CC BY
6ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
дут различными, а проводимые исследования являются актуальными.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Значительная часть обследованных участков автомобильных дорог общего пользования не отвечает требованиям современного движения и нуждается в комплексе мероприятий, повышающих качество дорог и безопасность дорожного движения. Значит пучинистые участки и участки с остаточным фактическим сроком службы дорожной одежды меньше 1 года целесообразно полностью закрывать для движения грузовых автомобилей в весенние периоды года. Однако, мониторинговые исследования на автодорогах следует продолжать в течение еще ряда лет, связав при этом результаты наблюдений прошлых периодов для получения как можно более точных сроков ограничения движения автотранспорта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ОДН 218.1.052-2002 - Оценка прочности нежестких дорожных одежд (взамен ВСН 52-89) / Мин-транспорта РФ гос. служба дорож. хоз-ва - М.: Транспорт, 2003.
2. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд - М.: Гос. служба дорож. хоз-ва Минтранспорта РФ, 2001.
3. Лобов Д.В. Оценка состояния конструктивных слоев дорожных одежд нежесткого типа методом спектрального анализа волновых полей / Автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.23.11 / Москва. 2005.
4. Пугачев И.Н. Анализ данных влияния температуры воздуха на температуру промерзания и оттаивания грунта земляного полотна на глубинах и использование их для назначения сроков ограничения пропуска автомобильной нагрузки разной грузоподъемности / Хабаровск: Изд-во Хабаровский гос. техн. ун-т, 2001.
5. Жилин С.Н., В.В. Мозжилкин, В.И. Ермолаев, П.В., Федотов. Бесконтактный метод измерения упругого прогиба дорожной одежды при оценке её прочности // Дороги России XXI века, №4, 2004.
Черепанов Б.М. - к.т.н., доцент, E-mail: bmcher@mail.ru, Бодосова Т.С. - старший преподаватель, E-mail: tbodosova@yandex.ru, Моисеева О.Л. - магистрант, E-mail: carolja89@mail.ru, Хоменко В.А. - д.т.н., профессор, Алтайский государственный технический университет; Казанцев В.Г. -д.т.н., профессор, Бийский технологический институт.
УДК 624.131.23
ПРОЦЕСС СИНЕРЕЗИСА В ИССЛЕДОВАНИЯХ МИКРОСТРУКТУРЫ ТЕХНОГЕННО ИЗМЕНЕННЫХ ЛЕССОВИДНЫХ ГРУНТОВ
Г.И. Швецов, В.Н. Лебзак, А.И. Тищенко, Л.В. Куликова, О.В. Буйко
В статье приводятся: Влияние техногенных нагрузок на микроструктурные изменения лессовидных грунтов.
Ключевые слова: микроструктура, синерезис, структура.
ВВЕДЕНИЕ
Обратим внимание на современные представления о структуре и микроструктуре грунтов. Структура - это важнейшее качество породы, которое отражает условия ее формирования и определяет ее физические, механические и другие свойства. Благодаря этому изучение структуры грунтов началось практически с самого основания грунтоведения и механики грунтов.
Структуры пород, и в частности лессовых просадочных глинистых грунтов, являются чуткими индикаторами условий образования и их дальнейшего преобразования. Ис-
пользуя структурные показатели, в которых "закодирована" генетическая информация, можно находить их корреляционные зависимости с физико-механическими, прочностными и деформационными свойствами и на этой основе прогнозировать дальнейшее поведение грунтов оснований. Для этого необходимы современные методы количественной оценки структурных показателей грунтов.
Микроструктура грунта является очень чувствительной к физико-механическим условиям осадконакопления и последующим преобразованиям. Поэтому естественно, микроструктурные показатели лессовидных
грунтов оснований зданий, коррелируются с важнейшими прочностными свойствами глинистых образований.
Согласно приведенному представлению структуры ее оценка основывается на целом ряде показателей, характеризующих структурные элементы, типы структурных связей и типы микроструктур.
ХОД РАБОТЫ
Сравнение изображений образцов на растровом электронном микроскопе подготовленных различными способами показало их идентичность. Сначала на растровом электронном микроскопе изучался весь образец, а затем фотографировались при различных увеличениях (до 5000 раз) 2-3 наиболее характерных участка.
При анализе полученных РЭМ-фотографий структуры эталонного грунта (рисунок 1) и образцов грунта из ненагружен-ной зоны (рисунок 2) можно отметить, что микроструктура со всех 10 точек практически идентична.
Как видно из рисунков, микроструктура природного грунта однородная, с рыхлым равномерно пористым скелетом, сложена округлыми глинисто-пылеватыми агрегатами и зернами средних размеров 15-50 мкм. Глинистый материал расположен, в основном, на поверхности зерен (глобул) в виде сплошной рубашки и в местах контактов частиц образуя между ними глинистые мостики, через которые и происходит контактирование твердых структурных элементов.
