CC BY
17
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
ЗАЛ1ЗНИЧНА КОЛ1Я
УДК 691.3:625.142.42
В. В. КОВАЛЕНКО1*
1 Каф. «Безпека жип^яльносп», Днiпропетровський нацюнальний ушверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпро, Украша, 49010, тел. +38 (050) 489 07 72, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-1196-7730
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПЕРЕДЧАСНОГО РУЙНУВАННЯ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ШПАЛ НА МАГ1СТРАЛЬНИХ КОЛ1ЯХ ПАТ «УКРЗАЛ1ЗНИЦЯ»
Мета. В роботi необхщно виявити причини передчасного руйнування бетону шпал украшського вироб-ника. Методика. Застосоваш мiкроструктурний, фрактографiчний, мiкрорентгеноспектральний анатзи дозволили виявити причини швидкоплинних корозiйних процесiв у бетонi. Результата. В данш роботi предметом дослвдження е цементний камiнь i структура бетону передчасно зруйновано! залiзобетонноl шпали. Чергове передчасне руйнування затзобетонно! шпали дослвджувалося за традицiйною для Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна (ДНУЗТ) методикою, що запатентована у 2009 рощ. Проведеш в робот дослвдження показали: 1) наявнiсть у цементному камеш поблизу пiсочних часток шдвищено! концентрацп хлору та лужних металiв, що перевищують допустимi норми за дшчими стандартами; 2) рiзнозереннiсть кристалiв цементного каменю вказуе на надлишок води затворювання в бетоннш сумiшi; 3) наявнiсть у структурi цементного каменя волокон деревини, як за раху-нок додаткового всмоктування вологи пришвидшують хiмiчнi реакци у бетош шпал, що експлуатуеться; 4) швидшсть лужно-кремшевокисло! реакци у бетош шпал складае 5 мкм на рш; 5) наявнiсть волокон деревини вказуе на незадовшьну чистоту розаву заповнювачiв, зокрема щебеню; 6) хлор-юни додатково пришвидшують реакци структурного перетворення цементного каменю. Наукова новизна. В робот виявлено швидшсть корозшних процесiв у бетонi шпал украшського виробника. Показано вплив на швидшсть корози забрудненостi крупних заповнювачiв органiчними речовинами, зокрема волокнами деревини. Показан ха-рактернi ознаки пришвидшення корозiйних процесiв внаслiдок надлишку води i хлор-iонiв у структурi цементного каменю. Практична значимкть. Виявлення характерних ознак передчасного руйнування бетону шдрейкових основ дозволяе попередити масовий вихвд iз ладу залiзничних шпал, який негативно впливае на безпеку руху залiзницею. Запропонована ДНУЗТ безпропарювальна технологiя виробництва залiзобетонних шпал iз застосуванням вiтчизняних полiкарбоксилатних добавок до бетошв (у комплексi з застосуванням для просiвання щебеню просiваючих поверхонь нового поколшня виробництва ПП «Лопя») дасть змогу вивести украшських виробнишв залiзобетонних шпал на европейський рiвень. Контроль мiкроструктурних характеристик пiд час виробничого процесу дозволить попереджати масовi передчасш руйнування бетону шпал i продавати продукцiю укра1нських заводiв залiзобетонних шпал европейським споживачам. При цьо-му пропонований метод контролю якосп бетону е неруйнiвним i не потребуе виведення з ладу щойно виго-товлених залiзобетонних шпал.
