Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические и технологические основы производства и применения дорожно-строительных материалов.pdf
111
движению жидкой, газообразной фаз и частиц твердой фазы [72,
78, 80, 95].
Реакции в бетоне при его прессовании без вакуумирования
или с непрерывным вакуумированием в закрытой системе можно
направлять в сторону прямых реакций путем повышения концентрации и благодаря этому получать конструкции с заданными
параметрами, инертными к окружающей среде [63, 79, 80].
Предположение обосновывается характерной особенностью
обратимых реакций, заключающейся в том, что реакции не доходят до конца, если систему не выводить из равновесного состояния повышением концентрации путем давления или непрерывного вакуумирования. Исходные вещества, если даже они были
взяты в эквивалентном количестве, никогда не расходуются на
образование продуктов реакций [79].
8.4. Технологические основы производства ЦБС, ЖБИ и ЦБСНВ
Цементно-бетонной смесью называют смесь, состоящую из
вяжущего вещества, воды, мелких и крупных заполнителей, взятых в определенных рассчитанных соотношениях. Вяжущее вещество (цемент) и вода являются активными составляющими, так
как благодаря реакции между ними образуется цементный камень
и происходит сцепление его с заполнителями. Последние в большинстве случаев инертны, т.е. не вступают в химические соединения с цементом и водой. Они образуют жесткий скелет бетона
и уменьшают его усадку, возникающую вследствие усадки цементного камня при твердении [2, 53, 71, 80].
В качестве заполнителей в дорожном строительстве исполь-
зуют преимущественно местные дешевые материалы. Это снижает стоимость ЦБС, так как привозной цемент составляет всего
около 10…15% ее массы, а заполнители и вода – до 90…85%.
112
Основное деление ЖБИ производят по объемному весу, зави-
сящему главным образом от плотности цементного камня и вида
заполнителя (с этими характеристиками ЖБИ и связаны его основные свойства – прочность, морозостойкость, водопроницае-
мость).
Бетоны для дорожного строительства должны иметь задан-
ную прочность при изгибе, малую изнашиваемость и высокую
морозостойкость [63, 68].
Цементобетонные смеси до затвердевания должны легко перемешиваться, транспортироваться и укладываться, смесь должна
иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками ввода автомобильной дороги в эксплуатацию. Составы ЦБС должны быть экономичными, расход цемента и стоимость ЖБИ – минимальными.
Получить ЖБИ, удовлетворяющее всем поставленным требованиям, трудно даже при правильном подборе материалов для
смеси, точном расчете ее состава, тщательном механизированном перемешивании, укладке и уплотнении ЦБС, а также правильном уходе за уложенной ЦБС в начальный период ее твердения [53, 81].
Получение качества ЖБИ ниже требуемого зависит от многих
причин. Основными из них можно считать наличие в материале
трудно учитываемых при дозировании частиц воды, воздуха и
тонкодисперсных материалов (пыли). Частицы находятся как на
поверхности заполнителя, так и внутри его (в порах и трещинах),
а также в микрообъемах между твердыми телами заполнителей.
В отличие от большинства веществ, плотность которых при
охлаждении непрерывно увеличивается, вода при 40С обладает
наибольшей плотностью. Как выше, так и ниже этой температуры
плотность воды меньше. Указанная аномалия воды имеет очень
113
большое значение. Благодаря ей в ЖБИ возникает внутреннее
напряжение.
Не меньшее значение для прочности и долговечности бетона
имеет и другая аномалия воды – из всех твердых веществ вода
имеет наибольшую теплоемкость. Поэтому в зимнее время она
медленно остывает, а летом медленно нагревается, являясь, таким
образом, причиной неравномерного остывания и нагревания бетона и воды в порах и трещинах. В связи с этим возникают температурные напряжения, разрушающие цементный камень.
Свободные частицы воды и водные растворы могут вызвать
химическую коррозию в бетоне в результате свободных реакций
между составными частями цементного камня и химическим веществом, содержащимся в воде.
Для обеспечения нужной удобоукладываемости ЦБС при изготовлении ЖБИ вводится избыток воды. На процессы гидратации цемента, водопоглощение заполнителей требуется не более
20…30% взятой воды. Остальная же вода, находящаяся в бетоне
в свободном состоянии, образует при дальнейшем твердении бетона поры и капилляры [92, 93].
