Формирование структуры, состава и свойств высокопрочных мелкозернистых бетонов для сборных покрытий автомобильных дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, СОСТАВА И СВОЙСТВ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ ДЛЯ СБОРНЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

КРАСНОВ Анатолий Митрофанович

Иваново 2010



Работа выполнена в ГОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» и ГОУВПО «Марийский государственный технический университет»

Научный консультант

Советник РААСН, доктор технических наук, профессор Акулова Марина Владимировна

ГОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ядыкина Валентина Васильевна

ГОУВПО «Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова»

доктор технических наук, профессор Чухланов Владимир Юрьевич

ГОУВПО «Владимирский государственный университет»

доктор химических наук, профессор Шорин Владимир Александрович

ГОУВПО «Вологодский государственный технический университет»

Ведущая организация: ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

Защита состоится 15 октября 2010 г. В 10.00 часов на заседании объединенного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.060.01 при Ивановском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 153037, Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, ауд.Г-204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного архитектурно-строительного университета (г.Иваново, ул. 8 Марта, д. 20)

Автореферат разослан « » сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент Н.В. Заянчуковская

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Многие регионы России не обеспечены высокопрочными горными породами, щебень из которых служил бы заполнителем для тяжелых цементных бетонов. Республика Марий Эл в частности, располагает только малопрочным известняковым камнем и мелкозернистым кварцевым песком, при использовании которых получают низкопрочный цементный бетон. Транспортирование высокопрочного щебня с Урала, Северного Кавказа или Карелии приводит к значительным транспортным расходам, влияющим на стоимость изделий из тяжелого цементного бетона на крупном заполнителе. Поэтому проблема получения пригодных для строительства дорожных покрытий из материалов на основе мелкозернистого кварцевого песка приобретает важное значение и не теряет своей актуальности в настоящее время.

Разработка технологии долговечного композиционного строительного материала - высоконаполненного высокопрочного мелкозернистого бетона для изготовления строительных изделий, дорожных плит покрытий как дорог общего пользования, так и лесовозных дорог с колейным покрытием - является одним из важных направлений исследований в области дорожного строительства и промышленно-гражданских сооружений.

Обеспечение длительного эксплуатационного режима жестких покрытий из железобетонных плит автодорог связано с исследованием зависимостей основных характеристик их напряженного деформированного состояния от действия расчетных колесных нагрузок движущегося автопоезда, что является актуальным и своевременным при использовании нового материала из высокопрочного мелкозернистого бетона.

Одним из эффективных технологических приемов в формировании высокопрочной структуры составов мелкозернистых бетонов является режим вибровоздействия при уплотнении жесткой цементно-песчаной смеси, что трудно осуществлять без химических добавок. Поэтому разработка комбинированных режимов вибрации, в которых одновременно осуществляются различные по величине амплитуд и частот колебательные процессы для достижения плотной упаковки мелкозернистого заполнителя и цементного геля с наполнителем в структуре мелкозернистого бетона является актуальным. Эксплуатация такого бетона из-за его высокой морозостойкости и долговечности возможна в сложных климатических условиях Севера и Севера-Запада России в соответствии со слоем износа и сохранением геометрии и структурной прочности земляного полотна автомобильной дороги.

Наполнение цементной матрицы микрочастицами из кварцевого песка и дисперсными частицами отходов химической, металлургической и строительной индустрии является наиболее эффективным методом модифицирования составов бетона, способствующим снижению расхода цементного вяжущего при управлении процессом формирования общей структуры мелкозернистого бетона. Одновременно решаются проблемы экологической безопасности.

Целью работы является разработка научных основ формирования структуры, состава и свойств высокопрочных мелкозернистых бетонов высокого наполнения с изучением их физических, физико-механических и физико-технических свойств для получения долговечных покрытий автомобильных дорог.

Задачи: мелкозернистый бетон долговечный покрытие

- определение закономерностей влияния тонкодисперсного наполнителя на формирование структуры мелкозернистых бетонов на цементных и органических вяжущих рациональных составов;

- изучение физических, физико-механических и технических характеристик высоконаполненного мелкозернистого бетона повышенной прочности и долговечности;

- исследование возможности использования полистирольного наполнителя в бетонных конструкциях дорожного покрытия автомобильных дорог с определением основных физических и физико-механических характеристик бетона рационального состава;

- разработка режима виброуплотнения цементно-песчаной смеси для достижения высокой структурной прочности высоконаполненного мелкозернистого бетона;

- разработка состава мелкозернистого песчаного асфальтобетона с повышенным содержанием тонкодисперсного наполнителя и исследование его основных физико-механических характеристик;

- определение усилий в сборных напряженно-деформированных дорожных плитах из высоконаполненного мелкозернистого бетона от подвижных расчетных нагрузок;

- определение экономической эффективности использования высокопрочного мелкозернистого бетона в производстве сборных железобетонных плит покрытия автомобильных дорог.

Методы исследования. Для разработки технологии мелкозернистого бетона использовались нормативные документы, методы математической статистики, математического планирования экспериментов. Для изучения макро и микро структуры бетона применялись методы оптической микроскопии, дифференциально-термический и рентгенофазовый анализы. Использован прикладной программный пакет “OL PLATE” “Расчет железобетонных фундаментных плит на грунтовом основании”.

Научная новизна работы.

Определены принципы формирования высокопрочной структуры мелкозернистого бетона с использованием кварцевых микрочастиц в качестве наполнителей матрицы в органических и минеральных вяжущих в период управления структурообразованием мелкозернистых бетонов для сборных покрытий автомобильных дорог между физико-химическими и технологическими процессами.

Определены закономерности влияния тонкодисперсного наполнителя на формирование структуры мелкозернистых бетонов на цементных и органических вяжущих.

Исследовано влияние фракционного состава наполнителя на свойства высокопрочного мелкозернистого бетона. Найдено, что наилучшие прочностные характеристики показывает бетон с использованием наполнителя удельной поверхности 450… 500 м 2/кг. Получено максимальное объемное наполнение цементной матрицы дисперсными кварцевыми частицами для уплотненного четырехфракционного кварцевого песка в пределах размеров зерен от 0,63 до 0,14 мм, которое подтверждено математическим расчетом объема пустот. С помощью физико-химических методов анализа определены фазовые составы цементного камня в зоне контакта «цементный камень - заполнитель».

