Исследование сырьевых материалов для дорожного бетона Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

УДК 666.972.3

2012 г. А.Н. Стеблюк

Сибирский государственный индустриальный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОРОЖНОГО БЕТОНА

Бетон для дорожного строительства должен обладать высокими показателями прочности на сжатие и растяжение при изгибе, трещино-стойкости, долговечности, стоек против истирания. Для обеспечения требуемых характеристик предлагается применять фибробетон. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что дисперсное армирование бетонов различными волокнами является наиболее оптимальным и все более широко применяется во многих областях строительства. В качестве фибр обычно используют стальную проволоку, стеклянные, базальтовые, полипропиленовые волокна, но практика показала, что их применение либо дорого (стальные фибры), либо неэффективно (стеклянные фибры).

Исследования показывают, что более эффективно применять в качестве фибр базальтовое и асбестовое волокно. Волокна асбеста по прочности на растяжение превосходят стальную проволоку, при этом асбест благодаря высокой адсорбционной способности хорошо сцепляется с твердеющим цементом. Асбестовые волокна обладают высокой прочностью на разрыв по оси волокнистости, а также модулем упругости. Средние значения модуля упругости асбеста колеблются от 16 104 до 21 104 МПа [1]. Совокупность уникальных свойств хризотил-асбеста: способность расщепляться на тончайшие эластичные волокна, которые имеют высокую механическую прочность, несгораемость и теплостойкость, высокий коэффициент трения, низкая проводимость тепла, электрического тока и звука, ат-мосферостойкость, щелочеустойчивость и стойкость по отношению к морской воде, высокая адсорбирующая активность и способность к образованию устойчивых композиций с различными вяжущими материалами. Промышленное использование хризотил-асбеста экономически выгодно ввиду его доступности, дешевизны и долговечности.

Однако к применению асбестовых волокон относятся по-разному, в Европе, например, проводится антиасбестовая кампания. Но на сегодняшний день доказано, что при низких концентрациях асбестовых волокон их дейст-

вие принципиально не отличается от действия других видов минеральной пыли (цемента, кварца и т.п.). Необходимо отметить, что в воздухе над поверхностью земли содержится некоторое количество асбестовых волокон. Причина этого в том, что асбестосодержащая порода - серпентинит широко распространена в природе. Хотя содержание асбеста в серпентините не велико, в результате его выветривания в атмосферу поступают асбестовые микроволокна. Этот естественный фон асбеста можно сравнить с естественным радиационным фоном. К таким фоновым дозам человек адаптировался. Мониторинг людей, никогда не имевших контакта с асбестом, показал, что в их легочной ткани всегда обнаруживаются в заметном количестве волокна асбеста. Это указывает на то, что существует пороговая доза содержания асбеста в воздухе, ниже которой он абсолютно безвреден [2]. Применение асбестовых волокон в качестве добавки именно в дорожный и аэродромный бетон полностью исключает какие-либо негативные воздействия на организм человека.

Сегодня взаимодействие общества и природы становится одной из важнейших проблем, имеющих серьезное экологическое противоречие. Человечество потребляет огромное количество природных ресурсов и на порядок больше оставляет техногенных отходов. Поэтому проблема их утилизации стала наиболее актуальной. Встал вопрос утилизации отходов производства асбесто-технических изделий, которые представляют собой микроволокна. Поэтому предложено использовать эти отходы в качестве дисперсноармирующих волокон в дорожный и аэродромный бетон с целью повышения его прочности, трещиностойкости, износостойкости, долговечности.

Методом математического планирования проведен лабораторный шестифакторный эксперимент подбора оптимального состава бетона, модифицированного асбестовыми микроволокнами. Исследования влияния количества вводимого волокна в бетонную смесь оценивались по пределам прочности при сжатии и изгибе в возрасте 28 суток.

В качестве сырьевых материалов использовались: цемент марки ПЦ 400-Д0 производства ООО «Стройгазцемент» (Алтайский край с. Га-луха) активностью 41,17 МПа; песок из отсевов от дробления, поступающий от ООО «Бийский речной порт» (Алтайский край, г. Бийск) и соответствующий группе крупных песков 2 класса; щебень из гравия и валунов производства ОАО «Бийский ГПК» фракции 5 - 20 мм и насыпной плотностью 1,44 м3/т; отходы производства Барнаульского завода асбесто-технических изделий, поступающие в виде гибких микроволокон различной (1 - 5 мкм) длины и влажностью 2 %. Химический состав асбестовых волокон следующий: 42,80 % 8Ю2, 0,45 % А1203,

0,01 % СГ2О3, 0,09 % БеО, 0,30 % Бе20з, 41,00 % Mg0, 0,27 % МпО, 0,40 % СаО, 0,24 % N10, 0,08 % N20, 0,05 % К2О, 13,3 % Н2О+, 1,1 % Н2О-.

Асбестовое волокно (ГОСТ 12871 - 93) марки А-6К-30 характеризуется следующими свойствами: насыпная плотность 450 кг/м3, прочность на растяжение 2800 МПа, модуль упругости 70 000 МПа, удлинение при разрыве 0,7 %.

