Каменные материалы для дорожного строительства

Растяжимость характеризуется способностью битума вытягиваться в тонкие нити. Определяется испытанием битумных образцов при температуре 25 ⁰С и скорости растяжения 5 см/мин. Растяжимость вязких и твердых битумов находится в интервале от 1 до 65 см.

Температура размягчения характеризуется способностью битума переходить из вязкопластичного состояния в жидкое при определенной температуре. Определяют ее на специальном приборе «кольцо и шар». Она соответствует температуре, при которой стальной шар массой 9,5 г проходит через заполненное битумом кольцо диаметром 15,7 мм. Она должна быть в интервале от 33 до 105 ⁰С.

Твердость, вязкость и температура  размягчения битума зависит от содержания в нем асфальтенов и смол.

Хрупкостью называется способность битума при определенной температуре переходить из упруго-пластичного в твердое или жидкое состояние. Определяют ее по температуре, при которой в изгибаемом слое битума на металлической пластинке при охлаждении с одной стороны не появятся трещины. Температура хрупкости для дорожных битумов должна быть в интервале от –20 до –6 ⁰С.

Старение битумов характеризуется изменением их свойств. В результате воздействия на битум кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей, испарения легколетучих углеводородов масла переходят в смолы, смолы в асфальтены. Накопление асфальтенов уменьшает пластичность и повышает хрупкость битумов. [1. С. 273-275]

Жидкие битумы подразделяются на два класса: среднегустеющие (СГ), медленногустеющие (МГ) и имеют следующие марки:   СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200; МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200. Число дроби указывает на условную вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 ⁰С.

Свойства битумов приведены  в таблице 14.2.

 

Таблица 14.2 – Технические характеристики жидких битумов

Марка битума	Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 0С	Количество испарившегося разжижителя, %, не более	Температура размягчения  остатка после определения количества испарившегося разжижителя, 0С, не ниже	Температура вспышки в  открытом тигле, 0С, не ниже
СГ 40/70 СГ 70/130 СГ 130/200 МГ 40/70 МГ 70/130 МГ 130/200 МГО 40/70 МГО 70/130 МГО 130/200	40-70 71-130 131-200 40-70 71-130 131-200 40-70 71-130 131-200	10 8 7 8 7 5 – – –	37 39 39 28 29 30 – – –	45 50 60 100 111 110 120 160 180

Для изготовления жидких битумов  применяют вязкие дорожные битумы с  глубиной проникновения иглы не более 90 0,1 мм.

Среднегустеющие битумы получают разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами. Их применяют во всех дорожно-климатических зонах для строительства капитальных и облегченных дорожных покрытий, оснований под покрытия.

Медленногустеющие битумы получают разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами, битумы получают из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов, а также их смесей. В качестве медленногустеющих битумов могут применяться природные тяжелые смолистые нефти.

Жидкие битумы при обычной  температуре находятся в жидкотекучем состоянии. Применяют их подогретыми до 100 ⁰С или холодными при 15–20 ⁰С для приготовления холодного асфальтобетона во II–V дорожно-климатических зонах для дорожных покрытий облегченного типа и оснований. [1. С. 277-278]

Битумные  эмульсии являются дисперсией битума в воде. Для их приготовления применяют битумы марок БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60. Для гидропосева трав могут применяться жидкие битумы.

Для предохранения эмульсий от распада в их состав вводят эмульгаторы. Эмульгаторами служат водорастворимые поверхностно-активные вещества – лигносульфонаты, казеин, желатин, асидол, мылонафт или твердые высокодисперсные минеральные порошки – глина, известь, цемент и др.

Количество водорастворимых эмульгаторов в эмульсии составляет до 3 %, твердых порошков – 6–12 %. Обычные эмульсии содержат 40–60 % битума с эмульгатором, остальное – вода.

Пасты являются высококонцентрированными эмульсиями с содержанием битума 60–70 % и твердого эмульгатора в количестве 8–15 %. Перед применением их разбавляют водой до необходимой вязкости.

Эмульсии и пасты приготавливают в основном в механических диспергаторах. В диспергатор заливают воду с температурой 90 ⁰С и добавляют эмульгатор. Затем тонкой струей вливают разогретый битум. При вращении дисков со скоростью 3000 об/мин битум распыляется в воде.

