CC BY
35
РАЗДЕЛ II
СТРОИТЕЛЬСТВО. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
УДК 625.72
УЛУЧШЕНИЕ ДЕФОРМАТИВНЫХ СВОЙСТВ ПЕСКОЦЕМЕНТНЫХ СМЕСЕЙ, ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ДОБАВКИ, ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
В.С. Прокопец, д-р техн. наук, проф., Е.А. Голубева
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Аннотация. В статье определены граничные условия применимости полимерной добавки «Латекс» для пескоцементных смесей, которые были использованы для назначения составов полимерцементогрунтовых смесей, при строительстве участков дороги «Амур» федеральной трассы «Чита-Хабаровск».
Ключевые слова: Полимерное вяжущее, полимерцементогрунтовая смесь, морозостойкость, деформативность.
Введение
Традиционным вяжущим в строительстве является цемент. Общеизвестны такие свойства цемента как высокая прочность при сжатии и хорошая атмосферостойкость. Недостатком является низкая прочность при изгибе и растяжении [1].
Комбинация минерального вяжущего и полимерного связующего придает растворам принципиально новые важные свойства, недостижимые при использовании обоих компонентов по отдельности [2,3].
В связи с этим ещё в начале двадцатого столетия были начаты исследования, посвящённые модификации цементно-содержащих материалов с помощью жидких полимерных веществ, данные которых приведены в ряде патентов [4]:
1924 г. - Лефебром получил патент, касающийся модификации растворов и бетонов природными каучуковыми латексами;
1932 г. - Бонд впервые предложил использовать синтетические латексы для модификации материалов;
40-е гг. - растворы и бетоны, модифицированные полимерами, стали использоваться для покрытий полов, мостовых, палуб кораблей. В строительстве использовались моно-полимерные винилацетатные дисперсии
(ПВА). Однако вскоре эти полимеры были вытеснены сополимерными дисперсиями со значительно лучшими техническими характеристиками;
60-е гг. - для модификации растворов и бетонов были применены бутадиен-стирольный каучук, полиакриловый эфир;
70-80-е гг. - проведены международные конгрессы и конференции по использованию полимеров в бетонах во Франции, Великобритании, США, Японии, Мексике. Кроме того, в Японии были изданы JIS (Японские промышленные стандарты), включающие стандарты по качеству и методам испытаний модификаторов цемента и растворов типа латекса. Один из них: JIS A 6203 - полимерные дисперсии для модификации цемента.
Постановка и решение задачи
Выполненные исследования различных авторов убедительно доказали, при совместном использовании полимерных материалов с цементом несколько снижается прочность при сжатии и модуль упругости неорганической системы, отчетливо возрастает прочность на растяжение при изгибе. Адгезия цементной системы к различным основам резко улучшается. Морозостойкость достигает 150-300 циклов попеременного замораживания и оттаивания. По износостойкости, в том числе по
стойкости против мокрого истирания, поли-мерцементные бетоны и растворы превосходят обычные цементные в 15-20 раз [5].
Таким образом, комбинация цемента и водорастворимых полимеров представляет собой идеальную смесь вяжущих. Они прекрасно дополняют друг друга и создают принципиально новый уровень качества, недостижимый при использовании только одного из них. При этом работа с такими системами очень проста: достаточно затворить сухую смесь водой, чтобы получить строительный раствор с уникальным набором свойств.
Ю.М. Васильев и другие в своих работах детально исследовали свойства цементогрун-та с добавкой битума совместно с дивинил-стирольным латексом СКС 65 ГП. Они отмечают, что введение в смесь комплексного вяжущего, состоящего из З-4,5% битума и 2-3% дивинилстирольного латекса трещиностой-кость цементогрунта увеличилась в 2-4 раза.
С помощью водорастворимых полимерных веществ в виде эпоксидной смолы С-89, а также поливинилацетной (ПВАЭ) или кумароновой (КЭ) эмульсий, стабилизированных дивинил-стирольным латексом СКС-65ГП добились увеличения деформативности цементогрунта в 2-10 раз. Кроме того, эти исследования показали, что увеличение содержания в цементо-грунте (6-8% цемента) латекса СКС-65 ГП с 25% до 10 % увеличивает деформативность материала в 1,2-1,6 раза до 2,5 раза [6].
