оборудования, как для укладки, так и для уплотнения. Трудоемкость этих работ высока и отрицательно сказывается на скорости производства работ, характеризуется высокой энергоемкостью оборудования.

Расширения  использования  бетона для устройства дорожных покрытий можно добиться применением  литых бетонных смесей, способных самоуплотняться при укладке.

Одним  из путей создания эффективных литых бетонных смесей для дорожных покрытий является оптимизация состава и модифицирование их комплексной добавкой, состоящей из гиперпластификатора, активного (аморфного) тонкодисперсного и кристаллического кремнезема и регулятора скорости твердения бетона. 

Цель и задачи

Целью диссертационной работы является создание литой бетонной смеси с эффектом самоуплотнения  для устройства монолитных дорожных покрытий путем её модификации комплексной добавкой.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать возможность создания литого бетона для дорожных покрытий с использованием комплексной добавки;

- оптимизировать компонентные  и количественные составы добавок;

- разработать оптимальные  составы литого бетона для  дорожных покрытий с комплексной добавкой;

- исследовать основные физико-механические и эксплуатационные свойства литого бетона для дорожных покрытий с комплексной добавкой;

- исследовать структуру  получаемого бетона;

- разработать рекомендации  по приготовлению и укладке  литых бетонных смесей для дорожных покрытий с комплексной добавкой;

- произвести производственное  опробование результатов исследования;

- осуществить расчёт технико-экономической  эффективности применения литого бетона с комплексной добавкой для устройства дорожных покрытий.

Научная новизна

- теоретически и экспериментально  обоснована возможность создания  литой самоуплотняющейся бетонной смеси для дорожных покрытий путем модифицирования бетонной смеси комплексной добавкой;

- с помощью метода математического  планирования эксперимента получены 3-х факторные модели, используемые для оптимизации составов литого бетона;

- установлены зависимости  основных технологических и физико- механических свойств бетонной смеси и бетона (удобоукладываемость, прочность на сжатие, растяжение при изгибе) от вида и состава добавок;

- исследованы основные  физико-механические и эксплуатационные  свойства полученного литого бетона;

- с помощью дифференциального  термического анализа, рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии установлена взаимосвязь микроструктуры полученного бетона с его основными свойствами.       

Практическое  значение

- разработана эффективная  комплексная добавка для литого  бетона, состоящая из  гиперпластификатора, микрокремнезёма и молотого песка;

- разработаны оптимальные  составы литого бетона на основе  портландцемента марки 500 Д0-Н для дорожных покрытий с комплексной добавкой классов по прочности на растяжение при изгибе B_tb 5,5...6,5 и В30...60 по прочности на осевое сжатие; марок F300 и более по морозостойкости, W12-W20 по водонепроницаемости;

- предложена технология литых бетонных смесей для условий Вьетнама с использованием местного материала (рисовые золы) и доказана их экономическая эффективность;

- разработаны рекомендации  по приготовлению и укладке  литых бетонных смесей с комплексной добавкой для дорожных покрытий;

- произведено производственное  опробование результатов исследования  путем укладки участка дворовой  территории;

- показана технико-экономическая  эффективность применения литого  бетона, модифицированного  комплексной  добавкой, для дорожных покрытий.         

Внедрение результатов  исследований

- разработаны "Рекомендации  по приготовлению и укладке  литых бетонных смесей с комплексной добавкой для дорожных покрытий ";

- произведено производственное  опробование результатов исследований путем укладки участка дворовой территории в г. Ханое (Вьетнам).    

Апробация работы

          По теме диссертации опубликованы четыре статьи в научно-технических журналах, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК: «Вестник МГСУ № 3/2012», «Экология урбанизированных территорий №1/2012».

Объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы из 195 наименований и приложения. Она изложена на 168 страницах текста, набранного с использованием компьютерной техники, содержит 48 рисунков и 57 таблиц.

На защиту диссертации  выносятся

- теоретические положения  о возможности создания долговечного  литого бетона для дорожных покрытий за счет модифицирования структуры бетона комплексной добавкой;

- оптимальные составы  литого бетона для дорожных  покрытий с комплексной добавкой;

- результаты математического  планирования эксперимента;

- зависимости основных  технологических и физико - механических  свойств бетонных смесей и бетона (удобоукладываемость, прочность на сжатие, растяжение при изгибе) от вида, состава и расхода добавок;    

- результаты исследований  основных физико-механических и  эксплуатационных свойств разработанного литого бетона;

- результаты исследований  структуры бетона оптимального состава;

- рекомендации по приготовлению  и укладке литых бетонных смесей для устройства дорожных покрытий;

- результаты расчета технико-экономической  эффективности применения литого бетона с комплексной добавкой для дорожных покрытий.    