Битумные эмульсии и пасты применяются для холодной обработки дорожных покрытий, окраски кровель, устройства гидро- и пароизоляции, для гидрофобизации поверхности, подгрунтовки под асфальтобетонные слои, пленки по свежепроложенному бетону – для защиты от испарения воды.

[1. С. 280-281]

 

Способы термической обработки  стали и их назначение.

При нагреве и  последующем охлаждении стали по определенному режиму изменяется ее структура и свойства. Стальные изделия приобретают определенные свойства, необходимые при последующей эксплуатации, -высокую твердость, меньшую хрупкость и т. п.

Различают следующие  виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию.

Закалка. При закалке готовые стальные изделия нагревают до температуры образования аустенита, а затем охлаждают, погружая в жидкую среду. Образуется неравновесная структура, твердость и прочность стали повышается.

Доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30–50 °С выше линии GS (см. рисунок 18.6).

Рисунок 18.6 – Диаграмма  состояний сплавов Fl₃C – Fl– Fl₃C

На структуру  стали оказывает влияние скорость охлаждения. В растворах электролитов или в холодной воде образуется структура мартенсита; в горячей воде или минеральном масле - структура троостита; в расплавленном свинце – структура сорбита.

Когда требуются высокое  сопротивление истиранию и повышенная вязкость, производят поверхностную закалку. Металл нагревают пламенем газовой горелки или токами высокой частоты. Повышается твердость и износостойкость поверхностных слоев металла, а в глубине изделия сохраняют первоначальную структуру и свойства.

Отпуск. Отпуску подвергаются стали, закаленные на мартенсит. Их нагревают до температуры 200, 450 или 650 °С и затем постепенно охлаждают на воздухе. Это делается для уменьшения внутренних напряжений, понижения хрупкости, повышения вязкости стали. Твердость может остаться без изменения или изменяться в зависимости от максимальной температуры нагрева.

Отжиг. Различают отжиг на равновесное состояние и отжиг на мелкое зерно. При отжиге на равновесное состояние сталь нагревают до состояния аустенита, т. е. выше на 20–50 °С линии GS (см. рисунок 2.6), выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают, чаще всего вместе с печью. Твердость стали уменьшается, улучшается ее обрабатываемость. Доэвтектоидная сталь получает ферритно-перлитовую структуру. Литая и перегре-

 

тая сталь обычно имеет крупнозернистое строение, пониженные механические свойства. Ее отжигают на мелкое зерно. Нагревают на 20-50 °С выше линии GS, выдерживают до перехода в аустенит, а затем медленно охлаждают до получения равновесной структуры. Напряжение в стали уменьшается, улучшается обрабатываемость.

Нормализация. При нормализации стальное изделие нагревают до температуры несколько ниже температуры закалки, выдерживают и охлаждают на воздухе. В стали с малым содержанием углерода образуется феррито-перлитовая структура и с повышенным содержанием углерода - сорбитная. В первом случае сталь сохраняет высокую пластичность и ударную вязкость, во втором – становится более прочной, но менее пластичной, чем после отжига. [1.с.367-368]

 

Железобетонные изделия  для промышленных зданий и сооружений.

 Цементный бетон хорошо работает на сжатие и в 8–20 раз хуже – на растяжение. Для восприятия растягивающихся усилий в его состав вводится стальная арматура. Получается качественно новый материал – железобетон (рисунок 5.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

                     

 

                         

 

                         Рисунок 5.1 – Схема железобетонной  балки и колонны

 

Недостаток совместной работы бетона и арматуры – их разная предельная растяжимость. Если бетон может растягиваться  на 1–2 мм, то арматурная сталь –  в 5–6 раз больше. Поэтому в армированном железобетоне в растянутой зоне могут  образоваться трещины. Это ограничивает область его применения. Избежать трещин можно сжатием бетона, работающего  на растяжение, предварительным растяжением  арматуры. Происходит как бы увеличение предельной растяжимости бетона, так  как деформации от сжатия суммируются  с деформациями растяжения. Кроме  того, можно применять высокопрочную  сталь и сократить ее расход на 40 %.

Армируют и  сжатые цементы, например колонны. Сталь, имеющая более высокую прочность, долговечность, огнестойкость, чем  бетон, включается в совместную работу с бетоном и повышает несущую  способность конструкции.

