CC BY
7ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ЭФФЕКТИВНОСТИ, ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ В НАРУЖНЫХ МОНОЛИТНЫХ КЕРАМЗИТОБЕТОННЫХ СТЕНАХ
3. Ремезова Т.И. Обеспечение организационно-технологической надежности возведения керамзи-тобетонных монолитных наружных стен с вертикальными цилиндрическими каналами, заполненными полистиролбетоном / Т.И. Ремезова // Вестник ТГАСУ, 2009. - № 4. - С. 162-169.
4. Ремезова Т.И. Теоретические исследования теплозащитных характеристик монолитной наруж-
ной ограждающей конструкции с вертикальными цилиндрическими каналами / Т.И. Ремезова // Вестник ТГАСУ, 2008. - № 4. - С. 81-86.
Ремезова Т.И. - доцент, Алтайский государственный технический университет, E-mail: remezova@bk.ru.
УДК 625.76.031
ПРИМЕНЕНИЕ МАЛОПРОЧНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
В.Л. Свиридов
В статье приведены методика и результаты лабораторных исследований по выявлению наиболее эффективных способов применения местных малопрочных каменных материалов для дорожного строительства. Автором обобщены научные сведения, полученные творческим коллективом сотрудников строительно-технологического факультета при выполнении НИР с КГКУ «Алтайавтодор» по данной тематике.
Ключевые слова: каменный материал, грунт, портландцемент, прочность, несущая способность, деформация, модуль упругости, эффективность.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность использования местных малопрочных каменных материалов в настоящее время обусловлена дефицитом и высокой стоимостью качественных каменных материалов. Большая часть территории России вообще лишена каменных материалов, и дорожное строительство в ее пределах базируется на применении привозных каменных материалов, доставляемых из горных частей страны или зарубежья на расстояние 400 -500 км и более.
Значительная часть предприятий дорожного комплекса Алтайского края также испытывает острую нехватку каменных материалов, пригодных для дорожного строительства и отвечающих действующим нормативным требованиям. Дальность и трудоёмкость доставки таких материалов с действующих карьеров велики, что вызывает значительное удорожание работ и снижение темпов строительства.
При этом некоторые предприятия имеют возможность разрабатывать и получать малопрочные каменные материалы местных карьеров, а также различные побочные продукты промышленности и энергетики. Эти материалы могли бы быть использованы в дорожном строительстве в крае при условии наличия методической и документальной базы, описывающей все аспекты их применения в дорожном комплексе (требования к материа-
лам, описание применимости тех или иных материалов в различных элементах дорожных конструкций, подбор составов, организацию и технологию выполнения работ, необходимые манипуляции при контроле качества и т.д.).
Отсутствие таких методических и организационно-технических документов послужило причиной для заключения государственного контракта на выполнение НИР между КГКУ «Алтайавтодор» и АлтГТУ. В данной статье автор лишь обобщил результаты совместно выполненной НИР сотрудниками СТФ АлтГТУ в рамках госконтракта 3051/1 от 17.08.2012 г.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Местные малопрочные каменные материалы могут выступать в качестве самостоятельного материала рабочих слоев дорожной одежды, а также в качестве компонентов искусственных смесей.
Если приготовление искусственного материала осуществляется в специальных стационарных или передвижных смесительных установках, то получаем обработанный материал, если смешением непосредственно на дороге - укрепленный грунт. Причем и обработанный материал, и укрепленный грунт могут не содержать, а могут и содержать как неорганические (цемент, известь, золу и др.),
органические (битумы, битумные эмульсии, сырая нефть, различные смолы и др.) вяжущие вещества, так и их комбинации.
В работе было использовано 5 проб каменного материала, из них 4 пробы щебня: карьер «Русянское» Тогульское ДРСУ (проба № 1), карьер «Казанцевское» Заринское ДСУ-2 (проба № 2), карьер «Туманова гора» Со-лонешенское ДРСУ (проба № 3), карьер «Яминское», Целинное ДРСУ (проба № 4), и одна проба гравийно-песчаной смеси (ГПС) из карьера «Зеленый Дол», Петропавловское ДРСУ (проба № 5).
Обобщенные физико-механические данные по пробам, полученные в соответствии с ГОСТ 8269.0, представлены в таблице 1.
