Возведение дорожных барьерных ограждений при помощи технологии скользящей опалубки, связано с выполнением жестких требований, предъявляемых к конструкции, как самой технологией безопалубочного формования, так и требованиями ГОСТов, применяемых к дорожным объектам. На основании выполненных ранее исследований сформировались требования, предъявляемые к способу возведению данного типа ограждения в условиях применяемой технологии и нового арматурного каркаса, предложенного ОАО «СоюзДорНИИ». Данные требования представлены в «Руководстве по механизированному формованию барьерного ограждения с применением бетоноукладчика со скользящими формами Commander III». В руководстве указаны требования к свойствам бетонных смесей и бетонов. Основные из них: осадка стандартного конуса должна быть равна 4см, соотношение песок/щебень 0,6...0,65, водонепроницаемость бетонов не ниже W12 и морозостойкость не ниже F300 в солях.
Для обеспечения высокой скорости перемещения скользящей опалубки с целью ускорения процесса возведения барьерного ограждения, было предложено применение добавки поташа, как ускорителя схватывания бетонных смесей. Поташ является ингибитором коррозии арматуры, его добавка повышает щелочность бетонной среды и, как следствие снижает вероятность коррозии арматуры в бетоне, что положительно влияет на долговечность железобетона, при службе в агрессивных средах. Введение поташа в бетон позволит ускорить процесс формования структуры и, как следствие, сократить время задержки движения транспорта до минимума, или вообще исключить запрет движения транспорта на время производства строительных работ.
После предварительных исследований, было установлено ориентировочное время начала формирования структуры бетона - не ранее 30 мин со времени затворения (или введения добавки поташа). В расчетах было принято, что этого временного интервала должно хватить для проведения технологических операций сопровождающих процесс формования конструкции (замес, разгрузка БСУ, транспортировка, загрузка бетоноукладчика, формование).
Реализация данного предложения потребовала проведения экспериментальных исследований по определению необходимого количества вводимой в бетон добавки поташа. Предварительно, для определения действия добавки поташа на реологические свойства смеси были произведены экспериментальные замесы состава типа «цемент+вода+добавки».
Испытания смесей производились в лабораторных условиях, при температуре окружающей среды 20±2°С, сроки схватывания определялись прибором Вика. Экспериментальные замесы сопровождались мониторингом теплообменных процессов, вызываемых гидратацией цемента, при помощи электронного регистратора температур «Терем 3». Полученные данные при измерении теплообменных процессов представлены на графиках (рисунок 1 и 2). Данные о результатах экспериментальных замесов представлены в таблице 1.
Из графиков видно, что введение различных добавок изменяет сроки схватывания и тепловыделение цементов, которые сильно зависят от количества вводимых добавок, при этом резко отличаясь от тех же свойств смесей без добавок. Данные результатов испытания были получены в ходе двух параллельных испытаний одинаковых смесей, помещенных в вакуумную камеру для предотвращения (сведения к минимуму) теплообмена с окружающей средой. Испытаниям подвергались образцы-кубы, размерами 100х100х100 мм, изготовленные из исследуемых смесей.
В центр кубов помещалась термопара (алюмель-хромель), подключенная к регистратору температур на срок 24 часов со времени затворения смесей водой. Измерения производились с 5 минутным интервалом. Для наглядности и удобства обработки результатов измерения температур, все данные привязаны к единому временному интервалу с 12 декабря 2008 г по 13 декабря 2008 г.
Как видно из графиков, построенных на основании полученных данных, применение добавки поташа существенно влияет на реологические свойства смесей. При этом возможно получение смесей с технологически удобными сроками загустевания.
Ведение 2% поташа (42%-й раствор) приводит к сокращению срока схватывания цементных смесей, время наступления которого, в 11 раз быстрее срока схватывания контрольной (бездобавочной) смеси. Зависимость изменения сроков схватывания от количества вводимого поташа - имеет нелинейный вид, дальнейшее введение поташа в количестве до 5%, практически не изменило сроки схватывания смесей. Однако увеличение количества вводимой добавки до 7% массы цемента увеличило срок схватывания смеси на 7 минут. Также, как видно из таблицы 1 и рисунков 1 и 2, на сроки схватывания влияет количество воды затворения. Приведенные данные результатов эксперимента (таблица 1) показывают изменения сроков схватывания смесей, при изменении количества воды затворения при использовании добавки поташа.
