На правах рукописи

САЛЛ МАГАТТЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ ДОРОЖНЫЕ БЕТОНЫ С КОМПЛЕКСНОЙ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ СУХОГО И ЖАРКОГО КЛИМАТА Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов - на - Дону 2009 2

Работа выполнена на кафедре технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ростовский государственный строительный университет

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор ТКАЧЕНКО ГЕННАДИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КабардиноБалкарского государственного университета АХМАТОВ МУССА АХМАТОВИЧ кандидат технических наук, профессор Ростовского государственного строительного университета ЮНДИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

Ведущая организация: ОАО институт "Ростовский промстройНИИпроект"

Защита диссертации состоится л 08 декабря 2009г. в 1015 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу:

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд. 232. тел/факс 8(863) 263 50 70; 263 53 10; E-mail: dissovet2@rgsu.donpac.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте www.rgsu.ru

Автореферат разослан л ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Моргун Любовь Васильевна 2 3 Актуальность. В настоящее время в Сенегале возникла проблема создания современной системы коммуникаций, что связано с ростом грузонапряженности автоперевозок как внутри страны, так и в соседние страны, транспортирующие грузы с Атлантического побережья. Современное состояние автомобильных дорог оценивается как неудовлетворительное, поэтому руководители государства, рассматривая перспективы развития сети транспортных коммуникаций, отдают предпочтение цементобетонным покрытиям, как наиболее долговечным и лучше адаптированным к постоянному росту грузонапряженности и скоростям перемещения автотранспорта.

Анализ условий эксплуатации и причин появления дефектов показывает, что наиболее повреждаемым является верхний слой дорожного покрытия. Кроме силовых воздействий на его долговечность оказывают влияние и особенности дорожноклиматических зон. Укладка цементных бетонов и их эксплуатация в условиях резкоконтинентального климата (жаркого и сухого) приобретают свою специфику, которая должна быть учтена уже на стадии проектирования и производства дорожных работ.

Целесообразно применять эффективные подходы к повышению долговечности материала в верхнем слое покрытия, который интенсивно изнашивается даже в условиях сухого и жаркого климата. Для улучшения условий укладки бетонной смеси и обеспечения последующей долговечности цементобетона были изучены современные технологические приемы направленного структурообразования композита. Модифицированием его структуры можно получать композиты, которые бы благоприятно реагировали на изменения напряженно-деформированного состояния материала, вызванного совместным воздействием силовых и климатических факторов.

Целью диссертационной работы является разработка приемов модифицирования структуры мелкозернистого бетона для верхнего слоя цементобетонного покрытия за счет введения в его состав комплексной добавки, содержащей демпфирующий компонент, что позволит получать композиты не только с улучшенными механическими и эксплуатационными свойствами, но и повышенной стойкостью к погодноклиматическим факторам.

Для реализации поставленной цели требовалось решить следующие частные задачи:

1) оценить влияние климатических воздействий на эксплуатационные показатели автодорожных покрытий, выявить основные факторы, определяющие долговечность верхнего слоя цементобетонного покрытия с учетом перспективного роста его грузонапряженности;

2) обосновать возможности получения мелкозернистых бетонов классов по прочности на сжатие B35-B45 и на растяжение при изгибе не менее Btf 4,0 на сырьевых материалах Сенегала;

3) научно обосновать и экспериментально доказать возможности повышения эксплуатационных свойств мелкозернистого бетона за счет введения в состав бетонной смеси комплексной модифицирующей добавки с демпфирующим компонентом (КМД);

4) разработать рекомендации по приготовлению, укладке и уходу за мелкозернистым бетоном дорожного покрытия с улучшенными свойствами для эксплуатации в условиях сухого и жаркого климата;

5) оценить технико-экономическую эффективность использования КМД и местных материалов в производстве бетонов дорожного назначения.