В качестве грунта применялись лессовые суглинки с содержанием песчаных фракций с размером более 0,05 мм (7,5-15,6)%, пылеватых с размером (0,005-0,05) мм (62,4-80,4)%.
Содержание глинистой фракции с размером менее 0,005 мм в пробах грунта колеблется в пределах (12,1-22,0)%. Минералогический состав глинистой фракции представлен гидрослюдой, смешаннослойными образованиями гидрослюдисто-монтморилло-нитового состава. Естественная влажность лессовых пород (10-12)%, плотность частиц
грунта - (2,60-2,71) г/см , коэффициент пористости - 0,676-0,694.
В качестве неорганического вяжущего материала применялся портландцемент М400 Д20 Искитимского цементного завода.
Для изучения возможности получения искусственных грунтощебней и их деформа-тивных свойств в состав суглинка вводился каменный материал (щебень или ГПС) в количествах 10-50 % от массы суглинка. Для укрепления грунтощебеночных смесей в качестве вещества со слабыми вяжущими свойствами применялась высококальциевая зола ТЭЦ-3 г. Барнаула в количестве 20 % от массы содержащегося в смеси грунта.
Для оценки механических свойств грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими, из щебеночно-песчаных и гравийно-песчаных смесей требуемого зернового состава (по ГОСТ 25607-94) изготавливались образцы-цилиндры диаметром и высотой равной 70 мм с содержание цемента 4, 6, 8, 10, 12%. Формование производили методом прессования при давлении 20 МПа и выдержки под нагрузкой в течение 3 минут по ГОСТ 23558-94. После 28 суток твердения в нормальных условиях при температуре (20±2)оС и влажности (90-100)% образцы испытыва-лись на рочность при сжатии в насыщенном водой состоянии и морозостойкость.
Таблица 1 - Физико-механические свойства проб каменного материала
№ про бы плотность Пористость, % Пустот- ность, % Содержание зерен пластинчатой и игловатой форм, % Марка по дробимости* Массовое водопо- глощение, % Марка по морозостойкости
Истинная, г/см3 Сред няя, г/см3 Насыпная, кг/м3
1 2,71 2,47 1460 8,8 41 19 (группа 3) 600 / 14,5 / 20,0 3,1 (2,0-5,5) 0
2 2,59 2,50 1355 3,5 46 49 (группа 5) 600 / 16,1 / 15,0 2,7 (2,0-4,5) Р50
3 2,77 2,63 1450 5,1 45 21 (группа 3) 600 / 16,4 / 19,9 3,1 (2,2-5,0) Р50
4 2,91 2,84 1440 2,4 49 23,7 (группа 3) 600 / 12,4 / 17,1 0,6 (0,3-1,5) 0
5 2,64 2,56 1730 3,0 32 10,6 800 / 10,3 4,1 (3,7-5,0) Р50
Примечание: *) - в разделе «Марка по дробимости» в таблице 1 через дробь приведены соответственно: марка по дробимости, потеря массы в сухом и насыщенном водой состоянии.
Испытание для определения несущей способности призменной прочности и модуля упругости грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими, из щебеночных и гравийно-песчаных смесей производилось путем постепенного (ступенями) нагружения образцов-призм стандартных размеров по ГОСТ 2445285 (100x100x400 мм) осевой сжимающей нагрузкой до разрушения - при определении призменной прочности и до уровня 30% разрушающей нагрузки с измерением в процессе нагружения образцов их деформации - при определении модуля упругости.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментальные данные показывают, что эффект от добавления к грунтам (супесям, суглинкам) местного малопрочного каменного материала с целью получения искусственных грунтосмесей ощущается только при введении в состав смеси более 30% щебня. Это приводит к снижению просадоч-ности получаемого грунтощебня на 73-80% (величина относительной просадочности £5| снижается с 0,074 до 0,015-0,020). Увеличение размера куска местного малопрочного каменного материала (щебня с 4,5-5,0 мм до 5,0-7,0 мм в эксперименте) неизменно сказывается на повышении модуля упругости с 4,65,7 МПа до 4,9-6,1 МПа. Если сравнивать между собой одинаковые составы с различными видами крупного заполнителя (щебня или ГПС), то наибольшим модулем упругости характеризуются составы с добавлением гра-вийно-песчаной смеси (4,9-9,0 МПа).
