WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Для испытаний готовилось достаточное количество образцов, обеспечивающее необходимую достоверность получаемых результатов. При обработке результатов использовалась современная вычислительная техника.

В третьей главе изложены результаты исследований мелкозернистых бетонных смесей и бетонов с одинарными и комплексной модифицирующей добавками. С учетом достаточно высоких требований к бетону верхнего слоя дорожного покрытия, который должен обеспечить его достаточную эксплуатационную надежность, составляющими которой являются не только прочность, но и ударная выносливость, износо - и коррозионная стойкость, структура бетона должна проявлять одновременно упругие и вязкопластические свойства. По мнению ряда ученых - П.Г Комохова, В.В Бабкова, В.А Невского и их учеников - обеспечить перечисленные свойства бетона можно за счет введения в состав тяжелой бетонной смеси низкомодульных компонентов как природного, так искусственного происхождения. Равномерно распределенные в теле тяжелого бетона пористые частицы выполняют роль демпферов, релаксируют внутренние напряжения, замедляют процессы микротрещинообразования и развития магистральных трещин, создают на путях их распространения энергетические барьеры («гасители»).

В качестве демпфирующего компонента был выбран вулканический туф Заюковского месторождения (г. Нальчик), аналогичный по своим свойствам вулканическому туфу Сенегала и соседних с ним стран. Это достаточно легкий материал с равномерно распределенными порами, морозостойкостью F25 и более и водопоглощением по массе до 25 %.

По классификации В.В Бабкова, такой туф можно отнести к жестким демпфирующим добавкам. Он способен обеспечить высокие эксплуатационные свойства тяжелого бетона без увеличения его открытой пористости. В своем составе туф содержит аморфный кремнезем, а его петрографический анализ позволил установить важную особенность- наличие в нем минералов группы цеолитов, состав которых может быть выражен формулой Mx Dy [Alx+2y+SiO2x+4y+2z]+nH2O…, (1) где M и D - соответственно одно - двухвалентные катионы.

Взаимодействие щелочных алюмосиликатов с гидроксидом кальция за счет реакций ионного обмена способствует химической активности вулканического туфа и это может оказаться весьма полезным в последующем формировании структуры бетона.

Однако, по нашему мнению, решающим в регулировании структурообразования бетонов с демпфирующими пористыми компонентами является их способность проявлять эффект самовакуумирования, достаточно хорошо изученный проф. М. З. Симоновым. Для оценки интенсивности и кинетики процессов, связанных с самовакуумированием вулканического туфа, были проведены специальные опыты, результаты которых приведены на графиках (рис. 1).

б) а) 0,0,2,5-5мм 0,20-40мм 1,25-2,5мм 10-20мм 0,2 0,63-1,25мм 5-10мм 0 15 30 60 0 5 10 15 20 25 30 45 Время, мин Рис. 1. Оценка эффекта самовакуумирования туфа (а) и водопоглощения его отдельных фракций (б) вытесн ени я во зд у х а, % О тно сител ьный о б ъ ем Водопоглощение по массе, % По результатам выполненных опытов было установлено, что эффект самовакуумирования и кинетика водопоглощения туфа зависят от его гранулометрии. С учетом важности сохранения воды в свежеуложенной смеси в условиях жаркого и сухого климата для дальнейших исследований была выбрана добавка дробленого вулканического туфа с зернами фр. 0,63-1,25мм, которые наиболее энергично впитывали воду затворения, хотя характер кривых для всех фракций оставался примерно одинаковым. Следует также заметить, что при выборе эффективной фракции дробленого туфа нужно учитывать и возможности облагораживания зернового состава заполнителей.

Физико-химические исследования структуры мелкозернистого бетона с демпфирующей добавкой (рентгенофазовый, ДТА и петрографический анализ) позволили оценить химическую активность использованного вулканического туфа. Плотные каемки на поверхностях контакта зерен туфа с цементным камнем косвенно подтверждают его такую активность. Однако эффект самовакуумирования зерен в проведенных экспериментах проявился лучше.

Введение демпфирующего компонента даже в умеренно жесткую бетонную смесь снижает ее удобоукладываемость. Чтобы смягчить это негативное явление и снизить достаточно большой расход воды затворения вместе с демпфирующей добавкой было предложено вводить суперпластификатор. Среди суперпластифицирующих добавок, используемых в Сенегале, наиболее распространен суперпластификатор «Melment F10» (Германия). Проведенные опыты подтвердили его высокую эффективность и в умеренно жестких мелкозернистых смесях. Эксперименты, проведенные с одинарными и комплексными добавками, показали, что использование комплекса «Melment» (в количестве 0,5% от массы цемента) и вулканического туфа фр. 0,63-1,25мм (5 % от массы плотных заполнителей) позволяет снизить водосодержание бетонной смеси на 18-20 %. Об эффективном влиянии этой комплексной добавки свидетельствуют результаты оценки физико-механических свойств модифицированного бетона: открытая пористость снизилась на 2,5 %, прочность бетона при сжатии выросла на 18 %, а на растяжение при изгибе на 8 %, по сравнению с аналогичными свойствами бетона без добавки при одинаковых расходах цемента в равноподвижных бетонных смесях.