Ключовi слова: бетон; мжроструктура цементного каменю; залiзобетоннi шпали; передчасне руйнування; морфолопя структурних складових; спектральний аналiз
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Вступ
Передчасш масов1 руйнування шдрейкових основ в Укра!ш та шших кра!нах бувшого СРСР - звичне явище в експлуатаци затзнич-них колш протягом останнього десятатття. На цю проблему, що супроводжуеться значними втратами ресурав, в кра!нах Евросоюзу звер-нули увагу науковщ, виробники затзобетону та експлуатацшники ще наприкшщ минулого, на початку нишшнього тисячолггтя [11]. Вчеш багатьох кра!н св1ту з огляду на процеси струк-туроутворення цементного каменю в бетонах р1зного призначення виявили вплив на структу-роутворення як внутршшх (х1м1чний склад цементного каменю, що реструктуризуеться у зршому вщ), так i зовшшшх фактор1в (наяв-ност агресивного середовища, хiмiчних i орга-нiчних забруднень) [1-4, 8, 11-13]. Як тдсу-мок здобутих наукових знань в цш галузi, у 2009 р. 28 крашами Евросоюзу було прийня-то новий стандарт, який передбачае застосу-вання мшроструктурних дослiджень з контролю якост бетону i цементного каменю. На жаль, зусилля Днiпропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту iм. акад. В. Лазаряна з впровадження положення Свропейського стандарту EN 1504 «Матерiали i системи для ремонту i захисту бетонних конс-трукцш» [7] в новий украшський стандарт з виробництва залiзобетонних шпал не знайшли пiдтримки в керiвництва нi Укрзалiзницi, нi в Мiнiстерствi регiонального розвитку, будiв-ництва та житлово-комунального господарства Украши, на вiдмiну вiд кра!н митного союзу, де норми европейських стандарта вже впрова-джено в нишшньому 2016 рощ.
Мшютерством регiонального розвитку, бу-дiвництва та житлово-комунального господарс-тва Укра!ни було впроваджено в украшський стандарт новi оригiнальнi випробування, якi не дозволяють визначити довговiчнiсть бетону, а пропонований нашим ушверситетом европей-ський пiдхiд до ще! проблеми Мiнiстерством в офiцiйнiй вщповщ на початку 2016 року ви-знано передчасним. Вiрогiдно, з пе! причини так вдало гальмуються в нашш кра!ш евроште-грацiйнi процеси, навт за рахунок щорiчного масового передчасного руйнування затзобе-тонних шпал.
Дншропетровський нацiональний ушвер-ситет залiзничного транспорту з 2010 р. досл> джуе причини масових передчасних руйнувань шдрейкових основ. Останньою роботою було виявлення причин передчасного, шсля трьох роюв експлуатаци, руйнування бетону шпали, що виготовлена в 2013 р. одним з державних шдприемств ПАТ «Укрзашзниця».
Мета
З'ясування причин передчасного руйнування наданих зразкiв бетону затзобетонно! шпали на магiстральних колiях Украши.
Об'ектом досл1дження був зразок бетону, зруйнований шсля трьох роюв експлуатаци на магiстральнiй коли Укрзатзнищ.
Методика
В роботi застосовано макро- та мшроскошч-нi, фрактографiчнi та мшрорентгеноспектральш методи дослiдження структури цементного каменю.
Результати
Дослщження мшроструктури зразкiв бетону зруйновано! затзобетонно1 шпали показали наявшсть рiзнозеренноl структури компактних кристалiв цементного каменю (рис. 1). Бетон шпал вмщае багато пор, середнш розмiр яких складае близько 1 мкм (рис. 1, а, б). Пори не колльматоваш та мають схильшсть до погли-нання води з оточуючого середовища -з грунту, баластного щебеню та насиченого во-логою повiтря.
Значна рiзнозереннiсть цементного каменю вказуе на надмiрну кiлькiсть води в бетоннш сумiшi (рис. 2).
Оцiнка макроструктурних характеристик бетону показуе, що його руйнування прискоре-но наявнiстю целюлозних волокон з деревини, яю в структурi бетону виглядають як дерев 'яш трiски дiаметром до 3 мм (рис. 3).
Поблизу тсочних часток спостерiгаються новi фазовi утворення, що мають структуру плескатих розтрюканих аморфно-кристатчних утворень, якi мiстять пiдвищену концентращю лужних металiв та хлору (рис 4). Товщина шару продукту лужно-кремшевокисло! реакци навк-руги пiсочних часток дорiвнюе до 15 мкм
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2016, № 4 (64)
(рис. 6). Таким чином, завдяки структурним особливостям - наявност велико1 кшькосп пор та додаткового всмоктування вологи по де-рев'яних волокнах, швидюсть реакци з форму-ванням ново1 фази склала 5 мкм на р1к.