Для активации твердения цементного теста и повышения прочностных свойств бетона предложено вводить в бетонную смесь химические добавки из местных отходов Йошкар-Олинского витаминного и Волжского гидролизного заводов. Введение данных химических добавок в высоконаполненный мелкозернистый бетон повышает его прочностные показатели до 67%..

Для снижения плотности до 1100 кг/м3 и повышения прочности наполненного мелкозернистого легкого бетона предложено ведение в состав наполненного мелкозернистого легкого бетона вторичного сублимативного полистирола.

Дано технико-экономическое обоснование рациональных параметров железобетонных плит колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог из высоконаполненного мелкозернистого бетона при установленных осевых нагрузках и коэффициентах динамичности и перегрузки колес подвижного состава лесовозного автопоезда.

С помощью системы автоматизированного режима по программе «OL PLATE» определены основные параметры напряженно-деформированного состояния железобетонных плит различных конструкций колейного покрытия (отпор грунта, моменты, осадки и размещение арматурных стержней в сечении плиты) при одновременном воздействии как одиночных, так и всех колес многоосевого автотранспортного средства.

Основные научные положения, выносимые на защиту

Принципы формирования высокопрочной структуры, состава и свойств мелкозернистого бетона с использованием кварцевых микрочастиц в качестве наполнителей матрицы в цементных и органических вяжущих рациональных составов в период управления структурообразованием мелкозернистых бетонов для сборных покрытий автомобильных дорог между физико-химическими и технологическими процессами.

Составы мелкозернистого бетона с использованием полистирольного наполнителя в бетонных конструкциях дорожного покрытия автомобильных дорог с определением основных физических и физико-механических характеристик бетона рационального состава.

Режимы виброуплотнения цементно-песчаной смеси для достижения высокой структурной прочности высоконаполненного мелкозернистого бетона. Экспериментальная модель вибрационной установки по разночастотному виброуплотнению цементно-песчаной смеси для организаций в бетоне высокой структурной плотности и прочности.

Составы мелкозернистого песчаного асфальтобетона с повышенным содержанием тонкодисперсного наполнителя и исследование его основных физико-механических характеристик;

Модель усилий в сборных напряженно-деформированных дорожных плитах из высоконаполненного мелкозернистого бетона от подвижных расчетных нагрузок с использованием программы “OL PLATE”.

Обоснование экономической целесообразности использования железобетонных плит из высокопрочного мелкозернистого бетона.

Достоверность выполненных исследований. Научные положения, выводы, рекомендации обоснованы теоретическими решениями и строгостью соблюдения методов расчетов и испытаний объектов исследований в соответствии с нормативными документами. Достоверность полученных результатов по определению деформаций и расчетных усилий в элементах плит согласуется с теоретическими принципами линейной зависимости напряжений и деформаций грунтовых оснований.

Практическая значимость.

Предложены составы новых высокопрочных мелкозернистых бетонов из низкосортного сырья с высоким наполнением цементной матрицы дисперсными кварцевыми микрочастицами.

Разработаны составы мелкозернистого бетона с использованием полистирольного наполнителя в бетонных конструкциях дорожного покрытия автомобильных дорог.

Предложены составы высокопрочного бетона с использованием химических добавок - отходов Йошкар-Олинского витаминного и Волжского гидролизного заводов.

Разработаны составы мелкозернистого песчаного асфальтобетона с повышенным содержанием тонкодисперсного наполнителя и исследованы их основные физико-механические характеристики.

Предложены режимы виброуплотнения цементно-песчаной смеси для достижения высокой структурной прочности высоконаполненного мелкозернистого бетона. Разработана модель вибрационной установки по разночастотному виброуплотнению цементно-песчаной смеси для организаций в бетоне высокой структурной плотности и прочности.

Предложено определение наиболее напряженно-деформированного состояния плиты колейного покрытия с использованием программы “OL PLATE”. При определении учитываются - толщина плиты, ее армирование, тип соединения со смежной плитой, изгибающий момент от нагрузки, действующей на базе транспортного средства, реактивное давление грунта основания под плитами. Даны рекомендации по рациональным размерам плит в зависимости от назначения дорожного полотна, условий его эксплуатации и особенностей грунта.

На составы высоконаполненных мелкозернистых бетонов, вибрационную установку получены авторские свидетельства и патенты на изобретение РФ.

Апробация работы. Результаты работ были внедрены в г. Йошкар-Олы (Республика Марий Эл) на ОАО "Стройматериалы", АО "Стройконструкция", ОАО КПД (Комбинат крупнопанельного домостроения), на заводе ОАО "Железобетон". В ГУП "Марийскавтодор" проведено строительство опытного участка площадью 155,4 м2 из асфальтобетона с добавкой отходов производства полистирола, на Йошкар-Олинском КПД выполнены плиты покрытий, уложенные на автомобильной дороге д. Одебеляк - с. Куженер - Параньга.

Методика расчета по «Определению деформации оснований железобетонных плит дорог общего пользования и колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог» внедрена в «Федеральном управлении автомобильных дорог Волго-Вятского региона Министерства транспорта РФ», «Департаменте дорожного хозяйства Республики Марий Эл», ЗАО «Проектном институте Агропроект».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 65 научных работ, в том числе 10 статьей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 11 авторских свидетельств, 6 патентов, 1 учебное пособие, 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка литературы из 333 наименований и приложений. Основной текст изложен на 305 страницах и включает 87 рисунков, 68 таблиц.

В выполнении диссертационной работы автор выражает особую благодарность за ценные советы и предложения академику РААСН, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату премии Правительства РФ в области науки и техники, доктору технических наук, профессору Федосову Сергею Викторовичу.



Содержание работы

Во введении сформулированы цели и задачи исследований, обоснована ее актуальность, отмечены научная новизна и практическая значимость выполненной работы, сформулирована проблема исследования.

В первой главе рассмотрены технологические схемы и методы получения обычных и мелкозернистых цементных бетонов с их критической оценкой. Для особо жестких бетонных смесей используются вибрационное уплотнение в сочетании с пригрузом и химическими добавками. Одновременно с виброуплотнением бетонной смеси с использованием одного вибровозбудителя велись исследования по применению совмещенных виброорганов: низкочастотной и высокочастотной амплитудой колебаний (В.Н.Шмигальский, Н.В.Михайлов).

