Материал: Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

го периода цементного теста на основе композиционных вяжущих снижается с увеличением содержания клинкерной составляющей в его составе. Длительное сохранение активности и интенсивный набор прочности цементного камня и бетона на его основе в различные, в том числе и ранние, сроки твердения является одним из достоинств этих композиционных вяжущих.

Приготовление цементного теста на композиционном вяжущем характеризуется повышенной нормальной густотой в состоянии покоя и значительным тиксотропным разжижением при механических колебаниях, обеспечивающим высокую степень уплотнения и низкие энергозатраты на процесс приготовления смеси.

Кроме того, при производстве бетона на разработанном композиционном вяжущем использование заполнителей из техногенных песков является более эффективным по сравнению с традиционно используемыми природными песками. Эта особенность гранулометрического состава оказывает положительное воздействие на формирование микроструктуры цементного камня вследствие более плотной пространственной упаковки частиц, более плотного цементного камня и уменьшения микротрещин композиционного вяжущего и мелкозернистого бетона в целом.

Выводы

1.Установлено, что совместное влияние механической и химической активации (присутствие частиц известняка) способствует увеличению пуццолановой активности кислых зол. Она оказывает каталитическое действие на реакционную активность поверхности золы и песка в процессе механической обработки в варио-планетарной мельнице. Кроме того, введение известняка повышает щелочность бетона, что приводит к большему образованию продуктов гидратации цемента в единицу времени.

2.Предложен механизм, объясняющий положительный эффект от применения цементозольного вяжущего в сочетании с гиперпластификатором и известняком при механохимической активации в варио-планетарной мельнице: за счет механического измельчения происходит повышение реакционной способности цементно-зольного вяжущего, гиперпластификатор

всочетании с известняком повышает плотность новообразований и адгезию вяжущего с заполнителем, что позволяет получить высокопрочные бетоны повышенной непроницаемости.

3.Обоснована возможность получения эффективного мелкозернистого бетона за счет использования модификатора (гиперпластификатора), позволяющего снизить водоцементное отношение при сохранении требуемой удобоукладываемости, высокоактивного композиционного вяжущего для значительного уплотнения структуры бетона, а также преобразования

свободного Са (ОН)2 в менее растворимые низкоосновные гидросиликаты кальция С-S-H и образования эттрингита при реакции с аморфным Al2O3, который, кристаллизуясь, упрочняет структуру цементного камня.

4.Таким образом, используя разработанное композиционное вяжущее, можно получать особо прочные бетоны, однако при этом важная роль будет принадлежать типу, прочности, плотности и морфологии крупных заполнителей. На основе отсева гранитного щебня возможно получить бетоны из подвижных смесей (ОК = 4—6 см) прочностью более 130 МПа. В дальнейшем набор прочности ограничивается прочностью заполнителя.

Библиографический список

1.Барахтенко, С. В. Строительный композиционный материал на основе отходов поливинилхлорида

изолы уноса теплоэлектростанций: дис. … канд. техн. наук / С. В. Барахтенко. — Иркутск, 2014. — 236 с.

2.Батраков, В. Г. Оценка ультрадисперсных отходов металлургических производств как добавок в бетон / В. Г. Батраков, С. С. Каприелов, Ф. М. Иванов // Бетон и железобетон. — 1990. — Вып. 12. — С. 1517.

3.Власова, В. И. Разработка технологии комплексного извлечения полезных компонентов из золошлаковых отходов ТЭС Иркутской области: дис…. канд. тех. наук: 25.00.13 / В. И. Власова. — Иркутск, 2005. — 182 с.

4. Гребенюк, Е. Н. Разработка цементно-зольно-известнякового композиционного вяжущего / Е. Н. Гребенюк, И. В. Городецкий, Р. С. Федюк // Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства: материалы междунар. науч.-практ. конф. — Белгород, 2016. — С. 213—218.

76

5. Дворкин, Л. И. Цементные бетоны с минеральными заполнителями / Л. И. Дворкин, В. И. Соломатов, В. Н. Выровой. — Киев: Будивэльник, 1991. — 136 с.