Надм1рна водонасичешсть бетонно1 сумш1 сприяе утворенню великих етринптних криста-л1в, яю мютять шдвищену кшьюсть лужних елеменпв, магшю, алюмш1ю та с1рки (рис. 5). Зазначеш кристали структурно нестабшьш та розкладаються або перетворюються в процес експлуатацн на фази, що мають шший об'емний коефщент. Особливо швидко щ пе-ретворення здшснюються при надлишковш во-донасиченосп бетону та наявносп в структур1 ато-м1в хлору [11].
а—а
б-b
Рис. 1. Мшроструктура цементного каменю в зруйнованому 6eTOHi шпал:
а - х14 400, б - х28 900
Fig. 1. Microstructure of cement rock in destroyed concrete of sleepers:
a - х 14 400, b - х 28 900
Рис. 2. Po3MipHi характеристики кристалiв цементного каменю в зруйнованому бетош шпал
Fig. 2. Dimensional characteristics of cement stone crystals in ruined concrete of sleepers
Рис. 3. Волокна деревини в зруйнованому бетош шпал
Fig. 3. Wood fibers in the destroyed concrete of sleepers
Спектр
Спектр 1
Спектр 2
Спектр
3
Спектр
4
О Na Mg Al Si S Cl K Ca Fe
41.67 48.07 0.92 0.00 0.77 1.27 1.04 2.72 2.85 0.68
34.50 29.97 0.00 0.00 2.09 0.00 1.81 5.69 25.95 0.00
47.17 0.00 0.00 0.00 0.42 0.00 0.00 0.18 51.86 0.38
45.26 0.35 0.00 0.15 0.41 0.00 0.00 0.21 53.63 0.00
PHC.4. XÎMÎHHHH CKrag npogyKiÎB Kopo3iï ^Menraoro KaMeHM
Fig. 4. Chemical composition of the corrosion products of cement rock
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Спектр C O Na Mg Al Si S Cl K Ca Ti Fe
Спектр 9 1
Спектр 2
51.33 0.21 6.24 5.91 13.14 0.44 0.00 4.83 8.33 1.35 8.21
Рис. 5. Хiмiчний склад волокон деревини i великих етринптних кристалiв в CTpyKTypi зруйнованого бетону
Fig. 5. Chemical composition of wood fibers and large ettringite crystals in the structure of the destroyed concrete
Спектр O Na Mg Al Si S Cl Ca Fe
Спектр 1 32.22 67.78 0.00 0.00
Спектр 2 40.43 0.00 0.00 4.44 20.66 0.00 0.79 27.01 6.67
Спектр 3 66.34 0.00 0.00 1.88 5.32 0.00 0.54 24.99 0.93
Спектр 4 61.78 0.00 0.00 2.96 12.46 1.32 0.00 20.07 1.42
Рис. 6. Хiмiчний склад продукпв корози цементного каменю поблизу шсочних часток
Fig. 6. Chemical composition of corrosion products of cement rock near the sand particles
Структурш перетворення нестабшьних фаз та утворення продукту лужно-кремшевокисло! реакци сприяе виникненню значних внутршшх напружень та розтрюкуванню бетону по всьому об'ему зал1зобетонних вироб1в (див. рис. 6).
Наявшсть атомiв хлору також провокуе ви-ведення зi складу цементних кристалопдрата комплексiв (ОН)- по всьому об'ему цементного каменю бетону з утворенням вшьно! води в бе-тонi та вимивання кальщю, що сприяе утворен-ню кальщевого молочка, зниженню мiцностi та додатковому руйнуванню бетону.