Проанализированы составы мелкозернистых бетонов класса прочности В37…60 при расходе портландцемента 350…550 кг/м3 (Н.В.Михайлов, Н.Б.Урьев), в составах которых были использованы до 60 % от массы расхода вяжущего микронаполнителя из свежемолотого кварцевого песка удельной поверхности S=300 м2/кг и домолотый портландцемент S=500 м2/кг. Для уплотнения смеси был взят подрессоренный пригруз. Показано, что формируется единое поле кристаллогидратных фаз с получением с меньшей степенью анизотропии свойств строительного материала (В.И. Соломатов, Л.А. Шейнич).

Анализ показал, что наполнители низкой активности, но высокой дисперсности > S=400м2/кг повышают гидратационную активность цемента, ориентируют избирательный состав новообразований в дефектных структурах кварцевого зерна с момента появления жидкой фазы (В.В. Товаров, А.В. Волженский, Л.Н. Попов, А.Е. Шейкин, Ю.М. Баженов, П.Г. Комохов).

Использование различных модификаторов (МБ - 50С - микрокремнезем + зола уноса+ суперпластификатор С-3 - 43:43:14) в мелкозернистых бетонах способствует получению бетона класса В 80 по литой технологии формования бетона. Однако повышенный расход цемента (497…700 кг/м3) приводит к повышенным деформативным свойствам бетона (С.С.Каприелов), а значительный расход суперпластификатора С-3 может вызвать отрицательный эффект в поздние сроки твердения (В.И. Калашников). Однако рост прочности ЦК, сформировавшегося в период коагуляционно-кристаллической структуры, сопровождается “сбросами” прочности: кристаллизационным давлением, распадом и перекристаллизацией метастабильных твердых фаз, осмотическим давлением.

Представлены результаты исследований таких характеристик мелкозернистых бетонов, как изменение прочности бетона от попеременного водонасыщения и высыхания, степени истираемости ( А.М. Шейнин), морозостойкости (А.Е. Шейкин, Ю.М. Баженов, Г.И. Горчаков, Н.М. Красный, С.В. Евланов, М.Р. Стас, В.П. Сизов и др.), деформации при кратковременном и длительном действии внешней нагрузки - модуля упругости и ползучести (К.И.Львович, К.В.Михайлов, З.Н.Цилосани, Н.В.Свиридов, А.М.Шейнин, Г.Н.Писанко, О.П.Квирикадзе, И.И.Улицкий, А.Ф. Милованов, С.В. Александровский и др.), усадочных деформаций (А.Е.Шейкин, З.Н.Цилосани, Е.П.Фрейсине), стойкости от воздействия высоких температур t=100…400 С (В.В. Жуков).

Рассмотрены гипотезы о физической природе деформаций и разрушений. Все они прямо или косвенно объяснялись появлением высоких напряжений и разрывами более слабых химических связей в коагуляционных контактах цементного геля гидросиликатов кальция в структуре ЦК (Е.П.Фрейсине, А.Е. Шейкин, О.Я.Берг, А.В. Саталкин, Г. Рюш, Gliklich, С.Н. Журков и др.).

Так же рассмотрены вопросы условия применения покрытий из железобетонных плит на лесовозных автомобильных дорогах и их работоспособность по сравнению с дорогами с гравийным и грунтовым покрытием, а также технология получения и прочностные свойства цементных мелкозернистых бетонов на основе кварцевых песков. Анализ показал, что большие размеры плит приводят к повышенному расходу бетона и арматуры из-за увеличения изгибающих моментов (В.Н. Смирнов, В.В. Савельев, В.К. Курьянов).

Вопросами методов расчета и проектирования железобетонных плит из тяжелых и мелкозернистых бетонов занимались многие ученые: М.И. Горбунов-Посадов, И.А. Симвулиди, Н.П. Пузаревский, А.Н. Крылов, Д.Г. Дутов, Б.Г. Коренев, Б.Н. Жемочкин, О.Я. Шехтер, В.В. Савельев, А.Д. Грязин, Н.Н. Пушкаренко.

Показано, что для расчета железобетонных плит колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог наиболее широко применяются методы расчета конструкций на упругом полупространстве Б.Н. Жемочкина, М.И. Горбунов-Посадов и И.А. Симвулиди, а также методика расчета по инструкции ВСН 197-91, которая предлагает определять изгибающие моменты при приложении колесной нагрузки в центре, на краю, в углу, и на торце плиты в продольном и поперечном направлениях.

Для определения максимальных усилий в плитах преимущественно применяют две расчетные схемы (С.В.Коновалов):

1) бесконечная сплошная по сечению плита с внешней нагрузкой в центре, которая вызывает действие положительного изгибающего момента;

2) полубесконечная плита с внешней нагрузкой вблизи торца, которая вызывает действие отрицательного момента.

Теоретически и экспериментально было установлено (В.И. Чернякевич, А.Д. Грязин, В.В. Савельев, Н.Н. Пушкаренко), что длина плиты является одним из основных параметров колейного покрытия лесовозной дороги. При формовании дорожной плиты и получении качественной объемной структуры из подобранного для нее состава бетона необходимо четко соблюдать технологический режим виброуплотнения бетонной смеси. Особенно это регламентируется к жестким бетонным смесям с малыми водоцементными отношениями и расходами цементного вяжущего.

Во второй главе на основе разработанной П.А. Ребиндером физико-химической механики представлены теоретические принципы формирования высокопрочной структуры мелкозернистого бетона с использованием кварцевых микрочастиц в качестве наполнителей цементной матрицы в органических и минеральных вяжущих в период управления структурообразованием строительного композиционного материала между физико-химическими и технологическими процессами.

Основными положениями в физико-химической механике являются принципы когерентности (соответствия), оптимальной дисперсности (для снижения дефективности кварцевого зерна размер его микрочастиц должен превалировать в пределах 1 мкм), гомогенности и предельной уплотняемости.

Эффективное использование дисперсных частиц состоит в их активации, что позволяет достичь значительной (хемосорбционной) прочности в контактных зонах взаимодействий в рассматриваемых строительных материалах на цементном, битумном и полимерном вяжущих. В них кроме адгезионной связи возникают направленные электронно-ионные взаимодействия, усиливающие первоначальные (физические) адгезионные связи за счет молекулярно-электрической природы.

