Властивості дорожніх будівельних матеріалів

Зміст

Введення

1. Довговічність - експлуатаційні властивості дорожніх будівельних матеріалів

2. Портландцемент

3. Бетонні суміші

4. Загальна задача

Висновок

Введення

Будівництво - одна з головних галузей економіки країни. Для впливу будівель та інженерних споруд потрібна велика кількість різних будівельних матеріалів.

Перед промисловістю будівельних матеріалів стоять серйозні завдання, які полягають не тільки і не стільки в збільшенні випуску матеріалів і виробів, але перш за все у підвищенні їх якості та розширення випуску нових ефективних матеріалів і виробів, що дозволяють знизити матеріаломісткість будівництва і трудомісткість зведення будівель і споруд.

Промисловість будівельних матеріалів є складний комплекс спеціалізованих галузей виробництва, які виготовляють велику кількість різноманітної продукції. За обсягом виробленої продукції промисловість будівельних матеріалів займає одне з перших місць в економіці, однак рівень її технічної оснащеності залишається багатьох інших галузей.

Останні роки асортимент будівельних матеріалів зазнав суттєва зміна як за рахунок імпортних матеріалів, так і за рахунок освоєння виробництва нових матеріалів вітчизняними підприємствами. Загальна тенденція у виробництві будівельних матеріалів - випуск матеріалів та виробів з максимальним ступенем готовності для використання. Це стосується не тільки традиційних збірних залізобетонних елементів, а й оздоблювальних, покрівельних і інших спеціальних матеріалів. Використання таких матеріалів дозволяє звести роботи на місці будівництва до найпростіших монтажним операціями, що, укупі з різноманітним електроінструментом і допоміжними матеріалами, різко прискорить будівництво.

Одночасно з індустріальним міським будівництвом отримує розвиток малоповерхове, в тому числі індивідуальне, селищне і сільське будівництво. Для його забезпечення потрібно збільшення випуску традиційних матеріалів: цегли, лісоматеріалів, азбестоцементних виробів, а також широке використання місцевих будівельних матеріалів.

Основний матеріальною базою будівництва залишаються традиційні матеріали: кераміка, в'яжучі речовини, бетони та ін Їх раціональне застосування залишається головним завданням будівельників

Для того щоб правильно використовувати будівельні матеріали, треба знати їх властивості і призначення, вивчати властивості матеріалів.

1. Довговічність - експлуатаційні властивості дорожніх будівельних матеріалів

Експлуатаційні властивості характеризують роботу матеріалу в елементах дорожньої конструкції (головним чином в покритті) протягом певного відрізка часу. До цих властивостей відносять опір ковзанню коліс автомобіля по покриттю, опір до стирання, витривалість, світлотехнічні та протівогололедние властивості, ступінь шуму при русі транспортних засобів, атмосферостійкість.

Матеріали, що володіють високими експлуатаційними властивостями, забезпечують найбільшу безпеку руху транспортних засобів на автомобільних дорогах, підвищену надійність дорожніх споруд та скорочення транспортних витрат.

Показником опору ковзанню є коефіцієнт зчеплення Кф, який визначають як відношення горизонтальної сили Рг, необхідної для переміщення колеса за матеріалом, до вертикальної навантаженні

Рв: Кф = Рг / Рв

Мінімально допустиме значення коефіцієнта зчеплення, з точки зору безпеки руху автомобілів, складає 0,4.

Опір стираності характеризує стійкість матеріалу до дії рухомих транспортних засобів. При терті матеріал поступово змінює розміри по товщині (стирається). Випробування на стирання матеріалу роблять на спеціальних колах. За показник стирання беруть ставлення втрати маси матеріалу до площі поперечного перерізу зразка.

Світлотехнічні властивості характеризують світловідбивальними (рефлекторну) здатність матеріалу дорожнього покриття. Ці властивості залежать від текстури поверхні і ступеня світлості матеріалу. Гладка поверхня має меншу світловідбивальними здатністю, ніж шорстка. Світлі матеріали покриття забезпечують краще віддзеркалення світла фар автомобілів, ніж темні.

