Большая часть территории Российской Федерации находится в суровых климатических
условиях. В течение продолжительного периода времени (зима, осень, весна) строительные
конструкции испытывают воздействие многократно повторяющихся циклов замораживания и
оттаивания.
Резкие циклические перепады температур особенно опасны для конструкций, подверженных водонасыщению при эксплуатации, в частности для строительных конструкций автомобильных дорог. Напряжения, возникающие в порах при замерзании воды, предопределяют развитие процессов трещинообразования в бетонных дорожных конструкциях.
Компоненты бетона обладают различными коэффициентами температурного расширения. Это приводит не только к возникновению поверхностных, но и к развитию внутренних трещин. Динамические нагрузки от воздействия колес многотоннажных автопоездов усиливают процесс трещинообразования. Снижение стоимости и повышение долговечности бетонных дорожных покрытий – важная народно-хозяйственная задача.
Снижение стоимости дорожных строительных бетонных изделий, особенно в регионах, в
которых отмечается дефицит крупного заполнителя, может решаться за счет развития производства высокопрочных долговечных бетонов на основе местных природных кварцевых песков.
Мелкозернистые бетоны.
Большинство регионов России располагают большими запасами природных кварцевых песков, на основе которых освоено изготовление мелкоштучных дорожных изделий. Мелкозернистые бетоны могут заменить обычные тяжелые цементные бетоны при условии, если они не уступают им по ряду физико-технических характеристик: морозостойкости, прочности при изгибе и при растяжении.
Одним из препятствий на пути использования мелкозернистых бетонов в крупногабаритных дорожных изделиях являются их повышенная усадка и ползучесть. Снижение показателей усадки и ползучести мелкозернистых бетонов может быть достигнуто повышением концентрации твердой фазы при оптимальном наполнении межзерновых пустот бетона высокодисперсными минеральными частицами природного, искусственного и в том числе техногенного происхождения.
Известно, что повышение концентрации твёрдой фазы в бетонной смеси сопровождается
ростом ее вязкости в связи с сокращением толщины диффузного слоя сольватных оболочек вокруг твердых частиц системы. Необходимо обеспечить повышение удобоукладываемости цементно-песчаной смеси при низких водоцементных отношениях (В/Ц = 0,25-0,27) регулированием части свободной (диффузной) воды до образования жёстко-пластичного состояния и увеличением объёма химически активной коагуляционной среды при использовании наполненного вяжущего совместного помола, применение которого способствует возникновению прочных связей за счет активации процессов гидратации клинкерных минералов.
Формировании структурной плотности и прочности.
Разработка технологии мелкозернистого цементного бетона на кварцевых песках проводилась исходя из положения оптимизации условий для активации кварцнаполненного вяжущего совместного помола на границе раздела фаз.
Известно, что энергетический потенциал поверхности зёрен кварцевого наполнителя зависит от атомно-молекулярных особенностей структуры кремнезёма. Появление на поверхности зерен кварца при помоле активных групп SiOH — в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных металлов способствует интенсификации физико-химического и химического взаимодействия на границе раздела фаз.
В формировании структурной плотности и прочности мелкозернистого цементного бетона рассматриваются два технологических этапа.
К первому относят самопроизвольное объединение дисперсной системы в структурные блоки за счёт избыточной энергии системы: цементное зерно – наполнитель – вода.
Ко второму – внешнее механическое воздействие на систему, направленное на создание плотной структуры дисперсной системы, за счёт изменения расстояния между ее структурными элементами.
Уплотнение мелкозернистого бетона.
Для уплотнения структуры мелкозернистого бетона была применена разночастотная
вибрационная установка, в которой для перемещения более крупных кварцевых частиц диаметром 0,4…1,5 мм использована вибрация с частотой f = 50 Гц, а для перемещения более мелких частиц твёрдой фазы кварцнаполненного цементного вяжущего – вибрационное воздействие с частотой f = 167 Гц. При совместной работе двух вибровозбудителей установки создавался совмещенный режим виброколебаний бетонной смеси.
Удельное давление пригрузочного устройства при формовании бетонной смеси было
определено математическим расчётом по разработанной методике и составляло Руд=0,0131 МПа.
Физико-механические характеристики мелкозернистого бетона в зависимости от режима
виброуплотнения приведены в таблице.
