CC BY
20УДК 666.972:612.2
Г.А. ТКАЧЕНКО, канд. техн. наук, В.П. ЕРОФЕЕВ, инженер (vitek_stv@aaanet.ru), А.П. ЕРОФЕЕВ, инженер, Ростовский государственный строительный университет
Бетоны повышенной трещиностоикости для изготовления дорожных изделий
Постоянный рост грузонапряженности и интенсивности эксплуатации дорожных и аэродромных покрытий требует дальнейшего повышения качества дорожного бетона, который должен иметь не только необходимую статическую прочность, но и хорошую выносливость, чтобы надежно воспринимать возрастающие динамические воздействия.
При обследовании состояния эксплуатируемых сборных бетонных и железобетонных изделий, таких как дорожные плиты, плиты аэродромных покрытий (ПАГ), мелкоштучные дорожные изделия (брусчатка), особенно подверженных интенсивному движению транспорта, довольно часто отмечается неудовлетворительное состояние их поверхностных слоев. Об этом свидетельствуют многочисленные дефекты: трещины, сколы, шелушение и т. п. Анализ причин недостаточной эксплуатационной надежности свидетельствует о сниженной трещиностой-кости бетона и выносливости при высоких динамических нагрузках. Перечисленные дефекты бетона на лицевых поверхностях изделий не только ухудшают эстетическое восприятие покрытий, но и служат очагами их дальнейшего разрушения за счет циклических атмосферных воздействий, особенно при активном действии на бетон химических реагентов. Следовательно, повышение ударной прочности и выносливости бетона в дорожных изделиях становится важной хозяйственной проблемой, особенно если учесть перспективность дальнейшего их использования и существенные преимущества перед асфальтобетонными покрытиями.
Анализ известных работ ряда ученых показывает, что ударная прочность бетона зависит в основном от скорости нагружения, вида и состава бетонных смесей, условий их твердения. Если кинетическая энергия ударяющего тела невелика, то благодаря возникающему внутреннему трению она может быть полностью поглощена бетоном; незначительная оставшаяся ее часть не способна произвести разрушение, а лишь приведет к накоплению повреждений. При большой интенсивнос-
ти удара возникающие в месте контакта ударяющего тела с материалом напряжения могут превышать предел прочности поверхностного слоя бетона, что является причиной возникновения выколов или даже магистральных трещин.
Существует общепринятое мнение о характере возникновения и развития напряженно-деформированного состояния бетона при ударе, в соответствии с которым решающую роль при испытаниях оказывает соотношение между упругой и неупругой составляющими. Если прочность растворной части бетона, характеризующая его неупругую составляющую, меньше прочности заполнителя, что встречается весьма часто, то нарушение сплошности бетона будет происходить в результате ее хрупкого разрушения. Остаточная деформация как результат микроразрывов в растворной составляющей будет постепенно накапливаться, что приведет к развитию микротрещин и последующему их срастанию в макротрещины.
Если принять за основу исследований положение о том, что главными свойствами при определении ударной стойкости композитов являются упругие и неупругие свойства материалов, причем под неупругими понимать не только их пластичность, но и способность материала поглощать часть энергии внешнего воздействия, то использование приема введения в состав заполнителей демпфирующих добавок можно считать вполне рациональным.
Высказанное мнение было аргументировано многочисленными исследованиями В.В. Бабкова и его учеников по повышению ударной прочности бетона в забиваемых сваях. Цементные бетоны с оптимальным содержанием демпфирующих компонентов не отличались практически от обычных бетонов по прочности на сжатие, но обеспечивали повышение ударной стойкости в 1,5—3 раза [1, 2].