6. Игнатова, О. А. Особенности процессов твердения золоцементных вяжущих / О. А. Игнатова, Г. И. Бердов, В. В. Фоменко // Современные наукоемкие технологии. — 2011. — Вып. 1. — С. 80—82.

7.Кочергин, С. М. Бетоны. Материалы. Технологии. Оборудование / С. М. Кочергин. — Ростов н/Д: Феникс, 2006. — 424 с.

8.Кучеров, Д. Е. Композиционные вяжущие с минеральными добавками различного генезиса и бетоны на их основе: дис. … канд. техн. наук / Д. Е. Кучеров. — Белгород, 2011. — 190 с.

9.Лесовик, В. С. Вопросы повышения непроницаемости фибробетонов на композиционном вяжущем / В. С. Лесовик, Л. А. Урханова, Р. С. Федюк // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. — 2016. — № 1. — С. 5—10.

10.Лесовик, Р. В. Мелкозернистые бетоны на композиционных вяжущих и техногенных песках: автореф. дис. … д-ра техн. наук / Р. В. Лесовик. — Белгород, 2009. — 46 с.

11.Модификаторы цементных бетонов и растворов (технические характеристики и механизм действия) / Л. Я. Крамар [и др.]. — Челябинск: ООО «Искра-Профи», 2012. — 202 с.

12.Новоселова, И. В. Влияние горючей части золы-уноса ТЭС на долговечность строительных материалов / И. В. Новоселова, И. А. Туркина, М. П. Элинзон // Строительные материалы. — 1977. — № 8. — С. 47.

13. Проектирование композиционного вяжущего для уплотнения структуры цементного камня / Р. С. Федюк [и др.] // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы Междунар. акад. чтений / Курский государственный университет. — Курск, 2015. — С. 115—121.

14.Стафеева, З. В. Рациональное использование природных ресурсов с глубокой переработкой продуктов обогащения / З. В. Стафеева, Т. М. Аргынбаев, Е. В. Белогуб // Перспективы развития строительного материаловедения: сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. — Челябинск: Пирс, 2013. — С. 43—49.

15.Федюк, Р. С. Применение сырьевых ресурсов приморского края для повышения эффективности композиционного вяжущего / Р. С. Федюк // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер.: Инженерные исследования. — 2016. — № 1. — С. 28—35.

16.Федюк, Р. С. Свойства композиционных вяжущих на основетехногенных отходов Дальнего Востока / Р. С. Федюк // Вестник гражданских инженеров. — 2016. — № 2 (55). — С. 132—136.

17.Черепанов, А. А. Комплексная переработка золошлаковых отходов ТЭЦ (результаты лабораторных

иполупромышленных испытаний) / А. А. Черепанов, В. Т. Кардаш // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2009. — № 2. — С. 98.

18.Шоева, Т. Е. Мелкозернистые бетоны с использование механоактивированных зол Тывы: автореф. дис. … канд. техн. наук / Т. Е. Шоева. — Новосибирск, 2012. — 17 с.

19.Fediuk, R. S. Composite Binders for Concrete with Reduced Permeability [Электронный ресурс] / R. S. Fediuk, A. M. Yushin// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2015. — № 116. — Режим доступа: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/116/1/012021/pdf. — DOI:10.1088/1757-899X/116/1/012021.

20.Fediuk, R. S. The Use of Fly Ash the Thermal Power Plants in the Construction [Электронный ресурс] / R. S. Fediuk, A. M. Yushin // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2015. — № 93. — Режим доступа: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/93/1/012070/pdf. — DOI:10.1088/1757-899X/93/1/012070.

References

1.Barakhtenko, S. V. Stroitel'nyi kompozitsionnyi material na osnove otkhodov polivinilkhlorida i zoly unosa teploelektrostantsii: dis. … kand. tekhn. nauk / S. V. Barakhtenko. — Irkutsk, 2014. — 236 s.

2.Batrakov, V. G. Otsenka ul'tradispersnykh otkhodov metallurgicheskikh proizvodstv kak dobavok v beton

/V. G. Batrakov, S. S. Kaprielov, F. M. Ivanov // Beton i zhelezobeton. — 1990. — Vyp. 12. — S. 1517.

