Лютий Віталій Анатолійович. Повторювана швидконатікаюча повзучість бутової кладки мостових опор під механоелектричною дією

brief description

Лютий Віталій Анатолійович. Повторювана швидконатікаюча повзучість бутової кладки мостових опор під механоелектричною дією : Дис... канд. наук: 05.23.05 2007

Лютий В.А. Повторювана швидконатікаюча повзучість бутової кладки мостових опор під механоелектричною дією.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 будівельні матеріали і вироби. Українська державна академія залізничного транспорту, Харків, 2007.
Дисертація присвячена дослідженню повторюваної швидконатікаючої повзучості і струмів витоку на електрифікованих постійним струмом ділянках залізничних ліній, а також розробці нових матеріалів, виробів і технологій з метою подовження довговічності бутобетонних або з бутової кладки з кам'яним облицюванням мостових опор.
Показано, що повторювана швидконатікаюча повзучість бутобетону або бутової кладки опори, а також електроосмотичний потік ЕОП які виникають при проходженні по мосту електропоїздів викликають появу тріщин в опорі і інтенсивне вилуговування цементу в зонах, прилеглих до тріщин.
Розроблено способи розрахунку і визначено оптимальні склади бутової кладки і бутобетону, дрібнозернистого бетону, розчину для чеканки швів в кам'яному облицюванні опори, а також епоксицементної композиції, розроблено армокам’яний шов і пояс, попередньонапружений залізобетонний міні-пояс для підсилення сильно пошкоджених опор з тріщинами, пропозиції по захисту мостової опори екраном типу бетон в сталевій обоймі.
Результати досліджень пройшли виробничі випробування і впроваджені при капітальних ремонтах залізничних мостів Південної залізниці, при розробці нормативної документації і проведенні навчального процесу в УкрДАЗТ.

1. На основі аналізу і розрахунків сформульована гіпотеза про причини виникнення тріщин і руйнування бутової кладки кам'яного облицювання мостових опор в результаті деформацій довготривалої і швидконатікаючої повзучості під впливом механоелектричних дій при постійному і повторюваному навантаженні від поїздів, що проходять по мосту, а також струмів витоку через опору на електрифікованих ділянках залізниць.
2. Розвинуто теоретичні уявлення і розроблено відповідні фізико-математичні моделі, що описують:
- механізм горизонтального тиску на кам'яне облицювання опори від вертикального навантаження та коефіцієнт бічного тискуgБ, що безперервно зростає під час дії аж доgБ= 1;
- механізм повторюваної швидконатікаючої повзучості і залишкових деформацій від неї для цементного каменю в бутовій кладці, які обумовлені витискуванням під впливом навантаження рідкої фази з прошарків між частками гідросилікатного гелю, стисненням подвійних електричних шарів і виникненням відштовхуючих електростатичної і структурної складових розклинювального тиску між цими частками;
- механізм виникнення електроосмотичного перенесення і розтягуючого напруження в капілярах цементного каменю бутової кладки, при якому відбувається розчинення кристалогідратних утворень цементу, їх дифузійне перенесення до поверхні опори і стікання в результаті обмивання природними водами.
3. Запропоновано розглядати структуру бутової кладки, як п'ятирівневу, в якій макрорівень представлений двома підрівнями нижнім, який визначається розмірами зерен крупного заповнювача і характеризується коефіцієнтом розсунення зерен, і верхнім підрівнем, який визначається розмірами бутового каменя. Вперше представлені і визначені величини характеристик ефективної структури для бутової кладки і бутобетону на верхньому підрівні у вигляді оптимального коефіцієнта розсунення бутового каменя.
4. Розроблено способи розрахунку і визначено оптимальні склади бутової кладки і бутобетону, дрібнозернистого бетону для попередньонапружених залізобетонних міні-поясів, цементно-піщаного розчину для чеканки швів в кам'яному облицюванні опори, а також епоксицементної композиції для фіксації сталевих арматурних стержнів в кам'яних блоках.
Сутність оптимізації складів бутобетону і бутової кладки полягає в забезпеченні оптимальних значень структурних характеристик на різних рівнях - коефіцієнтів розсунення бутового каменяі зерен піскуmОПТ, які визначаються за розмірами бутового каменя і зерен піску, оптимального водоцементного відношення (В/Ц)ОПТ, оптимальної кількості добавки-суперпластифікатора (СП)ОПТ, які визначаються експериментально, і оптимального співвідношення епоксидної смоли до наповнювача, яке визначаєтьсяо за розмірами часток наповнювача, при яких досягаються максимальні міцність, водонепроникність і тріщиностійкість складів.
5. Визначено експериментально величини залишкових деформацій повторюваної швидконатікаючої повзучості цементного каменю (eШП= 0,0025 за один цикл), різниці температур всередині і зовні опори (до 12 С), величини електричних потенціалів на поверхні опори (близько 18 В), безнапірної водопроникності зразків розчину з бутової кладки і швів кам'яного облицювання (,), а також виконано їх фізико-хімічні дослідження (рентгенографічні, інфрачервоно-спектроскопічні, термографічні і електронно-мікроскопічні). Дослідження підтвердили, що основними чинниками виникнення тріщин і руйнування опори є довготривала і швидконатікаюча повзучості, а також електроосмотичне перенесення ЕОП в тріщинах опори від струмів витоку.
6. Виконано експериментальну перевірку міцності дрібнозернистого бетону оптимального складу (RСТ= 42,3 МПа), а також полімеркомпозиційного складу для закладення арматурних стержнів (R = 50 МПа), яка підтвердила правильність методики визначення оптимальних структурних характеристик і складів цих матеріалів.
7. Розроблено конструкцію армокам'яного шва і пояса для підсилення сильно пошкоджених опор з тріщинами, виготовлено дослідний зразок пристрою для натягнення струнопакетів у попередньо напружених міні-поясах.
8. Надано пропозиції по захисту мостової опори від руйнуючої дії струмів витоку за допомогою екрана типу бетон в сталевій обоймі.
9. Результати досліджень пройшли виробничі випробування і впроваджені в 2000-2006 р.р. на чотирьох опорах залізничного мосту через р. Северській Донец на 284-му км електрифікованої постійним струмом ділянки Зміїв-Занки Південної залізниці; при капітальному ремонті фундаменту під одну з вказаних опор; в комплексі ремонтних робіт попередньонапруженої залізобетонної прогонової споруди залізничних мостів поблизу м. Суми і м. Гребінка Південної залізниці. Створено і затверджено Мінтрансом України відомчі нормативно-інструктивні документи. Матеріали дисертації використовуються в навчальному процесі при підготовці спеціалістів і магістрів за фахом 7.092101 «Промислове і цивільне будівництво» та 7.100502 «Залізничні споруди та колійне господарство».