CC BY
7УДК 666.972
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ ТЭЦ НА СВОЙСТВА ВЫСОКОПОДВИЖНЫХ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Е.Ю. Хижинкова, Н.В. Музалевская, С.П. Овчинников, В.Н. Шмыков,
И.С. Мосеевский
Установлено влияние содержания золы и её активности на деформативные свойства, прочность и водоотделение высокоподвижных бетонных смесей. В результате предложены оптимальные составы бетонов с применением высококальциевой золой ТЭЦ.
Ключевые слова: высокоподвижная бетонная смесь, собственные деформации, тепловыделение, высококальциевая зола ТЭЦ.
ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции строительной индустрии требуют использования высокоподвижных и литых бетонных смесей как при монолитном и сборно-монолитном способах возведения зданий и сооружений, так и в заводских условия производства ЖБИ. Однако применение таких смесей сопровождается рядом проблем: значительным водоотделе-нием в процессе формования изделий, увеличенным расходом цементного вяжущего, применением дорогостоящих добавок, и как следствие, существенным повышением себестоимости. Одним из способов устранения указанных недостатков может являться введение в состав бетона высококальциевых зол (ВКЗ) от сжигания бурых углей.
Однако внедрение высококальциевой золы ТЭЦ в реальное производство железобетонных изделий и конструкций осложнено ее особенностями: постоянно изменяющимся составом и свойствами золы, а также значительным объемным расширением, приводящем к собственными деформациями золосо-держащих материалов. Известно [1], что при введении в состав бетона высококальциевой золы деформации возникают за счет гидратации «пережженных» СаО и МдО, а также вследствие дополнительного образования эт-трингита и эттринитоподобных фаз.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Целью работы являлись сравнительные исследования водоотделения, собственных деформаций и прочностных характеристик высокоподвижных бетонных смесей с добавлением ВКЗ, а также влияние армирования бетона на величину деформаций.
В качестве сырьевых материалов использовались портландцемент М400 Д20 Го-лухинского и Искитимского цементных заводов, песок поймы реки Обь (модуль крупности
1,2), щебень Верх-Катунского гравийно-песчаного карьера (йтт = 5 мм, Dmax =15 мм), добавка КДБ-Б, представляющая собой комплекс из пластификатора на основе лиг-носульфонатов и ускорителей твердения на бесхлоридной основе, а также 15 проб высококальциевой золы от сжигания бурых углей на ТЭЦ-3 г. Барнаула с содержанием СаОсв сумм от 0,99 до 7,49% (таблица 1).
В вяжущем цемент заменялся высококальциевой золой в количестве 30, 40 и 50%. Дополнительно доля вяжущего в составе бетона увеличивалась в 1,15; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 взамен доли щебня. Для оценки водоотделения из этих составов изготавливалась высокоподвижная бетонная смесь с осадкой конуса 20-22 см и укладывалась в форму высотой 1 метр диаметром 110 мм. После чего форма закрывалась, для того что бы избежать испарения воды с поверхности бетона. По истечении 1,5 часа с поверхности бетона собиралась отделившаяся вода.
Испытания деформативных свойств проводились на стандартных образцах-балочках размером 40x40x160 мм, прочностных - на кубах размером 100x100x100 мм. Для исследования влияния степени армирования на деформации часть образцов формовалась в кондукторах размером 50x50x200 мм. Все образцы твердели при тепловлаж-ностной обработке (ТВО) по режиму 3-6-3 часа, при температуре 60°С и далее в нормальных условиях.
Прочность образцов-кубов определялась на 1 сутки после ТВО и на 28 сутки. Собственные деформации измерялись на индикаторе часового типа ИЧ-10 до ТВО и на 1, 3, 5, 7, 10, 14, 17, 21, 25 и 28 сутки после теп-ловлажностной обработки, а также после автоклавной обработки при 10 и 20 атмосферах.