Опыты по оценке реологических свойств бетонных смесей с КМД подтвердили их хорошую уплотняемость, которая сохранялась в течение 60 мин с момента приготовления.

Результаты проведенных опытов предполагают снижение проблем, связанных с транспортированием и укладкой таких бетонных смесей в дорожные покрытия.

Выбор рационального состава мелкозернистого бетона с КМД производился расчетно-экспериментальным методом при различных вариантах дозировок цемента и добавок. В результате таких экспериментов для дальнейших исследований были приняты два состава бетона: контрольный (без добавок) и с комплексной модифицирующей добавкой.

Составы и свойства бетонных смесей и бетонов приведены в табл.Таблица 1. Состав и свойства исследуемых бетонных смесей и бетонов Свойства бетонных смесей Свойства бетонов Предел Расход материалов на 1 м3, кг Пористость,% прочности, МПа Вид бетонной смеси Контрольная 467 205 1002 726 - - 11 14,7 8,2 42,2 6,(без добавки) С КМД 467 177 957 685 86,4 2,34 12 12,2 6,6 50,3 7,На выбранных составах бетонных смесей был проведен ряд специальных экспериментов, результаты которых позволили оценить эффективность структурообразующих процессов, на которые положительно влияют введенные в их состав компоненты комплексной добавки. Например, это подтвердили и результаты, полученные в эксперименте с солнечным облучением свежеуложенных в опалубку бетонных смесей без покрытия и с покрытием пленочным материалом. При облучении поверхность образцов разогревалась до 48-50 °С, что приводило к интенсивному испарению влаги и как следствие негативно влияло на свойства затвердевшего бетона (табл.2).

Цемент Вода Отсев Песок Вулк.

туф Melment Жесткость сме си, Ж, с Общая Открытая На сжатие На растяже ние при из гибе Таблица 2.Влияние солнечного облучение на свойства бетонов Изменения прочности Средний предел прочно- (%) по отношению к Условия испытания сти, МПа контрольному составу при сжа- на растяжение при сжа- при изгибе тии при изгибе тии при отсутствии воздействий 42,0 6,8 - - без покрытия пленкой 30,6 6,6 -27,2 +при воздейст- 1 ч вии солнечных с покрытием пленкой 36,0 6,9 -14,4 +1,лучей в течение без покрытия пленкой 29,8 6,2 -29,0 -8,3 ч с покрытием пленкой 34,3 5,8 -18,3 -14,при отсутствии воздействий 44,3 7,6 - - без покрытия пленкой 36,2 7,8 -18,3 +2,при воздейст- 1 ч с покрытием пленкой 43,3 8,2 -2,2 +7,вии солнечных без покрытия пленкой 35,6 6,4 -19,2 -5,лучей в течение 3 ч с покрытием пленкой 41,3 7,4 -6,6 -3,В опытах наглядно проявились преимущества бетонов с КМД, так, например, снижение их прочности после облучения было значительно меньшим. При выполнении бетонных работ в условиях сухого и жаркого климата лучшая сохраняемость свойств бетонов с комплексной добавкой упростит технологию ухода за бетоном и повысит его качество.

Вместе с тем эти опыты вновь подтвердили структурообразующую роль пористого зерна туфа. Впитывая часть воды затворения в процессе перемешивания, зерна туфа постепенно возвращали эту воду в твердеющую систему, регулируя процессы гидратации цемента.

При петрографическом анализе было хорошо видно, что зерна туфа остаются неповрежденными и оконтурены достаточно плотным цементным камнем. Уменьшение доли свободной воды ведет к снижению открытой пористости, а присутствие замкнутых пор в зернах вулканического туфа создает резервную пористость (твердое воздухововлечение), положительно зарекомендовавшую себя при эксплуатации дорожных бетонов.

Четвертая глава посвящена исследованиям физико-механических и эксплуатационных свойств мелкозернистых бетонов и влиянию рецептурно-технологических факторов (вида, активности вяжущего, возраста твердения) на эти свойства.

Выполненные эксперименты позволили подтвердить закономерное влияние активности цемента на свойства мелкозернистого бетона. При использовании цементов более тонко бетона ( без добавки ) Контрольный Состав Бетон с КМД го помола (с удельной поверхностью более 4000 см2/г турецкого производства) рост водопотребности бетонных смесей приводил к существенному увеличению открытой пористости и это сказывалось отрицательно на прочностных свойствах затвердевших бетонов. Для приготовления мелкозернистых бетонов с КМД лучше использовать бездобавочные портландцементы марки не ниже М400 с НГЦТ до 26 % и с тонкостью помола до 4000 см2/г.