Протівогололедние властивості залежать від текстури поверхні, ступеня гідрофобності покриття та наявності на ньому антиожеледних реагентів. Адгезія льоду до покриття зростає із збільшенням шорсткості. Зі збільшенням гідрофобності матеріалу адгезія льоду до покриття зменшується. Антігололеднимі реагенти знижують адгезію льоду до покриття. Протівогололедние властивості визначають за величиною сили відриву льоду від поверхні - керна, взятого з покриття.

Ступінь шуму залежить від текстури матеріалу покриття та його жорстокості. На гладкій поверхні шум менше, ніж на шорсткою. Так, асфальтобетонне покриття через меншу жорстокості дає менше шуму при русі транспортних засобів, ніж цементо-бетонне. Тиск в матеріал покриття еластичних добавок (каучуг, еластомери) знижують шум.

Витривалість - властивість матеріалу чинити опір багаторазового додатком механічних впливів. Показником витривалості є кількість навантажень, яке витримає матеріал до руйнування.

У цілому експлуатаційні властивості характеризують довговічність дорожньої конструкції, т. Е. здатність зберігати працездатність до настання граничного стану. Показником довговічності може служити, наприклад, термін служби дорожньої конструкції до капітального ремонту без втрати основних експлуатаційних якостей.

Наведені дані лише відображають основні властивості дорожньо-будівельних матеріалів, без знання яких неможливо проектувати, будувати та експлуатувати автомобільні дороги. В особливих випадках виникає необхідність приділяти велику увагу і іншим властивостям: теплофізичних і теплоізоляційним, біохімічним і біофізичними, декоративним.

2. Портландцемент

Портландцемент - гідравлічне в'яжуче, що отримується тонким подрібненням портландцементного клінкеру і невеликої кількості гіпсу (1.5 ... 13%). Клінкер одержують шляхом випалу до спікання сировинної суміші, що забезпечує в портландцементі переважання силікатів кальцію. Клінкеру для уповільнення зчеплення цементу додають гіпс. Для поліпшення деяких властивостей і зниження вартості портландцементу допускаються введення мінеральних добавок.

До складу портландцементного клінкеру входять чотири основних мінералу (табл. 1) і невелика кількість склоподібного речовини.

Таблиця 1. Мінеральний склад портландцементного клінкеру

Як видно з таблиці, портландцементного клінкеру в основному (на 60 ... 80%) складається з силікатів кальцію, через що портландцемент також називають силікатною цементом.

Властивості та застосування портландцементу. Технічні вимоги на портландцемент викладені в ГОСТ 10178-85, а методи визначення стандартних показників в лабораторіях - в ГОСТ 310.1 - 76, ГОСТ 310.3-76, ГОСТ 310.4-81, ГОСТ-310.5-80.

Відповідно до вимог стандарту цементна промисловість випускає бездобавочний портландцемент (чістоклінкерний) і портландцемент з мінеральними добавками.

Відповідно до вимог ГОСТ 10178-85 нормується наступні показники портландцементу: тонкість помелу, терміни схоплювання, рівномірність зміни об'єму, міцність (марка).

Справжня щільність портландцементу коливається в межах 3000-3200 кг / м ³, насипна щільність маси становить 900-1300 кг / м ³, а в ущільненому стані 1500-2000 кг / м ³.

Тонкість помелу. Відповідно до вимог ГОСТ 310.2-76 тонкість помелу цементу характеризується масою порошку, що пройшла через сито з сіткою № 008. Через це сито має проходити не менш як 85% маси проби, яку просівають. Більш точною характеристикою тонкості помелу цементу є питома площа поверхні - сумарна площа поверхні частинок цементу в одиниці маси. Питома площа поверхні звичайних портландцементів становить 2000-3000 см ² / м. Чим вище питома площа поверхні, тим більша площа поверхні зерен цементу буде взаємодіяти з водою замішування.

