Повышение качественных характеристик дорожного цементогрунта путём гармонизации перемешивания компонентов смеси (стр. 1 )

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК  ДОРОЖНОГО ЦЕМЕНТОГРУНТА ПУТЁМ ГАРМОНИЗАЦИИ  ПЕРЕМЕШИВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ

05.23.05. – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Улан-Удэ – 2009

Работа выполнена на кафедре « Строительные материалы и специальные технологии» Федерального Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования  «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Научный руководитель	доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Комохов  Павел Григорьевич
кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация	ГОУ ВПО НГАСУ (Сибстрин) г. Новосибирск

Защита диссертации состоится  « 26 »  ноября  2009 г. в  14.00  часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.01 при Восточно-Сибирском государственном технологическом университете  по  адресу: Респ. Бурятия, г. Улан-Удэ, Ключевская, 40-а. Наш , общий отдел.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточно-Сибирского государственного технологического университета.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Автореферат разослан  « 25 »  октября  2009 г. 

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.039.01

доктор технических наук,                        

Актуальность работы. В современных условиях строительства, в том числе дорожного, наиболее важным является вопрос  снижения стоимости применяемых материалов. Основным путём снижения их стоимости, является применение местных материалов, в том числе грунтов, обработанных вяжущими материалами (цементом) - цементогрунта. Однако, подобные материалы имеют существенный недостаток, заключающийся в высокой неоднородности физико-механических свойств, достигающих 35 и более % (по коэффициенту вариации). При этом величина подобной неоднородности слабо зависит от вводимого минерального вяжущего материала в грунт, особенно в количествах, регламентируемых существующими нормативными документами. 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.

Цель работы:  повышение  однородности по прочности цементогрунта гармонизацией перемешивания компонентов смеси.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Разработать теоретические предпосылки повышения однородности  прочностных характеристик цементогрунта гармонизацией перемешивания. Провести анализ факторов гармонизирующих смешение компонентов смеси с учетом информационной энтропии. Исследовать закономерность влияния раздельно-последовательного способа перемешивания компонентов смеси на качество дорожного цементогрунта. Установить технико-экономическую эффективность работы на стадии апробации результатов экспериментальных исследований.

Научная новизна.

1. Развиты представления об особенностях структурообразования цементогрунтовых композиций, определяющая роль которого закладывается  на микроуровне, реализуемая числом равновероятностных состояний на макроуровне, в виде прочностных показателей, определенных информационной энтропией через коэффициент вариации, обусловленных технологическими факторами, в частности,  путём гармонизации перемешивания.

2. Установлено гармонизирующее соотношению перемешиваемых  компонентов цементогрунтовой смеси, соответствующее  «золотому сечению».

3. Установлено, что за счет гармонизации перемешивания компонентов цементогрунтовой смеси происходит образование более однородной по прочности структуры, способствующей повышению, в том числе, надёжности  конструкций из цементогрунта.

4. Доказано, что гармонизация перемешивания компонентов цементогрунтовой смеси реализуется раздельно-последовательным способом, распространяющимся на все разновидности грунтов. 

5. Установлена закономерность перемешанных между собой частей грунта и содержанием в них вяжущего на степень однородности по прочности получаемого цементогрунта.

6.Изучены  свойства цементогрунтов,  полученных по раздельно-последовательной технологии, подтверждающих их высокие прочностные и морозостойкие показатели.

Практическая ценность.

1. Результаты исследований влияния гармонизации перемешивания на качество цементогрунта в соответствии с разработанной методикой показали возможность ее применения.

2.Разработана технология приготовления цементогрунта, позволяющая получить материал с заданными свойствами (высокой неоднородности по прочности или с низким коэффициентом вариации).

3.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 путём перемешивания объединяют в общую массу. При этом, коэффициент вариации по традиционной технологии составил 33% -38%, а по предлагаемой технологии –  12 %  - 15% (на разных грунтах).

4. Методика, полученная в результате проведенного эксперимента, была внедрена в учебный процесс в лабораториях кафедры.

5. Экономический эффект от внедрения разработанного метода в дорожном строительстве составил порядка 551647  рублей на 1 км. автомобильной дороги.

6. Получено положительное решение по заявке на патент

Внедрение результатов работы. На основе разработанной технологии было произведено строительство опытного участка в р. п. Полтавка Омской области (АЗС).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: II международной научно-технической конференции «Проблемы строительного и дорожного комплексов» (г. Брянск 2003 г.); международной научно-практической интернет-конференции «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения» (г. Белгород 2007 г.); международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (г. Белгород 2007г.); 5 международной научно-технической конференции «Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России» (г. Пенза 2008 г.)

Публикации. По материалам и результатам исследований опубликовано 8 статей, в том числе 2 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертаций, 2 учебных пособия.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,  5 глав, основных выводов, списка литературы, включающего  158  наименований, приложений и содержит  157  страниц машинописного текста, 18  таблиц и  36  рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во  введении  обосновывается актуальность темы диссертации,  определена  цель, поставлены  задачи исследования,  отмечена  научная новизна и практическая ценность, приведены сведения  об  апробации результатов  работы.

В первой главе дан анализ современного состояния получения и применения цементогрунта в строительстве, в том числе дорожном. Эффективность применения цементогрунта в строительстве подтверждена многими отечественными и зарубежными исследователями: , ,  , , , , , и др. В то же время данный материал пока используется недостаточно широко. Одной из причин является низкая прочность и однородность цементогрунтов  укрепленных цементом.

Для увеличения прочности и однородности цементогрунта многие исследователи используют поверхностно-активные вещества. Однако многие ПАВ имеют  высокую стоимость, поэтому предпочтение отдается более дешевым, но мало эффективным добавкам. Срок службы автомобильных дорог, укрепленных цементом, по данным различных авторов,  колеблется от 4 до 30 лет. Прочностные показатели цементогрунтов имеют высокий коэффициент вариации, что обуславливается многими технологическими факторами, которые играют существенную роль в разработке эффективных методов по улучшению свойств цементогрунтов.

По определению проф. : «однородность – это степень изменности физико-механических свойств, геометрических размеров, параметров технологических процессов, условий эксплуатации и производства работ в пространстве (по времени и координатам)».

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).