773

В.А.Аксенов,А.С.Ильиных

эпицентром зарождения усталостных дефектов, не даст им развиться в серьезные повреждения.

Восстановительное шлифование, осуществляемое в три и более проходов при малой скорости рельсошлифовального поезда, является достаточно медленным и дорогим процессом улучшения служебных свойств рельсов, к которому следует прибегать для формирования геометрического профиля сильно изношенных рельсов.

Применение в процессе шлифования последнего технологического прохода позволит получить на поверхности катания рельсов приемлемый уровень шероховатости и тем самым повысить долговечность рельсов.

Сочетание предупредительного шлифования с восстановительным даст возможность увеличить срок службы рельсов и сократить общие расходы на содержание пути.

Таким образом, внедрение предложенных рекомендаций в практику эксплуатации железных дорог России позволит продлить долговечность рельсов, повысить безопасность движения поездов и получить значительный экономический эффект.

Литература

1.Шлифование — эффективный способ восстановления железнодорожных рельсов / В.А.Аксенов,В.А.Шаламов,С.В.Щелоков,А.С.Ильиных,В.В.Райт,А.Б.Чаплыгин// Теория, технологияиоборудованиедляпроизводства абразивногоинструмента:Сб.науч.тр. Челябинск, 2003. С. 85–89.

2.Ильиных А.С., Тихомирова Л.Б., Тепляков С.И. Экспериментальная оценка влияния параметровкачестваповерхностинахарактеристикиусталостногоразрушениярельсов// Вестн.

СГУПСа. 2005. №11. С. 63–69.

221

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

Ольховиков Сергей Эдуардовичродился в 1983 г. В 2005 г. с

отличиемокончилСГУПС поспециальности«Экономикаиуправлениенапредприятии(строительство)».Обучаетсяваспирантуре. Работаетзаведующимкомпьютернымклассомиведетпедагогическуюдеятельностьнакафедре«Технология,организацияиэкономика строительства».ПроходиткурсыпереподготовкикадровСГУПСапо программе «Система менеджмента качества». Автор 5 печатных работ.

УДК 625.1:658.5

С.Э. ОЛЬХОВИКОВ

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ СООРУЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛОТНА В УСЛОВИЯХ БЛИЖНЕГО СЕВЕРА

Рассматриваются особенности организации строительства железных дорог в сложных условиях восточных районов России и обосновывается ряд ключевых решений.

Расширение масштабов добычи дефицитных ресурсов определяет все большее смещение транспортного строительства в северные районы. Это иллюстрируют, например, Генеральная схема развития сети автомобильных дорог России, строительство нефте- и газопроводов и других коммуникаций. Исследования ИЭОПП СО РАН показали, что назрела необходимость строительства СевероРоссийского транспортного коридора, включающего железную и автомобильную дороги.

Трасса Северосиба (восточной части этого коридора) приходится на зону Ближнего Севера. С позиции строительства и хозяйственного освоения районов тяготения Ближний Север отличается сложными природно-климатическими, транспортно-географическими и инженерными условиями. Это удаленность территорий от экономически развитых районов и транспортных коммуникаций, слабая их заселенность, продолжительная и суровая зима, ограниченная, преимущественно сезонная транспортная доступность, отсутствие развитой инфраструктуры.

По сравнению со среднероссийскими условиями здесь сильно, нередко в 2– 3 раза и более, возрастает стоимость ипродолжительностьстроительства. Всвязи с заболоченностью местности, отсутствием либо недостаточной распространенностью кондиционных грунтов особое значение приобретает сооружение земляного полотна — сроки и стоимость его возведения. Для поиска эффективных решений полезно обратиться к прошлому опыту строительства — прежде всего к опыту строительства железных дорог Тюмень—Сургут—Уренгой, Сургут—Нижне- вартовск, БАМа и других линий. Здесь мы остановимся на проблеме организации строительства железнодорожного полотна.

Исторический экскурс позволяет выделить 2 периода и соответственно 2 принципиальных подхода к организации строительства железнодорожного полотна:

•до 50–60-х гг.;

•последующий период до настоящего времени.

