Композиционные составы для локализации очагов разрушения дорожного покрытия
Шрифт:
Промышленным выпуском сухих строительных смесей на основе собственных разработок и технологий в Красноярском крае занимаются компании «Сибирская пальмира», «Альфа» и «Акродекор-К». Эти предприятия в основном специализируются на выпуске смесей на цементной, гипсовой и полимерной основе для штукатурных, шпатлевочных и бетонных работ. Вопросами ремонта дорожно-мостового покрытия занимается компания «Акродекор-К», которая широко использует местное сырье и отходы промышленности при производстве ремонтных смесей [63].
Анализ зарубежного и отечественного опыта производства сухих строительных смесей показал, что рост объемов ремонтно-строительных работ приводит и к увеличению производства сухих строительных смесей как общестроительного, так и специального назначения. В смесях общестроительного назначения применяются традиционные вяжущие (цемент, известь, гипс), а также функциональные добавки, придающие смесям специальные свойства. Примечательно, что зарубежные
К смесям специального назначения предъявляются дополнительные требования (высокая адгезия, прочность при сжатии, изгибе в ранние сроки твердения, водопоглощение, пористость). Перечисленные свойства, а также другие свойства смесей специального назначения определяются свойствами применяемого вяжущего по основному назначению и условиям эксплуатации.
Для ремонта дорожных покрытий требуется разработка новых эффективных материалов на основе сухих строительных смесей специального назначения, отвечающих требованиям стационарного приготовления с удлиненными сроками хранения и приводимых в рабочее состояние на месте производства работ.
Глава 2. Разработка состава композиции для заделки трещин на дорожном покрытии
Наиболее распространенными видами дефектов на асфальтобетонных покрытиях являются трещины температурные, силовые, отраженные и технологические. Герметизация трещин на асфальтобетонных покрытиях выполняется по общеизвестным методикам с учетом физических характеристик асфальтобетона и изменения его реологических свойств во времени и от температуры. Материалы для заделки трещин выбирают с учетом величины обратимых и необратимых составляющих деформаций, соотношения между напряжениями и деформациями и релаксационной способности. В практике дорожной отрасли для устранения дефектов на асфальтобетонных покрытиях чаще всего применяют мастичные составы на основе органических вяжущих с добавками, повышающими деформативность составов. Учитывая климатические условия Сибирского региона, можно предположить, что деформационные свойства мастик и асфальтобетона несовместимы при отрицательных температурах. Это может привести к преждевременному разрушению мастичных составов и ежегодному ремонту покрытий. С целью повышения качества ремонта и обеспечения долговечности асфальтобетонного покрытия исследована возможность применения принципиально новых составов для заделки трещин на основе минеральных вяжущих, свойства которых в значительной мере будут близки к свойствам мастичных составов на органических вяжущих и соответствовать требуемой пластичности, прочности при сжатии и изгибе, адгезионной прочности, морозостойкости и низкому водопоглощению.
Дополнительными позитивными моментами выполненных исследований являлись сопутствующие экологический, технологический и экономический эффекты.
2.1. Теоретическое обоснование выбора сырьевых материалов композиции
Материалы для ремонтной композиции выбирали с учетом местных сырьевых ресурсов.
В качестве основного компонента в составе композиции принято смешанное вяжущее, содержащее смесь портландцемента и гидравлически активной буроугольной золы-уноса. Основным по массе компонентом вяжущего в разрабатываемом ремонтном составе являлась высококальциевая зола-унос Красноярской ТЭЦ-2, образующаяся в процессе сжигания бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна, в составе которой присутствует 7–9 % свободного оксида кальция [61, 94]. Исследования, проведенные А. В. Киселевым, Е. И Аллилуевой, М. А. Савинкиной и другими авторами [70, 110, 120] по проблеме использования топливных отходов зол ТЭЦ Канско-Ачинского угольного бассейна показали, что золы могут заменить природное сырье для производства цемента и других вяжущих. Исследования химического состава и физико-механических свойств высококальциевой золы показали, что этот вид отходов теплоэнергетической промышленности является ценным строительным материалом, который может быть использован как самостоятельное низкомарочное вяжущее. Однако применение такой золы в чистом виде без дополнительных технологических операций затруднено из-за возможного негативного влияния оксида кальция, который присутствует в свободной форме. Поздняя гидратация частиц СаОсвоб, покрытых стекловидной оболочкой, приводит к растрескиванию и разрушению затвердевшего материала. Вопросы нейтрализации свободного оксида кальция в золах-уноса освещены в работах М. Я. Процайло [6].