3.Vlasova, V. I. Razrabotka tekhnologii kompleksnogo izvlecheniya poleznykh komponentov iz zoloshlakovykh otkhodov TES Irkutskoi oblasti: dis…. kand. tekh. nauk: 25.00.13 / V. I. Vlasova. — Irkutsk, 2005. — 182 s.

4. Grebenyuk, E. N. Razrabotka tsementno-zol'no-izvestnyakovogo kompozitsionnogo vyazhushchego / E. N. Grebenyuk, I. V. Gorodetskii, R. S. Fedyuk // Intellektual'nye stroitel'nye kompozity dlya zelenogo stroitel'stva: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. — Belgorod, 2016. — S. 213—218.

5. Dvorkin, L. I. Tsementnye betony s mineral'nymi zapolnitelyami / L. I. Dvorkin, V. I. Solomatov,

V.N. Vyrovoi. — Kiev: Budivel'nik, 1991. — 136 s.

6.Ignatova, O. A. Osobennosti protsessov tverdeniya zolotsementnykh vyazhushchikh / O. A. Ignatova,

G.I. Berdov, V. V. Fomenko // Sovremennye naukoemkie tekhnologii. — 2011. — Vyp. 1. — S. 80—82.

7.Kochergin, S. M. Betony. Materialy. Tekhnologii. Oborudovanie / S. M. Kochergin. — Rostov n/D: Feniks, 2006. — 424 s.

8.Kucherov, D. E. Kompozitsionnye vyazhushchie s mineral'nymi dobavkami razlichnogo genezisa i betony na ikh osnove: dis. … kand. tekhn. nauk / D. E. Kucherov. — Belgorod, 2011. — 190 s.

77

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

9.Lesovik, V. S. Voprosy povysheniya nepronitsaemosti fibrobetonov na kompozitsionnom vyazhushchem / V. S. Lesovik, L. A. Urkhanova, R. S. Fedyuk // Vestnik Vostochno-Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta tekhnologii i upravleniya. — 2016. — № 1. — S. 5—10.

10.Lesovik, R. V. Melkozernistye betony na kompozitsionnykh vyazhushchikh i tekhnogennykh peskakh: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk / R. V. Lesovik. — Belgorod, 2009. — 46 s.

11.Modifikatory tsementnykh betonov i rastvorov (tekhnicheskie kharakteristiki i mekhanizm deistviya) / L. Ya. Kramar [i dr.]. — Chelyabinsk: OOO «Iskra-Profi», 2012. — 202 s.

12.Novoselova, I. V. Vliyanie goryuchei chasti zoly-unosa TES na dolgovechnost' stroitel'nykh materialov / I. V. Novoselova, I. A. Turkina, M. P. Elinzon // Stroitel'nye materialy. — 1977. — № 8. — S. 47.

13. Proektirovanie kompozitsionnogo vyazhushchego dlya uplotneniya struktury tsementnogo kamnya / R. S. Fedyuk [i dr.] // Bezopasnost' stroitel'nogo fonda Rossii. Problemy i resheniya: materialy Mezhdunar. akad. chtenii / Kurskii gosudarstvennyi universitet. — Kursk, 2015. — S. 115—121.

14.Stafeeva, Z. V. Ratsional'noe ispol'zovanie prirodnykh resursov s glubokoi pererabotkoi produktov obogashcheniya / Z. V. Stafeeva, T. M. Argynbaev, E. V. Belogub // Perspektivy razvitiya stroitel'nogo materialovedeniya: sb. st. Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. — Chelyabinsk: Pirs, 2013. — S. 43—49.

15.Fedyuk, R. S. Primenenie syr'evykh resursov primorskogo kraya dlya povysheniya effektivnosti kompozitsionnogo vyazhushchego / R. S. Fedyuk // Vestnik Rossiiskogo universiteta druzhby narodov. Ser.: Inzhenernye issledovaniya. — 2016. — № 1. — S. 28—35.

16.Fedyuk, R. S. Svoistva kompozitsionnykh vyazhushchikh na osnovetekhnogennykh otkhodov Dal'nego Vostoka / R. S. Fedyuk // Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. — 2016. — № 2 (55). — S. 132—136.