Результаты, подтверждающие значительный рост ударной прочости, были получены авторами в исследованиях мелкозернистых бетонов естественного тверде-
Таблица 1
Вид бетона Ц П Щ В л/м3 Керамзит кг/м3 Добавка, л/м3 В/Ц Плотность бетонной смеси, т/м3
кг/м3
Контрольный 460 610 1260 170 - - 0,36 2,475
С комплексной добавкой 425 560 1160 140 86 7,3 0,33 2,375
Таблица 2
Вид бетона Средняя плотность, кг/м3 Водопоглощение, мас. % Кубиковая прочность, МПа Призм. прочность, МПа Модуль упругости, МПа Предел сжимаемости, ЕХ10"3
Контрольный 2460 3 57 50,9 51430 1,41
С комплексной добавкой 2370 1,9 56,9 55 38200 1,73
Ы- ' : ■ ■ ■ ®
научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
октябрь 2010 57
Таблица 3
Вид бетона Средняя величина напряжений при разрушении, МПа Средняя величина, X* Разброс единичных коэффициентов К1С** Средний по серии, К|С Коэффициент вариации, УК|С, %
Контрольный 4,06 0,2 0,322-0,446 0,396 7,3
С комплексной добавкой 4,69 0,22 0,457-0,506 0,486 4,9
* По ГОСТ 29167. ** Коэффициент, характеризующий развитие трещин.
ния. В жесткопрессованных бетонах с добавкой вулканического туфа фр. 0,63—1,25 мм прирост ударной прочности доходил до 35%, зато в вибрированных бетонах при введении вулканического туфа он оказывался выше на 70%.
В дальнейших исследованиях для повышения ударной прочности бетонов были использованы комплексные модифицирующие добавки, содержащие не только демпфирующий компонент, но и пластифицирующую химическую добавку. В мелкозернистых жесткопрессованных бетонах с комплексной добавкой пористых зольных микросфер и суперпластификатора С-3 рост ударной прочности составил 51%, а в вибрированных мелкозернистых дорожных бетонах при введении мелкодробленого вулканического туфа и суперпластификатора Мелмент повышение ударной прочности достигло 85,5% [3]. Таким образом, структура модифицированного бетона, определяемая составом компонентов бетонной смеси и способом ее уплотнения, решающим образом влияет на рост ударной прочности. Введение комплексных модифицирующих добавок, содержащих пористый и химический компоненты, следует признать эффективным приемом повышения ударной прочности бетонов.
Исследования в данном направлении были продолжены с пропаренными бетонами. В изготовлении сред-незернистого бетона была использована двухкомпонент-ная модифицирующая добавка, состоящая из мелкодробленого керамзита и пластификатора Полипласт Р. Выбор оптимального соотношения компонентов добавок проводили по результатам предварительных опытов с целью модифицировать растворную составляющую бетона, оказывающую решающее влияние на его ударную прочность. Лучшие результаты были получены с комплексной добавкой, состоящей из дробленого керамзита фр. 1,25—5 мм в количестве 5 мас. % плотных заполнителей, и с пластифицирующей химической добавкой Полипласт Р в количестве 0,5 мас. % цемента. Химическая добавка позволяет улучшить слитность бетонной смеси, а при ее использовании свежеуложенные бетонные смеси допускают жесткие режимы тепловой обработки, что очень важно для производства пред-напряженных железобетонных изделий.
В экспериментах использовали гранитный щебень фр. 5—20 мм Павловского карьера, песок средней крупности Малкинского карьера и бездобавочный портландцемент ПЦ500 Новороссийского цемкомбината «Пролетарий». Были приготовлены два состава бетонной смеси — контрольный и с комплексной модифицирующей добавкой, которые приведены в табл. 1.
Из обеих бетонных смесей были изготовлены образцы-кубы с ребром 10 см, образцы-призмы 10x10x40 см и образцы-цилиндры диаметром 10 и высотой 40 см. После выдержки в течение часа образцы были пропарены по режиму (3+8+2) ч при температуре изотермического прогрева 80оС. После остывания и распалубки их помещали в условия нормального твердения и выдерживали 14 сут. Испытания проводили по методикам ГОСТ 10180, 12730, 24452; полученные результаты в обработанном виде представлены в табл. 2.
Сравнение приведенных результатов испытаний позволяет отметить снижение средней плотности бетона с комплексной добавкой и изменение порового пространства за счет снижения открытой пористости. При равной кубиковой прочности получен существенный рост призменной прочности модифицированного бетона, а снижение модуля упругости и рост предельной сжимаемости указывают на существенное улучшение его пластических свойств.
Модифицированный пропаренный бетон оказался достаточно пластичным, что очень важно для повышения его стойкости к динамическим нагрузкам. Для подтверждения этого положения поставлен специальный эксперимент, в котором были определены трещи-ностойкость и ударная прочность растворных частей двух сравниваемых бетонов.