Рисунок 1 - Микроструктура эталонного (начального) лессового грунта
Рисунок 2 - Микроструктура лессового грунта из ненагруженной зоны
Ориентация структурных элементов практически отсутствует. Поровое пространство представлено крупными межзерновыми и межагрегатными порами изометричной формы размером 5-30 мкм и внутреагрегат-ными порами диаметром 0,5-1,5 мкм.Общая пористость грунта составляет 41,6%.
Полученные микроструктурные данные данные являются характерными для лессовидных пород. Все это в целом позволяет отнести микроструктуру лессового просадочно-го грунта экспериментальной площадки природного сложения к скелетному типу.
После 10 лет эксплуатации (рисунок 3) зданий в лессовых грунтах оснований под воздействием фундаментов микроструктура в зоне уплотнения претерпела изменения. На снимках четко видно зернисто-пленчитая структура скелетно-матричного типа. Уменьшилась общая пористость, исчезли крупные межагрегатные поры. Отмечается общая ориентация и сближение структурных элементов, преобладающий размер которых 1317 мкм, за счет механического воздействия от фундаментов зданий.
На снимках образцов грунта ниже зоны уплотнения не было замечено никаких изменений в строении грунта по сравнению с РЭМ-фотографиями образцов грунта эталонного сложения и образцов из ненагруженной зоны. Тип структуры - скелетный, класс - зер-нисто-пленчатый. Отсутствуют признаки разрушения природной структуры грунта.
Рисунок 3 - Микроструктура лессового грунта из-под подошвы фундамента здания. Срок эксплуатации - 10 лет
Рисунок 4 - Микроструктура лессового грунта из-под подошвы фундамента здания.
Срок эксплуатации - 15 лет
Все это позволяет сделать вывод, что при 10 годах эксплуатации зданий происходит изменение микроструктуры грунтов оснований в зоне уплотнения за счет уплотнения под воздействием фундаментов зданий.
После 15 лет эксплуатации зданий наблюдается аналогичная картина, что и при 10 годах эксплуатации (рисунок 4).
Следует отметить дальнейшее уменьшение пористости 36,9%, при этом отсутствуют крупные межагрегатные поры, наблю-ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК №1/2 2012
дается большее сближение структурных элементов, преобладающий размер которых 1317 мкм. Ниже зоны уплотнения изменения в строении грунта, по сравнению с начальным не происходит. Следовательно, при 15 годах эксплуатации здания протекает процесс дальнейшего уплотнения грунта оснований под влиянием нагрузки от фундаментов, а кардинальной структурной перестройки не происходит.
После 20 лет эксплуатации лессового грунтового основания зданий микроструктура грунта резко изменилась. В образцах грунта из под подошвы фундаментов видно, что грунт приобрел гораздо более плотную структуру, в связи с чем затруднено выделение агрегатов и представляет собой сплошную массу - однородную тонкодисперсную матрицу (рисунок 5). Практически отсутствуют крупные микроагрегаты и глобулы строго очерченной формы, которыми сложена структура грунта в естественном состоянии. В основном преобладают агрегаты глинистых частиц с размером 3-10 мкм, которые создают сплошную матрицу с включением большого количества песчаных и пылеватых зерен средним размером 5-12 мкм.
Рисунок 5. Микроструктура лессового грунта из-под подошвы фундамента здания.
Срок эксплуатации - 20 лет
Обнаружено совершенно новое явление-разрушение глобул, агрегатов и их расплющивание. Резко уменьшилась пористость грунта (с 41,6 до 32,2%) - размер межагрегатных пор составляет 5-10 мкм, а форма их
становится анизометричной. При больших увеличениях на РЭМ-фотографиях видно, что мелкие внутреагрегатные микропоры приобрели щелевидную форму с шириной раскрытия до 0,5 мкм.
Все это позволяет отнести микроструктуру лессового грунта оснований зданий с 20 летним сроком эксплуатации - к матричному типу. Класс структуры остался без изменения зернисто-пленчатый.
Наибольший интерес представляет собой следующий факт, что в дальнейшем с увеличением сроков эксплуатации зданий (30, 40 лет) никаких существенных изменений на микроструктурных снимках не происходит (рисунки 6, 7).
Пористость изменяется очень незначительно и равна, соответственно, 30,8% и 30,4%. Тип структуры матричный, класс зер-нисто-пленчатый, как и у грунтов оснований зданий после 20 лет эксплуатации.
Анализ полученных данных подтверждает, что после 20 лет эксплуатации в основании длительно эксплуатируемых зданий формируется новая более прочная микроструктура матричного типа и заканчивается процесс структурной перестройки.
