Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование состава цементного бетона для автомобильных дорог общего пользования. Учебное пособие
.pdf
101
После 3, 5, 10 и 15 циклов мерную пробу щебня промывают водой
для удаления сульфата натрия. Затем высушивают до постоянной массы
и просеивают через контрольное сито с размером ячеек, равным d.
Обработка результатов испытаний
Обработку полученных результатов выполняют аналогично описанной в 2.2.16.1.
Если потеря в массе при данном количестве циклов испытания не превышает допускаемую (табл. 2.44), испытания продолжают в течение последующих циклов. Если потеря в массе превысила допустимый предел, испытание прекращают и морозостойкость данной фракции щебня характеризуют предыдущим числом циклов насыщения раствором сульфата натрия –
высушивания, при котором потеря массы не превышает допускаемую.
Зерна щебня фракции свыше 31,5 до 45 мм, имеющие свежую поверхность раскола и оставшиеся на сите с ячейками размером 31,5 мм,
относят к неморозостойким. Их массу не включают в массу остатка на
контрольном сите.
2.2.17. Определение влажности щебня
Влажность щебня определяют по ГОСТ 33028. Методика аналогична
используемой при определении влажности песка (см. п. 2. 1.10). Особен-
ности, которые следует учитывать при определении влажности щебня:
− минимальная масса мерной пробы щебня, кг, численно должна
быть не менее 0,2D (где D – сито с наибольшим размером ячеек);
− толщина слоя щебня на противне не должна превышать 2D. Если
при использовании одного противня это условие не выполняется, следует использовать дополнительные противни;
− для ускорения высушивания допускается перемешивать щебень,
исключая его потери.
Влажность щебня учитывают при назначении рабочего состава бетона.
Форма заключения по работе
− петрографическая характеристика _________________________;
− наибольшая крупность D = ___ мм;
− марка по дробимости ______ ;
− истинная плотность щебня ρщ = ______ кг/м3;
− плотность зерен щебня ρзщ = ______ кг/м3;
102
− насыпная плотность щебня ρнщ = ______ кг/м3;
− объем межзерновых пустот Vщ = ______ %;
− пригодность к использованию в производстве бетона для основа-
ний и покрытий автомобильных дорог ____________________________.
Контрольные вопросы
1. Какие материалы используют в качестве крупного заполнителя
для дорожного бетона? Перечислите основные показатели их качества.
2. Опишите методику определения зернового состава щебня.
3. Что принимают за наибольший и наименьший номинальный раз-
мер (наибольшую и наименьшую крупность) зерен щебня?
4. Дайте определение полных и частных остатков на контрольных
ситах.
5. Изложите методику определения истинной плотности щебня
ускоренным методом.
6. Как определяют среднюю плотность зерен щебня?
7. Опишите методику определения насыпной плотности щебня.
8. Приведите порядок определения межзерновой пустотности щебня.
9. Охарактеризуйте методику определения дробимости щебня.
10. Как определяют сопротивление дроблению и износу щебня?
11. Как устанавливают наличие в щебне из гравия органических
примесей?
12. Какие зерна относят к зернам пластинчатой (лещадной) и игло-
ватой формы? Как устанавливают их содержание в щебне?
13. Опишите порядок определения содержания дробленых зерен
в щебне из гравия.
14. Приведите методику определения содержания в щебне пылевид-
ных и глинистых частиц.
15. Какие зерна щебня относят к слабым? Опишите методику опре-
деления их содержания в щебне.
16. Как определяют содержание глины в комках в щебне?
17. Подробно опишите метод замораживания-оттаивания, использу-
емый для определения морозостойкости щебня.
18. Охарактеризуйте ускоренный метод определения морозостойко-
сти щебня.
103
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА
ДОРОЖНОГО ЦЕМЕНТНОГО БЕТОНА
Бетон – это искусственный камневидный строительный материал, который получают в результате затвердевания тщательно перемешанной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей и различных добавок. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью.