Гипотеза формирования структуры материала с использованием дисперсных частиц на основе физико-химического процесса заключается в оптимизации условий для проявления активных состояний минеральных компонентов и вяжущих в момент их технологического взаимодействия в адгезионном контакте на границе раздела двух фаз: тонкой пленки вяжущего геля и поверхности кислого по природе кварцевого зерна как удельных разнополярных электрических взаимодействий. Эта гипотеза в технологии мелкозернистых бетонов на различных вяжущих (портландцемент, битум, полимер) основана на трех положениях: 1 - электронно-ионная технология обработки исходных материалов; 2 - вибрационная технология перемешивания, уплотнения бетонной смеси при формировании изделий; 3 - методы исследования структурно-реологических свойств материалов ( определение физических параметров дисперсно-структурных материалов от внешнего механического и климатического воздействий).

Создание энергетического объема на поверхности кварцевых зерен мелкозернистого песка зависит от атомно-молекулярных особенностей структуры кремнезема. Это достигается разрушением поверхностного слоя кварцевых зерен с образованием ювенильной поверхности, на которой впоследствии образуются группы SiOH?, являющиеся активными центрами для щелочных вяжущих. Для активных отрицательных центров (битум, полимер) взаимодействие с SiO2 должно осуществляться через введение в композитную смесь добавок, создающих щелочную среду или поверхностно-активных веществ.

Примеси оксидов щелочных и щелочно-земельных материалов на поверхности кварцевых зерен могут заменить часть ионов водорода ОН-групп ионами Na+, K+, Ca2+ и создавать водощелочную среду и тем самым способствовать улучшению контактной связи с органическими вяжущими.

В создании структурной плотности и прочности мелкозернистого цементного бетона рассматриваются два технологических этапа. К первому этапу относят самопроизвольное объединение дисперсной системы в структурные блоки за счет снижения избыточной энергии системы (цементное зерно-наполнитель-вода). Ко второму - внешнее механическое воздействие на систему для создания плотной структуры дисперсной системы, которая может быть создана за счет изменения числа молекул в структурном блоке за счет изменения расстояния между ними, а, следовательно, и между твердыми частицами наполнителя. При продолжительном механическом давлении первоначальные структурные блоки могут быть нарушены и доведены до упорядоченной структурной блок-сетки.

Схема более плотной упаковки матричной системы и зерен наполнителя приведена на рис. 1.

Механическое давление на систему приводит к сближению структурных частиц с разрушением их первоначальной структуры (рис.1 а), перемещению частиц в них до состояния, в котором сферы сближаются до величины 2h0 (рис.1 б). Если величина диаметра частицы наполнителя из кварцевого песка в матричной фазе будет иметь размер 5-10 мкм, то толщина сферы ее может составить не менее 1,4 мкм (А.П. Бобрышев, В.И. Соломатов). Дополнительное использование стандартной вибрации с частотой колебания f = 50...60 Гц сближает сферы граничных слоев матрицы дисперсных частиц вплоть до их перекрытия. При протекании (сдвиге) структурных блоков более крупные зерна заполнителя композиционного материала также сближаются на расстояние, которое зависит от числа находящихся кварцевых частичек наполнителя в единичной матричной фазе на момент прекращения вибровоздействия. Можно предположить, что при минимальном расстоянии (2-3) d между частицами с величиной d = 10 мкм и при одночастотном вибрировании с f = 50 Гц перемещению подвергаются более крупные кварцевые частицы диаметром 0,4-1,5 мм.

Для перемещения более мелких частиц твердой фазы в матричной фазе необходимо увеличить частоту колебаний до f = 120 Гц и более (А.Е. Десов), что позволит снизить толщину сферы из цементной пленки микрочастицы при обдире во время колебания, уменьшить расстояние между частицами на величину одного диаметра кварцевого наполнителя с цементной пленкой вокруг нее. Для этого необходимо подвести к дисперсной системе с основным колебанием f=50 Гц, колебание с более увеличенной частотой вибрации f, то есть осуществить совместное воздействие двух простых гармоничных колебаний типа разночастотного вибрационного уплотнения.



Рис. 1. Модели взаимодействия двух частиц наполнителя через граничные слои матрицы: а) в рыхлосвязанном состоянии; б) в прессованном; в) вибропрессованном; г) поливибропрессованном (hо - проницаемые оболочки из цементной пленки; - расстояние дальнедействия микрочастиц; d - диаметр микрочастиц; D - общий диаметр частицы со сферой из цементной пленки; hад - толщина адсорбционного слоя двухслойной сферы)

Такое виброуплотнение связано с отжатием диффузной влаги сольватированной оболочки частиц твердой фазы, перемещением ионов жидкой фазы в сужающиеся капиллярные каналы и микропоры за счет оседания на их внутренней поверхности новообразований из кристаллогидратов, и сближением еще непрогидратированных частиц цементного вяжущего и твердых частиц кварцевого наполнителя (рис. 1. в,г). Вязкость в капиллярах возрастает под действием силовых полей твердой фазы. Возрастают и межчастичные взаимодействия, размеры частиц которых определены величиной по диаметру d = 10 мкм и менее 100 мкм.

При высокой интенсивности вибраций частицы грубодисперсной фазы могут сблизиться настолько, что между ними могут образовываться точечные контакты, сила сцепления которых выше, чем через жидкую коагуляционную среду.

Момент времени, соответствующий появлению ионного раствора на поверхности формуемого мелкозернистого бетона, следует считать оптимальным временем, за которое проявляются все силы внутреннего сцепления - адсорбционные, капиллярные и силы трения. Дальнейшее вибропрессующее воздействие может привести к потере одного из факторов сцепления консистенции цементного геля, то есть предельного напряжения сдвига. Это приводит к появлению дислокационных дефектов - потере сплошности как в цементном геле, так и в каркасной структуре мелкозернистого бетона. Для избежания появления дефектных структур в мелкозернистом бетоне необходимо соответствие между внешним вибродавлением и содержанием воды в цементном геле. То есть решить проблему соедиментационной устойчивости высококонцентрированных дисперсных систем в гетерогенных процессах.

Высокая концентрация дисперсной системы должна исключать ее течение в межзерновом пространстве, в связи с повышением плотности грубодисперсной фазы и повышением вязкости дисперсной системы за счет ее уплотнения и изометрии дисперсных частиц.