Основную роль в обеспечении высокой эксплуатационной
надежности бетонных дорожных покрытий играет плотность или
водонепроницаемость бетона. При плотном бетоне исключается
интенсивный приток воды, способствующий развитию обменных
реакций, вызывающих разрушение кристаллической структуры
бетона. При совместном действии воды и мороза в материале
возникают микротрещины, которые открывают путь воде [53].
Цементный камень полупроницаемый и может вызвать осмотическое давление, если он разделяет водные растворы различной
концентрации. Кроме того, в порах цементного камня всегда содержатся свободный гидрат окиси кальция в виде раствора значительной концентрации, а также и другие растворенные веще-
114
ства. Концентрация раствора гидрата окиси кальция в порах це-
р
а
Р
Р
а
Р
р
Р
ментного камня всегда будет выше, чем его концентрация в пресной воде. В результате вода начинает проникать в поры цементного камня, создавая осмотическое давление.
Технология производства ЦБС и ЖБИ путем прессования с
непрерывным вакуумированием дает возможность проводить
технологические операции по производству ЦБС и ЖБИ при постоянных, оптимально выбранных параметрах температуры, давления, объема и влажности.
Процесс приготовления ЦБС и ее уплотнение прессованием
изолирован от окружающей среды, которая характеризуется переменными температурой, давлением, влажностью.
Воздух представляет собой смесь газов разной массы, каждый
из которых имеет свою инертность. Легкий газ более подвижен,
чем тяжелый. Поэтому не все газы удаляются вакуумированием
при одной и той же степени разряжения
сферное давление или давление окружающей среды,
, где
– атмо-
– давле-
ние в вакуумной камере. Более легкие газы удаляются из материала быстрее, чем тяжелые. Кроме того, одни и те же газы из пор и
трещин удаляются медленнее свободных.
В связи с этим вакуумирование производится непрерывно с
многократным повторением при каждой степени разряжения,
начиная с малой и кончая максимальной степенью разряжения.
Одновременно с газом удаляются тонкодисперсные частицы.
Все компоненты, за исключением цемента, очищаются от газов и тонкодисперсных частиц как во время взвешивания, так и
во время транспортировки и перемешивания [79, 83-90, 93].
115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Под руководством инженеров путей сообщения специально-
сти 270205.65 «Автомобильные дороги и аэродромы» работники
дорожно-строительных организаций нередко самостоятельно добывают природные каменные материалы, производят и готовят
различные вяжущие вещества и смеси на их основе, используя
которые строят, реконструируют и ремонтируют различные инженерные сооружения.
Чрезвычайно важно поэтому, чтобы будущие специалисты
хорошо понимали сущность происходящих при этом процессов с
тем, чтобы уметь целенаправленно производить качественные
материалы и грамотно их применять.
Имея в виду вышесказанное, создатели данного учебного пособия постарались подробно, но по возможности доступно рассмотреть технологические и физико-химические основы производства и применения наиболее часто используемых дорожниками дорожно-строительных материалов.
Авторы надеются, что учебное пособие поможет студентам
основательно и глубоко изучить теоретический материал по данной дисциплине, расширить практические знания, полученные в
процессе прослушивания лекций и выполнения лабораторных
работ.
116
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. По каким признакам классифицируются ДСМ?
2. Перечислите виды и свойства ДСМ.
3. Из чего состоят твердые тела, какими видами и типами
связей они связаны между собой?
4. Дайте определение структуры ДСМ.
5. Перечислите виды структур ДСМ.
6. Какие Вы знаете виды микроструктур ДСМ?
7. Дайте понятие о материаловедении.
8. Какие материалы считаются имеющими оптимальную
структуру?
9. Перечислите законы оптимальных структур.
10. Объясните сущность закона прочности в материалах
оптимальной структуры.
11. Объясните сущность закона створа в материалах опти-
мальной структуры.
12. Объясните сущность закона конгруэнции в материалах
оптимальной структуры.
13. Имеются ли взаимосвязи между свойствами и структу-
рами ДСМ? Поясните на примере.
14. Дайте определение свойства долговечности ДСМ и пе-
речислите ее временные этапы.
15. Какие каменные материалы используются в дорожных
одеждах?
16. Перечислите виды работ при добыче скальных камен-
ных материалов.
17. Какие виды шлаков Вы знаете? Перечислите виды ра-
бот, выполняемых при производстве из них шлакового
щебня.
117
18. Каковы особенности добычи рыхлых каменных матери-
алов?
19. Приведите и объясните формулу для расчета свободной
поверхностной энергии (поверхностного натяжения)
твердых тел (жидкостей).
20. Приведите и объясните уравнение Дюпре-Юнга.
