Бетоны для дорожных и аэродромных покрытий

В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Поэтому при расчете состава бетона надо установить такое соотношение между его составляющими, которое обеспечивает требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе, а также достаточную прочность на сжатие и морозостойкосить. Проектную прочность дорожного бетона устанавливают в зависимости от назначения бетона: при изгибе - М 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55; при сжатии - М 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500.

Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с климатическими условиями района строительства: F50, F100, F150, F200.

Требования к подвижности бетонной смеси: ОК = 1...3 см; Ж = 2...5с и Ж =10...15с, Чтобы обеспечить достаточную морозостойкость, и, следовательно, надежную защиту и эксплуатацию покрытий длительное время, В/Ц должно быть не более: для сурового климата - 0,5, умеренного - 0,53, мягкого - 0,55. Для оснований бетонных дорог допускается использовать портландцемент не ниже МЗОО, Для бетона однослойных и двухслойных покрытий не ниже М400 с содержанием трех кальциевого алюмината менее 10%. В качестве крупного заполнителя используют щебень из прочных пород - изверженных (прочностью не менее 120 МПа) и осадочных пород (прочностью не менее 80 МПа); гравий только после промывки, при этом содержание в них загрязняющих частиц, не должно превышать 1,5 - 2% по массе. Наибольший размер зерен щебня и гравия не менее 20мм, 40мм, 70мм. В качестве ПАВ используют - пластификаторы (ССБ) и воздухововлекающие (мылонафт и Абиетат натрия); комплексные добавки - СДБ и мылонафт, СДБ и СНВ.

Оптимальный состав бетона: В = 155 л, Ц = 287 кг, Щ = 1340 кг, П = 655 кг.

Гидротехнический бетон - бетон, применяемый для строительства сооружений или их отдельных частей, постоянно находящихся в воде или периодически контактирующих с водной средой; разновидность тяжёлого бетона. Гидротехнический бетон характеризуется стойкостью против агрессивного воздействия воды, водонепроницаемостью, морозостойкостью, прочностью на сжатие и растяжение, ограниченным выделением тепла при твердении. Требования, предъявляемые к гидротехническому бетону, зависят от расположения и условий работы гидротехнических сооружений и их конструктивных элементов. Для приготовления гидротехнического бетона применяют портландцемент и его разновидности: заполнителями служат песок, щебень, гравий или галька крупностью до 150 мм и более. Качество гидротехнического бетона повышают введением в него различных добавок (воздухововлекающих, пластифицирующих, уплотняющих и др.).

Фибробетоны.

Фибробетон – это композит, образованный объемным сочетанием компонентов, отличающихся по химическому и минералогическому составу, физико-механическим и другим свойствам, имеющих четкую границу раздела и плотную механическую или (и) химическую связь. К композиционным материалам относятся традиционный бетон и железобетон, асбестоцемент, стеклоцемент, стеклопластик и другие материалы.

Известно, что материалы на основе неорганических вяжущих веществ отличаются высокой прочностью на сжатие, но малой растяжимостью, трещиностойкостью и большой хрупкостью. Введение в эти материалы дисперсных волокон позволяет значительно уменьшить эти недостатки. Такие материалы получили название «Фибробетон, фиброцемент, стеклоцемент». Они отличаются повышенной прочностью на растяжение, изгиб, более высокой трещиностойкостью, сопротивляемостью ударным и циклическим нагрузкам, а в ряде случаев более высоким сопротивлением истиранию. При этом значительно снижаются трудозатраты на изготовление арматуры и армирование изделий.

Композиты на основе различных вяжущих веществ классифицируются по виду применяемого вяжущего (стеклоцемент, стеклопластик, гипсоволокнистый материал и т.д.), по назначению (конструкционные, конструктивно-теплоизоляционные, декоративные, гидроизоляционные) и другим признакам.

Материалы для изготовления фибробетона:

· Вяжущие – портландцемент, глиноземистый цемент, гипс, композиционное гипсовое вяжущее, полимерцемент, полимерные связующие (полиэфиры, реже эпоксидные, фенолформальдегидные и другие олигомеры с отвердителями);

· Добавки – эффективные ПАВ, пенообразователи, полимерные добавки.

Арматура – металлические и неметаллические армирующие волокна.

Фибробетон (фиброцемент) может армироваться непрерывными или дисперсными волокнами. Критическая длина дисперсных волокон определяется из условия, чтобы сила защемления (анкеровки) волокон в материале была равна усилию разрыва волокон.