Вiд вiдповiдностi характеристик цементу нормам стандарту ДСТУ Б.В 2.7-46:2010 [6] залежить структуроутворення цементного ка-меню, фiзико-механiчнi характеристики та дов-говiчнiсть залiзобетонних виробiв. При шдви-щенiй лужностi цементу (вщносний коефiцiент лужностi (№20 + 0.658 К20) бiльше нiж 0,6 % (мас) [5]) в процесi пдратаци та пiд час експлу-атацii залiзобетонних пiдрейкових основ та ш-ших iнфраструктурних деталей та споруд вщ-буваеться реакцiя хiмiчноi взаемодii луг цементу з кислими заповнювачами, якi вiдповiдно до стандарта не повинш мiстити бшьше нiж 50 ммоль/л дiоксиду кремшю, розчинного в лугах [5].
Зпдно з державним стандартам [5] в портландцемент спiввiдношення за масою кальцiй оксиду до силiцiй дюксиду повинно становити не менше шж 2,0, а масова частка магнш оксиду не повинна перевищувати 5 %, вмiст сiрки у перерахунку на 803 не повинен перевищувати 3,5 %, але бути бшьше шж 1 % (мас.), глини не бшьше 1,2 % (мас.), вмют хлорид--юшв не повинен перевищувати 0,1 % (мас) [5]. Три-кальщевий алюмiнат у складi цементу не повинен перевищувати 8 % за масою [6].
Вказаш вище характеристики цементу не вщповщають нормативним показникам лише в локальних областях поблизу шсочних часток в новш гелеподiбнiй фаз^ що формуеться як продукт лужно-кремнiевокислоi реакцii.
Малий стосовно iнших атомiв дiаметр iонiв натрiю та хлору дозволяе iм легко мiгрувати в зону активно!' реакци, що вщбуваетъся в геле-подiбнiй фазi навкруги шсочних часток. При чому юни хлору сприяють виведенню пдрат-юшв зi сформованих кристалогiдратiв цементного каменю в бетош, який експлуатуеться, що додатково розрiджуе продукт лужно-кремнiевокислоi реакцii, пришвидшуе реакцiю структурного перетворення цементного каменю.
Забрудненють крупних заповнювачiв трюками деревини не вщповщае дiючим стандар-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2016, № 4 (64)
там. А тому необхiдно на кар'ерах постачаль-никiв щебеню впроваджувати новi технологii, що сприяють значному пiдвищенню чистоти розсiву, зменшенню енергоемностi, матерiало-емностi виробництва та витратам пращ.
Новi технологii впроваджуе фiрма 1111 «Лопя». Як просiваючi поверхнi вона пропонуе зносостшю поверхнi нового поколiння з тдви-щеними динамiчними характеристиками [10].
Для шдвищення довговiчностi бетону про-понуеться впровадження у виробництво залiзо-бетонних шпал гiперпластифiкаторiв полшарбо-ксилатного типу, виробництва 1111 «Лопя».
Крiм того, необхщно зауважити, що добавка украшського виробництва меншою мiрою за-лежить вщ курсових стрибкiв iноземних валют i менша, нiж цiна шоземних аналогiв. Вiтчиз-няне виробництво може гнучко реагувати на потреби виробникiв залiзобетону, якi змшю-ються залежно вщ нестабiльних характеристик в'яжучих та заповнювачiв.
Наукова новизна та практична значимкть
В роботi виявлено швидкiсть корозшних процесiв в бетонi шпал украшського виробни-ка. Показано вплив на швидюсть корозii забру-дненостi крупних заповнювачiв органiчними речовинами, зокрема волокнами деревини. По-казанi характернi ознаки пришвидшення коро-зiйних процесiв у випадку надлишку води, луг i хлор-iонiв в структурi цементного каменю.
Пропонований метод контролю якост бетону е неруйшвним i не потребуе виведення з ладу щойно виготовлених залiзобетонних шпал [9].
Для попередження передчасного руйнуван-ня залiзобетонних шпал пропонуеться викорис-товувати безпропарювальну технологiю !х ви-робництва.