Совместное применение малопрочных каменных материалов и минеральных вяжущих веществ, например, буроугольной золы, цемента, приводит к существенному повышению общего модуля деформации Е смеси на основе суглинка с 4,6-6,1 МПа до 26-45,0 МПа и увеличению механической прочности на 1518%. При этом наибольший модуль упругости показывают составы на щебне (26,2-45,0 МПа), чем на окатанной гравийно-песчаной смеси (26,2-31,5 МПа).
Физико-механические свойства каменных материалов, укрепленных цементом по ГОСТ 23558-94, приведены в таблице 2.
Экспериментом установлено минимальное количество цемента, необходимое для обеспечения обработанным смесям марки по прочности при сжатии не ниже М40. Для проб №1 и №4 это количество составляет 4%, для проб №2, №3 и №5 - 6%. При этом составы,
укрепленные цементом, характеризуются маркой по морозостойкости F25 даже на пробах щебня №1 и 4, которые в исходном состоянии были неморозостойкими.
Таким образом, малопрочные каменные материалы могут быть использованы в качестве рабочих слоев дорожной одежды как без вяжущих веществ, так и укрепленных неорганическими вяжущими. Для получения смеси марки М40 достаточно 4-6% цемента, для марок М60-М100 необходимо 8-12% цемента в зависимости от вида каменного материала. Деформативные свойства смесей, укрепленных цементом, представлены в таблице 3. Анализ данных таблицы 3 показывает, что фактический модуль упругости щебеночно-песчаных смесей с добавкой цемента, определенный на бетонных образцах призмах (100x100x400) мм, не коррелирует с расчетными данными ОДМ 218.046-01 и составляет лишь 45-73%. Наиболее точно расчетный модуль упругости характеризует величина куби-ковой прочности, умноженная на 100. Множественный коэффициент корреляции этих двух величин составляет 0,973. Поэтому для оценки пригодности той или иной пробы малопрочного каменного материала в качестве основы щебеночно-песчаной смеси, укрепленной минеральным вяжущим, достаточно определить марку этой смеси по ГОСТ 2355894. Все остальные расчетные характеристики, необходимые для проектирования несущей способности рабочего слоя дорожной одежды из такой смеси, можно с уверенностью принимать из таблиц ОДН 218.046-01.
Результаты лабораторных экспериментов легли в основу разработанного и утвержденного СТО 03443488-023-2012 КГКУ «Алтайавтодор» «Использование местных малопрочных каменных материалов и побочных продуктов промышленности для нужд дорожного комплекса Алтайского края. Методические рекомендации». Данным нормативным документом уточнены области применения малопрочных каменных материалов и установлены требования к их физико-механическим и технологическим свойствам. Опыт применения местного малопрочного каменного материала взамен более качественного, но дорогого, даже без изменения конструкции дорожной одежды в условиях одного дорожного хозяйства позволил сэкономить 124,4 тыс. рублей на каждые 1000 м2 дорожной одежды.
Таблица 2 - Физико-механические свойства щебеночно-песчаных смесей, укрепленных портландцементом по ГОСТ 23558-94
№ проб Содержание цемента в смеси, % Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Марка по прочности Марка по морозостойкости*
4 2305 4,81 М40 -
Проба №1 6 2320 5,85 М40 Р25
8 2330 7,25 М60 -
10 2330 8,12 М75 Р25
12 2330 9,73 М75 -
4 2025 3,47 М20 -
Проба №2 6 2045 4,10 М40 Р25
8 2070 6,46 М60 -
10 2095 8,78 М75 Р25
12 2105 10,80 М100 -
4 2255 3,98 М20 -
Проба №3 6 2260 5,68 М40 Р25
8 2270 6,73 М60 -
10 2270 7,27 М60 Р25
12 2310 8,28 М75 -
4 2380 4,28 М40 -
Проба №4 6 2400 7,70 М60 Р25
8 2430 8,60 М75 -
10 2435 9,86 М75 Р25
12 2435 9,82 М75 -
6 2250 8,07 М75 Р25
Проба 8 2255 10,97 М100 -
№5 10 2270 13,34 М100 Р25
12 2260 11,72 М100 -
Примечание: *) - прочерком в таблице показаны составы, у которых марка по морозостойкости не определялась.
