УДК 691.328
Круглов В.М., Добшиц Л.М., Ломоносова Т.И., Крикунов О.И.
Московский государственный университет путей сообщения,
Федунов В.В., НПЦ «Атлант»,
Свиридов О.С., Вяземский завод ЖБШ
В настоящее время в технологии бетона основными задачами являются:
повышение прочности и долговечности бетонов; снижение трудовых и энергетических затрат, связанных с изготовлением бетонных и железобетонных конструкций.
Для решения этих задач используют различные технологии, связанные с применением разнообразных химических добавок, улучшающих свойства бетона. Наиболее популярны в настоящее время комплексные добавки, повышающие не только прочность бетонов, но и водонепроницаемость, морозостойкость, а также улучшающие другие свойства бетонной смеси. Кроме этого некоторые добавки повышают технологичность производства бетонных изделий. Однако многие добавки, несколько повышая конечную прочность бетона в поздние сроки твердения, не позволяет получить высокую прочность бетона в ранние сроки твердения.
Для ускорения набора прочности бетона часто применяют термовлажностную обработку в камерах пропаривания при относительной влажности, равной 100%, и температуре + 80…95 °С. Однако, при такой температуре термообработки в начальные сроки в твердеющем бетоне возникают значительные термические напряжения, превышающие его прочность и вызывающие образование трещин, приводящих к снижению конечной прочности и долговечности изготавливаемых конструкций. Поэтому другим способом улучшения качества и повышения долговечности бетонных изделий является изменение технологии их производства.
С целью повышения прочности бетона в начальные сроки твердения, была разработана технология изготовления бетона для предварительно напряженных железобетонных шпал. Она состоит в приготовлении бетонов с комплексной тонкомолотой добавкой в количестве 0,1…8,0 % массы цемента и термообработке бетона по мягкому режиму пропаривания. Изготовление бетонных и железобетонных изделий осуществляется по следующей технологии: в бетонную смесь, включающую вяжущее, мелкий и крупный заполнители и воду затворения, вводят комплексную тонкомолотую добавку в количестве 0,1…8,0% массы цемента, приготовленную смесь укладывают в формы, затем осуществляют её выдержку при температуре + 8…28 °С в течение 0,5…3,5 часов, далее осуществляют ее пропаривание при температуре + 40…70 °С по режиму (1…3) + (2…6) + (1…3) часа.
В качестве добавок использовались специально разработанные добавки ГГЦ и Микрзм. Исследовалось влияние этих добавок на прочностные свойства цементно-песчаных составов и бетонов.
Исследования проводились на следующих материалах Вяземского завода ЖБШ. Мальцовский портландцемент – ПЦ500 Д0, имеющий следующие характеристики: насыпная плотность — 1232 кг/м3; остаток на сите 0,08-12 %; нормальная густота — 26,19%; начало схватывания — 1 час 40 мин.; конец схватывания — 7 часов 25 мин.; удельная поверхность 350-370 м2/кг. Минералогический состав: C3S=65,7%, C2S=11,9%, C3A=6,5%, C4FA=13,8%, SiO2=20,88%. Песок Вяземского завода с характеристиками: истинная плотность — 2500 кг/м3; насыпная плотность — 1582 кг/м3; пустотность песка — 36,72%; модуль крупности 2,56; загрязненность – 6,1%. Щебень Орского завода с характеристиками: истинная плотность — 2446 кг/м3; насыпная плотность — 1308 кг/м3; пустотность щебня — 46,52%; содержание зерен пластинчатой формы – 30%; загрязненность – 5,4%.
При исследовании цементно-песчаных составов было установлено, что оптимальной дозировкой добавок является 3% ГГЦ и 4% Микрзм. При исследовании бетонные образцы подвергались тепловой обработке по следующей схеме: 1 час выдержки при температуре +28 °С, 2,5 часа поднятия температуры до +60 °С, 6 часов выдержки при этой температуре и 2,5 спуска температуры. Полученные результаты представлены в табл. 1.
Из результатов табл. 1 видно, что образцы после тепловой обработки при 60 °С через 12 часов твердения с 3% добавки ГГЦ имеют прочность 49,33 МПа; а с 4% добавки Микрзм – 44,74 МПа.
В дальнейших исследованиях изучался характер изменения прочности бетонов в интервале 10…14 часов твердения после термовлажностной обработки. Результаты представлены на рис. 1 и 2.
Из рис. 1 и 2 видно, что получаемой прочности бетонов с добавками через 12 часов твердения достаточно для передачи предварительного напряжения (41 МПа) на бетон, поэтому составы с 3% ГГЦ и 4% Микрзм могут быть использованы для получения высокопрочных бетонных шпал.
Результаты исследований были опробованы в условиях производства при изготовлении железобетонных шпал на Вяземском заводе ЖБШ. Были изготовлены 3 серии ж.-б. шпал: серия №1 — без добавок, серия №2 — с 3% добавки ГГЦ, серия №3 – с 4% добавки Микрзм. Составы замесов приведены в табл. 2.
Одновременно из рабочих составов изготавливались контрольные образцы, которые твердели в условиях, аналогичных условиям твердения шпал. Шпалы и образцы перед термовлажностной обработкой выдерживались 1 час, затем проводилась непосредственно термовлажностная обработка по схеме: поднятие температуры до +60 0С в течение 2,5 часов, затем выдерживание при этой температуре и спуск температуры в течение 2,5 часов.
Испытания образцов проводили после термовлажностной обработки. При первом испытании выдержку при температуре +60 °С проводили в течение 2 часов, при втором – через 3,5 часа, при третьем – через 5 часов. Полученные результаты приведены в табл. 3 и на рис. 3.
Из графика, представленного на рис. 3, видно, что прочность бетонов с добавками выше контрольных без добавок. При этом наибольшую прочность имеют образцы с добавкой 4 % Микрзм.
Через 24 часа после изготовления были проведены испытания шпал из бетонов с добавками ГГЦ и Микрзм на трещиностойкость, результаты которых приведены в табл. 4.
Испытания на трещиностойкость проводили согласно ГОСТ 10629-88 и ОСТ 32.152-2000. Схема испытания шпалы приведена на рис. 4
При сравнении полученных результатов испытаний шпал с добавками с нормативными требованиями, видно, что шпалы с добавками ГГЦ и Микрзм выдерживают нагрузку на 10-25 % выше контрольной в подрельсовом сечении и на 50-60 % в среднем сечении (табл. 5).
Таким образом, лабораторные и экспериментальные исследования в условиях производства при изготовлении шпал показали преимущество применения используемого способа изготовления бетонных и железобетонных изделий с добавками. Он может быть использован также при изготовлении многих других различных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, например, тюбингов тоннелей, свай, стоек, перемычек, ригелей, плит перекрытий и т.п.
Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о перспективности применения предлагаемого способа для получения долговечных бетонных и железобетонных конструкций повышенной прочности в начальные сроки твердения.