Роль дисперсных частиц в бетонах на органических битумных и полимерных вяжущих в бетонах на цементном вяжущем идентична - повышение плотности и прочности материала за счет хорошего прилипания к каменным заполнителям. Кварцевое зерно, считающееся кислым материалом, плохо удерживает битумную пленку, в составе которого содержатся отрицательные полярные группы СООН, ОН, NH2, HCl.

Для получения сдвигоустойчивого битумобетона следует повысить тонкость дисперсных наполнителей для повышения плоскостей скольжения и их шероховатости. Этим самым возможно достигнуть повышенные значения модуля деформации, предела прочности, внутреннего трения и зацепления.

Рис. 2. Схема изображения адсорбционно-сольватного слоя битума на минеральном кварцевом порошке (зерне): 1 - адсорбционный слой; 2 - диффузный слой; 3 - радиальные трещины для фильтрации компонентов битума; 4 - дефектные активные точки; 5 - цементная пленка (H2SiO3>SiO2+H2O>H2O+CaO>вяжущее)

Для активации минерального порошка используют поверхностно активные полярные соединения (известь, хлорное, цементное, (рис. 2) полимерные добавки - поливинилхлорид, полистирол или комплексные добавки (полимер + активный дисперсный наполнитель), чтобы снизить сцепление между молекулами битумной жидкости при условии растворения полимера в вяжущем до молекулярного и надмолекулярного уровней. Макромолекулы полимера в среде органического вяжущего склонны к ассоциации и формированию термофлуктуационной пространственной сетки с прочными связями в узлах сетки и их числом. Размер частиц наполнителя должен находиться в пределах 0,1…10 мкм.

Рис. 3. Модель минерального порошка, активируемая тонкодисперсным полистирольным порошком в составе битумного вяжущего: 1 - адгезионный (структурированный) слой битумного вяжущего; 2 - диффузный слой битумного вяжущего; 3 - трещины в кварцевом зерне; 4 - объемная структурная битумного вяжущего; 5 - фрагмент полимерной сетки; 6 - поверхностные дефектные активные точки

Решающее значение для изменения физико-механических свойств композицонных материалов имеют состояние и свойства пограничных слоев на поверхности раздела фаз. В результате образуется структурно-упрочненный слой, обеспечивающий высокую адгезионную прочность на поверхность раздела фаз при незначительной добавки активатора - 2 %, в качестве которого могут выступать активные дефектные точки на поверхности наполнителя (С.Х. Ярлушкина) и наполненное цементное вяжущее (рис. 2,3).

Использование активированного минерального порошка из кварцевого зерна размером 0,3…0,9 мкм, наполненного цементным частицами размерами 0,1…0,05 мкм (рис. 4), может обеспечить хорошую адгезию битума с образованием цементной пленкой на поверхности минерального порошка за счет появляющейся влаги при разложении кремниевой кислоты H2SiO3 и появлением воды, необходимой для гидратации пылевидных цементных частиц на поверхности наполнителя с образованием цементного камня.

Рис. 4. Фрагменты поверхности минерального порошка из кварцевого зерна после помола в шаровой мельнице в течение 1,5 часов:

а) в отсутствие тонкодисперсных цементных зерен, х 100000; б) минеральный порошок, наполненный цементными зернами, расположенными между тонкодисперсными кварцевыми зернами, х 25000

На рис. 4а, б представлены микроснимки поверхности тонкодисперсных кварцевых наполнителей, полученных при помоле в шаровой мельнице без добавки цементного вяжущего а) и с добавкой его б), более мелкие зерна которого расположились между кварцевыми частицами в виде наполнителей.

На рис. 4а наполнитель только из кварцевого зерна. Из рисунка видно, что образовались отполированные поверхности наполнителя, сцепление с которыми очень тонкодисперсным частицами из цементного вяжущего затруднительно.

На рис. 4б представлен результат помола кварцевого песка, который проводили совместно с цементным вяжущим. Произошли явные изменения поверхности кварцевых наполнителей, а именно: 1 - исцарапанные поверхности кварцевых зерен; 2 - хаотическое их расположение в смеси; 3 - глубокое межзерновое пространство; 4 - значительная часть этой глубины заполнена тонкодисперсными частицами из цементного вяжущего.

Из этого следует, что раздельное введение цементного вяжущего и наполнителя всегда приводит к пониженным прочностным результатам бетона, чем при совместном их помоле и введении их в состав формуемого бетона.

Адсорбция битума на поверхности зерен кварцевых песков носит физический характер и вызывается слабыми Ван-дер-ваальсовыми силами притяжения, а слабоадсорбированная молекула битумной пленки легко может быть смещена окружающей влагой.

Кремнеземистые наполнители активны к большинству полиэфирных смол полимерных вяжущих за счет гидроксильных и карбоксильных групп полиэфира. Они способствуют образованию ковалентных и водородных связей в объемной структуре полимера и более прочных связей в надмолекулярных структурах, образующихся вокруг частиц наполнителя. С увеличением объема наполнителя надмолекулярная структура, ориентированная перпендикулярно к поверхности наполнителя, становится преобладающей; в центре данной структуры располагаются плотно упакованные глобулярные структуры. При этом увеличивается адгезия, повышаются жесткость и усадочные напряжения.

Контактные взаимодействия приведенных вяжущих с наполнителями из кварцевых микрочастиц необходимы для повышения структурной прочности бетонов в технологическом процессе получения эффективных композиционных материалов.

В третьей главе рассматриваются технологии получения высоконаполненного высокопрочного мелкозернистого бетона и технологическое поле разночастотного механического воздействия при уплотнении бетонной смеси.

Для повышения плотности структуры был оптимизирован жесткий скелет мелкозернистого бетона из природных кварцевых песков с модулями крупности 2,3 и 1,0, взятых в соотношении 4,1:0,9. Это позволило повысить прочностные свойства композита более, чем в 1,5…1,7 раза (А.с. СССР № 1310362. Бюл. №18, 1987). При совместной работе двух вибровозбудителей вибрационной установки (Пат.2214910 Рос. Фед. Бюлл.№30, 2003г.) создавался совмещенный режим виброколебаний бетонной смеси (табл.1).

Удельное давление пригрузающего устройства при виброформовании бетонной смеси было определено математическим расчетом по разработанной методике.

Первый режим - для плотной объемной упаковки кварцевых зерен заполнителя, второй - для разжижения цементного теста с максимальным заполнением им межзернового пространства и образованием цементной пленки по всей поверхности заполнителя и наполнителя. В связи с различным расходом наполнителя в составах мелкозернистого бетона в технологии его получения проводили корректировку расходов воды затворения и песчаного заполнителя (табл. 1, рис. 5).