Введение в смесь эластомеров и латексов типа СКС-65 и СКПС-50 увеличивает морозостойкость цементогрунта даже при пониженных (на 12-38%) расходах цемента, что даёт возможность его экономии [7].
На сегодняшний день для строительства оснований и покрытий автомобильных дорог полимерцементогрунтовые смеси получили наибольшее распространение в основном за рубежом, а именно в Австралии, Таиланде, странах тихоокеанского региона и юго-восточной Азии, центральной Америке, Германии.
В целях улучшения деформативных свойств цементогрунтовых смесей для устройства оснований дорожных одежд нами были разработаны составы смесей, где в качестве модификатора цементогрунта использовали латекс Омского завода Синтетического каучука.
По результатам эксперимента были определены граничные условия применимости латекса в пескоцементных смесях, (таблица 1).
На основе анализа экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
Введение латекса в пескоцементную смесь:
-приводит к заметному повышению прочности на растяжение при изгибе, особенно в 56-суточном возрасте образцов. Так, в 28-суточном возрасте Rизг возрастает с 2.2 МПа до 2.6 МПа, а в 56 суточном возрасте с 2.5 МПа до 4.0 МПа. При этом модуль упругости снижается с 6700 МПа до 5600 МПа. Повышение прочности на растяжение при изгибе и снижение модуля упругости свидетельствует о повышении эластичности, следовательно, трещиностойкость полимерцементогрунта повышается;
-отмечается некоторое снижение водо- и морозостойкости. Так, коэффициент водостойкости в 56-суточном возрасте снижается с 0.77 до 0.76, а показатель морозостойкости с 4.4 до 4.1.
Данные граничные условия применимости латексов в пескоцементных смесях были учтены для разработки составов полимерце-ментогрунтовых смесей, для устройства оснований дорожных одежд, при строительстве участков автомобильной дороги «Амур», федеральной трассы «Чита-Хабаровск»
С целью проверки результатов теоретических и лабораторных исследований было осуществлено опытное строительство дорожного основания из грунтов, укрепленных цементом и полимерной добавкой, на участке автомобильной дороги «Амур». По проекту слой основания из полимерцементгрунтовой смеси должен был заменить два слоя щебеночного основания. К моменту принятия данного решения на опытном участке уже был положен нижний слой основания оптимальной щебеночно-песчанной смеси. Поэтому поли-мерцементогрунтовая смесь укладывалась как верхний слой основания.
Конструкция дорожной одежды:
Покрытие 5 см асфальтобетон;
Верхний слой основания - 20 м полимер-цементогрунтовая смесь;
Нижний слой основания - 25 см оптимальная щебеночно-песчаная смесь
После года эксплуатации данного участка автомобильной дороги проводилось обследование вырубок кернов. Результаты сравнивали с требованиями нормативных документов (таблица 2).
Приведённые в таблице данные указывают, что после года эксплуатации прочностные характеристики материала из полимерцементогрунта соответствуют существующим нормативным документам.
Таблица 1 - Условия применимости латекса в пескоцементных смесях
№ Показатель прочности 56-сут образцов Изменение свойств при 2 % латекса Изменение свойств при 8 % латекса Условия применимости
1 2 3 4 5
1 Rизг , МПа Увеличивается в 1,22 - 4,85 раза при Мк 1,2 - 3,2 При увеличении цемента влияние снижается Увеличивается в 1,11 - 4,49 раза при Мк 1,2 - 3,2 При увеличении цемента влияние снижается Допускается применение Любых песчаных грунтов с модулем крупности до 3,2 Цемента 8% - 14 % . Латекса от 2 % до 8 % от веса цемента.