Технолопя грунтуетья на застосуваннi но-вих гiперпластифiкаторiв полiкарбоксилатного типу ПЛКП виробництва 1111 «Лопя». Впровадження ново! комплексно! хiмiчноi в^чизняно! добавки ПЛКП дозволить економити 150 кг цементу на м3 бетону шпал, знизити водо-цементне сшввщношення, значно знизити температуру термоволого! обробки (до 30 °С), або виключити з виробничого циклу цю операщю, що сприятиме шдвищенню щшьносп, мiцностi
на стиск i вигiн у 1,5 разу та довговiчностi бетону шпал.
Вщ виробникiв щебеню потрiбно вимагати пiдвищення чистоти розшву. Це можна досяг-нути, застосовуючи новi технологiï виготов-лення прошваючих поверхонь виробництва ПП «Лопя», як додатково дозволяють економити електричну енерпю, матерiали, витрати працi бiльш шж на 60 % [10].
Висновки
Виконаш в роботi дослiдження виявили наявшсть в цементному камеш поблизу шсочних часток пiдвищеноï концентраци хлору та луж-них металiв, концентрацiï яких перевищують допустимi в ддачих стандартах.
Рiзнозереннiсть кристалiв цементного каменю вказуе на надлишок води затворювання в бетоннiй сумшг
В структурi цементного каменю присутш волокна деревини, якi за рахунок додаткового всмоктування вологи пришвидшують хiмiчнi реакцiï в бетонi, що експлуатусться.
Швидкiсть лужно-кремнieвокислоï реакцiï в бетош шпал складае 5 мкм в рш.
Наявнiсть волокон деревини вказуе на неза-довiльну чистоту розшву заповнювачiв бетону, зокрема щебеню.
Хлор-iони додатково пришвидшують реакци структурного перетворення цементного каменю. В структуру бетону з'еднання хлору мо-жуть поступати внаслщок ix навмисного вне-сення для протиди заморожування дрiбниx за-повнювачiв, а також природному вмюту цього елементу в структурi заповнювачiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Деяш аспекти теxнологiчниx прийомiв виробництва та контролю експлуатацшного ресурсу залiзобетонниx шпал в Украïнi та свт /
B. В. Рибшн, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць [та ш.] // Залiзн. трансп. Украни. - 2012. - № 3/4. -
C. 76-81.
2. Дослвдження експлуатацшно1 стiйкостi залiзо-бетонних шпал та основнi техноло-гiчнi прийоми ïï покращення / В. В. Рибшн, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць [та ш.] // Буд-во Украни. - 2011. - № 4. - С. 19-23.
3. Дослвдження фiзико-xiмiчниx властивостей дрiбниx заповнювачiв для виробництва залзо-бетонних шпал / В. В. Рибшн, В. В. Коваленко,
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зал1зничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Ю. Л. Заяць [та iн.] // Вiсн. Днiпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. -Дншропетровськ, 2012. - Вип. 40 - С. 140-145.
4. Дослщження фiзико-хiмiчних характеристик крупних заповнювачiв бетону для виробництва залiзобетонних шпал / В. В. Рибюн, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць [та ш.] // Вiсн. Днiпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Дншропетровськ, 2012. - Вип. 42. - С. 242245.
5. ДСТУ Б В.2.6-145:2010 (ГОСТ 31384:2008, N£0). Захист бетонних i залiзобетонних конструкцiй вщ корози. Загальш технiчнi вимоги. - Киiв : Укрархбудшформ, 2010. - 56 с.
6. ДСТУ Б В.2.7-46:2010. Будiвельнi матерiали. Цементи загальнобудiвельного призначення. Техшчш умови / Державний комiтет з будiв-ництва, архiтектури та житлово! полiтики Укра-!ни. - Кшв : Вид-во стандартiв, 2010. -20 с.
7. Европейский стандарт БМ 1504. Материалы и системы для защиты и ремонта железобетонных конструкций [Електронний ресурс]. - Режим доступу: Шр://етасо26.гиМ180619-М^гореу8Ыу _standart_en_1504.pdf. - Назва з екрана. - Перевiрено : 04.07.2016.