Рисунок 6 - Микроструктура лессового грунта из-под подошвы фундамента здания. Срок эксплуатации - 30 лет
Рисунок 7 - Микроструктура лессового грунта из-под подошвы фундамента здания. Срок эксплуатации - 40 лет
ВЫВОДЫ
Проанализировав все выше сказанное, можно сделать следующие заключения:
1. Явление синерезиса выражается в увеличении прочности сцепления частиц лессовидного грунта в результате утончения прослоев дисперсной среды в местах их контактов, с ее отделением и уменьшением общего объема структурной системы. Увеличение прочности микроструктуры происходит за счет увеличения площадки контактов частиц.
2. Процесс старения присущ всем дисперсионным глинистым системам, и что не мало важно, является самопроизвольным.
3. Скорость процесса старения (синере-зиса) определяется свойствами соприкасающихся поверхностей, давлением прилипания, формой и размером частиц, толщиной жидкостной прослойки и ее расклинивающим действием. Все эти факторы определяют скорость скачкообразного уменьшения толщины пленок дисперсионной среды между частицами лессовидного глинистого грунта, что при определенном сроке эксплуатации зданий (20 лет) приводит к резкому образованию более прочной микроструктуры. Это хорошо прослеживается на РЭМ-фотографиях образцов
лессовидного грунта, взятых из под подошвы фундаментов зданий экспериментальной площадки с различными сроками эксплуатации в сравнении с природным состоянием.
РЭМ-фотографии микроструктуры лессовидного грунта оснований зданий из под подошвы фундаментов при 20 и более годах эксплуатации резко отличаются от РЭМ-фотографий при 10-15 годах эксплуатации зданий. На них отмечается более плотная микроструктура с уменьшением размеров пор и агрегатов. С увеличением сроков эксплуатации по РЭМ-фотографиям микроструктуры лессовидного грунта оснований из под подошвы фундаментов зданий никаких существенных изменений не наблюдается. Это доказывает, что синерезис является одной из основных причин структурных изменений в лессовидных грунтах при их длительной эксплуатации в качестве оснований зданий и сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород / Под ред. академики Е.М. Сергеева - М.: Недра, 1989. - 211 с.
2. Акулова В.В. Структура, просадочность и тиксо-тропно-реологические свойства лессовых пород Иркутского амфитеатра: Автореф. Дис. ... канд. геол.-мин. наук. - Иркутск, 1994. -18 с.
3. Корнеев И.А. Комплексные исследования изменений свойств лессовых грунтов в основаниях длительно эксплуатируемых зданий. Дис. ... канд. техн. наук - Барнаул, 2011. - 71-78 с.
Швецов Г.И. - д.г.-м.н., профессор, Лебзак В.Н. - аспирант, E-mail: levl30@mail.ru, Тищенко А.И., - д.т.н., профессор, Куликова Л.В. - д.т.н., профессор, Буйко О.В. - к.т.н., доцент, Алтайский государственный технический университет.
УДК 666.972
ЭФФЕКТИВНЫЕ ГИПСОЦЕМЕНТНОЗОЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Е.В. Шкробко, А.М. Маноха, Е.Н. Гущина, Е.Е. Андрюшина, Г.Н. Шибаева
Изучено влияние состава на свойства сульфатированных композиционных вяжущих веществ. Показано, что с использованием зол бурых углей Канско-Ачинского бассейна могут быть получены эффективные гипсоцементнозольные и гипсозольные вяжущие вещества, обеспечивающие при твердении получение прочного цементного камня.
Ключевые слова: композиционные вяжущие, деструктивные явления, высококальциевые золы, цементный камень.
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие малоэтажного строительства приводит к увеличению доли стеновых материалов в общем балансе материальных ресурсов строительства. Ограждающие конструкции должны обладать заданными прочностными и тепло-, звуко-, ат-мосферозащитными свойствами, которые довольно сложно получить, используя традиционные материалы.
В настоящее время в монолитном домостроении в качестве основного материала используют различные виды бетонов на основе портландцемента. Такие бетоны набирают распалубочную прочность через 3-4 суток и более. Портландцемент при использовании его в качестве вяжущего в бетонах обеспечивает им высокую прочность и водо-
стойкость, но бетоны медленно набирают прочность, и, как правило, характеризуются недостаточными теплозащитными свойствами. Среди способов улучшения строительно-технических характеристик цементов особое место занимает их сульфатизация, наиболее распространенным вариантом, которой является изготовление смешанных гипсоцемент-ных вяжущих с использованием портландцемента и строительного гипса. Строительный гипс, являясь воздушным вяжущим, характеризуется быстрым набором прочности, получающийся гипсовый камень характеризуется повышенными теплозащитными свойствами, но низкой водостойкостью. Смешанное гип-соцементное вяжущее обладает достоинствами того и другого составляющего, не имея их недостатков. Материалы и изделия, на ос-