Железобетон имеет высокую  прочность, долговечность, огнестойкость. Достаточно сырья для его изготовления.

История создания железобетона охватывает период с 1850 по 1886 годы. В 1854 году английский штукатур Вильям Баутленд получил патент на конструкцию огнестойкого железобетонного перекрытия. В растянутую зону он заложил стальные тросы. Этот год и считается годом изобретения железобетона.

Французский садовник Жозеф Монье в 1867 году запатентовал переносные цветочные кадки из цементного раствора,  армированного металлом, а затем получил патенты на строительство резервуаров, труб, железнодорожных мостов.

В России железобетон начал  применяться с 1878 года.

Как строительный материал железобетон  распространен во всем мире. Он сохранит лидирующее положение и в этом столетии.

Сборные железобетонные изделия  классифицируются по средней плотности, виду армирования, внутреннему строению и назначению. По средней плотности (ρ_с) они бывают из особо тяжелых бетонов (ρ_с  > 2500 кг/м³), тяжелых (ρ_с = 2000…2500 кг/м³), легких (ρ_с = 600…2000 кг/м³), особо легких теплоизоляционных) (ρ_с < 600 кг/м³). По виду армирования их делят на предварительно напряженные и с обычным армированием. По внутреннему строению они могут быть сплошные и пустотелые, однослойные и многослойные. По назначению железобетонные изделия классифицируются: для транспортного строительства, гражданских зданий, промышленных зданий, сооружений сельского хозяйства и общего назначения.

Для промышленных одноэтажных зданий из тяжелого бетона выпускают фундаменты, колонны, (рисунок 5.5) подкрановые балки, стропильные и подстропильные балки и фермы, (рисунок 5.6) плиты покрытий; из легкого бетона на пористых заполнителях и ячеистого бетона – стеновые панели.

Рисунок 5.5 – Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий

а – сплошного  сечения; б – решетчатые; 1 – крайнего ряда; 2 – среднего ряда

 

 

 

 

 

Рисунок 5.6 – Железобетонные фермы: а – сегментная; б – безраскосная

Колонны для одноэтажных  промышленных зданий чаще бывает прямоугольного сечения. Они МОГУТ быть без консолей (рис. 86, а) и с консолями 2 для подкрановых  балок. Сечения колонны с консолями  большей частью бывают прямоугольными и переменных размеров: сечение колонны  до консоли подкрановой балки  имеет большие размеры, выше консоли  — меньшие.

 

 

Рис. 86. Колонны промышленных одноэтажных (а) и многоэтажных (б) зданий:

1 — без консолей, 2 —  с консолями для подкрановых  балок, 3 — двухветвевые, 4 — на один этаж, 5 — на два этажа

 

 

 

Рис. 87. Предварительно напряженные  железобетонные балки:

 а— Цельная односкатная, б — цельная двускатная, в — подкрановая, L — пролет балки, h — высота балки

 

Более экономичны двухветвевые колонны, применяемые в цехах с пролетами 18; 24 и 30 м и с тяжелыми мостовыми кранами.

 

Для сооружения многоэтажных промышленных зданий с каркасом применяют  прямоугольные колонны (рис. 86, б) высотой  от 2,6 до 10,3 м на один этаж и колонны 5 от 6,2 до 14,85 м на два Этажа. Колонны 4 и 5 изготовляют с консолями для  опирания на них ригелей. Их выпускают сечением от 400X400 мм до 400 X >Х600 мм. В зависимости от нагрузки они различаются маркой бетона и количеством арматуры.

 

В промышленном строительстве  для покрытий цехов применяют  предварительно напряженные односкатные (рис. 87, а) или двускатные (рис. 87, б) балки  пролетом от 6 до 24 м или фермы (рис. 88) пролетом от 18 до 30 м. Фермы изготовляют  цельными или составными, собираемыми  из двух половин. Покрановые балки (см. рис. 87, в) выпускают длиной 6 и 12 м.

 

Рис. 88. Железобетонная предварительно напряженная ферма — цельная  или составная из двух половин

 

Ригели бывают прямоугольного или таврового сечения высотой  от 450 до 800 мм, длиной от 2,7 до 8,3 м.

 

Плиты для покрытий промышленных зданий (рис. 89) изготовляют с предварительно напряженным армированием длиной от 6 до 12 м и шириной от 1,5 до 3 м.