17.Cherepanov, A. A. Kompleksnaya pererabotka zoloshlakovykh otkhodov TETs (rezul'taty laboratornykh i polupromyshlennykh ispytanii) / A. A. Cherepanov, V. T. Kardash // Geologiya i poleznye iskopaemye Mirovogo okeana. — 2009. — № 2. — S. 98.

18.Shoeva, T. E. Melkozernistye betony s ispol'zovanie mekhanoaktivirovannykh zol Tyvy: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk / T. E. Shoeva. — Novosibirsk, 2012. — 17 s.

19.Fediuk, R. S. Composite Binders for Concrete with Reduced Permeability [Elektronnyi resurs] / R. S. Fediuk, A. M. Yushin// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2015. — № 116. — Rezhim dostupa: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/116/1/012021/pdf. — DOI:10.1088/1757-899X/116/1/012021.

20. Fediuk, R. S. The Use of Fly Ash the Thermal Power Plants in the Construction [Elektronnyi resurs] / R. S. Fediuk, A. M. Yushin // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2015. — № 93. — Rezhim dostupa: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/93/1/012070/pdf. — DOI:10.1088/1757-899X/93/1/012070.

SYNERGISTIC EFFECT OF THE COMPONENTS OF A BINDER

R. S. Fedyuk

Far Eastern Federal University

Russia, Vladivostok, tel.: +7-950-281-79-45, e-mail: roman44@yandex.ru

R. S. Fedyuk, Senior Lecturer of Military Training Center

Statement of the problem. The most important task nowadays is to reduce the energy intensity of obtaining efficient building composites as well as to improve the environment, to optimize the «man — material — environment» system. The application of traditional concrete, composite materials instead based on binders with waste products should solve this problem. Using wastes of thermal energy stations as nanosized composite binder component is more effective than factory-manufactured additives, this is due to a secondary useful function, i. e. release of ash dumps. At the same time with these positions the development of the composite binder with acidic ash is most promising.

Results. It was found that the combined effect of mechanical and chemical activation (presence of limestone particles) increases the pozzolanic activity of acidic angry. It has a catalytic effect on the reaction activity of the surface of ash and sand during machining in vario planetary mill. Furthermore, the introduction of limestone increases the alkalinity of the concrete, resulting in a greater formation of cement hydration products in a unit time.

Conclusions. Composite binder was designed consisting of cement (55 %), acidic fly ash (40 %) and limestone (5 %) obtained by co-grinding with a specific surface hyperplasticizer to 550 m2/kg having an activity of 77.3 MPa and allowing one to produce a denser cement stone.

Keywords: composite binders, cement, fly ash, limestone, hyperplasticizer.

78

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

УДК 625.7/8

РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ИНФРАКРАСНОГО РАЗОГРЕВАТЕЛЯ ПРИ НАГРЕВЕ КРАЯ ПОЛОСЫ ПОКРЫТИЯ НЕЖЕСТКОГО ТИПА

А. Ф. Зубков, К. А. Андрианов, Р. В. Куприянов

Тамбовский государственный технический университет

Россия, г. Тамбов, тел.: (4752) 63-09-20, 63-03-72, e-mail: gsiad@mail.tambov.ru

А. Ф. Зубков, д-р техн. наук, проф. кафедры городского строительства и автомобильных дорог К. А. Андрианов, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой городского строительства и автомобильных дорог Р. В. Куприянов, инженер

Постановка задачи. Рассматривается влияние условий производства работ при устройстве стыков сопряженных полос дорожного покрытия нежесткого типа на продолжительность нагрева края полосы асфальтобетона. Разрабатывается программное обеспечение по выбору технологических параметров инфракрасных асфальторазогревателей при строительстве многополосных покрытий нежесткого типа.

Результаты. Получены аналитические зависимости продолжительности работы асфальторазогревателя с учетом температуры воздуха при производстве работ, толщ ины нагреваемого слоя асфальтобетона и рабочей скорости перемещения разогревателя при разных температ у- рах асфальтобетона на стыке сопряженных полос. Установлено, что при нагреве асфальтоб е- тона на крае уложенной полосы в интервале 10—110 0С целесообразно применять два и более блоков разогревателя.