8. Коваленко, В. В. Дослщження причин перед-часного руйнування залiзобетонних шпал на Знам'янськш дистанцп коли ПЧ 10 Одесь-
В. В. КОВАЛЕНКО1*
1 Каф. «Безопасность жизнедеятельности», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (050) 489 07 72, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-1196-7730
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ПУТЯХ ПАО «УКРЗАЛИЗНЫЦЯ»
Цель. В работе необходимо выявить причины преждевременного разрушения бетона шпал одного из украинских производителей. Методика. Примененные микроструктурный, фрактографический, микрорентге-носпектральный анализы позволили выявить причины ускоренных коррозионных процессов в бетоне. Результаты. В данной работе предметом исследования является цементный камень и структура бетона преждевременно разрушенной железобетонной шпалы. Очередное преждевременное разрушение железобетонной шпалы исследовалось по традиционной для Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна (ДНУЖТ) методике, запатентованной в 2009 году. Проведенные в работе исследования показали: 1) наличие в цементном камне вблизи песчаных частиц повышенной концентрации хлора и щелочных металлов, превышающих допустимые нормы за действующими стандартами; 2) разнозеренность кристаллов цементного камня указывает на избыток воды затворения в бетонной смеси; 3) наличие в структуре цементного камня волокон древесины, которые за счет дополнительного впитывания влаги ускоряют химические реакции в бетоне эксплуатируемых шпал; 4) скорость ще-лочно-кремниевокислой реакции в бетоне шпал составляет 5 мкм в год; 5) наличие волокон древесины указывает на неудовлетворительную чистоту рассева заполнителей, в частности щебня; 6) хлор-ионы дополни-
ко! залiзницi / В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць, П. О. Пшшько // Наука та прогрес транспорту.
- 2015. - № 6 (60). - С. 149-163. doi: 10.15802/-stp2015/57100.
9. Методика дослщження структуроутворення в бетонах та будiвельних розчинах : свщоцтво про реестращю авторського права на твiр / О. М. Пшшько, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць, С. В. Коваленко, П. О. Пшшько ; Дшпропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. - № 29586 ; заявл. 27.07.09. - 1 с.
10. Пат. 97424 Укра!на, МПК В 07 В 1/12, В 07 В 1/46. Проаваюча поверхня грохота / Харченко В. А., Коваленко С. В., Коваленко В. В. -№ 20100667 ; заявл. 31.05.10 ; опубл. 10.02.2012, Бюл. № 3. - 5 с.
11. Штарк, Й. Долговечность бетона / Й. Штарк, В. Бернд. - Киев : Оранта, 2004.- 301 с.
12. Recent durability studies on concrete structure / S. W. Tang, Y. Yao, C. Andrade, Z. J. Li // Cement and Concrete Research Keynote. - 2015.
- Vol. 78. - P. 143-154. doi: doi:10.1016/j.cem-conres.2015.05.021.
13. Scrivener, K. L. Advances in understanding hydration of Portland cement / K. L. Scrivener, P. Juilland, P. J. M. Monteiro // Cement and Concrete Research. - 2015. - Vol. 78. - P. 38-56. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.05.025.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
тельно ускоряют реакции структурного преобразования цементного камня. Научная новизна. В работе выявлена скорость коррозионных процессов в бетоне шпал украинского производителя. Показано влияние на скорость коррозии загрязненности крупных заполнителей органическими веществами, в частности волокнами древесины. Показаны характерные признаки ускорения коррозионных процессов вследствие избытка воды и хлор-ионов в структуре цементного камня. Практическая значимость. Выявление характерных признаков преждевременного разрушения бетона подрельсовых оснований позволяет предупредить массовый выход из строя железнодорожных шпал, который негативно влияет на безопасность движения по железной дороге. Предложенная ДНУЖТ безпропарочная технология производства железобетонных шпал с применением отечественных поликарбоксилатных добавок к бетонам (в комплексе с применением для просеивания щебня просеивающих поверхностей нового поколения производства ЧП «Логия») даст возможность вывести украинских производителей железобетонных шпал на европейский уровень. Контроль микроструктурных характеристик во время производственного процесса позволит предупреждать массовые преждевременные разрушения бетона шпал и продавать продукцию украинских заводов железобетонных шпал европейским потребителям. При этом предлагаемый метод контроля качества бетона является нераз-рушающим и не требует вывода из строя только что изготовленных железобетонных шпал.
