Технология устройства в зимних условиях связующего слоя протяженных сборных железобетонных конструкций: На примере жестких оснований железных дорог

Во многих странах мира в связи с развитием высокоскоростного движения поездов разрабатываются новые технологии устройства жестких оснований под железные дороги, в которых традиционные рельсо-шпальные решетки заменяются монолитными, сборными и сборно-монолитными верхними строениями пути. Эти технологии представляют значительный интерес для России, где по прогнозам Министерства путей сообщения предполагается построить в ближайшие 10−12 лет более 12 тыс. км железнодорожных магистралей для скоростей движения около 250 км/час. Одно из направлений устройства подобных оснований связано с использованием сборных железобетонных конструкций в качестве верхней несущей плиты. Такие основания представляют собой сложную многослойную конструкцию, качество которой во многом определяется технологией ее устройства. Одна из главных проблем при устройстве жестких оснований под скоростные железные дороги из сборных железобетонных плит в зимних условиях России связана со сложностью обеспечения надежного сцепления верхней сборной несущей плиты с монолитным основанием за счет связующего слоя этой многослойной конструкции. Обоснование и выбор параметров технологии производства работ при устройстве связующих слоев жестких оснований с использованием сборных железобетонных конструкций в зимних условиях представляет как научный, так и практический интерес.

Научная новизна работы:

— разработана технология устройства в зимних условиях связующего слоя из мелкозернистого бетона, обеспечивающая получение заданной прочности сцепления сборной железобетонной плиты с подстилающим слоем протяженной конструкции на примере жестких оснований под железные дороги;

— разработана комбинированная технология выдерживания в зимних условиях связующего слоя с модулем поверхности 40-^50 м2/м3 из цементно-битумной смеси с применением контактного прогрева и нитрита натрия, а также из мелкозернистого бетона с применением контактного прогрева, нитрита натрия и микрокремнезема без предварительного отогрева несущей плиты и подстилающего слоя;

— разработаны технологические процессы уплотнения бетона связующего слоя, позволяющие исключить образование замкнутых воздушных полостей в контактной зоне связующего слоя и основной плиты, с обеспечением заданной прочности сцепления конструктивных элементов в зимних условиях;

— введено новое понятие критической прочности цементно-битумной смеси в условиях отрицательных температур, определяемое критерием прочности цементно-битумной смеси на растяжение:

— установлены пределы изменения критической прочности цементно-битумной смеси на уровне 4(Но5% при концентрации противоморозной добавки соответственно от 0 до 5% по массе цемента;

— определены параметры состава цементно-песчаной смеси для предлагаемой технологии устройства связующего слоя в зимних условиях и установлены закономерности влияния модификации состава мелкозернистого бетона связующего слоя на прочность сцепления между элементами протяженного основания.

— разработаны методики исследования усадочных процессов в материале связующего слоя и сцепления между конструктивными элементами жестки оснований в зависимости от технологии производства работ в различных температурных условиях с учетом конструктивных особенностей.

Автор защищает:

— технологию укладки и выдерживания в зимних условиях связующего слоя с модулем поверхности 4СН-50 м7м из цементно-песчаного бетона и це-ментно-битумной смеси, обеспечивающую требуемую прочность сцепления между элементами жесткого основания без отогрева бетона несущей плиты и подстилающего слоя;

— технологические процессы уплотнения бетона связующего слоя при его укладке, позволяющие исключить образование замкнутых воздушных полостей в контактной зоне связующего слоя и основной плиты, с обеспечением заданной прочности сцепления конструктивных элементов в зимних условиях;

— результаты исследований по определению критической прочности цементно-битумной смеси в условиях отрицательных температур;

— параметры составов цементно-песчаных смесей, отвечающих требованиям предлагаемой технологии устройства связующего слоя в зимних условиях;

— закономерности влияния предлагаемой технологии устройства связующего слоя на прочность сцепления между элементами жесткого основания с учетом комплексной модификации состава песчаного бетона и результаты исследований влияния технологии устройства связующего слоя из мелкозернистого бетона в зимних условиях производства работ на развитие в нем усадочных процессов.

Практическая ценность работы:

— предложенная технология устройства связующего слоя жестких оснований железных дорог в условиях низких отрицательных температур позволяет исключить трудои энергоемкую операцию предварительного отогрева бетона несущей плиты и подстилающего слоя.

