Литые бетонные смеси для дорожных покрытий

Проектирование предварительных  составов бетонов осуществляли расчетно-экспериментальным  методом с учетом особенностей литых  бетонных смесей и требуемых характеристик  дорожного бетона, в частности, ограничения значения В/Ц и содержания пор.

Предварительные составы  бетона и их  свойства приведены  в табл. 11 и 12.На три замеса бетоносмесителя расходы материалов составляют:

Таблица 11 Предварительные составы бетона

Первый замес (2,5л)	Второй замес (2,5л)	Третий замес (2,5л)
В/МКВ (В/Ц) =0,45(0,60)	В/МКВ(В/Ц)=0,45(0,60)	В/МКВ (В/Ц)=0,45(0,60)
В = 437,5 г	В = 437,5 г	В = 437,5 г
МКВ (Ц) = 972,5 г (727,5г)	МКВ (Ц) = 972,5 г (727,5 г)	МКВ (Ц) = 972,5 г (727,5 г)
П = 1602,5 г	П = 1602,5 г	П = 1602,5 г
Щ =  3602,5 г	Щ =  3602,5 г	Щ =  3602,5 г
Дмп = 146,68 г	Дмп = 146,68 г	Дмп = 146,68 г
Дмк = 97,5 г	Дмк = 97,5 г	Дмк = 97,5 г
Дгп  = 9,75 г	Дгп  = 9,75 г	Дгп  = 9,75 г
Двв = 0,78 г	Двв = 0,78 г	Двв = 0,78 г

Таблица 12 Прочность контрольных образцов литого бетона

с комплексной добавкой на сжатие

№ замеса	Возраст бетона, сут	Прочность на сжатие, МПа	Класс бетона
1	7	24,7	B30
	28	39,73
2	7	26,22	B30
	28	39,31
3	7	25,65	B30
	28	36,88

 

Как видно из полученных результатов минимально необходимые  значения прочности обеспечивают все три состава бетона, но     состав 3 характеризуется наименьшим расходом цемента, поэтому данный состав принят для дальнейших исследований.

Для установления зависимостей свойств бетонных смесей и бетонов от состава, оптимальных соотношений компонентов с целью получения бетонов с повышенными прочностными и эксплуатационными свойствами использовали метод  математического планирования эксперимента.

Приняты  следующие переменные факторы:

- Расход вяжущего МКВ, кг/м³, x₁

- Доля микрокремнезёма  в составе вяжущего МКБ,%, x₂

- Расход гиперпластификатора, % от массы цемента, x₃    

Выходными параметрами являлись:

- Осадка конуса бетонной  смеси, cм, y₁

- Прочность бетона на  сжатие в возрасте 7 сут, МПа,  y₂

- Прочность бетона на  сжатие в возрасте 28 сут, МПа,  y₃

- Прочность бетона на  растяжение при изгибе в возрасте 28 сут, МПа, y₄

В качестве постоянных факторов приняты расход молотого песка, а также условия приготовления и твердения бетона.

На основе проведённых  предварительных экспериментов  по каждому фактору назначались  верхний, нижний и основной уровни варьирования. Основные характеристики входных параметров приведены в таблице 11.

Таблица 11 Уровни и интервалы варьирования переменных факторов

Входные параметры	Уровни варьирования			Интервал варьирования
	-1	0	+1
Расход вяжущего (МКВ), кг/м3, x1	350	400	450	50
Доля микрокремнезёма в составе МКВ (МК),%, x2	1	6	11	5
Расход гиперпластификатора (ГП), % от массы цемента, x3	0,8	1,0	1,2	0,2

После проведения всех экспериментов  согласно плану выполнены соответствующие расчеты, в результате которых получены уравнения регрессии вначале в кодовых значениях переменных, а затем в натуральных. Уравнения имеют вид:

ОК = 21,13 + 2,38×(0,02МКБ – 8) − 2,88×(0,2МК – 1,2) + 4,63×(5ГП – 5) + 0,88 × (0,02МКБ – 8)( 0,2МК – 1,2) − 2,13×(0,02МКБ – 8) (5ГП – 5) + 2,63×(0,2МК – 1,2) (5ГП – 5)                                                                           (3.1)                                                                      

R^7cут = 40,76 + 11×(0,02МКБ – 8) + 4,29×(0,2МК – 1,2) + 0,04 ×(0,02МКБ – 8)( 0,2МК – 1,2)                                                                                              (3.2)                                                                                                                                                                             

R^28сут = 47,95 + 12,95×(0,02МКБ – 8) + 5,05×(0,2МК – 1,2)  0,05 × (0,02МКБ – 8)( 0,2МК – 1,2)                                                                            (3.3)                                                                                                                                                                                                              

R_р= 6,05 + (0,02МКБ – 8) + 0,55×(0,2МК – 1,2)                                     (3.4)   

На основе полученных уравнений, адекватно описывающих систему литого бетона с комплексной добавкой, построены графики зависимостей основных строительно-технических свойств разрабатываемого литого бетона для дорожных покрытий (рис.1 − 3).     

Установлено, что введение гиперпластификатора улучшает удобоукладываемость бетонной смеси при любых расходах цемента. При расходах гиперпластификатора от 0,8 до 1,2% от расхода цемента получены равноподвижные смеси с пониженным расходом воды на 20% по сравнению с бетонной смесью на основе  С-3.