Ключевые слова: бетон; микроструктура цементного камня; железобетонные шпалы; преждевременное разрушение; морфология структурных составляющих; спектральный анализ
V. V. KOVALENKO1*
1 Dep. «Life Safety», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (050) 489 07 72, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-1196-7730
RESEARCH PREMATURE DESTRUCTION OF CONCRETE SLEEPERS ON THE MAIN LINES OF PUBLIC COMPANY «UZ»
Purpose. The study aims to identify the causes of premature destruction of concrete sleepers of one of Ukrainian producers. Methodology. Applied microstructural, fractographic, X-ray microanalysis revealed causes of transient corrosion processes in concrete. Findings. Subject of study in this work is a cement rock and concrete structure of prematurely shattered concrete sleepers. Another premature destruction of concrete sleepers was studied using the traditional method for Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Laz-aryan (DNURT) that was patented in 2009. The conducted research showed: 1) a cement rock near the sand particles of high concentration of chlorine and alkali metals exceeding permissible in existing standards; 2) different grained cement crystals indicates excess of water in the concrete mixture; 3) the presence in the cement rock structure of wood fibers, which are due to the additional moisture absorption accelerate chemical reactions in the operated concrete sleepers; 4) speed of alkaline-silicic-acidic reaction in concrete sleepers is 5 microns per year; 5) availability of wood fibers indicates unsatisfactory purity of aggregates screening, including crushed stone; 6) chlorine ions further accelerate structural transformation reaction of cement. Originality. The paper found the rate of corrosion processes in concrete sleepers of Ukrainian producer. The influence on the corrosion rate of contamination of large aggregates of organic substances, including wood fibers was shown in the article. There were presented characteristic signs of accelerating corrosion processes as a result of excess of water and chlorine ions in the structure of cement rock. Practical value. Identifying the typical signs of premature destruction of concrete under rail foundations prevents massive failure of railway sleepers, which affects negatively the railway traffic safety. The proposed by DNURT without steaming technology of concrete sleepers production using domestic polycarboxylate concrete additives in combination with the use for screening of gravel the screening surface of new generation produced by PE «Logiya», will bring concrete sleepers of Ukrainian producers on the European level. Control of microstructural characteristics during the production process will prevent the mass premature destruction of concrete sleepers and sell products of Ukrainian concrete sleeper production plants to the European consumers. At this the proposed method of quality control of concrete is non-destructive and does not require disabling the newly made concrete sleepers.
Keywords: concrete; microstructure of cement rock; concrete sleepers; premature destruction; structural components morphology; spectral analysis
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
REFERENCES
1. V.V. Rybkin, Kovalenko V.V., Yu. L. Zaiats, Pshinko P.O., Kovalenko S.V., Yakovliev V.O. Deiaki aspekty tekhnolohichnykh pryiomiv vyrobnytstva ta kontroliu ekspluatatsiinoho resursu zalizobetonnykh shpal v Ukraini ta sviti [Some aspects of technological methods of production and control of operational lifetime of concrete sleepers in Ukraine and abroad]. Zaliznychnyi transport Ukrainy - Railway Transport of Ukraine, 2012, no. 3/4, pp. 76-81.
2. Rybkin V.V., Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O., Kovalenko S.V., Yakovliev V.O. Doslidzhennia ekspluatatsiinoi stiikosti zalizobetonnykh shpal ta osnovni tekhnolohichni pryiomy yii pokrashchennia [Research of the operational stability of the concrete sleepers and basic technological methods of its improvement]. Budivnytstvo Ukrainy - Construction in Ukraine, 2011, no. 4, pp. 19-23.