— разработанная технология производства работ с использованием комбинированного метода зимнего бетонирования и вибрационного воздействия на бетон связующего слоя при укладке позволяет обеспечить надежное сцепление сборной несущей плиты с основанием, во многом определяющее эксплуатационную надежность конструкции в целом;

— для обеспечения надежности сцепления элементов протяженного основания разработаны предложения по изменению конструкции несущих плит с учетом параметров вибрационного воздействия на бетон связующего слоя;

— результаты исследований по технологии комбинированного выдерживания связующих слоев с модулем поверхности 4СН-50 м2/м3 из песчаных бетонов могут применяться при устройстве протяженных многослойных железобетонных конструкций и при устройстве подливок под сложное технологическое оборудование;

— результаты исследований по комбинированной технологии выдерживания мелкозернистого бетона при отрицательных температурах внедрены в условиях Приполярья на строительстве объектов ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» в г. Губкинский Ямало-ненецкого автономного округа и предложены немецкой фирме «Мах Вб§-1» для производства работ в зимних условиях России.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на:

— международных научно-практических конференциях «Строительство-2000 и 2002» в Ростовском государственном строительном университете в 2000 и 2002 году,.

— международном семинаре в Брауншвайгском техническом университете (г. Брауншвайг, ФРГ) в 2001 году;

— второй международной научно-практической конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» в г. Ростове-на-Дону в 2002 году;

— международном конгрессе «Подземное, транспортное и дорожное строительство» в г. Росток, ФРГ в 2003 году.

Достоверность результатов исследований обеспечена применением современных методов исследований, стандартных методик, приборов и оборудования, количеством контрольных образцов-двойников, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности измерений не более 10%.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 7 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. В работе представлено 52 рисунка и 24 таблицы.

Список литературы

содержит 83 наименования. Общий объем диссертации 130 страниц машинописного текста.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработана комбинированная технология устройства в зимних условиях связующего слоя в многослойных железобетонных конструкциях с.

Л о модулем поверхности 4СН-50 м /м из мелкозернистого бетона и це-ментно-битумной смеси с применением контактного прогрева, нитрита натрия и микрокремнезема, обеспечивающая заданную прочность сцепления сборной железобетонной плиты с подстилающим слоем без предварительного отогрева несущей плиты и монолитного основания.

2. Разработаны параметры технологии вибрационного воздействия на бетон связующего слоя при укладке, позволяющие, в сочетании с изменением конструкции несущей плиты, исключить образование замкнутых воздушных полостей в контактной зоне связующего слоя и основной плиты, с обеспечением заданной прочности сцепления конструктивных элементов протяженной железобетонной конструкции в зимних условиях.

3. Введено новое понятие — «критическая прочность цементно-битумной смеси» в условиях отрицательных температур, определяемое критерием прочности цементно-битумной смеси на растяжение и установлены пределы изменения критической прочности цементно-битумной смеси на уровне 40^-55% R.28 в зависимости от концентрации противомороз-ной добавки от 0 до 5% по массе цемента.

4. Установлено, что снижение конечной прочности рассматриваемого мелкозернистого бетона, обусловленное применением нитрита натрия максимально допустимой концентрации в 10% от массы цемента, компенсируется замещением 10% цемента микрокремнеземом. Вместе с тем, повышается интенсивность твердения бетона, что выражается в снижении минимального теплового импульса, необходимого для достижения критической прочности.

5. Предложенная технология производства работ позволяет, исходя из условия получения критической прочности бетона к концу его термообработки, исключить изотермический прогрев, в общем случае рекомендуемый «Руководством по электротермообработке» при устройстве мо.

О Я нолитных конструкций с модулем поверхности Мп>8 м /м .

6. С учетом технологических особенностей укладки материала связующего слоя в зимних условиях предложено применение мелкозернистой бетонной смеси с максимальной начальной температурой +15 °С, обеспечивающей требуемую подвижность смеси при пониженном водоце-ментном отношении.

7. Установлены закономерности влияния комплексной модификации микрокремнеземом и нитритом натрия состава мелкозернистого бетона связующего слоя на прочность сцепления между элементами жесткого основания под железные дороги.

8. Определено влияние технологии выдерживания мелкозернистого бетона связующего слоя в зимних условиях производства работ на развитие в нем усадочных деформаций с установлением требуемого количества расширяющей добавки из условия обеспечения надежного контакта между элементами сборного железобетонного основания в различных температурных условиях производства работ.

9. Результаты исследований комбинированной технологии выдерживания мелкозернистого бетона при отрицательных температурах внедрены в условиях Приполярья на строительстве объектов ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» в г. Губкинский Ямало-ненецкого автономного округа и предложены немецкой фирме «Мах Bogl» при производстве работ в зимних условиях России.