В современном строительстве бетон является одним из основных
строительных материалов. Разработанные правила и методики проектирования состава бетонов различных видов позволяют получать конструкции и изделия с весьма разнообразными требуемыми свойствами.
По назначению бетоны подразделяют на конструкционные и специаль-
ные. Первые, основной технической характеристикой которых является
прочность, используют в несущих и ограждающих конструкциях зданий
и сооружений, а вторые предназначены для эксплуатации в особых условиях или для конструкций специального назначения. К специальным бетонам относят теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие,
радиационно-защитные, декоративные, гидротехнические, а также дорожные и аэродромные.
Дорожный бетон – специальный вид тяжелого бетона, приготавли-
ваемый на цементном вяжущем с плотными мелким и крупным заполнителями и используемый для устройства бетонных покрытий и оснований
многослойной дорожной одежды. Покрытие является верхним слоем
автомобильной дороги, непосредственно воспринимающим усилия от
колес транспортных средств и воздействие климатических и техногенных факторов (антигололедных реагентов и пр.). Цементобетонное осно-
вание представляет собой слой, расположенный под покрытием и обеспечивающий совместно с ним перераспределение и снижение давления
на расположенные ниже слои и грунт земляного полотна.
В процессе эксплуатации конструктивные слои дорожной одежды
работают на изгиб, как плита на упругом основании, поэтому основной
механической характеристикой дорожных бетонов является прочность
на растяжение при изгибе, а прочность на сжатие имеет второсте-
пенное значение. Именно величину прочности бетона на растяжение при
изгибе используют в расчете толщины бетонных и армобетонных покрытий и оснований жесткой дорожной одежды, а также аэродромных
104
конструкций. Однако действующие сегодня государственные стандарты
и другие нормативные документы, регламентирующие правила и неразрушающие методы контроля прочности бетона монолитных конструкций, а также серийно выпускаемое для этого испытательное оборудование в основном разработаны для определения и оценки прочности бетона
на сжатие. По этим причинам в проектной документации на строительство покрытий и оснований автомобильных дорог вместе с классом
прочности бетона на растяжение при изгибе (Btb) указывают и его класс
прочности на сжатие (В).
Большая часть территории Российской Федерации расположена
в условиях резко-континентального климата, характеризующегося низкими отрицательными температурами воздуха зимой и длительными периодами знакопеременных температур в осенне-весенний период. В этих
условиях монолитные и сборные покрытия автомобильных дорог подвергаются совместному действию воды и мороза при одновременном
влиянии солей, применяемых для предотвращения их обледенения и облегчения очистки ото льда. В связи с этим дорожный бетон должен иметь
необходимую марку по морозостойкости, назначаемую в соответствии
климатическими условиями района строительства.
В покрытиях следует применять бетон марок по морозостойкости не
менее F2100-F2200. Индекс «2» в обозначении марки по морозостойкости
показывает, что контроль морозостойкости бетона покрытий производят
по второму базовому методу ГОСТ 10060 (при насыщении и оттаивании
образцов в 5% водном растворе хлорида натрия, имеющем температуру
20 °С, и при замораживании в воздушной среде при температуре минус
20 °С). Для бетона покрытий критерием морозного разрушения после заданного количества циклов замораживания-оттаивания является снижение прочности и однородности по прочности, наличие шелушения поверхности образцов, отколов, трещин, снижение массы.
Бетон оснований должен иметь марку по морозостойкости не менее
F125-F150, определение которой производят испытанием контрольных
образцов по первому базовому методу ГОСТ 10060 (при насыщении
и оттаивании образцов в пресной воде, имеющей температуру 20 °С,
и при замораживании в воздушной среде при температуре минус 20 °С).
Для ускоренного контроля морозостойкости бетонов покрытий и оснований автомобильных дорог допускается использовать третий метод
испытаний, установленный ГОСТ 10060 (при насыщении и оттаивании
105
образцов в 5% водном растворе хлорида натрия, имеющем температуру
20 °С, и при замораживании в среде этого же раствора при температуре
минус 50 °С), а для бетона оснований в качестве ускоренного также используют второй метод определения морозостойкости.
