Повышение качественных характеристик дорожного цементогрунта путём гармонизации перемешивания компонентов смеси - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Повышение качественных характеристик дорожного цементогрунта путем гармонизации перемешивания компонентов смесиРабота выполнена на кафедре «Строительные материалы и специальные технологии» Федерального Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СИБАДИ)». Основным путем снижения их стоимости, является применение местных материалов, в том числе грунтов, обработанных вяжущими материалами (цементом) - цементогрунта. Одной из причин подобной закономерности является механическое перенесение технологий перемешивания, применяемых при получении бетонов и растворов на композиции, в которых минеральное вяжущее (цемент) и обрабатываемый им грунт, по своей природе, имеют друг к другу несовместимые свойства. В связи с этим, научное обоснование и разработка технологии перемешивания грунта с минеральными вяжущими веществами (цементом), позволяющие получать цементогрунт высокой однородности по прочности, представляет собой актуальную задачу, решение которой позволит вовлечь в строительство широкую разновидность грунтов, получить на их основе материал высокого качества и значительно снизить стоимость строительства. Разработан способ повышения однородности по прочности цементогрунтов, заключающийся в перемешивании 86…92% грунта и 14…8% цемента по массе делением вначале на две части в соотношении «золотого сечения» 0,67 и 0,33; затем каждую часть раздельно перемешивают с 50% принятой массы цемента, а полученные две смеси путем перемешивания объединяют в общую массу.Важность однородности структуры и, как следствие, однородности физико-механических свойств исходных компонентов на их долговечность в процессе эксплуатации иллюстрируются данными, показывающими, что снижение стабильности свойств дорожно-строительных материалов вызывает в течение восьми лет эксплуатации рост площади разрушенного дорожного покрытия, по зависимости, близкой к экспоненциальной (рис.1). Особое место среди основных дорожно-строительных материалов занимают цементогрунты, которые имеют наибольшую неоднородность физико-механических свойств по сравнению с другими основными дорожно-строительными материалами (рис.2) Анализ графических зависимостей рис.3 и 4 показывает, что увеличение содержания цемента в смеси хотя и приводит к росту прочности материала, но не является гарантом его однородности по прочности. Подставляя данные уравнения (11) в уравнения (9), а затем в уравнение (7, 8) получим теоретические условия гармонизации перемешивания грунта с цементом (рис.5). Этот способ заключается в установлении рассеивания частиц одного компонента в объеме смеси путем подсчета количества его частиц и определения коэффициента вариации (Cv) и его обратная величина - коэффициент однородности смешения (Р).Выполненный анализ источников литературы показал, что из всех материалов дорожно-строительного назначения наибольшей неоднородности по прочности обладают цементогрунты, достигающей 33-40%. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что внутренняя неоднородность материалов на микроуровне реализуется числом равновероятностных состояний на макроуровне, в виде прочностных показателей, определенных информационной энтропии через коэффициент вариации, обусловленных технологическими факторами, в частности качеством перемешивания. Экспериментальными исследованиями и математическим моделированием установлено, что за счет гармонизации перемешивания компонентов цементогрунтовой смеси происходит образование более однородной по прочности структуры, способствующей повышению, в том числе, надежности конструкций из цементогрунта. Т.е. коэффициент вариации по традиционной технологии составляет 33 %, а по предлагаемой технологии - около 12 % на супеси; коэффициент вариации на суглинке, по традиционной технологии составляет 30%, а по предлагаемой технологии - 15%.

Краткое содержание работы

1. Выполненный анализ источников литературы показал, что из всех материалов дорожно-строительного назначения наибольшей неоднородности по прочности обладают цементогрунты, достигающей 33-40%. При этом наиболее неблагоприятный интервал содержания цемента в смеси находится в рекомендуемых нормативными документами от 8. до 12%.

2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что внутренняя неоднородность материалов на микроуровне реализуется числом равновероятностных состояний на макроуровне, в виде прочностных показателей, определенных информационной энтропии через коэффициент вариации, обусловленных технологическими факторами, в частности качеством перемешивания.