		Рис.1 Зависимость удобоукладываемости литой бетонной смеси от расхода гиперпластификатора при различных расходах вяжущего (1...3 – МКВ/Ц = 350/286,5; 400/336; 450/385,5 кг/м3 ) и МК = 1% МКВ
		Рис.2 Зависимость удобоукладываемости литой бетонной смеси от расхода гиперпластификатора при различных расходах вяжущего (1...3 – МКВ/Ц = 350/269; 400/316; 450/363 кг/м3 ) и МК = 6% МКВ
	Рис.3 Зависимость удобоукладываемости литой бетонной смеси от расхода гиперпластификатора при различных расходах вяжущего (1...3 – МКВ/Ц = 350/251,5; 400/296; 450/340,5 кг/м3 ) и МК = 11% МКВ

Введение микрокренезёма в литую  бетонную смесь значительно влияет на прочность бетона при сжатии, растяжении при изгибе, при этом максимум прочности достигается  при расходе микрокремнезема  в пределах 7 – 12 % массы цемента. При  дальнейшем увеличении доли добавки  прочность практически не повышается (рис.4, 5).

	Рис.4 Зависимость прочности на сжатие в возрасте 28 сут литого бетона от гиперпластификатора и микрокремнезёма при различных расходахвяжущего (1...3 – МКВ = 350; 400; 450 кг/м3)
	Рис.5 Зависимость прочности на растяжение при изгибе в возрасте 28 сут. литого бетона от гиперпластификатора и микрокремнезёма при различных расходах вяжущего (1...3 – МКВ = 350; 400; 450 кг/м3)

Предложенная  комплексная добавка в литую бетонную смесь значительно повышает   прочность бетона на сжатие (60%) и на растяжение при изгибе (30%) в сравнении с бетоном с добавкой С-3.

На основе этих данных и с учётом требований, предъявляемых к бетонам дорожных покрытий, были выбраны оптимальные составы литого бетона для дорожных покрытий различного назначения (табл. 12).

Необходимые для проектирования и использования прочностные и деформативные характеристики оптимального состава бетона: кубиковая прочность (R); прочность бетона при растяжении (R_bt); начальный модуль упругости (Е_b) полученных бетонов приведены в табл. 13.

 

Таблица 12. Оптимальные составы литого бетона для дорожных покрытий с комплексной добавкой

и прочность в возрасте 28 сут.

№ составы	Удобоукладываемость смеси	Состав литого бетона, кг/м3								Прочность, в возрасте 28 сут., МПа		Класс бетонов
	Осадка конуса, см	МКВ/Ц	П	Щ	В	МК	МП	ГП	ВВ*	на сжатие	на растяжение при изгибе
1	25	400/308	650	1170	180	32	60	3,23	0,31	51,4	6,3	В40
2	25	450/354	650	1170	202,5	36	60	3,63	0,35	64,3	7,3	В50
3	25	550/446	650	1170	247,5	44	60	3,35	0,45	76,5	8,2	В60
4	20-22	350/269	650	1170	157,5	21	60	2,42	0,27	35,0	5,1	В30
5	20-22	400/316	650	1170	180	24	60	2,84	0,32	48,0	6,1	В40
6	20-22	450/340,5	650	1170	202,5	49,5	60	3,06	0,34	66,0	7,6	В50
7	16-18	350/269	650	1170	157,5	21	60	2,42	0,27	35,0	5,1	В30
8	16-18	400/316	650	1170	180	24	60	2,53	0,32	48,0	6,1	В40
9	16-18	450/340,5	650	1170	202,5	37,4	60	2,72	0,34	66,0	7,6	В50
Контрольный **	16-18	490	600	1150	185	−	−	3,43 (С-3)	−	38,6	4,5	В30

*с использованием воздухововлекающей добавки Sika Aer;

^** Марка бетона по водонепроницаемости W12 и марка бетона по морозостойкости F200.

Таблица 13. Экспериментальные значения прочностных характеристик

разработанных литых бетонов (Оптимальный состав 1 из табл. 12)

Класс бетона В40
Возраст бетона, сут	Прочность на сжатие (МПа)	Прочность на растяжение при изгибе (МПа)
3	17	2,1
7	43,7	5,4
28	51,4	6,3
90	55	6,5

 

Опытные данные свидетельствуют  о весьма интенсивном росте прочности образцов разработанного бетона (на примере состава 1) во времени. Через 7 сут кубиковая прочность бетона составляла 70...85 % 28-суточной прочности (рис. 4). Такие значения прочности бетонов с комплексной добавкой в раннем возрасте могут рассматриваться как вполне достаточные для распалубки возводимой дорожной конструкции. К 28 сут прочность бетона достигла 40... 50 МПа, а к 150 сут превышала значения 28-суточной прочности в среднем на 12% (рис.10).

Рис.6. Изменение прочности на сжатие разработанных бетонов во времени во времени (Оптимальный состав 1 по табл.12).

Прочность бетона на растяжение (R_bt) определяли по результатам испытаний на изгиб образцов-балочек размером 10*10*40 см. Как видно из табл. 14, прочность полученного бетона на растяжение существенно (более чем на 30%) превосходит контрольные на основе С-3.

Однако, эти характеристики являются необходимыми, но недостаточными, для применения этих бетонов для дорожных покрытий. Поэтому большое место в работе уделено исследованиям основных эксплуатационных свойств литого бетона с учётом особенности его работы в дорожных покрытиях, а, именно: определение показателей пористости бетонов по кинетике их водопоглощения, проницаемости, морозостойкости, атмосферостойкости, истираемости.

Показатели пористости бетонов  по кинетике их водопоглощения, проницаемость, морозостойкость, истираемость, определенные по стандартным методикам, приведены в табл. 14, 15, 16.

Результаты определения  показателей пористости бетонов  по кинетике их водопоглощения показывают, что объём пор в полученных бетонах  в среднем составляет 6,5 % (требование - не менее 5% и не более 10%).