222

С.Э.Ольховиков

Для первого, в особенности довоенного периода, были характерны большая доля ручного труда, легкие технические средства и преимущественно гужевой транспорт. Они обуславливали линейную (нередко на широком фронте) организацию работ и использование дешевых дорог постройки временного типа.

В раннее, довоенное время зимой строительство нередко прерывалось. В послевоенное время (40–60-егг.) работы организовывались следующим образом: зимой осуществлялась частичная передислокация мехколонн; летом сооружалась притрассовая автовремянка; пользуясь ею, обустраивались по трассе временные поселки строителей и последовательно-параллельно выполнялись подготовительные и основные работы.

Условия движения по временной притрассовой автодороге, как правило, были сложными, скорости движения автомобилей низкими. Поездка рабочих на объект и обратно нередко занимала до половины смены и более. Работы велись в одну — полторы смены. Простои техники были велики. Производительность труда и темпы сооружения земляного полотна низкие, как и качество жизни строителей и их семей. Примером такой организации строительства являются железные дороги Ивдель—Обь, Тавда—Сотник, частично — Хребтовая—Усть- Илимская и др.

Для послевоенного периода характерен достаточно интенсивный переход к механизированному производству работ и индустриальным методам строительства. С 60-х гг. быстро нарастает грузоподъемность автосамосвалов. Это приходит в противоречие с прежней практикой строительства железной дороги на основе притрассовой автовремянки. Специальные исследования показали целесообразность и эффективность строительства категорийной притрассовой автодороги. Начиная с проекта железной дороги Тюмень—Сургут—Уренгой это постепенно входит в практику линейного строительства и сопровождается переходом — частичным либо полным — к вахтовой организации труда.

Определилась и организационная схема строительства притрассовой автодороги, других подготовительных и основных работ. В реализации объектного потока по сооружению притрассовой автомобильной дороги выделились три специализированных этапа:

•сооружение автозимника — обеспечение сквозного проезда и передислокации строительных подразделений. Развитие первоочередных работ подготовительного периода (ноябрь — январь);

•создание однополосной автодороги шириной 4,5–5,5 м с разъездами — круглогодичный проезд со скоростью до 25 км/ч при интенсивности движения до 50 авт./сут (ноябрь — апрель);

•сооружение двухполосной автодороги по проекту — обеспечение работ основногопериода строительства. Круглогодичныйпроезд автомобилейс расчетными скоростями и пропускной способностью (май — октябрь) [3].

Подготовительные работы по трассе железной дороги состоят в разбивке и закреплении оси трассы автомобильной дороги, строительстве временных поселков строителей, подготовке основания земляного полотна, передислокации строительных подразделений, организации сквозного проезда вдоль трассы для доставки механизмов, подачи элементов конструкций малых искусственных сооружений. Комплекс работ по подготовке (освоению) территории строительства заключается в расчистке полосы отвода — срезке кустарника, рубке леса,

223

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

корчевке пней, а также выполнении осушительных работ. Сплошная вырубка леса и кустарника на перегонах производится в пределах расположения автозимника и земляного полотна самой дороги. Древесину используют для изготовления строительных конструкций, а порубочные остатки (сучья, хворост) для устройства автомобильной дороги.

Важными, относящимися к первоочередным, являются работы по осушению территории строительства. Осушительные работы состоят из устройства сети водоотводных канав и дренажей. Без осушения района работ невозможно обеспечить прочность и устойчивость земляного полотна и других сооружений, а в ряде случаев невозможно производить сами работы [1].

Важным достоинством хорошей автодороги (альтернативный вариант) является отсутствие больших колебаний в скорости движения в различное время года. Для хороших дорожных условий характерны:

а) повышение среднегодовой технической скорости движения в 2–3 раза; б) небольшие колебания между наибольшими и наименьшими среднемесяч-

ными скоростями — не более 6–8 км/ч; в) в неблагоприятное время года (дожди, распутица) превышение скорости

в общем в сравнении с наиболее высокими скоростями базового варианта [2]. Категорийная притрассовая автодорога представляет эксплуатационную ценность, поскольку пригодна для оказания услуг не только строителям

железной дороги, но и отраслям народного хозяйства и населению. Автодорога выступает фактором, улучшающим условия проживания в

Сибири, способствует повышению ее притягательности.