Оценку трещиностойкости производили на образцах-призмах размером 40x40x160 мм (по 5 в серии). Образцы были изготовлены из растворной части бетонов, пропарены и выдержаны в тех же условиях. Испытания проводили по методике ГОСТ 29167, в соответствии с которой в них были сделаны надрезы (запилы) глубиной до 10 мм. Испытание образцов с искусственной трещиной производили на изгиб по трехточечной схеме нагружения. Все испытания и расчеты выполнили в соответствии с требованиями приведенного стандарта. В табл. 3 приведены результаты испытаний образцов с искусственной трещиной.
Испытания подтвердили более высокую сопротивляемость модифицированного бетона трещинообразо-ванию.
Определение ударной прочности производили на образцах-кубах с ребром 7 см, изготовленных и твердевших одновременно с призмами. Испытание заключалось в последовательном сбрасывании груза массой 5,625 кг с высоты 0,5 м. Изменение структуры бетонов в испытываемых образцах оценивали ультрозвуковыми испытаниями, а ударную прочность бетона характеризовали ударной энергией разрушения. Изменение структуры бетона показано в табл. 4.
Таблица 4
Вид бетона Средняя скорость распространения ультразвука до испытаний(м/с) Среднее число нанесенных ударов до разрушения Средняя скорость распространения ультразвука после испытаний (м/с) Средняя удельная энергия разрушения, кг-см/см3
Контрольный 4268 271 2840 207
С комплексной добавкой 4312 501 2874 384
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
58 октябрь 2010
В эксперименте отмечен существенный прирост удельной энергии разрушения пропаренного модифицированного бетона. Осмотр образцов, снятых с испытаний, выявил заметную разницу в характере разрушения. Если в образцах контрольного состава отмечался хрупкий характер разрушения за счет появления и развития 1—2 магистральных трещин, то образцы из модифицированного бетона разрушались постепенно за счет осыпания мелких фрагментов по периметру. Таким образом, характер разрушения модифицированного бетона при ударных воздействиях подтвердил положительную роль его неупругой составляющей.
Результаты испытаний позволяют признать целесообразным использование модифицированных бетонов с комбинированной добавкой в производстве сборных бетонных и железобетонных изделий с повышенной выносливостью при эксплуатации в условиях интенсивных динамических нагрузок.
Ключевые слова: трещиностойкость, демпфирующие добавки, дорожные изделия.
Список литературы
1. Бабков В.В., Попов А.В., Мохов В.Н., Колесник Г. С., Якунин В.А. Бетон повышенной ударной стойкости на основе демпфирующих компонентов // Бетон и железобетон. 1985. Т. 2. С. 10-11.
2. Бабков В.В., Мохов В.Н., Давлешин М.Б., Парфенов А. В. Модифицированные бетоны повышенной ударной выносливости // Строит. материалы. 2002. № 5. С. 24-25.
3. Салл М., Рыбинцева Е.С., Ткаченко Г.А. Мелкозернистые бетоны с органоминеральной добавкой для дорожного строительства // Строит. материалы. 2009. № 7. С. 2-4.
«Материалы для дорожного строительства»
В издательстве «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ»
вышел дайджест
«Материалы для дорожного строительства»
В дайджест вошли статьи, опубликованные в журнале «Строительные материалы»® за 2004-2009 гг. -всего более 100 статей по тематическим разделам:
- нормативная и методическая база отрасли;
- материалы для дорожного строительства;
- ремонт дорог.
Для приобретения дайджеста следует направить заявку произвольной формы в издательство по факсу или электронной почте. Не забудьте указать наименование организации, почтовый адрес доставки, ФИО получателя.
Телефон/факс: (495) 976-22-08, 976-20-36
E-mail: mail@rifsm.ru. rifsm@mail.ru
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «СТРОЙМЕХДНИКА» +7 (4872) 701 400 -
Надежные и качественные комплектующие:
Ленточные транспортеры серии «ЛК»
Предохранительные клапаны
Шиберные затворы
Датчик уровня цемента серии SH
Пережимной клапан SMA
J
Реклама
Машиностроительное предприятие «СтройМеханика», РФ, г. Тула, пос. Рудакове, ул. Люлина, д. 6А; Тел/факс+7 (4872) 701 400; е mail: info@penobet.ru www.stroymehanika.ru
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
iVJ октябрь 2010 59""