Из данных табл. 1 и рис. 5 видно, что наиболее эффективным виброуплотнением следует считать совмещение двух режимов виброуплотнения (разночастотное уплотнение). При таком режиме была получена наиболее максимальная прочность мелкозернистого бетона при сжатии - 94МПа и средняя плотность - 2326кг/м3 в воздушно-сухом состоянии.



Таблица 1 - Физико-механические характеристики мелкозернистого песчаного бетона в зависимости от режима виброформования при Руд=0,0131 МПа

Режим виброуплотнения	Время виброуп-лотнения, С	Физико-механические характеристики
		В/В	В/Ц	Плотности в кг/м3 при наполнении Ц:МН	Прочность бетона, МПа	Водопоглощение,%	Прирост прочности, ,%
				1:0	1:08	1:3	Rb	Rbt
А=1,25мм, f=50Гц	180	0,303	0,546 0,0750*	2135	2270	1920	70	7,3	7,0	0,0
А=0,70мм, f=167Гц	150	0,307	0,552 0,0755*	2175	2302	1970	83	9,5	3,5	18,6
А=1,45мм, f=50Гц А=0,20мм, f=167Гц	120	0,310	0,559 0,0757*	2230	2326	2100	94	11,0	2,8	34,3

Примечание. * В знаменателе - водотвердое отношение.

Прочность мелкозернистого бетона на основе различных по химическому составу наполнителей из карбоната кальция, керамзитовой пыли определяется взаимодействием жидкой фазы цементного камня и образованием в контактной зоне кристаллогидратов, по форме и свойствам отличающихся от обычного цементного камня (ЦК).

На керамзитовых частичках пористого наполнителя, активных по отношению к жидкой фазе ЦК, низкоосновных - СSH(I) гидросиликатов образуется в меньшем объеме, чем на поверхности кварцевых зерен. На поверхности карбонатных наполнителей происходит ориентированный рост кристаллов карбонатных соединений - CaCО3;СaCО3*6H2O и извести Сa(ОН)2 (неустойчивых) и гидрогранатов - С3ASXH6-2X, гидросиликатов кальция, преимущественно, CSH(I) и гидрокарбоалюминатов кальция, считающихся наиболее устойчивыми.



Рис. 5. Влияние условий и времени выдержки на прочность наполненного мелкозернистого (песчаного) бетона соотношение цемента и микронаполнителя разночастотного вибрационного уплотнения в зависимости от содержания наполнителя (МН) в цементе: 1,2-прочность влажного и сухого пропаренного бетона после 28 сут. выдержки в Н.У; 3 - прочность суточного бетона после ТВО; 4- то же после 240 суток выдержки в комнатных условиях (t=20C; W=50-60%); 5 - то же в нормальных условиях (t=20С, W=95-99%)

Рис. 6. Микроструктура мелкозернистого бетона (кривая 2, рис.6) содержанием кварцевого микронаполнителя (0,9…1,0) Ц, (х 100): 1 - зерно микронаполнителя; 2 - пленка цементного камня; 3 - микропоры; 4 - жесткий каркас из песчаного кварцевого зерна)

Наполнитель оказывает положительное влияние на структуру и свойства цементных систем (П.П.Будников, А.В.Волженский и Л.Н.Попов, О.П.Мчедлов-Петросян, В.И.Соломатов, А.Г.Ольгинский, А.А.Редкозубов, М.Р.Стас, И.М.Красный, Ю.М.Баженов,П.Г. Комохов, Н.В.Свиридов, С.С.Каприелов).

Прочность на сжатие ЦК в зоне контакта толщиной менее 15мкм у кварцевой подложки будет больше, чем у известняковой, если судить по их микротвердости - 936 и 540 МПа соответственно (С.Х.Ярлушкина). У объемного цементного камня прочность на сжатие составляет на кварцевой подложке 600 -700МПа.

Склеивающим структурным элементом кристаллогидратных пакетов ЦК считается межплоскостная жидкость (кристаллизационная). Ее потеря приводит к падению прочности бетона (М.М.Сычев, В.Н.Пунагин). Следовательно, для образования плотной структуры ЦК в объеме цементной пленки необходим оптимальный объем жидкой фазы в период первых часов твердения (А.Г.Холодный, О.П.Мчедлов-Петросян).

В технологии высоконаполненного мелкозернистого бетона (ВМБ) была использована оптимизированная величина В/Ц=0,55-0,63.

Оптимальная величина наполнителя - 0,8…0,9 от массы вяжущего (245…270 кг/м3) удельной поверхности Sуд=450...500 м2/кг сыграла значительную роль в достижении прочностных свойств этого бетона и его плотности.

Анализ микроснимков показал, что при обычной технологии структура мелкозернистого бетона без наполнителя имеет множество пор и капилляров диаметром до 1,5 мм, каверн и пустот с прослойкой из ЦК в межзерновом пространстве от 1 до 1,5 мм. Прочность такого бетона на сжатие - 18...20МПа.

Кривая прочности ВМБ (кривая 2, рис. 7) в зависимости от расхода наполнителя и В/Ц описана формулой вида:

, (1)

где а - коэффициент, изменяющийся в зависимости от расхода кварцевого наполнителя: при 1:0,01 - 1:0,5 а=1200; при 1:0,8 - 1:3 а=1600; х1 - расход наполнителя; х2 - водотвердое отношение, принимаемое по кривой 4 (рис. 5); b - коэффициент формы кривой, b=7 для ветви кривой подъема; b=8, 9, 10, 11, 12 - для ветви снижения, для значений величин наполнителя - 1,1;1,5; 2,0; 2,5; 3,0; - постоянная величина - 0,1108.

В ходе исследований структурных моделей “состав-технология-свойства” ВМБ были получены графики кривых по расчету количественного состава компонентов композиционного материала в зависимости от наполнения портландцемента кварцевыми микрочастицами (рис. 7).

Рис. 7. Изменение графиков кривых от расхода наполнителя цемента: 1- прочности бетона ВМБ; 2 - массы сухих компонентов; 3 - водотвердого отношения; 4 - водоцементное отношение. соотношение цемента и микронаполнителя (Ц:МН)

Как показали исследования, на прочность зоны контакта в композиционных материалах влияет генезисная основа горных пород, выступающих в качестве заполнителя.