Притрассовая автодорога, по существу, дополняет железную дорогу, составляет с ней единую транспортную коммуникацию. На нее целесообразно передавать короткопробежные перевозки. Известна высокая эффективность полимагистралей за счет взаимодействия совмещаемых видов транспорта. При этом перевозочные расходы могут снижаться на 35–40 %, а эксплуатационные — от

10 до 20–25 % [3].

Подход с использованием категорийной притрассовой автодороги был выработан и использован при строительстве железных дорог, таких как Тюмень— Сургут—Уренгой, БАМ, и по настоящее время является актуальным.

Литература

1.Сибирь на пороге нового тысячелетия / Отв. ред. В.В. Кулешов. Новосибирск: Изд-во ИЭиОПП СО РАН, 1998.

2.Строительствожелезныхдорог:Учеб.пособиепокурсам«Организацияипланирование строительногопроизводства», «Строительствожелезных дорог»/ Под ред. В.И.Грицыка. М., 1999.

3.Ткаченко В.Я., Матвиенко В.С. Организация железнодорожного строительства: Учеб. пособие.Новосибирск, 2000.

224

А.В.Банул

БанулАленаВикторовнаокончилав1999г.сотличием Сибирскийгосударственныйиндустриальныйуниверситетвг.Новокузнецкепоспециальности«Промышленноеигражданскоестроительство». В2003 г.— аспирантуруСГУПСа поспециальности «Строительные материалыиизделия».

УДК 666.973.2

А.В. БАНУЛ

СОСТАВ, СВОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСКЛИНКЕРНЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ БЕТОНОВ

В статье приводятся оптимальные составы полученного высокопрочного шлакощелочного бетона, его свойства и технология получения. Установлено влияние добавок и технологических параметров на активность шлакощелочного вяжущего.

Современное развитие технологии бетона и железобетона неразрывно связано с необходимостью расширения номенклатуры применяемых цементов за счет разработки и внедрения эффективных в современных условиях разновидностей вяжущих, обеспечивающих получение высококачественных изделий. Все большее внимание в России и за рубежом уделяется развитию разработок и производства бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих веществ, в значительной мере позволяющих одновременно решать задачи снижения цементоемкости строительства, ресурсо- и энергосбережения, охраны окружающей среды. К таким вяжущим, в полной мере способных конкурировать с портландцементом, относятся шлакощелочные вяжущие (ШЩВ). Высокие эксплуатационные характеристики шлакощелочных бетонов (ШЩБ) (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и т.д.) позволяют использовать их для возведения ответственных конструкций, в том числе и в подземном строительстве.

ШЩВ и ШЩБ известны с 60-х гг. прошлого столетия благодаря работам В.Д. Глуховского и его школы [1]. В настоящее время ШЩБ не находят масштабного применения в строительстве по ряду причин, среди которых и дороговизна наиболее эффективного затворителя ШЩБ — жидкого стекла. Поэтому одно из направлений дальнейшего развития ШЩВ и ШЩБ — поиск и использование более доступных и экономически целесообразных «заменителей» силикатных затворителей.

На базе лаборатории строительных материалов СГУПСа была проведена серия опытов, в результате которых получены высокопрочные бесклинкерные бетоны.

В работе определялись составы шлакощелочного вяжущего на основе гранулированного шлака Западно-Cибирского металлургического комбината Новокузнецка и содержащего 95–96 % углекислого натрия и 4–5 % гидрооксида натрия содощелочного плава Новокемеровского химического комбината [2, 3].

225

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

Шлак измельчался до удельной поверхности 250–650 м2/кг. Содощелочной плав вводился в виде концентрированного водного раствора в бетонную смесь в количестве 3–12 % по массе твердых компонентов. Образцы пропаривали по режиму 2 + 8 + 2 ч при температуре изотермической выдержки 90–95 °С.