Работа выполнена на кафедре: «Технология вяжущих веществ  и бетонов» Московского государственного строительного университета.

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Асфальтобетон, который применяется в настоящее время в дорожном строительстве, является нежестким покрытием с низкой морозостойкостью, плохо реагирует на жару, страдает ярко выраженной колейностью, работает всего от двух до пяти лет, особенно в условиях нарастания максимальных нагрузок на заднюю ось грузовиков и фур (фактически они уже доходят до 12 т) и взрывного роста числа автомобилей в стране. При таких нагрузках дороги из асфальтобетона просаживаются, выходя из строя намного раньше гарантийных сроков. Цена на битум растет вместе с ценой на нефть, на рынке начинает ощущаться его острая нехватка, кроме того в России ощущается нехватка битума надлежащего качества.

Условия  службы дорожных покрытий являются чрезвычайно тяжёлыми. Они испытывают сложный комплекс воздействий от автомобильного транспорта и уборочных средств, а также окружающей среды.

Дороги  с цементнобетонным покрытием строятся очень мало, хотя по многим показателям они превосходят  дороги с асфальтобетонным покрытием. В частности, срок службы цементнобетонного  покрытия, как показала практика эксплуатации в СССР и зарубежных странах, составляет не менее 30 лет, тогда как асфальтобетонные покрытия уже через 2 -3 года после ввода в эксплуатацию требуют постоянного ухода и ремонта. 

Несмотря на значительные эксплуатационные преимущества цементобетонных покрытий, в Российской Федерации они применяются очень редко и их доля в дорожном строительстве не превышает 3 %. Для сравнения, в Европейских странах протяжённость дорог с монолитным цементобетонным покрытием составляет примерно 50 % от общей протяжённости дорожной сети, а в США — около 60 %.

Основная причина такого положения заключается в использовании  бетонных смесей с малой удобоукладываемостью, требующих применения специального оборудования, как для укладки, так и для уплотнения. Трудоемкость этих работ высока и отрицательно сказывается на скорости производства работ, характеризуется высокой энергоемкостью оборудования.

Расширения  использования  бетона для устройства дорожных покрытий можно добиться применением  литых  бетонных смесей, способных  самоуплотняться при укладке.

Физическое и химическое влияние окружающей среды проявляется  одновременно с механическими воздействиями транспорта и средств эксплуатации (истирание, вдавливание и удары).  Характерная особенность работы цементобетонных покрытий заключается в том, что все воздействия воспринимаются, в первую очередь, поверхностным слоем.  При этом разрушение бетона происходит, в основном, в поверхностном слое. Такой вид разрушения называется шелушением. В начальный период разрушается поверхностный слой бетона путём отслоения толщиной 0,1-1 см. Затем происходит постепенное разрушение раствора в глубину. Крупный заполнитель оголяется и под влиянием динамических воздействий колёс автотранспорта выкрашивается из бетона.

Таким образом, бетоны в дорожных покрытиях в процессе эксплуатации

подвергаются жестким  внешним воздействиям

Особенно большое влияние  оказывает образование на поверхности  бетона слоя льда и действие солей оттаивания. Таяние льда при отрицательной температуре под действием хлористого натрия или других солей является эндотермическим процессом и характеризуется большими значениями скрытой теплоты плавления. В таких условиях под слоем тающего льда в поверхностном слое бетона происходит резкое понижение температуры. Это сопровождается значительным повышением степени льдистости поверхностного слоя бетона и температурными деформациями и напряжениями.

Известно  также ускоренное разрушение бетона при замораживании в растворах электролитов, в частности хлоридов. Вследствие вымораживания пресного льда в порах образуются концентрированные солевые растворы, в которые через цементный камень диффундирует вода, повышая давление в этих порах.

При высушивании бетонов, насыщенных растворами хлористых и  других солей происходит кристаллизация этих солей в порах бетонов. Такое высушивание происходит как при положительных, так и при отрицательных температурах. Некоторые из этих солей при изменении влажности переходят из безводной формы в кристаллогидраты со значительным увеличением объёма. Такие превращения солей вызывают значительные дополнительные напряжения в бетоне. В летний период при многократном увлажнении водой с последующим высушиванием происходит развитие усадочных деформаций и напряжений.