Дорожные бетоны, имеющие марку по морозостойкости F2150 и
выше, изготавливают с обязательным применением воздухововлекаю-
щих, микрогазообразующих или комплексных добавок. В этом случае в
результате уплотнения и затвердевания дорожных бетонных смесей получают бетон плотной структуры, в которой пространство между зернами крупного и мелкого заполнителей полностью заполнено затвердевшим вяжущим веществом и порами искусственно вовлеченного воздуха
(газа). Эти мелкие замкнутые поры сферической формы диаметром от 10
до 300 мкм равномерно распределены в структуре затвердевшего цементного камня, занимают 5-7 % всего объема бетона и играют роль
своеобразных демпферов гасителей внутренних напряжений в условиях попеременного замораживания и оттаивания.
В качестве воздухововлекающих и микрогазообразующих добавок в
технологии дорожных бетонов чаще всего применяют кремнийорганические жидкости (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Химические добавки в бетонные смеси
Класс
Основной
эффект
действия
Наименование и
страна-производитель
Тип
Дозировка
Воздухо-
вовлекаю-
щие
Увеличение
объема
воздуха (газа)
в дорожных
бетонных
смесях до 5-7 %
СНВ (Россия)
Смола нейтрализованная
воздухововлекающая
0,001-0,035
ГКЖ-10 (Россия)
Этилсиликонат натрия
ГКЖ-11 (Россия)
Метилсиликонат натрия
Микрогазообразу-
ющие
136-41 (Россия)
Полигидроксилоксан
0,03-0,08
136-157М (Россия)
Полигидроксилоксан
модифицированный
ПГЭН (Россия)
Этилгидридсесквиоксан
Супер-
водо-
редуциру-
ющие
Уменьшение
расхода воды
затворения
на 25-40 %
Muraplast FK 63
(Германия)
Полиэфиркарбоксилат
0,2-2,5
Dynamon SP3
(Италия)
Сополимер акриловый
0,8-2,5
То же, 20-30 %
Glenium® SKY 591
(Германия)
Полиэфиркарбоксилат
0,2-3,0
Sika ViskoCrete-20HE
(Швейцария)
Сульфомеламино-
формальдегид
0,2-1,4
106
Окончание табл. 3.1
Класс
Основной
эффект
действия
Наименование и
страна-производитель
Тип
Дозировка
Водо-
редуциру-
ющие
То же,
15-20 %
С-3 (Россия)
Сульфонафталин-
формальдегид
0,4-0,8
Дофен ДФ (Украина)
0,35-0,45
То же,
10-15 %
ЛСТМ-2 (Россия)
Лигносульфонаты техниче-
ские модифицированные
0,1-0,3
АПЛ (Россия)
Аплассан
0,4-0,9
То же,
7-10 %
ЛСТ (Россия)
Лигносульфонаты
технические
0,15-0,25
УПБ (Россия)
Мелассная упаренная
последрожжевая барда
Примечание. Дозировка добавок приведена в % от массы цемента, в пересчете
на сухое вещество добавки или 100 %-ю жидкость.
Воздухововлекающие добавки представляют собой гидрофобные
поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые уменьшают поверхностное натяжение жидкости (воды), вовлекают в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха и образуют на поверхности зерен цемента тонкие (мономолекулярные) гидрофобные пленки. Молекулы гидрофобных
ПАВ имеют ассиметрично-полярное строение и состоят из полярной
группы (например, −СООН или −СООNa) и неполярного углеводородного радикала. Адсорбция этих молекул на поверхности зерен цемента
сопровождается химической фиксацией полярных групп добавки, а углеводородные радикалы в процессе перемешивания бетонной смеси захватывают и удерживают в ней значительное количество неполярных
пузырьков воздуха сферической формы (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Механизм действия воздухововлекающих добавок:
1 – частица цемента; 2 – молекула добавки; 3 – пузырек вовлеченного воздуха;
4 – анионная группа; 5 – неполярный радикал
107
Микрогазообразующие добавки представляют собой гидрофобные
кремнийорганические ПАВ, способные выделять газ в результате их химического взаимодействия с продуктами гидратации цемента. В результате химической реакции кремнийорганических молекул с гидроксидом кальция,
выделяющимся в результате гидратации и гидролиза алита, образуется соответствующая кальциевая соль и выделяется молекулярный водород.