Использование различных по кристаллохимическому строению минеральных заполнителей показало (рис. 8), что слабые химические связи в минералах снижают их прочностные свойства и что при более крупном заполнителе уменьшается расход наполнителя (кривая 9, рис. 8).



Рис. 8. Влияние породы заполнителя и удельного давления поливибрирования на характер изменения прочности песчаного бетона в зависимости от расхода заполнителя: 1,2,3 - на барханном полиминеральном каракумском песке (Мкр=0,36) при Руд=0,0006; 0,0036; 0,0131 МПа; 4,5,6, - то же на кварцевом песке (Мкр=2,3:1,0=4,1:0.9); 7 - на отходах камнедробления (серый гранит), Мкр=3,7, Руд=0,0131 МПа.; 8 - на барханном карбонатном песке Прикаспия (Мкр=0,5...0,6), Руд=0,0131 МПа; 9 -влияние размеров зерна заполнителя на расход наполнителя

Прочностные свойства ВМБ находятся в прямой зависимости от плотности структурных образований: на макроуровне - от плотности жесткого каркаса зерен заполнителя, на микроуровне - от пленки ЦК в межзерновом пространстве и ее толщины. Они определяют прочность и долговечность бетона.

Выявленные зависимости прочности мелкозернистого бетона от содержания кварцевого микронаполнителя в цементной матрице были опубликованы автором в Ленинградском тематическом сборнике трудов в 1987 году.

Позже (1996 г.) А.П. Бобрышевым была выявлена формула этой зависимости (2):

ус=уm- уm х+4,8 уs· х2/3, (2)

где ус - прочность КМ, МПа; уm - прочность матрицы при сжатии, МПа; х - объем наполнителя цементной матрицы в частях; уs - прочность пленочной матрицы, МПа.

При стандартной вибротехнологии в цементных дисперсно-наполненных КМ (при ) оптимальное содержание наполнителя составило х=0,6Ц от массы расхода вяжущего. При разночастотной вибрации оно увеличивается до (0,8…0,9)Ц.

Однако величина уs в формуле (2) не соответствует значениям прочности на разупрочняющей кривой разночастотного вибарационного мелкозернистого композита. Они выше экспериментальных данных.

В связи с этим в формулу (2) ввели коэффициенты снижения Ксн для величин наполнения цементной матрицы v0=(1,0…3,0)Ц со значениями Ксн=20,2…29,3 при снижении водовяжущего отношения от 0,285 до 0,190.

Формула кривой прочности КМ разночастотного вибрационного уплотнения будет иметь следующий вид:

ус=уm- уm х+4,8 Ксн ·уs· х2/3 (3)

Оптимальная прочность мелкозернистых композитов на прогидратированных вяжущих находится в зависимости от содержания наполнителя и сроков коррозии цементного зерна, и общая, межзерновая и открытая пористости бетона повышаются с увеличением корродированных цементных зерен , выступающих уже в качестве заполнителей в составе этого композита.

Результаты экспериментов по определению состава ВМБ были подтверждены исследованиями матричной системы: цемента с наполнителями и воды затворения в мелкозернистом бетоне при использовании модели полинома второй степени для композиционного плана на кубе типа В3.

В четвертой главе приведены физико-механические, деформативные свойства и долговечность высокопрочного мелкозернистого бетона в зависимости от внешних эксплуатационных факторов: воздействий воды, температуры.

Исследования по истираемости показали, что потеря массы (г/см2) и глубина износа (мм) в 2…4 раза меньше, чем у обычных мелкозернистых бетонов.

Водопроницаемость мелкозернистого бетона, определенная по коэффициенту водопроницаемости:

К=(bV)/(Stp), (4)

где V - объем жидкости, протекающий через тело; b - толщина тела; S - площадь тела; t - время фильтрации; p - перепад давления на порядок ниже, чем у ОМБ.

К разрушающему бетон признаку влияния воды следует отнести систематически попеременное его воздействие.

Анализ изменения прочности ВМБ после каждых 30 циклических воздействий воды (этапы) по режиму: 4 часа водопоглощения и 4 часа высушивания при 100 С - установил повышение прочности за счет гидратации вяжущего на 150 цикле (Rb=115 МПа от начального значения Rb=94 МПа).

Морозостойкость ВМБ, определенная по ГОСТ 10060-95 по I методу водонасыщения, составила не менее 700 циклов, по II базовому методу F300.

Модуль упругости Е0 составил (30…34)•103 МПа (скорректированная формула Н.В. Свиридова - .

(5)

где - в т/м3 (2,34 т/м3), RВ - по классу бетона по прочности (В 70…80) можно приближенно определить начальный модуль упругости ВМБ, равный (34…37) •103 МПа (ошибка от 0 до 7,0%).

Величина усадочной деформации ВМБ при нормальных климатических условиях составила y=0,120 мм/м. Малая ее величина у в сравнении с другими строительными материалами соответствует плотной структуре композита.

Деформации ползучести цементного бетона обусловливают долговечность бетонных конструкций. На деформации ползучести и их характер роста во времени влияют следующие факторы: уровень начальных напряжений /Rпр; параметры окружающей среды, определяющие скорость массообмена влажного бетона; усадочные напряжения.

ВМБ в возрасте 28 суток выдержки в НУ после ТВО, загруженный усилием статической нагрузки с напряжением 0,2; 0,4; 0,5 Rпр, показал деформации ползучести при сроке наблюдения 240 суток соответственно: Е=0,134; 0,225; 0,370 мм/м. В возрасте 660 суток ВМБ второй серии (0,4Rпр) показал деформацию ползучести 0,310 мм/м.

Таблица 2 - Деформации ползучести мелкозернистого бетонов

Состав бетона, кг/м3	Срок набл.t, сут.	Rпр,, МПа	/Rпр	Мера ползучести, см2/кг	полз, мм/м	Автор
Ц	МН	В	В/Ц
306	288	170	0,555	240	45	0,2	1,49	0,1340	А.М.Краснов
260	90	190	0,73	240	19,4	0,25	14,70	0,713	К.И.Львович
435	145	327	0,75	240	30,7	0,25	15,0	11,513	“-“
414	-	180	0,40	240	43,8	0,20	8,48	-	И.И.Улицкий
487	255*	168	0,35	-	56,0	0,30	20,6	-	С.С.Каприелов

Примечание. * Модификатор МБ-50С (кремнезем + зола уноса +суперпластификатор в соотношении 43:43:14).