Таблица 3 - Деформативные свойства щебеночно-песчаных смесей на основе малопрочных каменных материалах, укрепленных цементом
№ проб Содержание цемента в смеси, % Кубиковая прочность, МПа Призмен-ная прочность? Рь, МПа Величина напряжения а=0,3*^ , кПа Фактический модуль упругости Еь, МПа* Расчетный Eь, по ОДН 218.046-01 МПа (для марки смеси)
1 2 3 4 5 6 7
1 6 5,85 2,65 794,2 385,1 / 62 625 (М50)
10 8,12 5,97 1791,4 438,0 /53 830 (М75)
2 6 4,10 4,62 1385,5 325,0 / 59 550 (М40)
10 8,78 8,78 2634,7 485,0 / 58 830 (М75)
3 6 5,68 2,02 1208,0 453,7 / 73 625 (М50)
10 7,27 3,58 1923,8 473,0 / 68 700 (М60)
4 6 7,70 4,01 606,1 375,1 / 45 830 (М75)
10 9,86 6,41 1079,7 483,4 / 58 830 (М75)
5 6 8,07 7,44 2237,8 588,9 / 71 830 (М75)
Примечание: *) в шестой колонке таблицы через дробь приведено отношение фактического модуля упругости к расчетному, выраженное в процентах.
Местные малопрочные каменные материалы могут быть использованы в качестве самостоятельного материала рабочих слоев дорожной одежды в том случае, если они полностью удовлетворяют требованиям ГОСТ 8267-93, ГОСТ 25607-94 и при этом минимально допустимый уровень технологических свойств щебня характеризуется следующими показателями: содержание зерен слабых пород - не более 10% по массе; группа в зависимости от содержания зерен пластинчатой и игловатой формы - не ниже 3 (содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, в процентах по массе -от 15 до 25%); марка по дробимости из осадочных и метаморфических пород - не ниже 400, из изверженных - не менее 600, марка щебня и гравия по истираемости - не ниже И2 (потеря массы в полочном барабане после испытания щебня от 25 до 35%, гравия -20-30%); марка по морозостойкости - не ниже F15 для нижних слоев дорожной одежды (не менее 0,5 м от поверхности) и F25 - для верхних слоев; устойчивость структуры щебня против всех видов распадов должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 11 ГОСТ 8267-93 (потеря массы при железистом и силикатном распаде не должна превышать 5%).
Такие щебеночно-песчаные, гравийно-песчаные или щебеночно-гравийно-песчаные смеси могут быть использованы для устройства покрытий и оснований по способу заклинки по ГОСТ 25607-94 на автомобильных дорогах общего пользования И-У технической категории во 2-4 дорожно-климатических зонах по СНиП 2.05.02-85*.
Если механические свойства малопрочных каменных материалов ниже хотя бы по одному показателю, то такие материалы могут быть использованы в составе искусственных грунтосмесей с содержанием каменных материалов от 30 до 70% включительно.
Количество каменного материала в составе смеси зависит от вещественного состава применяемого грунта. В суглинках с числом пластичности от 12 до 22 вводят большее количество каменного материала с целью снижения пластичности до требуемых ГОСТом 25607-94 значений не более 12. В супесях и песках количество каменного материала устанавливается лабораторным путем при достижении наиболее плотной упаковки (максимальной насыпной плотности по ГОСТ 8269.0-97).
Для устройства дорожных оснований и покрытий из обработанных материалов, при-
готовленных в специальных стационарных или передвижных смесительных установках, а также методом смешения на дороге, применяют местные малопрочные каменные материалы, побочные продукты промышленности, осадочные несцементированные крупнообломочные и песчаные грунты, супеси всех разновидностей, неорганические, органические вяжущие, а также их комбинации.