Воздухововлечение не только обеспечивает достижение необходимой морозостойкости дорожного бетона, но также благоприятно влияет
на показатели удобоукладываемости и связности бетонной смеси.
В результате увеличения объема цементного теста, играющего роль
смазки твердых компонентов смеси, обычно наблюдаются дополнительные положительные эффекты: повышение пластичности, снижение растворо- и водоотделения. После укладки и затвердевания бетонной смеси
гидрофобные ПАВ, адсорбируясь в капиллярных порах бетона, придают
им водоотталкивающие свойства (гидрофобизируют бетон). Это дополнительно способствует уменьшению его водопоглощения, проницаемости и, как следствие, повышению морозостойкости. Однако всегда следует учитывать, что появление в бетоне дополнительного количества замкнутых пор, оказывая положительное влияние на его морозостойкость,
а также модуль упругости и деформативность, одновременно приводит
к некоторому снижению средней плотности, что является причиной незначительной потери прочности.
Снижение открытой пористости и проницаемости дорожного бетона
с целью увеличения его морозостойкости также достигают за счет уменьшения водопотребности бетонной смеси при сохранении ее марки по
удобоукладываемости за счет применения водоредуцирующих добавок
(табл. 3.1). Применение таких добавок одновременно позволяет уменьшить расход цемента, повысить прочность бетона и его стойкость против
действия хлористых солей, применяемых для борьбы с гололёдом.
Следует учитывать, что эффективность действия химических добавок зависит от множества факторов:
− химического и минералогического состава, удельной поверхности
и активности цемента;
− вида, минералогического и зернового состава мелкого и крупного за-
полнителей, а также характера и количества содержащихся в них примесей;
− технологии производства бетонных смесей, времени их транспор-
тирования, особенностей возводимых конструкций и других факторов.
108
Оптимальные дозировки добавок, а также их совместимость с компонентами бетона и между собой устанавливают при подборе состава бетона. При этом руководствуются рекомендациями предприятий-производителей химических добавок. Общее количество химических добавок
не должно превышать максимальных дозировок, указанных производителем, и должно быть не более 5 % массы цемента.
Чаще всего воздухововлекающие, микрогазообразующие и водоредуцирующие добавки вводят в бетонную смесь вместе с водой затворения.
Еще одной специфической технической характеристикой бетона для
дорожных покрытий является износостойкость, определяющая его
способность сопротивляться постепенному или быстрому разрушению
с поверхности путем отрыва и удаления мельчайших частичек в результате совместного воздействия истирающих и ударных воздействий.
В зависимости от интенсивности движения транспорта эту характеристику дорожного бетона нормируют марками по истираемости, устанавливаемыми по методике ГОСТ 13087 путем проведения испытаний
контрольных образцов на круге истирания:
‒ G1 ‒ бетон низкой истираемости, предназначенный для дорожных
конструкций, работающих в условиях повышенной интенсивности движения и грузонапряженности (покрытия на федеральных трассах, тротуарные плиты на магистральных улицах и т.п.);
‒ G2 ‒ бетон средней истираемости, используемый в основном для
устройства полов производственных зданий и сооружений, проходов
и лестниц в подземных переходах и т.д.;
‒ G3 − бетон высокой истираемости, применяемый в покрытиях дворов жилых зданий, дорог и тротуаров во внутриквартальных проездах и т.п.