Нормальна густота цементного тесту характеризується кількістю води замішування відсотках від маси цементу і становить для портландцементу приблизно 23-29%. Терміни схоплювання характеризується початком і кінцем схоплювання цементного тіста нормальної густоти і визначаються на приладі Віко при температурі 20 º C.

При визначенні цих показників замість маточки використовують голку. Початком схоплювання цементного тесту з ГОСТ 310.3-76 вважають час, що минув від початку замішування цементу водою до того моменту, коли голка не доходить до кільця на 1-2 мм. Кінець схоплювання - час від початку замішування до моменту, коли голка занурюється у тісто не більше ніж на 1-2 мм. Якщо в цементі немає гіпсу, то він відрізняється короткими термінами схоплювання і його використовувати практично не можна.

Відповідно до вимоги ГОСТ 10178-85 початок тужавлення цементу повинен наступати не раніше 45 хв, а кінець - не пізніше 10 год від початку замішування. Насправді початок схоплювання цементу настає через 2-3 год, а кінець - через 5-8 ч.

Рівномірність зміни об'єму. Цементи в процесі тверднення повинні рівномірно змінювати обсяг. Однією з причин нерівномірного зміни обсягу тверднучого цементного каменю і, як наслідок цього, виникнення внутрішніх напружень, що викликають тріщин, деформацій і руйнувань, є присутність в цементі вільних CaO і MgO, які гідратіруются зі збільшенням обсягу у вже затверділому цементному камені. Стандартом передбачений прискорений метод визначення рівномірності зміни об'єму цементу. За ГОСТ 310.3-76 зразки-коржі з цементного тіста нормальної густоти через добу після їх виготовлення і зберігання при підвищеній вологості у ванні з гідравлічним затвором піддають кип'ятінню у воді. Після охолодження коржики не повинні мати викривлень, а також радіальних, що доходять до країв тріщин або сітки дрібних тріщин.

Активність і марка портландцементу. Однією з найважливіших характеристик цементу є його міцність - марка. Від марки цементу залежить міцність бетону і витрата цементу. Міцність цементу визначають, випробовуючи зразки - балочки розміром 40 Χ40Χ160 мм, приготовлені з цементопесчаной розчинної суміші складу 1:3 за масою. Зразки - балочки випробовують на 28 діб. тверднення в нормальних умовах (добу зразки твердіють у формах у вологому повітрі, а потім 27 діб. - у воді при температурі (20 ).

Відповідно до вимог ГОСТ 310.4 -81 розчинна суміш повинна мати розплив конуса після 30 струшувань на встряхивающее столику в межах 106 -115 мм при В/Ц-0, 40.Еслі розплив менш 106 мм, то В / Ц збільшують для отримання розпливу конуса 106 -108 мм. Якщо розплив більше 115 мм, В / Ц зменшують для отримання розпливу конуса 113 -115 мм. Для того щоб виключити вплив виду піску на міцність цементу, застосовують тільки нормальний Вольський пісок, що задовольняє вимогам ГОСТ 6139-78.

Портландцемент практично застосовуються у всіх областях будівництва. Його використовують для виготовлення бетонних і залізобетонних конструкцій і споруд, експлуатованих в підземних, підводних і наземних умовах, а також для будівельних розчинів. Його не можна застосовувати для зведення споруд, що піддаються дії морської, мінералізованою і прісної води. На основі портландцементу освоєно виготовлення спеціальних видів цементів. Однією з найважливіших завдань при виробництві бетонних робіт є економне витрачання цементу.

3. Бетонні суміші

Бетон - штучний кам'яний матеріал, що отримується в результаті формування і твердіння бетонної суміші. Бетонної сумішшю називають перемішану до однорідного стану пластичну суміш, що складається з терпкої речовини, води, заповнювачів і спеціальних добавок.