Скорость набора прочности бетонов с КМД в раннем возрасте (2-7суток) оказывалась выше, чем у бетонов без добавки, что можно объяснить ролью той части воды затворения, которая остается в свободном состоянии в порах вулканического туфа. Молекулы этой воды легче вовлекаются во взаимодействие с непрореагировавшыми клинкерными минералами цемента и это сказывается положительно на скорости набора прочности бетона. В длительные сроки твердения (до 200-250 суток) набор прочности сравниваемых мелкозернистых бетонов продолжался, но и этом случае бетоны с КМД оказались эффективнее.

Достаточно высокая долговечность верхнего слоя бетона в дорожном покрытии обеспечивается за счет таких его специфических свойств, как ударная прочность и истираемость, которые зависят прежде всего от его трещиностойкости. Определение ударной прочности производилось на копре с массой падающего груза 5,625 кг (табл.3) Таблица 3. Результаты испытаний бетонов на удар Средняя скорость Среднее число Средняя скорость рас- распространения Средняя энергия нанесенных удаВид бетона пространения у/з (м/с) у/з (м/с) перед разрушения ров перед полным до начала испытаний полным разруше- (кгс.см/см2) разрушением нием Контрольный 4268 270 2840 (без добавки) Бутон с КМД 4312 501 2874 Ударная прочность бетона с КМД оказалась на 85 % выше, чем у бетона без добавки, что объясняется наличием замкнутых резервных пор в частицах вулканического туфа, равномерно распределенных в теле плотного бетона, и их способностью регулировать микротрещинообразование и характер разрушения композитов. Визуальный осмотр состояния бетонных образцов в процессе и после завершения испытаний (рис.2а,б) позволил отметить заметное ветвление магистральных трещин в бетонах с КМД, что и подтверждает эффективность вводимой добавки в повышении их ударной прочности.

а) б) Рис.2. Вид образцов после окончания испытаний а- из контрольного состава бетона, б- из бетона с КМД Истираемость бетона с КМД оказалась ниже, чем в бетонах без добавки, и составила 0,2 г/см2. Несмотря на пониженную твердость частиц вулканического туфа, снижение истираемости модифицированного бетона можно объяснить повышением качества сформировавшегося цементного камня и пониженной дефективностью структуры бетона.

О повышенной трещиностойкости бетонов с КМД свидетельствуют результаты оценки коэффициента интенсивности напряжений КIC, определенные по методике ГОСТ 29167 при трехточечной схеме испытаний образцов-призм с надрезом. Средний по серии КIC составил 0,48, что на 21,7 % превышает аналогичный показатель образцов из бетона контрольного состава.

Из бетоноведения хорошо известно общее правило: с ростом статической прочности композита существенно снижается его пластичность. Высокопрочные бетоны имеют хрупкое разрушение. Несмотря на то, что мелкозернистые бетоны обладают несколько большей пластичностью, анализ результатов исследований В.В. Бабкова, В.А. Невского и их учеников показал, что введение добавок пористых компонентов позволяет повысить предельную сжимаемость и прочность на растяжение, что благоприятно сказывается на характере трещинообразования и замедляет процессы разрушения бетонов при ударных воздействиях.

Выполненные в данной работе многочисленные эксперименты с целью оценки прочностных и деформативных свойств мелкозернистых бетонов также подтвердили эффективность введения в их состав демпфирующей добавки. В табл.4 приведены результаты оценки прочностных и деформативных свойств сравниваемых бетонов.

Таблица 4. Прочностные и деформативные свойства исследуемых бетонов Соотношение Предел Прочность при сжатии, МПа прочностей прочности на Вид испытываерастяжение мого бетона при изгибе призменная кубиковая Rtf МПа фактическая Rпр/Rb Rtf/Rb Rb Rпр Контрольный 40,3 32,7 6,85 0,81 0,17 32,25 1,(без добавки) Бетон с КМД 50,9 45,4 9,00 0,82 0,18 39,87 1, Рост призменной прочности модифицированного бетона по отношению к кубиковой, увеличение модуля упругости на 38,8 % и одновременно предельной сжимаемости на 17 % позволяют считать, что бетоны с КМД обладают одновременно повышенными упругими и довольно хорошими пластическими свойствами.

Кривые деформирования «-» (рис. 3) сравниваемых бетонов имели близкий по форме характер, но более пологая ниспадающая ветвь кривой в модифицированных бетонах свидетельствовала о менее хрупком их разрушении.

Контрольный Бетон с КМД 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Относительные деформации,.10-Рис. 3. Диаграммы «- » мелкозернистых бетонов двух составов Оценка результатов ультразвуковых испытаний при исследовании деформативных свойств бетонов в цилиндрах позволила отметить существенный рост уровня нижней границы микротрещинообразования модифицированного бетона, которая составила 60-65 % от разрушающих напряжений. В бетонах без добавки начало энергичного накопления микротрещин стало заметным уже при уровне его загружения 35-40 % от разрушающего.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»