Учитывая, что в состав отходов углеобогащения г. Новокузнецка входят и глинистые минералы (каолинит и гидрослюды), представляется целесообразной попытка получить вяжущие с использованием отходов местных промышленных предприятий, пригодных для изготовления высокопрочных бетонов.

Установлено, что прочность на сжатие образцов, содержащих тонкомолотый порошок из отходов углеобогащения, на шлаке, измельченном до удельной поверхности 330 м2/кг, составляет 78–81 МПа, что на 25 % превышает прочность образцов 58–61 МПа, не содержащих порошок из отходов углеобогащения, с более высокой удельной поверхностью шлака — 530 м2/кг, содержание содощелочного плава Новокемеровскогохимического комбината в обоих случаях составляет 6 % от массы сухого вещества.

В работе определялись составы ШЩВ на основе доменного шлака и содощелочного плава, содержащего 95–96 % углекислого натрия и 4–5 % гидрооксида натрия.

Изучено влияние степени измельчения ШЩВ на его прочностные показатели (рисунок).

Зависимость активности ШЩВот удельнойповерхности шлака (содержание содощелочного компонента 5 %): 1 — после пропаривания; 2 — после пропаривания в возрасте 28 сут; 3 — при твердении в воде 28 сут; 4 — при твердении в нормальных условиях 28 сут

Исследованиями установлено, что химико-минералогический состав шлака и вид щелочного компонента существенно влияют на активность ШЩВ и бетона на его основе. ШЩВ, приготовленные затворением тонкомолотого шлака растворами кальцинированной соды и содощелочного плава, характеризуются

226

А.В.Банул

более высокой прочностью по сравнению с вяжущими, полученными при совместном помоле шлака с щелочными компонентами.

Установлена необходимость обязательного выдерживания отформованных изделий перед тепловлажностной обработкой в течение 4–5 ч для предотвращения неравномерности изменения объема и возникновения внутренних напряжений, а также для обеспечения схватывания и начального цикла твердения шлакового вяжущего.

Во всех составах содержание содощелочного плава составляло 5 %. Установлено, что активность ШЩВ значительно возрастает при пропаривании с увеличением удельной поверхности шлака с 200 до 550 м2/кг. Интенсивность набора прочности образцов, твердеющих в воде, возрастает при изменении удельной поверхности ШЩВ от 300 до 600 м2/кг и стабилизируется при достижении значения 600 м2/кг.

Установлено, что при увеличении удельной поверхности ШЩВ более 500 м2/кг, вследствие увеличения водопотребности вяжущего, наблюдается снижение прочности. Данные, представленные на рисунке, показывают возможность получения оптимального состава ШЩВ активностью свыше 70 МПа в условиях пропаривания и активностью 50 МПа при твердении в нормальных условиях. При этом удельная поверхность шлакощелочного вяжущего должна составлять 450–500 м2/кг.

Установлено, что прочность ШЩБ может быть повышена с увеличением тонкости помола шлака или расхода щелочного соединения.

Вкачестве крупных заполнителей можно применять щебень или гравий, в качестве мелкого заполнителя можно применять пески природные или искусственные.

Применение ШЩБ в промышленном производстве начато примерно с 1964 г. Учитывая имеющийся опыт применения, можно отметить следующие конструкции (области): шпалы узкой колеи и жаростойкие шпалы, крепежные блоки и затяжки, пустотные предварительно-напряженные настилы, тюбинги для метрополитенов, сваи сборные, дорожное покрытие (монолитное), волноломы (монолитные), тротуарные плиты (сборные), центрифугированные трубы диаметром 400 мм напорные и безнапорные, сантехнические кабины, стеновые и фундаментные блоки [4].

Технология изготовления конструкций из ШЩБ состоит из тех же технологических операций, которые применяют при изготовлении конструкций из цементныхбетонов, аименноприготовлениябетонной смеси, транспортирования, укладки и формирования, тепловлажностной обработки.

Бетонная смесь может быть приготовлена по двум вариантам.

