книги / Мониторинг состояния цементобетонных дорожных конструкций

Количество открытых пор и микродефектов, меняющихся под воздействием климата, удобно оценивать с помощью водопоглощения (W), а процесс продолжающейся гидратации цемента – степенью гидратации или количеством связанной воды.

Таким образом, данная работа ограничивается рассмотрением изменения в результате воздействия климатической среды следующих параметров

R, Rb, Eb, γ, Rcrc0 , Rcrcγ , W, методики определения которых нормированы, что уменьшает вероятность ошибок при определении их значений. Помимо этого, для повышения достоверности экспериментальных данных используем химический, рентгенографический, дифференциально-термический и петрографический анализ, а также результаты исследования морозостойкости, водостойкости и коррозионной стойкости бетонов.

Задача исследований предполагает выделение той части изменения значений характеристик свойств и структуры бетонов, которая определяется воздействием климата, поэтому изучение бетонов, испытывающих воздействие климатической среды, произведём в сопоставлении с аналогичными бетонами, твердеющими в нормальных условиях. Конкретизированная схема проведения эксперимента представлена на рис. 2.3 и 2.4.

Рис. 2.3. Схема проведения эксперимента на образцах изготовленных из бетонной смеси 1-го и 2-го составов

71

Методики определения отдельных свойств материалов не отработаны и не обеспечивают воспроизводимости заданной точности. Условия испытаний, как правило, отличаются от условий, в которых материалы служат в условиях реальной эксплуатации.

Случайные причины невозможно определить заранее, а тем более учесть количественно. В результате влияния случайных факторов полученные значения одного и того же показателя имеют случайный характер. А случайные показатели не могут характеризовать истинные свойства материала. В рамках данной работы предполагается использовать статистическую обработку результатов. При этом будет определена изменчивость свойств и некоторые их закономерности, что будет способствовать управлению процессом исследования и надлежащему контролю над ним.

В целях уменьшения влияния неучтённых факторов, исключения систематических ошибок, несовершенства применяемых методик и повышения надёжности получаемых результатов используем повсеместную замену абсолютных значений характеристик свойств материалов относительными значениями. Определение конкретных характеристик свойств материалов произведём в одной и той же лаборатории, на одном и том же оборудовании силами одних и тех же испытателей.

Тогда, считая величину погрешности испытания неизменной, результат испытаний для каждого вида испытаний можем представить в виде

где α – коэффициент, учитывающий суммарную величину погрешности определения конкретного свойства; Ả – результат определения значения конкретного свойства.

Тогда при переходе к относительным значениям

Необходимость определения и учёта суммарной величины погрешности определения конкретного свойства становится ничтожной.

В вышеприведенном выражении принято: А1, А2 – результат определения значения конкретного свойства в двух разных контрольных сроках или бетонов, испытывающих воздействие различных сред, например нормальные условия и воздействие параметров климатической среды.

73

2.5. Характеристика исходных материалов

Для изготовления образцов бетона, раствора и изделий применялись следующие материалы.

Цемент. Портландцемент дорожный марки 500 или ЦЕМ 1 42,5 по ГОСТ 31108–2003 и 30515–85 Искитимского цементного завода без добавок (табл. 2.1). Активность цемента, использованного при приготовлении образцов и части железобетонных изделий, определённая по ГОСТу, составила 412.

Таблица 2.1

Минералогический и химический состав цемента

Песок. Применялись промытые природные пески из невыветриваемых изверженных горных пород, естественной гравийно-песчаной смеси, обогащенные дроблёным песком с размером зерна 0,10–5 мм, образовав-

74

шимся в результате разрушения твердых горных пород Пермского песчано-гравийного карьера, получаемых при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений этого же карьера. Соответствует ГОСТ 8736–93.

Щебень. Применялся щебень из плотных горных пород Западуралнеруда, соответствующий ГОСТ 8267–93, полученный из обломков скальных пород размером до 80 мм, образовавшихся при дроблении горных пород и гравия, производства Утесовского и Луньевского каменных

75

Примечание. Перед чертой приведены данные по Утёсовскому, а за чертой – Лунёвскому карьерам.

Добавки в бетон. Большинство добавок, производимых за рубежом, комплексного действия. Однако результаты многочисленных исследований, проведенных специальными лабораториями, показали, что большая часть добавок при использовании на наших инертных материалах и цементе не подтверждают нормативную эффективность.

Опыт производственников показал, что импортные добавки в ряде случаев плохо работают как с отечественными цементами, так и в сочетании с отечественными добавками. Например, некоторые шведские суперпластификаторы несовместимы с теми отечественными, которые обеспечивают морозостойкость бетона. То есть, выбрав одну добавку иностранной фирмы, производственники, как правило, вынуждены использовать

идругие добавки того же производителя.

Внашей стране номенклатура модификаторов, предложенных к применению, весьма обширна (количество модификаторов, только входящих

вперечень строительного каталога СК-4 «Химические добавки для бетонов и строительных растворов», превышает 80 наименований).

Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки. Применение химических добавок является одним из универсальных, доступных и гибких способов управления технологией бетона и регулирования его свойств. Если ранее наиболее широко в строительстве использовались в виде добавок отдельные

76

химические продукты и модифицированные отходы промышленности, то в настоящее время преобладают добавки, специально приготовленные для бетона (суперпластификаторы, органо-минеральные и др.).

Пластификатор ПЯ-01, возможность применения которого изучалась ранее (аналог добавки П-20 [82, 83]), представляет собой продукт переработки кальциевых солей лигниносульфоновых кислот ЛСТ, изготавливаемых по ОСТ 81-79–74. Лигносульфонаты технические (ЛСТ), получаемые в виде смолоподобного продукта при гидролизе древесины на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК), используются в качестве доба- вок-водопонизителей в бетонных смесях с 30-х годов ХХ в. Средняя молекулярная масса ЛСТ лежит в пределах 20 000–30 000 при молекулярномассовом распределении от нескольких сот до 100 000. Строение и состав ЛСТ весьма сложны и разнообразны в связи с разнообразием исходного сырья и технологий его переработки. Эффект от применения ЛСТ различных производителей в бетонных смесях и бетонах характеризуется значительной нестабильностью.

Переработка жидкого ЛСТ с целью получения добавки ПЯ-01 заключается в обработке водного раствора исходного продукта свежемолотым кварцевым песком, способствующим в качестве реагента (адсорбента) очистке исходного вещества от смолистых и редуцирующих частиц, отрицательно влияющих на процессы гидратации цементного вяжущего.

В качестве исходного вещества могут быть приняты лигносульфонаты технические марок Е или Ж, нормированные по фракционному составу молекул лигносульфонатных полимеров; количеству и составу органической части, включая остаточное содержание редуцирующих веществ (сахаров); количеству и составу неорганической части (минеральных солей). Перемешивание водного раствора исходного вещества с свежемолотым кварцевым песком для получения добавки ПЯ-01 можно осуществлять в аппаратах любого типа, обеспечивающих турбулентное движение жидкости и твёрдой фазы, не позволяющее оседать частицам свежемолотого кварцевого песка в процессе активной обработки раствора, при которой происходит адсорбция твёрдыми частицами песка смолистых и редуцирующих веществ. Производство добавки ПЯ-01 позволяет получить высококачественный продукт с высоким пластифицирующим эффектом.

Пластификатор ПЯ-01 способствует вовлечению воздуха в количестве 1,8–2,2 %, что положительно сказывается на связности и удобоуклады-

77

ваемости бетонной смеси. Добавка ПЯ-01 была апробирована на ряде заводов по производству железобетонных изделий Сибири и Урала.

При изготовлении бетонных смесей в рамках данной работы добавка вводилась с водой затворения в количестве 0,3 % от массы цемента в пересчете на сухое вещество.

Бетонная смесь. Основные составы применявшихся бетонных смесей приведены в табл. 2.4

Водорастворимый полимер К-9, соответствующий ТУ 606-17-03–77,

применялся для уменьшения обезвоживания бетона при тепловлажностной обработке изделий в виде водного раствора, наносимого на поверхность образцов и изделий через 15–25 минут после формования. При использовании в качестве вторичной защиты, наносился на поверхность образцов и изделий через 4 часа после тепловлажностной обработки. При высыхании даёт плёнку светлых тонов.

2.6. Методика испытаний цементобетона в образцах и изделиях

Схема проведения эксперимента, условия твердения и возраст бетона к моменту определения соответствующих характеристик свойств и структуры представлены на рис. 2.3 и 2.4.

Определение прочностных характеристик бетона образцов, их изготовление и испытание осуществлено в соответствие с требованиями

78

ГОСТ 10180–90. Определение прочности бетона в изделиях осуществлялось ультрозвуковым импульсным способом и методом отбора и испытания кернов.

При определении прочности бетона неразрушающими способами учитывались положения ГОСТ 18105.0–86 п.п. 2.4; 3.3 и прил. 2.

Отбор кернов осуществлялся колонковым бурением с помощь бурового станка СБА-500 и бурового агрегата УГБ-50М твёрдосплавными буровыми коронками диаметром 70 мм (рис. 2.5, 2.6).

Рис. 2.5. Подготовка плиты ПДН для отбора кернов

Рис. 2.6. Отбор кернов из плиты буровым станком СБА-500

79

Подача воды непосредственно в забой предотвращала нагрев керна выше 55–60 °С, т.е. выше максимальных бытовых температур бетона в конструкциях в климатических условиях, что исключало возможность изменения свойств бетона в керне от перегрева в процессе бурения.

На рис. 2.7 показан результат работы бурильного станка СБА-500 – отверстие в плите ПДН после отбора керна.

Рис. 2.7. Фрагмент плиты ПДН после отбора керна

Прочностные характеристики бетона кернов определялись согласно ВСН 139-80. Подготовка кернов к испытаниям представлена на рис. 2.8, испытание кернов – на рис. 2.9.

Рис. 2.8. Подготовка кернов к испытаниям

80