Склад бетонної суміші підбирають таким чином, щоб за даних умов твердіння бетон мав заданими властивостями (міцністю, морозостійкістю, щільністю та ін.)

Бетон складається з великої кількості зерен заповнювача (до 80-85% обсягу), пов'язаних затверділим в'язкою речовиною. Так як у якості заповнювачів застосовують дешеві природні матеріали або відходи промисловості, бетон економічно дуже ефективний матеріал. Сучасне будівництво неможливе без бетону - бетон став основним будівельним матеріалом. Це пояснюється його економічністю, технологічністю і доступністю основних сировинних матеріалів.

Бетонна суміш являє собою пластично - в'язку масу, порівняно легко приймаючу будь-яку форму і потім мимоволі переходить у камневидное стан. Таким чином легко отримують кам'яні конструкції та вироби будь-якої заданої форми.

Класифікація бетонів і загальні технічні вимоги, які пред'являються до них, викладені в ГОСТ 25192-82.Бетони класифікують за середньою густиною, виду заповнювачів, виду в'яжучого, основним призначенням. За середньою густиною розрізняють бетони: особливо важкі - більше 2500 кг / м ³, важкі 1800 - 2500 кг / м ³, Легкі 500 - 1800 кг / м ³, особливо легкі - менше 500 кг / м ³.

Близько 70% від загального обсягу займають бетони, що виготовляються на портландцементі і його різновидах, близько 25-30% - бетони на шлакопортландцементі і пуцолановому цементі.

У залежності від основного призначення бетони підрозділяють на конструкційні і спеціальні. До конструкційним відносять бетони, які застосовують у промисловому, цивільному, сільськогосподарському, гідротехнічному, транспортному та інших видах будівництва. До спеціальних відносять теплоізоляційні, жаростійкі, хімічно стійкі, що напружують, декоративні, бетоно - полімери, полімербетон та радіаційно - захисні бетони.

Відповідно до вимог ГОСТ 26633 - 85 по міцності зразків - кубів на стиск важкі бетони підрозділяють на класи: В3, 5; В5; В7, 5; В10; В12, 5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45 ; В50; В55; В60.

Склад. Цемент. Для приготування цементобетонів застосовують різні види цементів. Вибір цементу здійснюють з урахуванням особливостей технології виробництва бетонних робіт, виду і призначення конструкцій і споруд та умов їх експлуатації. Все більш широке застосування знаходять спеціальні види цементів.

Дрібний заповнювач. Відповідно до вимог ГОСТ 10268-80 в якості дрібного заповнювача для бетону застосовують природні, а також подрібнені піски. У ряді випадків при бетонуванні особливо відповідальних споруд застосовують збагачені і фракціоновані піски, що відповідають вимогами ГОСТ 8736-85. Вибір піску для бетону виконують за показниками його властивостей: модулю крупності, зерновому складі, увазі і кількості різних домішок (глинистих, пилуватих, мулистих часток і органічних сполук), наявності в ньому потенційно реакційноздатних порід і мінералів, і перш за все аморфних різновидів кремнезему, слюди , гіпсу, сірки, азбесту та інших шкідливих домішок.

Крупний заповнювач. В якості крупного заповнювача для важкого бетону застосовують щебінь з різних гірських порід, домашнього шлаку, а також щебінь з різних гірських порід, домашнього шлаку, а також щебінь із гравію і гравій (ГОСТ 8267-82, ГОСТ 23254-78, ГОСТ 8268-82 , ГОСТ 10260-82 і ГОСТ 10268-80). Вибір крупного заповнювача для бетону визначають за показниками його властивостей: крупності і зерновому складі, істинної, середньої і насипною густиною, міцністю, вмістом зерен слабких порід, форми зерен, морозостійкості, вмістом пиловидних і глинистих частинок та інших шкідливих домішок.