Температуростойкость ВМБ зависит от влажного состояния микро-и макроструктур материала и определяется потенциальной энергией связи между кристаллическим скелетом бетона и заполняющей его водой. При испарении влаги давление пара в капиллярах (r=10-11м) может достигнуть более 20 МПа, а растягивающие напряжения повысятся до 16,2 МПа (В.В.Жуков).

Цементный бетон имеет критическую влажность - сорбционную Wc, выше которой при градиенте температур t > 100С может произойти разрушение с отколом кусков бетона в виде линз (В.В.Жуков).

Исследованы физико-механические характеристики легких строительных материалов из бетонов на органических и неорганических вяжущих, полученных разночастотным виброуплотнением их смеси, организация структуры песчаного бетона на отходах камнедробления, получение легкого бетона из преднапряженного полистирольного зерна заполнителя на основе новой технологии для покрытий дорог и площадок при строительстве лесопромышленных складов.

Бетон на основе отходов камнедробления высокой прочности с кварцевым песком и цементного вяжущего 400 кг/м3 при использовании химических добавок Йошкар-Олинского витаминного завода - щелочного элюата, в состав которого входят NaCl, NaOH, NiCl3, Al2O3, FeCl3, - повысил свою прочность при сжатии до 78 МПа, или на 42%. Комплексная химическая добавка Na2SO4+NaOH (отход Йошкар-Олинского витаминного завода) и ПДО (последрожжевой отход производства кормовых дрожжей Волжского гидролизного завода), использованные в производстве на заводе КПД, способствовали росту прочности на сжатие бетона (до 60%) и снижению объема воды затворения на 11% (за счет пластифицирующего действия добавки ПДО).

Рис.9. Температуростойкость высоконаполненного мелкозернистого бетона при первом нагреве: 1 - после ТВО суточной выдержки при t=20С, WВ=65%, В25; 2 - то же В40; 3 - то же 28 суточной выдержки, В45; 4 - то же 120 сут. выдержки, В60; 5 - кривая экстремальных величин прочности; 6 - цементно-песчаный раствор состава 1:3 28 суточной выдержки (А.В. Волженский и Л.Н.Попов); 7 - то же на песчаном диоритовом заполнителе (В.В.Жуков); 8 - тяжелый бетон на диоритовом крупном заполнителе (В.В. Жуков)

Применение новой технологии по формованию мелкозернистого бетона с использованием бисерного полистирольного зерна обеспечило получение строительного материала высокой прочности 34 МПа при средней плотности (не более 1100...1200 кг/м3).

Полученные мелкозернистые асфальтобетоны с достаточно высокими физико-механическими показателями могут быть использованы в качестве износостойкого слоя (4,0 см) при строительстве автомобильных дорог со сборным покрытием в северных нефтеносных районах России.

В пятой главе приводится обоснование расчетных нагрузок от колес подвижного автопоезда МАЗ-509А + ГКБ-9383 при расчете усилий, возникающих в железобетонных плитах колейных покрытий лесовозных дорог из ВМБ и грунтовых основаниях. В табл. 3 даны сравнительные характеристики нагрузок на оси автопоездов.

Таблица 3 - Нагрузка на оси автопоездов

Автопоезд	Нагрузка на оси автопоезда Рi, кН
	автомобиль-тягач	прицеп-роспуск
	Р1	Р2	Р3	Р4	Р5
МАЗ-509А+ ГКБ-9383	65,0	178,31	-	123,5	123,5
КраЗ-6437 - ГКБ-9362	60,0	105	105	87,1	87,1

Соединение смежных плит в стыках осуществляли сборно-разборным жестким соединением (А.с. №1059095 и №1693912).

Расчет усилий в сборных покрытиях (в расчете принято 6 плит в колесопроводе) вели по программе “OL PLATE”. Она позволяет рассчитывать все основные характеристики напряженно-деформированного состояния: распределение совместных деформаций (осадок) плиты и основания (учитывается отрыв части плиты от основания), распределение отпора грунта по подошве плиты, изгибающие моменты в произвольных сечениях плиты, вести подбор необходимого процента армирования. В расчетах программы учитываются нелинейные свойства железобетона и трещинообразования в нем, а также нелинейные свойства грунтового основания при оценке его распределительной способности в плане.

Расчетные характеристики напряженно-деформированного состояния колесопровода из шести плит, на которых размещена продольная база автопоезда, определяли в зависимости от приложения расчетных нагрузок: по центру, в продольном и поперечном торцах плиты относительно центра, в углу торца плиты. Для сравнительного анализа были использованы плиты, изготовленные из обычного мелкозернистого (ОПБ) и высоконаполненного мелкозернистого цементных бетонов (ВМБ) соответственно с модулями упругости Е1=26103, Е2=23103 и Е3=31103 МПа, размерами в плане 3,01,0 и 3,01,5 м и толщиной от 0,08 до 0,24 м.

Результаты исследований в соответствии значений полученных в каждой координатной точке плит, представленных на рис. 10,11 и табл. 4.

Значительное напряженное состояние в плитах размером в плане 3,0х1,0 м, повышенный отпор грунта (277 кПа), осадка грунтового основания (S=0,92 см) в идентичных координатных точках при проценте армирования 0,7 % и снижение эксплуатационного режима грузопотоков на колейных покрытиях из этих плит дало основание предлагать к использованию плит размером 3,0х1,5х0,16 м. Исследование различных приложений расчетных нагрузок на плите показало, что наибольшее напряженное состояние испытывают плиты при действии нагрузок, приложенных в углу и продольных краях плиты, по отношению к изгибающему моменту от действия нагрузки посередине равному, Мц=24,2кН•м/м. Они составляют , , (табл. 4).

Проведенные эксперименты показали, что при строительстве сборно-разборных покрытий автомобильных дорог, рационально использовать плиты размером в плане 3,0х1,5 м толщиной 0,10 и 0,12 м, которые могут заменить преднапряженные плиты тех же размеров изготовленных из тяжелого цементного бетона.

Таблица 4 - Расчетные характеристики давления поперечных сил, положительных и отрицательных моментов, величин армирования в наиболее опасных точках плит по длине колесопровода колейного покрытия автомобильных лесовозных дорог

...