Таблица 1 - Характеристика 15 проб высококальциевой золы
№ пробы ТНГ,% Сроки схватывания Тонкость помола д^,°с ППП, % СаОсв,%
откр закр сумм
Начало, мин Конец, мин Остаток 008, % см /гр
1 27,5 2 10 11,98 2922,9 4 8,9 2,99 0,82 3,81
2 25 3,5 10,46 9,2 3050,2 3 7 2,2 0,09 2,29
3 26 10,1 40,35 28,4 1984,6 2 6,46 1,35 0,41 1,76
4 25,75 10,28 42,43 14 2233,5 2,2 6,45 1,09 0,35 1,44
5 25,5 11 42,58 8,52 2464 2,2 6,1 2,79 0,55 3,34
6 27 8,30 19 3,9 2126 3,3 6,32 3,72 0,15 3,87
7 22,5 1,5 9 5,325 3318,3 7 7,2 6,6 0,89 7,49
8 21,5 7,45 13,31 6 1783,9 2,8 6,22 3,56 0,22 3,78
9 21 7,38 11,28 4,3 1705,6 1,7 8,99 0,97 0,02 0,99
10 20,75 8,14 13,58 5,2 2252,6 2,1 9,61 1,83 1,40 3,23
11 21 6,53 11,5 9 2468,1 3,6 3,9 4,32 0,56 4,88
12 20 13 20 4 1997,2 2,5 4,1 2,59 0,91 3,5
13 24,25 11,49 15,56 4,7 2644,6 2,8 5,3 2,62 1,25 3,87
14 25,1 9 17,3 9,3 2540,6 5,5 3,2 4,1 0,41 4,51
15 24,53 9 18,5 3,9 2221,5 4,1 3,07 4,46 1 5,46
* Примечание: М, °С - температурный эффект це величин тепловыделения зольного теста.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В результате проведенного эксперимента установлено, что повышенное содержание вяжущего в бетонной смеси за счет высококальциевой золы экспоненциально снижает значение водоотделения смеси (рисунок 1). Влияние свойств разных проб ВКЗ значительно проявляется при увеличении расхода вяжущего до 15%. При 20% избытка вяжущего вне зависимости от пробы золы водоотде-ление снижается в 2-2,5 раза, а при увеличении доли вяжущего на 30% - в 3 и более раз.
Рядовые портландцементы ПЦ М400 Д20, используемые для производства ЖБИ на большинстве предприятий, содержат до 20% активной минеральной добавки, в качестве которой на цементных заводах наиболее часто применяют доменные гранулированные шлаки. Однако другие пуццолановые добавки в составе цемента, например, опока, также могут снизить величину водоотделения. Поэтому для сравнения в эксперименте использовались цементы Голухинского цементного завода, в котором присутствует комплексная минеральная добавка ДГШ + опока и Иски-тимский цемент, содержащий только ДГШ. Результаты показали, что величина водоот-деления высокоподвижной бетонной смеси с использованием Голухинского цемента в 1,52 раза ниже, чем у бетонов на Искитимском цементе, что подтверждает положительное влияние добавки опоки на уменьшение водо-
ранней гидратации золы. определяемый по разни-
отделения. На рисунке 2 представлены изменения собственных деформаций бетонов после ТВО из высокоподвижных смесей, содержащих золы с наибольшим и наименьшим содержанием свободного СаО. Как видно из данного рисунка, деформации бетонных об-разцов-балочек тем больше, чем больше содержание открытого свободного оксида кальция в золе, входящей в состав бетона, при этом контрольные образцы-балочки дали незначительную усадку -0,031%, а наибольшее удлинение показали образцы-балочки с содержанием золы 36% от исходной массы ПЦ. Кроме того, прослеживается следующая закономерность (рисунок 3). Дозировка золы с низким содержанием открытого свободного оксида кальция мало влияет на удлинение бетонных образцов-балочек, а при введении в состав бетона золы с содержанием СаОоткр более 5% влияние дозировки ВКЗ более очевидно. При этом при любом содержании золы в бетоне собственные деформации значительно увеличиваются при повышении
СаОоткр.
В реальном производстве бетонные изделия содержат арматуру, которая может воспринимать напряжения от собственных деформаций золоцементного камня. Для оценки влияния армирования на удлинение были заформованы образцы-балочки в формах-кондукторах, которые позволяют определить величину самонапряжения арматуры в
ХИЖИНКОВА Е.Ю., МУЗАЛЕВСКАЯ Н.В., ОВЧИННИКОВ С.П., ШМЫКОВ В.Н.
МОСЕЕВСКИЙ И.С.