Нейтрализовать негативное влияние СаОсвоб возможно различными способами: физическими, химическими, термическими. В данной работе выбран химический способ нейтрализации свободного оксида кальция за счет применения активных добавок, способных вступать в реакции присоединения и обмена с минералами золы.
Химический состав золы-уноса Красноярской ТЭЦ-2 и ее физико-механические свойства приведены в табл. 2.1, 2.2.
Активность естественных радионуклидов золы-уноса соответствует ГОСТ 30108 [38] для строительства дорог, измеряется в пределах от 370 Бк/кг до 700 Бк/кг. В составе бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна содержится радий 226, торий 232 , калий 40 и другие радионуклиды, концентрация которых увеличивается после выгорания органической составляющей. Согласно «Временным критериям ограничения облучения населения от природных источников ионизирующего облучения» № 43210 / 796, утвержденным Главным госсанврачом РФ от 05.12.1990 г., эффективная активность естественных радионуклидов не должна превышать 370 Бк/кг.
Удельная активность определяется по формуле
Таблица 2.1
Химический состав золы-уноса
Таблица 2.2
Физико-механические свойства золы-уноса
Результаты гамма-спектроскопического анализа золы-уноса ТЭЦ-2 приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Гамма-спектроскопический анализ золы-уноса
Радиационная оценка золы-уноса исследуемых проб показала, что средние значения эффективной удельной активности не превышают нормированной величины от 370 Бк/кг до 750 Бк/кг и зола-унос может использоваться для строительства дорог.
Для повышения прочности ремонтного материала и улучшения структуры раствора кроме высококальциевой золы в него дополнительно вводили второе вяжущее, в качестве которого использовали портландцемент Красноярского цементного завода марки 400. Структура смешанного вяжущего в твердой фазе отличается повышенной плотностью, так как зерна золы являются тонкодисперсным наполнителем с размерами частиц 1–10 мкм, а зерна цемента имеют размер 1–100 мкм, которые заполняют пустоты между зернами золы, повышая плотность системы.
Химический состав и физико-механические свойства портландцемента приведены в табл. 2.4, 2.5.
Таблица 2.4
Химический состав портландцемента
Таблица 2.5
Физико-механические свойства портландцемента
К ремонтным композициям предъявляются требования по твердости, жесткости, прочности на сжатие. Эти свойства зависят как от свойств вяжущего, так и заполнителя. Структурный каркас композиции состоит из смеси двухфазного вяжущего и заполнителя. В твердеющей смеси заполнитель играет роль скелета, принимающего на себя нагрузки от внутренних напряжений, возникающих из-за деформаций структуры как на стадии твердения, так и в период эксплуатации. Однако чтобы заполнитель отвечал указанным требованиям, необходимо распределить частицы таким образом, чтобы более мелкие фракции располагались в промежутках между крупными, не раздвигая их. Так как зола-унос с размерами частиц 1–10 мкм относится к мелкой фракции, в качестве заполнителя при разработке состава композиции использовали речной песок карьера «Березовский» с модулем крупности Мкр = 1,68 с содержанием глинистых частиц менее 0,1 %.
Речной песок является полимиктовым, характеризуется многообразием петрографического состава, форма песчаных частиц малоокатанная, что способствует увеличению сцепления с другими материалами. Физико-механические характеристики и зерновой состав речного песка приведены в табл. 2.6, 2.7.
Таблица 2.6
Физико-механические свойства речного песка
Таблица 2.7