Научная новизна работы заключается в: - использовании системного подхода к анализу влияния на поверхность цементобетонного покрытия сухого и жаркого климата и силовых воздействий для корректировки требований к бетону таких покрытий;

- разработке технологического приема направленного структурообразования мелкозернистого бетона вибрационного уплотнения за счет введения в состав бетонной смеси комплексной модифицирующей добавки с демпфирующим компонентом, обеспечивающей формирования структуры мелкозернистого бетона с заданной мелкозамкнутой пористостью;

- разработке и апробировании новых методик оценки специальных свойств бетонов (ударной прочности, коррозионной стойкости и стойкости к комбинированным воз действиям этих факторов), определяющих долговечность дорожного покрытия в условиях его интенсивной эксплуатации.

Практическая значимость:

- разработана рецептура комплексной модифицирующей добавки и даны правила ее введения в состав мелкозернистого бетона для верхнего слоя дорожного покрытия;

- обоснована возможность утилизации отходов от дробления горных пород для получения качественных мелкозернистых бетонов с КМД, стойких в условиях их интенсивной эксплуатации;

- определены оптимальные составы мелкозернистых бетонов с КМД, позволяющие получать композит с требуемыми механическими и эксплуатационными свойствами;

- дана оценка технико-экономической эффективности использования модифицированного бетона в дорожном покрытии.

Достоверность результатов исследований обеспечена:

- использованием при проведении экспериментальных исследований методик, регламентированных действующими стандартами, и поверенного оборудования;

- использованием современной ЭВТ и программного обеспечения при обработке экспериментальных данных, испытанием необходимого количества контрольных образцов-близнецов, определяющих доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%.

На защиту выносятся:

- научное и экспериментальное обоснование приемов направленного структурообразования дорожных мелкозернистых бетонов путем введения в состав бетонной смеси комплексной КМД с демпфирующим компонентом;

- результаты экспериментальных исследований, позволивших изучить взаимодействие основных структурообразующих процессов в бетонной смеси с КМД при приготовлении, укладке и её твердении в покрытии;

- результаты экспериментальных исследований физико-механических и коррозионных свойств мелкозернистых бетонов с КМД, определяющих целесообразность их использования в изготовлении долговечного цементобетонного покрытия.

Апробация результатов исследования Диссертационная работа выполнялась в период с 2006 по 2009г. на кафедре ттехнологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамика Ростовского государственного строительного университета.

Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на международных научных конференциях:

- Международная научно-практическая конференция Строительство-2007, РГСУ.

Ростов-на-Дону, 2007.

- Международная научно-практическая конференция Строительство-2008, РГСУ.

Ростов-на-Дону, 2008.

- Международная научно-практическая конференция Строительство-2009, РГСУ, Ростов-на-Дону, 2009.

- The First International conference on Sustainable Built environment and Infrastructures in Developing Countries, SBEIDCO 2009, ENSET (ORAN) - LIVERPOOL UNIVERSITY, ALGERIA, 2009.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 13 работ, в том числе 2 в рецензируемых ВАК изданиях.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы из 190 наименований, изложена на 205 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 52 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены результаты многочисленных исследований, связанных с проблемой обеспечения долговечности бетонов в условиях сухого и жаркого климата.

Этому направлению исследований посвящены работы российских и зарубежных ученых:

Н.А. Попова, В.А. Невского, П.С. Филосова, Ю.А. Нилендера, Н.А. Александрова, Г.А Ткаченко, M.T. Abadlia, B. Samarai, L. Lechemat, S. Kenai, G. Hasanain, El Amri и др.

По существующей международной классификации резкоконтинентальный климат Сенегала относится к сухому и жаркому, о чем свидетельствуют максимальные темпера туры в дневное время, доходящие до 45- 48 С, и затем резкое остывание воздуха до плюс 10-12 С в ночное время. При этом относительная влажность воздуха повышается с 35% в дневное время, до 70-80 % - в ночное. Особенно резко охлаждается бетонное покрытие автодороги, что ведет к появлению росы на его поверхности и вызывает частичное набухание бетона вследствие его поверхностного увлажнения. Периодические циклы увлажнениявысушивания, нагревания-охлаждения бетона при их многочисленности способны вызывать знакопеременные внутренние напряжения и этим оказывать влияние на долговечность материала покрытия.