3. Rybkin V.V., Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O., Lysniak V.P., Yaryshkina L.O., Vasylieva S.V. Doslidzhennia fizyko-khimichnykh vlastyvostei dribnykh zapovniuvachiv dlia vyrobnytstva zalizobetonnykh shpal [Research of physical and chemical properties of small fillers for producrion of ferro-concrete sleepers]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, vol. 40, pp. 140-145.
4. Rybkin V.V., Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O., Lysniak V.P., Yaryshkina L.O., Vasylieva S.V., Kovalenko S.V. Doslidzhennia fizyko-khimichnykh kharakterystyk krupnykh zapovniuvachiv betonu dlia vyrobny-tstva zalizobetonnykh shpal [Research of physical and chemical characteristics of large fillers for production of ferro-concrete sleepers]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 42, pp. 242-245.
5. DSTU B V.2.6-145:2010 (HOST 31384:2008, NEQ) Zakhyst betonnykh i zalizobetonnykh konstruktsii vid korozii. Zahalni tekhnichni vymohy [State Standard B V.2.6-145:2010 (State Standard 31384:2008, NEQ) Protection of concrete and reinforced concrete structures from corrosion. General specifications]. Kyiv, Ukrarkhbudinform Publ., 2010. 56 p.
6. DSTU B V.2.7-46:2010 Budivelni materialy. Tsementy zahalnobudivelnoho pryznachennia. Tekhnichni umovy. Derzhavnyi komitet z budivnytstva, arkhitektury ta zhytlovoi polityky Ukrainy [State Standard B V.2.7-46:2010. Building materials. Cements for general purposes. Specifications. State Committee for Construction, Architecture and Housing Policy of Ukraine]. Kyiv, Vydavnytstvo standartiv Publ., 2010. 20 p.
7. Yevropeiskyi standart EN 1504 Materialy i systemy dlia remontu i zakhystu betonnykh konstruktsii (European Standard EN 1504 Materials and systems for the protection and repair of concrete structures). Availble at: http://emaco26.ru/d/180619/d/evropeyskiy_standart_en_1504.pdf (Accessed 04 July 16).
8. Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O. Doslidzhennia prychyn peredchasnoho ruinuvannia zalizobetonnykh shpal na Znamianskii dystantsii kolii PCh 10 Odeskoi zaliznytsi [The causes study of the premature destruction of the concrete sleepers on the Znamenka track of the IF10 of the Odessa railway]. Nauka ta Prohres Transportu - Science and Transport Progress, 2015, no. 6 (60), pp. 149-163. doi: 10.15802/stp2015/57100.
9. Pshinko O.M., Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Kovalenko S.V., Pshinko P.O. Metodyka doslidzhennia strukturoutvorennia v betonakh ta budivelnykh rozchynakh. Svidotstvo DNUZT pro reiestratsiiu avtorskoho prava na tvir № 29586. 27.07.2009 [Research Methodology of structure formation in concretes and mortars. Copyright Registration Certificate. No. 29586. 27.07.2009]. 1 p.
10. Kharchenko V.A., Kovalenko S.V., Kovalenko V.V. Prosivaiucha poverkhnia hrokhota [Screening surface of separation screen]. Patent UA, no. 20100667, 2012.
11. Shtark Y., Bernd V. Dolgovechnostbetona [Concrete durability]. Kyiv, Oranta Publ., 2004. 301 p.
12. Tang S.W., Yao Y., Andrade C., Li Z.J. Recent durability studies on concrete structure. Cement and Concrete Research Keynote, 2015, vol. 78, pp. 143-154. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.05.021.
13. Scrivener K.L., Juilland P., Monteiro P.J.M. Advances in understanding hydration of Portland cement. Cement and Concrete Research, 2015, vol. 78, pp. 38-56. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.05.025.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. М. I. Нетесою (Украгна); д.т.н., проф.
М. В. Савицьким (Украгна)
Надшшла до редколегп: 21.03.2016
Прийнята до друку: 04.07.2016