2 Rсж. (водный режим созревания), МПа Увеличивается В 1,15 - 1,44 раза Увеличивается В 1,15 - 1,44 раза При 17%- 20% цемента влияние незначительно
3 Rсж. (сухой режим созревания), МПа Увеличивается в 1,41 - 4,62 раза При увеличении цемента влияние снижается Увеличивается в 1,03 - 2,12 раза При увеличении цемента влияние снижается
4 Еу, 1000 МПа Уменьшается в 0,70- 0,96 раза Большое влияние Мк песчаного грунта Уменьшается в 0,66- 0,88 раза Большое влияние Мк песчаного грунта
5 Водостойкость относительная, доля единицы 0,54 - 0,86 возрастает с увеличением цемента 0,59 - 1,03 возрастает с увеличением цемента
6 Водостойкость абсолютная 1,05 - 2,08 убывает с возрастанием цемента 0,98 - 1,44 убывает с возрастанием цемента
7 Показатель МРЗ Возрастает в 1,01 -3,16 раза при содержании цемента до14% Убывает в 0,82 - 0,70 при сод. Цемента с 14% до 20% Возрастает при содержании цемента до 11 % Убывает в 0,65 -0,90 при сод. Цемента с 14% до 20%
Таблица 2 - Сравнение прочности кернов с требованиями ГОСТ
Показатель прочности Ед. изм. Прочность кернов Требования ГОСТ 23558-94 Требования ГОСТ 30491-97,** Требования СНиП 2.05.02-85
1 2 3 4 5 6
Предел прочности на сжатие сухих образцов МПа 13.7-13.83 1.0-10 При 20°С-1.5 4-7.5
Предел прочности на сжатие водонасыщенных образцов МПа 13.76-16.52 1.0-10.0 1.0 1.0 6.0
Сопротивление растяжению при изгибе МПа 3.66-3.91 0.2-2.0 0.4 0.2-1.0
1 2 3 4 5 6
Сопротивление сухих образцов при раскалывании МПа 1.61-1.96 - - -
Модуль упругости МПа 1335-1721 - - -
Плотность г/смЗ 1.88-2.09 - - -
Водонасыщение % 8.5-10.3 - 12 -
Коэффициент МРЗ - 0.8 0.75 0.7 0.6
Вывод
На основании анализа экспериментальных исследований модификации пескоцементных смесей полимерными добавками можно сделать заключение, что подобные материалы характеризуются повышенными значениями морозостойкости и прочности. Модификация цементогрунта полимерными веществами позволяет достичь увеличенной деформатив-ности материала, при которой не будет происходить образования трещин от воздействия на дорожную одежду различных климатических и динамических нагрузок.
Производственный опыт в мировой практике и научный опыт, накопленный в нашей стране, позволит сформулировать обоснованные практические рекомендации по дальнейшему более широкому применению композиций на основе грунтов, в частности полимер-цементогрунтов, при строительстве автомобильных дорог различных технических категорий, в том числе в Сибирском регионе. Кроме того, данные исследования позволяют выяснить, какие свойства смесей обеспечивает данная добавка и какие следует предпринять действия для разработки полимера, который бы обеспечил более высокие качества полимерцементогрунта, для устройства оснований дорожных одежд.
Библиографический список
1.Нехорошев, А.В. Теоретические основы технологии тепловой обработки неорганических строительных материалов. М.:Стройиздат, 1978.232с.
2.Сооружения из армированного грун-та//Обзорная информация. - ВНИИИС, 1984.-Серия8.-Вып.7. - 112 с.
3.Штакельберг Д.И., Сычев М.М. Самоорганизация в дисперсных системах .- Рига: Знание,1990.-175с.
4.Рыбьев И.А., Нехорошев А.В. Исходные методические позиции при исследовании искус-
ственных строительных конгломера-
тов//Строительные материалы.-1980.-№2.-С.24-26.
5.Хабибулина Э.Н. О влиянии размеров агрегатов на свойства укрепленных грунтов. Тез. Докл./Повышение качества строительства автомобильных дорог в нечерноземной зоне РСФСР.-Владимир:1982.-С.159-161.
6. Черкасов И.И. Химическое укрепление грунтов при строительстве автомобильных дорог. В кн.: Материалы к 5-му совещ. По закреплению грунтов. Новосибирск, 1966, с.359-365.
Improving deformative properties of soil cement for the lay-out of the roadbase
Prokopets V., Golubeva E.
The boundary conditions of application the polymeric additive "Latex" for sand-cement mixes which were used for the prescription of poli-soil cement mixes structures, while constructing a road "Amur" and a federal line "Chita-Khabarovsk", are determined in the article.
Прокопец Валерий Сергеевич - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Строительные материалы и спецтехнологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное
направление научных исследований - комплексное укрепление грунтов для строительства оснований дорожных одежд. Имеет 156 опубликованных работ. E-mail: [email protected]
Голубева Елена Анатольевна - преподаватель кафедры «Экономика и управление дорожным хозяйством» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное
направление научных исследований - модификация цементогрунта полимерными добавками. Имеет 17 опубликованных работ. E-mail: Golybeva_EA@mail. ru
Статья поступила 23.10.08 г.
