Русин Ростислав Михайлович. Дорожній бетон на основі модифікованих композиційних цементів

brief description

Русин Ростислав Михайлович. Дорожній бетон на основі модифікованих композиційних цементів : Дис... канд. наук: 05.23.05 2008

Русин Р. М. Дорожній бетон на основі модифікованих композиційних цементів. Рукопис.
Рукопис дисертації подано на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 будівельні матеріали та вироби. Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Київ, 2008.
Наведені результати теоретичних та експериментальних досліджень розробки бетону дорожнього призначення, ефективність якого визначається застосуванням композиційних цементів, що вміщують алюмосилікатний компонент у вигляді природної та штучної пуцолани і піддаються модифікації поліфункціональним хімічним додатком на основі поверхнево-активних речовин і натрію сульфату. Забезпечення підвищених будівельно-технічних властивостей і довговічності бетонів досягається за рахунок особливостей генезису, стану і складу новоутворень цементного каменю, характеру пористості. Встановлені оптимальні склади бетонів нормального і гідротермального тверднення за критеріями міцності на розтяг при згині і стиск. Визначено структурно-фізичні і фізико-механічні властивості розроблених бетонів, підтверджено їх відповідність вимогам нормативних документів до бетонів дорожнього призначення. Досліджено силові та енергетичні характеристики тріщиностійкості бетонів оптимальних складів методами лінійної механіки руйнування. Виявлено відмінності у деформуванні бетонів з тріщиною нормального відриву на композиційних цементах і бездобавочному портландцементі. В промислових умовах випущено дослідні партії композиційних цементів, які використано для виробництва монолітного бетону при влаштуванні основ жорстких дорожніх одягів автомобільних доріг. Визначена техніко-економічна доцільність розробки.

1. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання бетону для будівництва конструктивних шарів дорожнього одягу з підвищеними будівельно-технічними властивостями і довговічністю за рахунок використання композиційних цементів КЦV/А із пониженим вмістом клінкеру (50 і 64 % мас), модифікованих комплексною хімічною добавкою, що складається з натрію сульфату і лігносульфонатів технічних.
2. Виявлено роль сульфатно-лужної модифікації у формуванні структури і синтезі міцності бетону, яка полягає в залученні мінеральних добавок різної природи активності у процес взаємодії зпродуктами гідратації клінкерної складової цементу, який супроводжується утворенням гідросилікатів кальцію пониженої основності порівняно з продуктами гідратації портландцементу і формуванні більш щільної та однорідної структури каменю, який вміщує більшу кількість новоутворень у гелеподібному стані. Відбувається зміцнення контактних зон цементної матриці з дрібним і крупним заповнювачами, що обумовлює зростання міцності бетону, особливо, на розтяг (при згині).
3. Встановлено на основі експериментально-статистичного моделювання закономірності впливу рецептурно-технологічних факторів, а саме: виду композиційного цементу, коефіцієнту розсунення зерен крупного заповнювача, витрати натрію сульфату, вмісту пластифікатору та умов тверднення бетону на характеристики міцності та реологічні властивості бетонної суміші.
4. Розроблено алгоритм вирішення задачі оптимізації рецептурно-технологічних параметрів градієнтним методом за критерієм міцності на розтяг при згині (монолітний варіант) і міцності на стиск (збірний варіант) з урахуванням умов укладання бетонної суміші та напружено-деформованого стану конструкції. В результаті оптимізації отримано значення в системі витрата натрію сульфату кількість пластифікаторуAddiment BV3 коефіцієнт розсунення для бетонів нормального тверднення на КЦ-1: 5,45 % 0,43 % 1,7 і на КЦ-2 відповідно 4,91 % 0,6 % 1,9 і гідротермального тверднення на КЦ-1: 4,56 % 1,0 % 1,1 і на КЦ-2 відповідно 4,38 % 1,0 % 1,1.
5. Встановлено, що за ключовим показником якості дорожніх бетонів міцністю на розтяг при згині бетони на основі композиційних цементів не поступаються традиційному, а у випадку застосування композиційного цементу на основі золи-винесення мають перевагу, що обумовлено зміцненням контактних зон у бетоні за рахунок хімічної взаємодії на поверхнях поділу фаз у присутності сульфатно-лужного активатора. Модулі пружності бетонів на композиційних цементах менші, ніж у традиційного, що пояснюється більшим вмістом новоутворень цементного каменю в гелевидному стані. Морозостійкість бетонів на композиційних цементах відповідає класу F 150.
6. Показано, що властивості досліджуваних бетонів визначаються характером порової структури: мікропористість бетону на композиційному цементі з використанням перліту в 1,54 рази, а для бетону на композиційному цементі з використанням золи-виносу в 1,33 рази перевищують відповідний показник для бетону на портландцементі. Показники водопоглинання, повного об’єму пор і об’єму відкритих пор бетону на композиційному цементі із золою-виносу і портландцементі мають близькі значення, а у бетону на композиційному цементі із використанням перліту ці показники приблизно на 25 % менші.
7. Встановлено, що бетони на композиційних цементах характеризуються більшою повнотою повністю рівноважної діаграми деформування в закритичній стадії деформування, що надає їм перевагу за енергетичними характеристиками тріщиностійкості, що полягає в кращому опорі дисипативним процесам розвитку й злиття мікротріщин в порівнянні з бетоном на бездобавочному портландцементі. Збільшення кількості модифікованого композиційного цементу в складі бетону спричиняє зростання характеристик тріщиностійкості, особливо, у закритичній стадії деформування.
8. Запропоновано нормування характеристик тріщиностійкості статичного критичного коефіцієнту інтенсивності напружень і джей-інтеграла для бетонів класів міцності на розтяг при згині Btb5,6 і Btb6,0. Нормування здійснюється на трьох рівнях тріщиностійкості високому, середньому і низькому. Запропоновано для оцінки довговічності бетону дорожнього покриття враховувати інваріантні константи бетону в’язкість руйнування та питомі ефективні енерговитрати на статичне руйнування.
9. Випуском дослідних партій композиційних цементів в кількості 95 т підтверджено ефективність дорожніх бетонів на їх основі: одержані бетони класів міцності на розтяг при згині Btb3,2-3,6, на стиск В 20-25, що задовольняє вимогам чинних нормативних документів до бетону для влаштування покриття на автомобільних дорогах III категорії і нижнього шару двошарового покриття та основи на дорогах всіх категорій. Розробленні бетони використано при будівництві цементобетонної основи на автомобільних дорогах М18 Харків-Красноград-Перещепино км 39+190 у Харківській області об’ємом 150 м3та М07 Київ-Ковель-Ягодин км 125+00 км 131+200 у Житомирській області об’ємом 100 м3. Економічний ефект від впровадження композиційних цементів становить 16,5-20,9 грн. на 1м3бетону.