21. Приведите и объясните уравнение Лапласа – Неймана.
22. Какова сущность физико-химических процессов при
добыче скальных каменных материалов и их переработке, производстве щебня?
23. Кратко поясните физико-химическую сущность и тех-
нологию производства минерального порошка.
24. Перечислите виды и классификации вяжущих, приме-
няемых в дорожном строительстве.
25. Дайте общие сведения о применении в дорожном стро-
ительстве вяжущих веществ.
26. Кратко изложите физико-химическую сущность приме-
нения органических вяжущих для обработки каменных
материалов и смесей.
27. Какова физико-химическая сущность применения неор-
ганических вяжущих в дорожном строительстве
28. Охарактеризуйте технологические процессы примене-
ния органических вяжущих в дорожном строительстве.
29. Кратко объясните технологические процессы приме-
нения неорганических вяжущих в дорожном строительстве.
30. Какова физико-химическую сущность применения по-
верхностно-активных веществ (ПАВ) в дорожном строительстве?
118
31. Приведите и объясните уравнение Гиббса для установ-
ления величины адсорбции.
32. Из чего состоят асфальтобетонные и щебеночно-мас-
тичные асфальтобетонные смеси?
33. Кратко изложите сущность физико-химических процес-
сов, происходящих в зоне контактов битума с щебнем и
минеральным порошком карбонатных пород.
34. Раскройте физико-химическую картину взаимодей-
ствия битума с минеральными материалами изверженных пород.
35. Объясните технологические процессы производства
АБС (ЩМАС)
36. Объясните физико-химические процессы при производ-
стве асфальтобетонов (ЩМА).
37. Объясните физико-химические процессы применения
АБС (ЩМАС) в покрытиях.
38. Объясните технологические процессы применения
(транспортирования, укладки и уплотнения) АБС
(ЩМАС).
39. Как формируется структура бетона?
40. Каковы стадии гидратации при образовании структуры
бетона?
41. В каких областях строительства применяют бетон?
42. Какие недостатки бетона Вы знаете?
43. Расскажите о физико-химических основах производства
и применения ЦБС непрерывного вакуумирования
(ЦБСНВ).
44. Расскажите о способах производства бетонной смеси.
45. Какие операции включает технология производства
сборных железобетонных изделий?
119
46. Какие существуют способы предварительного натяжения арматуры?
47. Расскажите о видах формования железобетонных изделий.
48. В каких условиях происходит твердение железобетонных изделий?
49. Какие свойства бетонных изделий улучшаются при
формовании непрерывным вакуумированием?
120
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература
1. Общий курс строительных материалов: учеб. пособие /
И. А. Рыбьев, Т. И. Арефьева, Н. С. Баскаков и др.; под ред. И. А. Рыбьева. – М.: Высш. шк., 1987. – 584 с.
2. Дорожно-строительные материалы: учеб. для автомобильно-
дорожных институтов / И. М. Грушко, И. В. Королев, И. М. Борщ,
Г. М. Мищенко. – М.: Трансиздат, 1983.– 383 с.
Дополнительная литература
3. Физическая химия. В 2 кн., кн. 1. Строение вещества. Термоди-
намика: учеб. для вузов / К. С. Краснов, Н. К. Воробьев, И. Н. Годнев и
др.; под ред. К. С. Краснова.– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк.,
1995.– 512 с.
4. Асфальтовые бетоны: учеб. пособие для строительных вузов /
И. А. Рыбьев. – М.: Высш. шк., 1969.– 399 с.
5. Богуславский, А. М. Дорожные асфальтобетонные покрытия /
А. М. Богуславский. – М.: Высш. шк., 1965.– 115 с.
6. Дорожные одежды с использованием шлаков / А. Я. Тулаев,
М. В. Королев, В. С. Исаев, В. М. Юмашев; под ред. А. Я. Тулаева. – М.:
Транспорт, 1986. – 221 с.
7. ГОСТ 5578-94. Щебень и песок из шлаков. Технические усло-
вия. – М.: 1994.
8. Дорожный асфальтобетон / Л. Б. Гезенцвей, Н. В. Горелышев,
А. М. Богуславский, И. В. Королев; под ред. Л. Б. Гезенцвея. – 2-е изд.,
пераб. и доп. – М.: Транспорт, 1985. – 350 с.
9. Ковалев, Я. Н. Активационно-технологическая механика дорож-
ного асфальтобетона / Я. Н. Ковалев. – Мн.: Высш. шк., 1990. – 180 с.
10. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. –
М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 112 с.