За основу для исследований был взят состав бетона марки 300. Образцы формовались в формах размером 150 X 150 X 600 мм, уплотнение бетонной смеси производилось на лабораторной виброплощадке, термическая обработка образцов - в лабораторной камере по режиму подъем температуры 3,5 ч + выдержка 5,5 ч + снижение температуры 2,0 ч при температуре изотермической выдержки 80 - 85 °С. Образцы после пропарки выдерживались в камере нормального твердения 28 дней, затем проводили их испытание. Средние результаты влияния расхода В асбестовых микроволокон на прочность на сжатие (осж) и прочность на растяжение при изгибе (оизг) приведены ниже:

Состав В, % осж, МПа сизг, МПа

Контрольный 0 33,0 3,9

1 0,2 35,0 4,0

2 0,3 37,0 4,8

3 0,4 37,5 4,9

4 0,5 39,0 5,1

5 0,6 35,0 4,9

Анализируя полученные результаты исследований бетонных композиций, армированных асбестовыми микроволокнами в количестве 0,2 - 0,6 % от массы цемента, можно сделать вывод, что наилучшими показателями к 28 суткам твердения имел асбестобетон с количеством вводимого волокна 0,5 % от массы цемента. Прочность на изгиб и сжатие такой композиции возросла по сравнению с прочностью неармированного бетона на 18 и на 40 % соот-

ветственно (рис. 1). Дальнейшее повышение содержания волокна в композиционном материале ведет к образованию комовых включений, приводящих к созданию неравномерной структуры композиции, в результате чего уменьшается прочность как при изгибе, так и при сжатии. При введении волокна в бетонную смесь ее подвижность несколько уменьшается, как следствие - снижается удобоукладывае-мость смеси, увеличивается расход воды за-творения. Чтобы избежать этого, в бетон, армированный минеральными микроволокнами, эффективно вводить пластифицирующую добавку. В качестве последней изучена новая добавка, полученная из отходов коксохимического производства методом сульфирования с последующей нейтрализацией и добавлением активных присадок.

МПа

3 ___________I_________|__________|__________1

С^|

МПа 40 г

30 -

25 --------1-------1--------1-------1--------

0 0,2 0,3 0,4 0,5 В, %

Рис. 1. Влияние количества армирующих микроволокон на прочность бетона при изгибе (а) и сжатии (б)

Испытания влияния добавки проводились на образцах-балочках 4 X 4 X 16 см из цементно-песчаной смеси состава 1:3. В качестве вяжущего и заполнителей использовались те же материалы. Также применялась новая пластифицирующая добавка из отходов коксохимического производства, представляющая собой водорастворимый тонкодисперсный порошок, который вводится в смесь с водой затворения. Первая партия образцов замешивалась без добавки (контрольная), вторая - с применением добавки в количестве 0,8 % от массы цемента, третья - с добавкой в количестве 1,6 %, четвертая - в количестве 2,4 %. Результаты влияния новой добавки на свойства цементнопесчаного раствора приведены в таблице.

В ходе эксперимента установлено, что добавка обладает высоким пластифицирующим эффектом и позволяет сократить расход воды без изменения подвижности. При введении исследуемой добавки в бетонную смесь в ко-

Результаты влияния новой добавки на свойства цементно-песчаного раствора

Состав Осадка конуса Количество добавки, % Количество воды затворения, мл ^сж, МПа Оизг, МПа

Контрольный 4...6 0 300 31 3,6

1 4...6 0,8 250 47 5,5

2 4.6 1,6 225 51 6,3

3 4.6 2,4 200 45 5,1

Количество добавки, %

Рис. 2. Влияние количества новой пластифицирующей добавки на прочность бетона при сжатии (а) и изгибе (б)

личестве 1,6 % прочность на сжатие увеличивается на 64 %, а прочность на изгиб на 75 % при снижении расхода воды затворения на 25 % по сравнению с контрольным составом (рис. 2).

Экономический эффект от введения новой добавки обусловлен ее техногенным происхождением и предполагает снижение материалоемкости, уменьшение энерго- и трудозатрат при значительном увеличении прочностных показателей бетонов. В настоящее время на состав и способ приготовления добавки составляется патентная документация.

Выводы. В целях повышения прочностных характеристик дорожного бетона эффективно

применять армирующие волокна. Введение в бетонную смесь асбестовых микроволокон в количестве 0,5 % от массы цемента позволяет увеличить прочность на сжатие и на изгиб соответственно на 18 и 40 %. Для снижения во-допотребления бетонной смеси, армированной микроволокнами, необходимо применять пластифицирующие добавки. Изучена новая добавка, полученная из отходов коксохимического производства, введение которой в смесь увеличивает прочность на сжатие и на изгиб соответственно на 64 и 75 %.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Б а т р а к о в В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. - М.: Стройиз-дат, 1998. - 768 с.

2. Г л ы б и н В.С. Технология дорожного цементобетона: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1972. - 271 с.

3. В о л ч е к И.З., В а л ю ков Э.А.

Экструзионный асбестоцемент. - М.:

Стройиздат, 1989. - 184 с.

4. А ф и н о г е н о в О.П. Конструирование и расчет дорожных одежд. - Кемерово: Куз-бассвузиздат, 2008. - 371 с.

© 2012 г. А.Н. Стеблюк Поступила 16 мая 2012 г.