3. В результате теоретических исследований установлено сочетание перемешивания компонентов в соотношении «золотого сечения».

4. Экспериментальными исследованиями и математическим моделированием установлено, что за счет гармонизации перемешивания компонентов цементогрунтовой смеси происходит образование более однородной по прочности структуры, способствующей повышению, в том числе, надежности конструкций из цементогрунта.

5. Экспериментально доказана на модельных грунтах технология получения цементогрунтовой смеси раздельно-последовательным способом. Исследование технологического процесса показало, преимущество предложенного метода, так как равномерность распределения в объеме укрепляемого грунта цементоимитируюшим веществом в 3 раза выше (по коэффициентам вариации) на супеси и в 2 раза на суглинке. Т.е. коэффициент вариации по традиционной технологии составляет 33 %, а по предлагаемой технологии - около 12 % на супеси; коэффициент вариации на суглинке, по традиционной технологии составляет 30%, а по предлагаемой технологии - 15%. Разработанная гармонизация перемешивания распространяется на все виды грунтов.

6. Адекватность теоретических исследований раздельно-последовательной технологии была подтверждена в ходе опытно-производственной проверки. В соотношении 2/3 грунта перемешивали с 50% вяжущего, затем 1/3 грунта с оставшейся частью вяжущего, затем обе смеси перемешивались между собой.

7. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии цементогрунта составляет порядка 551647 рублей на 1 км. смесь дорожный цементогрунт

1. Тарасова, М.В. Новые технологические решения устройства дорожной одежды из укрепленных грунтов / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Проблемы строительного и дорожного комплексов. Материалы II международной научно-технической конференции.- Брянск, 2004, С.108-110

2. Тарасова, М.В. Восстановление асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга и добавками химических веществ / В.С. Прокопец, С.Ф. Филатов, Т.Л. Иванова // Башкирский химический журнал.- Уфа: Изд-во «Реактив», 2006. том 13, № 5, С. 61-65

3. Тарасова, М.В. Влияние однородности прочности оснований из укрепленных грунтов на несущую способность дорожных одежд / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения. Сборник научных трудов. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007, С.71 -76

4. Тарасова, М.В. Однородность и долговечность конструкционных слоев дорожной одежды из грунтов, укрепленных вяжущими материалами / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии: Сб. докл. Междунар. Науч.-практич. Конф. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. - ч.4, С. 289-291

5. Тарасова, М.В. Влияние содержание цемента в смеси на прочность и однородность цементогрунта / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Вестник СИБАДИ. Выпуск 5, 2007, - Омск: СИБАДИ, 2007, С. 100-104

6. Тарасова, М.В. Повышение однородности грунтоцементной смеси раздельно-последовательным способом перемешивания / В.С. Прокопец , С.И. Барайщук, М.В. Тарасова // Вестник ТГАСУ № 4, 2008, С.165-170.

7. Тарасова, М.В. Влияние однородности по прочности укрепленных грунтов при расчете оснований дорожных одежд / В.С. Прокопец, М.В.Тарасова // Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России, ч.2. Материалы V междун. Научно-техн. Конф. - Пенза, 2008, С.334-339

8. Тарасова, М.В. Обеспечение повышенной однородности по прочности дорожного цементогрунта гармонизацией перемешивания / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Дорожная держава 2009. № 20. С. 66-67

9. Тарасова, М.В, Основы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог часть 1 / В.П. Никитин, М.В. Тарасова (учебное пособие) // Омск, СИБАДИ, 2003. - 68 С.

10. Тарасова, М.В. Основы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог часть 2 / В.П. Никитин, В.И. Андреев (учебное пособие) // Омск, СИБАДИ, 2006. - 36 С.

11. Решение о выдаче патента на изобретение: Способ повышения однородности по прочности цементогрунтов / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова; № 2008117263(019750); заявл. 29.04.2008.

Размещено на .ru