Экспериментальными исследованиями установлено увеличение подвижности смесей цементного теста с добавкой, по сравнению с контрольной на 10.20% в зависимости от количества введенной добавки. Эти данные справедливы для смесей типа «цемент+вода+добавка».
Дальнейшее исследование влияния добавки поташа на реологические свойства бетонных смесей, проводилось при подборе состава бетонной смеси, удовлетворяющей требованиям технического задания.
Применение поташа существенно интенсифицирует выделение тепла при гидратации цементного теста. Как видно (рисунок 1 и 2), первичный пик выделения тепла наступает значительно раньше, по сравнению с контрольной смесью и приходится на первые 40 минут гидратации со времени затворения, что в 10 раз наступает быстрее. Интенсивность тепловыделения также зависит от количества вводимой добавки. Так при введении 7% поташа первичный пик наблюдается через 40 минут (29,5°С) со времени затворения, при периоде схватывания 22 минуты. Введение 2% поташа менее способствует повышению выделяемого тепла (20°С) по истечению 15 минут после затворения, однако сокращает сроки схватывания, в среднем на 7 минут.
Результаты первого этапа экспериментальной работы: показали, что применение поташа, как добавки для ускорения твердения цементного теста оправдано только после проведения серии подборов бетонных смесей и нахождения оптимального количества вводимой добавки, в зависимости от технологических требований, предъявляемых потребителем. Так же необходимо учитывать пластифицирующий эффект, оказываемый добавкой на смесь.
Для проведения дальнейших исследований необходимо было провести подбор состава бетона, отвечающего требованиям технического задания.
Для определения экспериментального состава бетона, за основу был взят состав бетона, соответствующий следующим проектным требованиям: бетон дорожный В40 П3 F300 (II) W12.
Подбор состава бетонной смеси производился поэтапно, результаты каждого этапа работы приведены в таблицах 2, 3 и 4. Конечный результат подбора состава бетона представлен в таблице 6.
Для экономии материалов экспериментальные замесы были сокращены по объему с 1 м до 20 литров бетонной смеси. Полученный расход материалов представлен в таблице 3.
В результате проведенного пробного замеса были получены следующие параметры полученной бетонной смеси: средняя плотность свежеуложенного бетона - 2,42 т /м ; подвижность бетонной смеси - 15 см; объём вовлечённого воздуха - 5 %.
Основываясь на полученных результатах пробного замеса и определения фактической прочности бетонных образцов была произведена корректировка расхода материалов, для соответствия бетонной смеси заданным технологическим требованиям и получаемого бетона при коэффициенте вариации по прочности 13,5%. Расход материалов откорректированного состава бетона представлен в таблице 4.
Из полученной смеси были изготовлены образцы - кубы, для последующих испытаний прочности на сжатие. Полученные результаты испытаний представлены в таблице 5.
Взятая за основу бетонная смесь не совсем отвечала проектным требованиям технического задания к бетонной смеси по удобоукладываемости и срокам потери подвижности, поэтому была проведена дополнительная корректировка расхода материалов, расход которых представлен в таблице 6.
В ходе эксперимента производились замесы нескольких видов бетонных смесей с различным количеством вводимых добавок, для достижения необходимых параметров смеси, предъявляемых техническим заданием. Данные о расходе материалов и исследуемых параметрах представлены в таблицах 7 и 8.
На основе полученных данных, представленных в таблице 8, была построена зависимость изменения времени потери подвижности от количества вводимой добавки поташа (рисунок 3).
При переходе от цементных растворов (цемент+во да+добавка) к реальным бетонным смесям (цемент+песок+щебень+вода+добавка) встала проблема быстрой потери подвижности. При расходе поташа в количестве 2...5% от массы цемента, смеси начинали терять подвижность по истечении 4...5 минут после введения добавки. Эта особенность потребовала пересмотра процесса введения добавки поташа, то есть появилась необходимость дополнительных исследований влияния добавки поташа на реологические свойства бетонных смесей.
В ходе экспериментального подбора состава бетона, из исследуемых смесей были изготовлены образцы-керны для определения прочности бетона при сжатии. Изготовление кернов производилось с применением специализированного оборудования фирмы «HILTI» и торцовочного станка.
Для изучения возникшей проблемы были произведены дополнительные исследования влияния различного количества вводимой добавки поташа. Основными двумя критериями, регламентирующими реологию бетонных смесей, стали: удобоукладываемость (осадка конуса) и сроки потери подвижности.