Вода. Для замішування бетонних сумішей застосовують воду, яка задовольняє вимогам ГОСТ 23732-79. Водневий показник води (pH) неповинні бути менше 4 і більше 12,5. Вода замішування не повинна містити плівки нафтопродуктів, жирів та олій, а органічних поверхнево - активних речовин і цукрів не повинно бути більше 10 мг / л. Придатність морської й озерної води дл замішування, а також для поливання бетону при догляді часто перевіряють шляхом досвідчених замішування і відходу з подальшою оцінкою порівняльної міцності бетону у віці 28 діб. Неприпустима вода болотна, торфяниковиє, забруднена промисловими відходами, стічна.

Добавки. Для поліпшення властивостей бетонних сумішей і бетонів в їх склад вводять добавки, які сприяють зниженню витрати цементу, прискоренню твердіння, твердненню при негативних температурах, посилення захисту арматури в залізобетоні від корозії, підвищенню стійкості бетону в різних агресивних середовищах. Добавки до бетону ділять на пластифікуючі, воздухововлекающие, газоутворюючі, ущільнюючі, які регулюють строки тужавлення, що прискорюють тверднення, протиморозні та інгібітори корозії арматури. В останні роки все більш широке застосування в практиці виробництва бетонних робіт знаходять високоефективні розріджувачі бетонної суміші - суперпластифікатори. З їх введенням у суміш осаду конуса зростає з 1-2 до 20-22 см, що дозволяє знижувати водопотребность суміші і зменшувати витрату цементу. При незмінній витраті цементу можна отримувати бетони високої міцності (60-80 МПа). Для регулювання властивостей бетонних сумішей і бетонів в суміш вводять комплексні добавки: хлористий кальцій - прискорювач твердіння у поєднанні з нітритом натрію - інгібітором корозії арматури; ЛСТ - пластифікуюча добавка і хлористий кальцій - прискорювач твердіння; ЛСТ та повітровтягуюча добавка - СНО (ЛСТ + СНВ) і інші поєднання.

Основні властивості бетонної суміші і способи її оцінки. Основними властивостями бетону є міцність за видами навантажень, її зміну в часі, щільність, водонепроникність, морозостійкість, пружно - пластичні властивості (усадка, повзучість, короткочасні деформації) і ряд інших спеціальних властивостей.

При постійній якості заповнювачів, способі ущільнення і умови тверднення міцність бетону залежить від марки (активності) цементу і водоцементного відносини В / Ц:

Rá = f (Rö; Â / Ö)

Закон водоцементного відносини справедливий одного віку, твердевшіх в однакових температурно-вологісних умовах, при однаковому ступені ущільнення.

Міцність при розтягуванні при вигині (Па) визначаються за ГОСТ 10180-78:

R

де Р - руйнівне навантаження, Н;

l - відстань між опорами, м;

b і h - відповідно ширина і висота балки, м.

Міцність бетону з щебенем при розтягуванні при згині на 15 - 20% вище, ніж з гравієм. При використанні вапнякового щебеню цей показник вищий, ніж у випадку застосування гранітного щебеню.

Якщо тверднення бетону відбувається у сприятливих умовах, то його міцність безперервно збільшується і у віці 3 років може подвоюватися в порівнянні з похмурою (28 сут.), Що дозволяє економити цемент. Найбільш швидко росте міцність бетону при його твердінні у воді.

Міцність бетону з часом змінюється, приблизно, по логарифмическому законом. Виходячи з цього при розрахунках міцності бетону для різних термінів можна користуватися наближеною емпіричною формулою:

Rn =

де Rn - межа міцності бетону при стисненні на ne добу, МПа;

- Межа міцності на 28 діб. МПа;

lg28 і lg n - десяткові логарифми віку бетону, вираженого в добі.