Рисунок 1 - Влияние цементно-зольного вяжущего с использованием Голухинского цемента на водоотделение высокоподвижной бетонной смеси
Рисунок 2 - Собственные деформации бетонов из высокоподвижных смесей, содержащих золы с наибольшим и наименьшим содержанием свободного СаО
Рисунок 3 - Зависимость удлинения образцов-балочек после ТВО от дозировки высококальциевой золы (ВКЗ) и содержания в ней свободного СаОоткр
Рисунок 4 - Изменение во времени собственных деформаций образцов-балочект и образцов твердеющих в формах-кондукторах
Р:-а.О2*ВКЗ*2+13.69*С0ОотфА2+О 65*ВКЗ*СаОоткр-344'ВКЗ-127;05*СаОсткр+308 52
Н=0 &
Рисунок 5 - Влияние добавки опоки голухинского Рисунок 6 - Зависимость прочности
цемента на внутренние деформации образцов кубов после ТВО от дозировки
образцов-балочек и образцов, высококальциевой золы и содержания
заформованных в кондукторах в ней свободного СаОоткр
процессе твердения бетона с высококальциевой золой Результаты исследования (рисунок 4) показывают, что удлинение образцов, твердевших в условиях, моделирующих наличие арматуры, в 3-4 раза меньше удлинения образцов, твердевших в свободном со-
стоянии. При этом сохраняется установленная зависимость удлинения от содержания свободного СаОоткр в золе. Тем не менее, при любом содержании свободного оксида кальция, деформации армированного золосодер-жащего бетона не превышают 0,7%. При этом
величина самонапряжения к 28 суткам следующая: 70x30x1,15 зола 7-1,394 МПа; 60x40x1,3 зола 4-0,34 МПа.
В связи с тем, что введение пуццолано-вых добавок в золосодержащие материалы уменьшает их собственные деформации, на следующем этапе эксперимента анализировалось влияние голухинского цемента, в состав которого входит опока, на величину удлинения бетонных образцов.
Результаты исследования показывают, что собственные деформации бетона с применением голухинского цемента значительно ниже, чем у образцов, в состав которых входит цемент искитимского цементного завода (рисунок 5). Данная зависимость наблюдается как у образцов, твердеющих в свободном состоянии, так и в формах-кондукторах, моделирующих 1% армирования бетона. Помимо собственных деформаций при производстве золосодержащих бетонных изделий необходимо оценить прочностные характеристики. Результаты, представленные на рисунке 6, показывают зависимость прочности, в первую очередь, от содержания СаО свободного.
Максимальная прочность наблюдается у составов с большим количеством высокоактивной золы, что можно объяснить тем, что в данных составах увеличивался расход це-ментно-зольного вяжущего.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, очевидно, что при исследовании цементно-зольных высокоподвижных смесей необходим комплексный подход.
Наиболее эффективным способом, позволяющим уменьшить водоотделение, является использование в составе бетона це-ментно-зольного вяжущего с увеличением его доли на 30% взамен доли щебня. Этот же состав, содержащий 60% ПЦ и 40% ВКЗ, оказался наиболее оптимальным по показателям собственных деформаций и прочностных характеристик бетона.
При этом анализ различных проб золы показал, что при разработке технологии необходимо учитывать активность золы, оказывающей большое влияние на все свойства золосодержащих материалов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Овчаренко Г.И., Хижинкова Е.Ю., Музалев-ская Н. В., Балабаева Т. С. Безусадочные цемент-но-зольные композиции // Известия вузов. Строительство. - 2010, № 9. - С. 20-25.
Хижинкова Е.Ю. - к.т.н., доцент, Email: alenka_hig@mail.ru; Музалевская Н.В. -к.т.н., доцент; Овчинников С.П. - инженер; Шмыков В.Н. - студент; Мосеевский И.С. -
студент, Алтайский государственный технический университет.
УДК 625.731.813
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВВЕДЕНИЯ СЕЗОННОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ОСЕВЫХ НАГРУЗОК НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Б.М. Черепанов, О.Л. Моисеева, Э.Е. Таныгина
В работе представлен расчет предполагаемого экономического эффекта при введении ограничения состава и интенсивности движения большегрузного транспорта в неблагоприятные периоды года с целью предотвращения преждевременного снижения прочности дорожной одежды и сохранения дорожного покрытия в рабочем состоянии на примере одной из исследуемых дорог.
Ключевые слова: автомобильные дороги, износ дорожных одежд, исследования грунтов, ограничение транспортной нагрузки.
Дороги, подверженные действию сил морозного пучения, быстро изнашиваются и возникает необходимость в ежегодном ремонте. Можно отметить потери в смежных сферах народного хозяйства, вызванные
снижением скорости и безопасности перевозок. Потери несут промышленность, сельское хозяйство, социальная сфера.
В Алтайском крае, чтобы удержать в надлежащем нормативном состоянии суще-