Вариант А. Все составляющие смеси загружают и перемешивают в смесителе. Вариант Б. Шлакощелочной цемент предварительно затворяют в специальном смесителе горячей водой, перемешивают, а затем подают в бетономешалку

принудительного действия, где его перемешивают с заполнителями.

Втех случаях, когда помол шлака осуществляется без щелочного компонента, водный раствор щелочного компонента готовится в специальном смесителе, где его затворяют водой и перемешивают до полного растворения. Затем раствор подают в бетономешалку и перемешивают с заполнителем; перемешивание составляющих предпочтительно производить в смесителях принудительного действия.

227

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

В качестве примера можно указать, что для приготовления бетонной смеси можно использовать смеситель принудительного действия С-951, формования — вибростол с частотой колебаний 2800–3000 кол./мин; пропаривание в обычных камерах по режиму 2 + 8 + 2 ч при t = 80 °C. На местных материалах можно получить бетоны марок 500–1000.

Производство ШЩБ и конструкций на его основе по вредности существенно не отличается от работ, выполняемых с цементным бетоном. Однако, в связи с использованием щелочных растворов, необходимо прежде всего защищать глаза и дыхательные пути; в качестве средств индивидуальной защиты должны быть использованы очки, респираторы, индивидуальные средства защиты рук и открытых участков кожи.

Практическая значимость проведенной работы состоит в том, что при использовании оптимальных составов ШЩБ можно получать бетоны с повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками;

—повысить экономическуюэффективностьна15–20% за счет использования отходов промышленного производства;

—расширить сырьевую базу производства строительных материалов, усовершенствовать технологию в аспектах ресурсосбережения и защиты окружающей среды.

Литература

1.Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны.Киев: Будiвельник, 1978. 184 с.

2.Панова В.Ф. Строительные материалы на основе отходов промышленных предприятий Кузбасса: Учеб. пособие. Новокузнецк: СибГИУ, 2005. 182 с.

3.Панов С.А., Завадский В.Ф., Панова В.Ф., Мокляк А.В. Доменный шлак ЗСМК и перспектива егопереработки // Современные строительные материалы: Сб.тр. Новосибирск:

НГАСУ, 2000. С. 58–59.

4.Глуховский В.Д. Шлакощелочныебетоны на мелкозернистых заполнителях.Киев: Вища шк., 1981. 224 с.

228

Н.А. Волошина

Волошина Наталья Александровна — аспирант кафедры «Стро-

ительныематериалы». В2004 г.с отличиемзакончила Сибирский государственныйуниверситетпутейсообщенияпоспециальности «Промышленноеигражданскоестроительство».

УДК 624.012.3:620.193

Н.А. ВОЛОШИНА

МЕХАНИЗМ СУЛЬФАТНОЙ КОРРОЗИИ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ БЕТОНА

Встатье рассмотрено влияние окружающей среды на бетон, степень которого определяется

еесоставом и концентрацией агрессивных веществ. Раскрыт механизм сульфатной коррозии и способность бетона противостоять разрушению в зависимости от вида цемента и специальных добавок, входящих в егосостав.

При действии агрессивных сред на бетонные конструкции, находящиеся ниже уровня земли, зона химического взаимодействия изначально идет за пределами бетона. Грунтовая вода, вымывая молекулы гидроксида кальция Ca(OH)2 из бетона, разрушает его кристаллизационную структуру. Если в воде содержатся соединения, активные по отношению к бетонной матрице, процесс растворения происходит гораздо быстрее.

К поверхности фундамента идет диффузный перенос агрессивной среды, в частности сульфатной кислоты, которая вступает в химическую реакцию с растворенными компонентами бетона. Время перехода диффузии в тело фундамента зависит от концентрации агрессивной жидкости в омывающей бетон воде

искорости ее движения. Если кислоты недостаточно для нейтрализации всей выделяющейся из бетона щелочи, процесс будет проходить за пределами фундамента, и его скорость определится скоростью выщелачивания извести. Известно, что при концентрации кислоты в диапазоне рН 3,4 потоки щелочи

икислоты будут изначально равными. При рН > 4,5 и скорости движения воды, омывающей фундамент, < 10 м/сут (размер самого фундамента > 1 м) химическая реакция будет проходить извне в течение 100 лет. Возможно и такое развитие процесса, когда начальная концентрация гидроксида кальция на поверхности бетона равна его растворимости, но по мере вымывания растворимых компонентов она снижается, поток щелочи в зону реакции со временем уменьшается, и граница коррозии будет продвигаться в глубь фундамента.