Содержание металлических дисперсных волокон в фибробетоне до 3 % по объему (реально 78...200 кг/м³), длина 10...60 мм, диаметр 0,1...0,5 мм.

Содержание неметаллической дисперсной арматуры в фиброцементе составляет 3...5 % по объему, а непрерывной – 10...12 %. Длина волокон 10...50 мм, диаметр 10...130 мкм в зависимости от вида вяжущего, условий долговечности и величины модуля упругости.

Состав формовочной смеси проектируется в соответствии с ГОСТ 27006. В качестве примера можно привести состав фиброраствора с металлической дисперсной арматурой: Ц=530 кг/м ³; П=1670 кг/м ³; В=200 кг/м ³; Фибры 180...200 кг/м ³; СДБ – 1,06 кг/м ³.

2 1

I

P P

I

Рисунок 1 - Схема микрообъема фиброцемента.

1. Образец из цементного камня.

2. Дисперсное волокно длиной «l» и диаметром «d».

Основные условия получения высокопрочных композитов :

1). Высокая прочность матрицы;

2). Достаточное количество высокопрочных волокон, с максимально возможным модулем упругости, равномерно распределенных по сечению материала;

3). Хорошее сцепление волокон с матрицей и их стойкость в среде материала;

4). Одинаковые или близкие коэффициенты температурного расширения волокон и матрицы.

При таких условиях можно получать композиты с прочностью на растяжение до 120 МПа на портландцементе и до 70 МПа на гипсе. Трещиностойкость фиброцемента, например, повышается в 60...100 раз по сравнению с неармированным цементным камнем. Более эффективно дисперсное армирование раствора или цементного камня.

На прочность композита весьма значительное влияние оказывает модуль упругости армирующих волокон. Для получения фиброцемента высокой прочности необходимо, чтобы Е _в > Е_м. Чем больше эта разница, тем прочнее материал.

Например, при увеличении модуля упругости волокон в 2 раза при прочих равных условиях прочность композита с содержанием волокон 10% по объему повышается в 2 – 3 раза.

Алюмоборосиликатные стеклянные волокна разрушаются в щелочной среде цементного камня. Поэтому целесообразно в таких условиях использовать щелочестойкие волокна Щ – 15Ж, 7тк, 7тм, базальтовые, арамидные, углеродные и другие). Но возможно использование и обычных стеклянных волокон с введением в состав композиций полимерных смол (ПВА, смола № 89 и другие 0,1...0,4% Ц). Тогда можно получать композиты со стабильной и высокой прочностью. Чем больше полимера в фиброцементе, тем выше его прочность. Но при этом повышается его усадка. Для снижения усадочных деформаций рекомендуется вводить в состав смеси наполнители (кварцевый песок, зола – унос и другие), расширяющиеся добавки или применять расширяющиеся и безусадочные цементы.

Не корродируют стеклянные волокна в матрице на основе гипса, композиционного гипсового, и полимерном полимерцементного и полимерном вяжущих.

Тепловая обработка в несколько раз снижает прочность композита, так как интенсифицирует разрушение волокон в цементном камне. Например, автоклавирование композита на цементе снижает его прочность в 4...5 раз по сравнению с твердением в естественных условиях.

При приготовлении фибробетонных смесей возникают определенные трудности введения дисперсной арматуры в формовочную массу при длине волокон, равной (80...120) d, а поэтому применяются специальные технологические приемы выполнения этой операции.

В целом, с применением различных вяжущих и волокон, смешанного армирования использование фибробетона перспективно при изготовлении дорожных и аэродромных покрытий, мостовых балок, ирригационных каналов, резервуаров, тюбингов, морских пирсов, взрывоустойчивых конструкций, защитных торкретированных покрытий, облицовок шахт, оболочек тоннелей, отстойников, объемных элементов, труб, стен, (в т.ч. 3^х слойных), полов, лестничных маршей, лотков, облицовочных плит, свай, кровельных панелей, элементов ограждений, плит покрытий и перекрытий, колонн, балок и т.д.

Исследования показывают, что фибробетон с остальными волокнами при толщине изделия до 70 мм не уступает традиционному железобетону по несущей способности, а при толщине менее 70 мм – превосходит его. Применение фибробетона малой толщины снижает материалоемкость конструкций, в частности сокращает расход стали и бетона. Поэтому использование фибробетона целесообразно прежде всего в тонкостенных элементах конструкций, особенно пространственных со сложной конфигурацией.