На практике за косвенную характеристику износостойкости
(истираемости) дорожного бетона обычно принимают его прочность на
сжатие. Принято считать, что если предел прочности бетона при сжатии
превышает 30 МПа, то его сопротивление истирающим и ударным воздействиям в условиях эксплуатации дорожных покрытий будет достаточным. По этой причине марку по истираемости бетона покрытий автомобильных дорог в проектной документации, как правило, не нормируют. Также к бетону покрытий дорог обычно не предъявляют требования по водонепроницаемости, так как это свойство не в полной мере
характеризует его долговечность.
109
В соответствии со СП 34.13330.2021 бетон для покрытий и оснований автомобильных дорог по прочности и морозостойкости должен удовлетворять требованиям, указанным в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Требования к дорожному цементному бетону
Конструктивный слой
дорожной одежды
Минимальные
проектные классы
прочности бетона
Минимальные проектные марки
бетона по морозостойкости F
для районов со среднемесячной
температурой воздуха
наиболее холодного месяца, °С
на растя-
жение
при
изгибе Btb
на сжа-
тие В
От 0
до –5
От –5
до –15
Ниже
–15
Монолитное покрытие
4,0
30
100
150
200
Сборное покрытие
3,6
25
Монолитное основание
1,2
7,5
25
50
50
Сборное основание
3,6
25
Состав дорожного бетона – это рациональное соотношение
между его компонентами, обеспечивающее получение материала
с требуемыми показателями качества при минимуме материальных
и энергетических затрат.
Правильное определение состава – одна из важнейших задач в технологии дорожного бетона, решаемая в соответствии с ГОСТ Р 59302
с учетом требований ГОСТ 31384. Подбор состава бетонной смеси осуществляют при организации нового строительства, изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, поставщиков,
вида или марок применяемых материалов.
При проектировании состава дорожного бетона наиболее сложной
технической задачей является обеспечение его требуемой морозостойкости, решение которой в основном заключается в соблюдении требований
нормативно-технических документов:
к виду применяемого цемента;
к качеству используемых заполнителей;
по применению воздухововлекающих и других модифицирующих
добавок в бетонную смесь;
по ограничению максимальных значений водоцементного отношения
.
110
Исходные данные для определения состава бетона для конструктивных слоев оснований и покрытий автомобильных дорог обычно содержатся в нормативном или технологическом документе, в соответствии с
которым осуществляют строительство или производят бетонную смесь.
Задание на проектирование состава дорожного бетона должно быть разработано предприятием-заказчиком бетонной смеси с учетом эксплуатационных и климатических условий работы дорожной одежды и утверждено в установленном порядке. В задании должны быть указаны:
‒ класс прочности бетона на растяжение при изгибе Btb и класс прочности бетона на сжатие B;
‒ марка бетонной смеси по удобоукладываемости (подвижности или
жесткости);
‒ объем вовлеченного воздуха в бетонной смеси;
‒ марка бетона по морозостойкости.
Проектирование состава 1 м3 уплотненной дорожной бетонной
смеси заданного качества осуществляют установленным в ГОСТ Р 59302
расчетно-экспериментальным методом абсолютных объемов в следующей последовательности:
− испытание исходных материалов и установление их пригодности
для применения в бетоне требуемого качества (выполнено в предшествующих работах и отражено в соответствующих таблицах);
‒ расчет начального и двух дополнительных составов бетонных смесей;
‒ приготовление и корректировка составов пробных замесов;
‒ формование и испытание контрольных образцов и обработка полученных результатов;
‒ определение номинального состава бетона;
‒ переход от номинального состава к рабочему и его корректировка;
‒ расчет и передача в производство рабочих дозировок.
Оборудование и инструменты, необходимые для выполнения лабораторной работы:
весы циферблатные с пределом взвешивания до 10 кг и комплект гирь;
металлические поддоны для перемешивания бетонной смеси;
кельмы, шпатели, металлические линейки;
наборы мерной металлической и стеклянной посуды;
конус для определения подвижности бетонной смеси;
прибор для определения жесткости бетонной смеси и секундомер;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]