Ця формула, однак, можна користуватися тільки бетону на звичайному портландцементі середніх марок і забезпечує задовільну міцність при n ≥ 3. При нормальних умовах тверднення бетонних зразків їх середня міцність у 7-добовому віці складає 0,6 - 0,7 марочної міцності. У віці 3 міс. міцність зразків вище марочної приблизно на 10 - 15%, а у віці 1 рік - на 30-40%. На швидкість росту міцності бетону впливає мінералогічний склад цементу і початкова вміст води в бетонній суміші. Високоалітовие цементи твердіють швидше, ніж белітовие; жорсткі суміші забезпечують більш швидке твердіння бетону, ніж рухомі.

Бетони, тверднуть в повітряно - сухий середовищі, в залежності від складу і виду цементу можуть знижувати міцність до 50% і мати низьку стійкість. При цьому арматура піддається корозії. Найбільш сприятливими умовами для тверднення бетону є вологі умови.

Щільність бетону залежить від пористості цементного каменю, наповнювачів і ступеня ущільнення бетонної води, догляду за бетоном, тобто кількості випарувалася води, виду цементу, водоцементного відносини, обсягу залученого повітря.

Висока щільність бетону досягається при ретельно підібраному зерновому складі заповнювачів, оптимальній кількості цементного тесту, зниження водоцементного відносини, ретельному ущільненні, зниженій кількості води замішування, оптимальних умовах тверднення бетонів в залежності від виду застосовуваного цементу, а також при введенні в бетонну суміш пластифікуючих добавок.

За водонепроникності важкий бетон ділиться на дев'ять марок: W 2, W 4, W 6, W 8, W 10, W 12, W 16, W 18, W 20 (цифра означає витримується тиск води). Бетони, що мають в основному тільки тонкі капілярні пори, практично водонепроникні.

Морозостійкість бетонів оцінюють числом циклів поперемінного заморожування і відтавання зразків у насиченому водою стані, яке витримують бетонні зразки у віці 28 діб. без зниження міцності при стисканні більше 15% і втрати в масі більше 5%. Для різних видів і класів бетону число циклів поперемінного заморожування і відтавання різний і коливається від 50 до 1000.

Повзучість бетону - це властивість незворотньо деформуватися під впливом довготривалих навантажень, а також усадки та інших факторів. Повзучість носить лінійний характер без будь - яких суттєвих руйнувань бетону при напругах в ньому 60% межі міцності при стискуванні. При збільшенні навантажень у бетоні розвиваються мікротріщини і пластичні деформації. При напругах в бетоні до 90% межі міцності він руйнується.

Повзучість зростає з підвищенням навантаження на бетон і зменшується зі збільшенням тривалості твердіння. Зі збільшенням значень В / Ц, витрати цементу, рухливості суміші, вологості бетону, деформації повзучості зростають.

Трещинообразование залежить від міцності, усадки, повзучості бетону. Застосування цементів з помірною екзотермієй забезпечує зниження тріщиноутворення. Бетонів в ряді споруд може піддаватися истирающим навантажень. Зі зменшенням значень В / Ц, а також при тривалому і якісному догляді за бетоном його зносостійкість зростає.

Практика експлуатації бетонних і залізобетонних конструкцій і споруд показала, що в ряді випадків під впливом фізико-хімічного впливу рідин і газів бетон може руйнуватися. Корозія бетону пов'язана з руйнуванням цементного каменю.

Загальна задача

Варіант № 5

Необхідно обчислити статистичні характеристики розподілу межі міцності при стисненні бетону по 10 пробам.

Вихідні показники міцності і результати обчислень наведемо в таблиці 2.

Обчислюємо за формулою (1) середнє арифметичне:

= 76,59 / 10 = 7,659 МПа.

Дисперсія за формулою (2)

= 0,124690 / 10 = 0,012469.

Середнє квадратичне відхилення за формулою (3)

σ = = 0,35 МПа

Коефіцієнт варіації за формулою (4)

V = 0,35 / 7,659 = 0,046, або 4,6%.

Обчислення показали, що середня міцність бетону складає 7,659 МПа, розподіл міцності характеризується розкидом ± 0,35 МПа, мінливість міцності бетону становить 4,6%

Таблиця 2