Использованный в работе системный анализ и результаты многолетних наблюдений за эксплуатацией цементобетонных покрытий позволили утвердительно определить решающую роль в обеспечении их долговечности технологической и эксплуатационной подсистем. При назначении требований к бетону верхнего покрытия автодорог необходимо оценивать не только такие его свойства, как прочность при статических и динамических нагрузках, но также истираемость, атмосферостойкость и трещиностойкость.

На стадии укладки и твердения бетона в условиях сухого и жаркого климата вследствие возникновения усадочных деформаций идет образование и развитие микро- и макродефектов. Таким образом, уже на этой стадии закладываются причины, снижающие долговечность изделия. Последующие при эксплуатации динамические и климатические воздействия постепенно увеличивают дефектность структуры материала, что приводит к появлению сначала локальных, а затем и пространственных повреждений.

Наряду с этим в работе обращено внимание на проблемы качественного приготовления бетонной смеси, условия ее транспортирования, укладки и последующего ухода.

Существующие традиционные методы ухода за бетоном покрытий оказываются малоэффективными и дорогостоящими при строительстве автодорог в условиях сухого и жаркого климата.

Анализ существующих приемов повышения качества бетонов для покрытия автодорог, оценка их положительной роли и недостатков позволяют считать перспективными приемы направленного влияния на структурообразование композитов, создавая такую их структуру, которая благоприятно отразится на эксплуатации в условиях постоянного роста ее интенсивности.

Таким образом, анализ условий эксплуатации покрытий и выполненных исследований по повышению их эксплуатационной надежности позволили сформулировать рабочую гипотезу в следующем виде:

получение высококачественного мелкозернистого дорожного бетона с повышенной долговечностью полотна возможно путем направленного модифицирования его структуры за счет введения в состав бетонной смеси комплексной добавки, содержащей суперпластификатор и дробленый вулканический туф. Добавка позволяет улучшить организацию порового пространства композита, повышает его упругопластические свойства, ударную прочность и стойкость к климатическим воздействиям за счет регулирования и снижения возникающих при эксплуатации внутренних напряжений.

Во второй главе обоснован выбор исходных сырьевых материалов, идентичных по своим свойствам материалам Сенегала, выполнена оценка их качества и соответствия требованиям нормативных документов. В экспериментах использовались портландцемент П - 500Д0 производства ОАО л Новоросцементзавода Пролетарий и турецкий цемент CEMI-42,5N, которые по своему минералогическому составу и свойствам были близки к сенегальским цементам. В качестве крупного заполнителя использовался отсев от дробления гранита с размером наибольшего зерна 10 мм и с прочностью, соответствующей марке М1200, а мелкого плотного - речной кварцевый песок с Мкр=1,63 и окатанной формой частиц.

Для модифицирования бетона были использованы суперпластификатор Melment F10(Германия) и дробленый вулканический туф Заюковского месторождения (г. Нальчик) с шероховатой поверхностью и остроугольной формой. Все компоненты модифицирующей добавки используются в строительной отрасли Сенегала.

После подбора составов бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости Ж(10-13с) на одинарных и комплексных добавках для дальнейших исследований были использованы два состава: контрольный (без добавок) и с оптимизированным составом мо дифицирующей добавки. Твердение образцов: кубов, балочек, призм и цилиндров производилось в нормальных условиях до проектного возраста 28 суток. При испытании опытных образцов использовались стандартные и специально разработанные методики. Стандартные методики испытаний позволяли определять свойства бетонной смеси и бетонов.

Оригинальные методики испытаний разрабатывались при проведении экспериментов с влиянием солнечного облучения на свойства свежеуложенного и затвердевшего бетона, при оценках водопоглощения вулканического туфа, атмосферостойкости бетона при одностороннем увлажнении и высушивании, при комбинированном воздействии на бетон удара и попеременного замораживания-оттаивания.

В работе также использовались методы физико-химического анализа сырья и композитов: петрографический анализ, ДТА, рентгенофазовый анализ.