Для резервуаров, используемых для хранения нефтепродуктов, кроме опасности коррозионного воздействия окружающей среды извне, существует возможность постепенного разрушения бетона и внутри резервуара за счет высокого содержания в нефти сульфатов и хлоридов. В сырой и сернистой нефти содержание сульфат-ионов колеблется от 600 до 1200 мг/л, но кроме этого нефть

иее производные содержат соединения серы. Например, в состав сернистого мазута входит свыше 5 мг/м3 сероводорода, в дизельном топливе — свыше

229

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

5 мг/м3 оксида серы. Поэтому нефть классифицируют на сернистую и высокосернистую, к последней относят удмуртскую, башкирскую, татарскую (угленосную) с содержанием серы 2,2–3; 2,6–3 и 2,8–3,8 % соответственно. Кроме этого, удмуртская и татарская нефть отличаются высоким содержанием сероводорода, доходящим до 50 мг/л [1].

Сущность сульфатной коррозии заключается в том, что содержащиеся в бетонном камне гидроксид и гидроалюминат кальция вступают в химическую реакцию с сульфат-ионами с образованием гипса и гидроалюмината кальция. Продукты реакции осаждаются на стенках пор и частично их кольматируют. Далее,если в зоне реакциине образуются хорошо растворимыещелочи, рНбудет постепенно снижаться с увеличением кислотности поровой жидкости, что в свою очередь приводит к гидролизу сначала высокоалюминантных, а постепенно и низкоалюминантных гидросиликатов кальция, входящих в каркас бетонной матрицы. Постепенное разрушение структуры бетона ведет к потере его прочности. Результатом реакции гидролиза является высвобождение гидроксида кальция, который, взаимодействуя с окружающей средой, снова приводит к образованию гипса и гидроалюмината кальция. Постепенное накапливание продуктов реакции приводит к нарастанию прочности в начальный период воздействия агрессивной среды, а в дальнейшем к дополнительному кристаллизационному давлению, напряжению в структуре бетона и к его разрушению в зоне реакции.

Из исследований, проведенных В.В. Яковлевым по изучению поведения образцов различного состава бетона в растворе сульфата натрия, видно отличие в изменении свойств образца на высокоалюминантном цементе [2]. Это проявляется в быстром заполнении пор кристаллами новообразований, что вначале вызывает небольшое нарастание прочности, а в дальнейшем приводит к появлению трещин и резкому падению прочности до полного разрушения бетона.

Для образцов бетона с меньшим количеством гидроалюмината кальция процесс коррозии на разных этапах отмечен неоднозначными результатами: в течение нескольких месяцев прочность образцов падает, после чего останавливается на определенном уровне и даже имеет тенденцию к увеличению. Образовавшиеся в поверхностном слое трещины не распространяются в глубь бетона и не оказывают воздействия на его прочность.

В случае воздействия на бетон сульфатов, не вызывающих повышения щелочности среды при взаимодействии их с компонентами цементного камня, степень падения прочности образцов выше, чем при действии сернокислого натрия. Это объясняется тем, что значительно быстрее снижается щелочность поровой жидкости, и возникают условия для образования гидросульфоалюмината кальция. Если при действии на бетон раствора сульфата алюминия кристаллы x(C3A•CSH12) появляются уже по истечении двух месяцев, то при воздействии сульфата натрия этого не происходит даже после двух лет испытаний. Когда в результате химического взаимодействия образуются едкие щелочи NаОН и КОН, увеличивается рН поровой жидкости. При понижении растворимости гидроксида кальция исчезают условия для образования и гидролиза гидросиликатов кальция. Скорость коррозии бетона в течение всего периода остается небольшой и, как правило, время потери прочности железобетонных конструкций длится дольше реального срока эксплуатации.

230