Допускается использовать в укрепленных слоях дорожных оснований и покрытий без ограничения различные малопрочные щебеночные, гравелистые, дресвяные материалы, имеющие показатели по дробимости и износу больше максимально допустимых, соответствующих 4-му классу прочности по ГОСТ 8267-93. Эффективность и целесообразность применения тех или иных рекомендуемых составов смесей для устройства слоев оснований и дополнительных слоев, в том числе укрепленных минеральными, органическими вяжущими или их комбинацией, обосновывается в каждом конкретном случае технико-экономическим расчетом и выполнением вариантного проектирования. При этом учитываются свойства местных малопрочных каменных материалов, побочных продуктов промышленности, укрепляемых смесей, дальность возки зернистых материалов и отдельных составляющих смесь компонентов, их стоимость и другие факторы.
В составе СТО разработаны типовые технологические карты на строительство слоя основания из грунта, укрепленного золой от сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна методом смешения на дороге, на устройство основания из щебеночной смеси с применением малопрочного каменного материала, укрепленного цементом, на устройство нижних слоев дорожной одежды с применением малопрочного каменного материала методом заклинки.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Увеличение содержания в составе искусственных грунтосмесей местного малопрочного каменного материала (крупнообломочного щебня фракций 20-70 мм) с 10-30% до 40-50% повышает несущую способность смеси. Дополнительное применение высококальциевой золы от сжигания бурых углей в количестве 10-12% может позволить уменьшить толщину слоя отсыпки дорожного полотна из грунтосмеси на 15-17%.
2. Применение цемента в количестве 46% от массы малопрочного каменного материала приводит к получению смеси, укреп-
ленной минеральным вяжущим, марки М40 достаточной морозостойкости даже на основе неморозостойкого каменного материала.
3. Наиболее информативной характеристикой прочностных и деформативных свойств щебеночных смесей, укрепленных цементом, является величина кубиковой прочности. Так, эти значения, умноженные на 100, показывают наибольший множественный коэффициент корреляции с расчетными величинами модулей упругости по ОДМ 218.046-01, равный 0,973. Поэтому для оценки пригодности той или иной пробы малопрочного каменного материала в качестве основы щебеночно-песчаной смеси, укрепленной минеральным вяжущим, достаточно определить марку этой смеси по ГОСТ 2355894. Все остальные расчетные характеристики, необходимые для проектирования рабочего слоя дорожной одежды из такой смеси, можно с уверенностью принимать из таблиц ОДМ 218.046-01.
4. Применение местных грунтов, низкопрочных каменных материалов и минеральных побочных продуктов производства при устройстве конструктивных слоев дорожных одежд имеет высокую технико-экономическую эффективность, особенно в районах, не обеспеченных прочными каменными материалами. Экономический расчет применения местного малопрочного каменного материала в условиях одного дорожного хозяйства позволил
сэкономить 124,4 тыс. рублей на каждые 1000
2
м дорожной одежды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.
2. ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.
3. ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.
4. ГОСТ 25607-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия.
5. ГОСТ 31424-2010 Материалы строительные нерудные от отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия.
6. ОДМ 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд.
7. СП 34.13330.2010 Актуализированная версия СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги. Нормы и правила проектирования.
8. СТО 03443488-023-2012 Использование местных малопрочных каменных материалов и побочных продуктов промышленности для нужд дорожного комплекса Алтайского края. Методические рекомендации.
Свиридов В.Л. - д.т.н., профессор, Алтайский государственный технический университет, E-mail: unkc-ts@hotmail.ru.
УДК 666.949
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ ДЛЯ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
И.М. Себелев, А.М. Соколов, А.М. Маноха, Е.В. Божок, Е.Е. Ибе
Изучена возможность использования высокоглиноземистых шлаков в качестве добавок при производстве композиционных портландцементов для зимнего бетонирования. Полученные результаты позволяют рекомендовать такие цементы для изготовления бетонных смесей укладываемых в зимних условиях.
Ключевые слова: композиционные портландцементы, высокоглиноземистые шлаки, бетонирование.
ВВЕДЕНИЕ
Значительная часть бетонных смесей при возведении строительных объектов в районах Урала, Сибири, Крайнего Севера укладывается в зимний период, на который
приходится до 40% годового объема строительных работ.
К зимнему бетонированию относятся работы, выполняемые при среднесуточной температуре ниже 5°С, считается, что зимнее бетонирование может производиться при тем-ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2014