Выводы. Разработано программное обеспечение для расчета технологических режимов асфальторазогревателей при нагреве асфальтобетона на крае ранее уложенной полосы дорожного покрытия, позволяющее обеспечить температурные режимы при укладке и уплотнении асфальтобетона в зоне стыка многополосных покрытий.

Ключевые слова: асфальтобетонная смесь, инфракрасные разогреватели, технологические режимы, дорожное покрытие нежесткого типа.

Введение. Для обеспечения температурных режимов асфальтобетонной смеси при устройстве сопряженных полос покрытия возникает необходимость прогрева края ранее уложенной полосы до температуры, зависящей от свойств применяемых смесей. Нормативными документами (ВСН 14-95 «Инструкция по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий», «Методическими рекомендациями по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования», «Методическими рекомендациями по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона») предусматривается нагрев с помощью инфракрасных разогревателей (асфальторазогревателей), которые позволяют за короткий промежуток времени нагревать слой асфальтобетона до требуемой температуры. Эффективность работы разогревателя определяется выбором его параметров, соответствующих технологии укладки горячей асфальтобетонной смеси [3, 4, 9, 10].

© Зубков А. Ф., Андрианов К. А., Куприянов Р. В., 2016

79

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

В зависимости от конструктивных особенностей разогреватели могут применяться как самостоятельное дополнительное оборудование, перемещаемое перед асфальтоукладчиком, так и в виде навесного оборудования к асфальтоукладчику. Высота расположения разогревателя над поверхностью слоя покрытия должна быть не менее 0,05 м. Рабочая скорость асфальтоукладчика зависит от скорости перемещения асфальторазогревателя, обеспечивающего нагрев края полосы покрытия до требуемой температуры. Продолжительность нагрева определяется мощностью теплового потока и допустимым градиентом температур по толщине слоя покрытия.

Анализ конструкций асфальторазогревателей показал, что в настоящий момент времени в зависимости от области применения имеется значительное количество моделей с разными техническими характеристиками. Если при производстве ремонтных работ дорожных покрытий нежесткого типа (ямочном ремонте) одним из основных параметров разогревателя является площадь разогрева покрытия, то при строительстве, ремонте или реконструкции полос дорожных покрытий ввиду незначительной полосы прогрева этим параметром является длина разогревателя, влияющая на скорость его перемещения. В связи с этим максимальная длина асфальторазогревателя принимается до 5,5 м при ширине от 0,45 до 0,9 м.

Для обеспечения нагрева полосы покрытия до заданной температуры (без перегрева верхнего слоя покрытия) общая длина разогревателя зависит от количества отдельных блоков (от одного до трех). Продолжительность нагрева асфальтобетона зависит от мощности теплового потока и принятых технологических режимов работы разогревателя. У современных асфальторазогревателей мощность находится в пределах до 200 кВт.

1. Теоретическое обоснование поставленной задачи. Для расчета технологических ре-

жимов асфальторазогревателя рассмотрим тепловую модель, представленную на рис. 1 [13].

Рис. 1. Расчетная тепловая модель для определения

параметров асфальторазогревателя

Учитывая, что при применении технологии строительства многополосных дорожных покрытий отдельными полосами, а также при ремонте и реконструкции покрытия укладка сопряженной полосы производится через значительный промежуток времени, можно считать, что температура асфальтобетона по толщине слоя покрытия до нагрева равномерно распределяется по покрытию и равна температуре окружающего воздуха [1—3, 8, 16—21].

При работе асфальторазогревателя за счет сжигания топлива и нагрева керамических насадок на поверхность покрытия воздействует тепловой поток в виде инфракрасных лучей. Интенсивность воздействия теплового потока на поверхность асфальтобетона может регулироваться в широких пределах. Принимаем, что тепловой поток в течение времени имеет постоянное значение. На основе экспериментальных данных по нагреву слоя покрытия принимаем, что температура изменяется по закону (граничное условие первого рода) [12, 13]

где tn — температура поверхности слоя покрытия, °С; — время нагрева, ч; b — параметр; t0 — начальная температура асфальтобетона на крае полосы покрытия, °С.

80