Дослідження причин передчасного руйнування залізобетонних шпал на Знам’янській дистанції колії ПЧ 10 Одеської залізниці
Loading...
Files
Date
2015
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UK: Мета. Наукова робота має за мету дослідження факторів, які призвели до передчасного руйнування бетону залізничних шпал. Методика. В роботі застосована експрес-методика визначення морфології та хімічного складу структурних складових бетону, що запатентована Дніпропетровським національним університетом залізничного транспорту. Методика дає можливість оперативно контролювати морфологію та хімічний склад кристалів цементного каменю, як найбільш слабкої ланки в структурі композитного матеріалу–бетону. А також прогнозувати, у відповідності з рекомендаціями німецьких вчених, ймовірність структурних перетворень цементного каменю в твердому стані, що визначає довговічність цього композитного матеріалу. Результати. Масові руйнування залізобетонних шпал на залізницях України частішають із кожним роком. Причому, якщо такі руйнування в 2010 році виявляли після 4–5 років експлуатації, то в 2015 році – тільки після 2–3 років установки шпал на магістральних залізничних коліях. За характером руйнувань бетону шпал можна відзначити багатофакторність впливів на нього. Партії цементу та інших сировинних матеріалів перед використанням були досліджені стандартними методами в акредитованій лабораторії ПАТ «Укр-
геолбудм» (Київ) і отримали позитивні оцінки для використання у виробництві залізобетонних шпал. Однак, значна помилка в експериментальних даних за стандартними методиками не дозволила виявити критичні характеристики матеріалів, які згубно впливають на довговічність бетону підрейкових основ. За результатами досліджень було встановлено, що причинами масового передчасного руйнування шпал є: 1) неоднорідність макроструктури бетону, як наслідку застосування щебеню фракції 5–25 мм; 2) вплив агресивного середовища на бетонну поверхню шпал; 3) наявність у структурі середньої частини шпал крупних етрингітних кристалів, схильних до реструктуризації, та присутність продуктів лужнокремнієвокислої реакції навколо аморфних або тих, що містять аморфний кремнезем, пісочних часток; 4) перевищення нормативного коефіцієнту приведеної лужності щільної та пористої складових цементного каменя відповідно у 3,6 та у 3,2 рази;
5) насиченість поверхні пісочних часток атомами хлору, які додатково пришвидшують та ініціюють лужнокремнієвокислу реакцію. Наукова новизна. Дослідниками вперше була застосована запатентована авторська експрес-методика дослідження морфології та хімічного складу структурних складових бетону. Практична значимість. Застосування пропонованої методики дослідження сировинних матеріалів та структури бетону в виробничому циклі підприємств дасть змогу запобігти передчасному руйнуванню бетону внаслідок дії внутрішніх факторів.
RU: Цель. Научная работа своей целью имеет исследование факторов, приведших к преждевременному разрушению бетона железнодорожных шпал. Методика. В работе использована экспресс-методика определения морфологии и химического состава структурных составляющих бетона, запатентованная Днепропетровским национальным университетом железнодорожного транспорта. Методика дает возможность оперативно контролировать морфологию и химический состав кристаллов цементного камня, как наиболее слабого звена в структуре композитного материала–бетона. А также прогнозировать, в соответствии с рекомендациями немецких ученых, вероятность структурных преобразований цементного камня в твердом состоянии, определяющих долговечность этого композитного материала. Результаты. Массовые разрушения железобетонных шпал на железных дорогах Украины учащаются с каждым годом. Причем, если такие разрушения в 2010 году происходили после 4–5 лет эксплуатации, то в 2015 году – лишь после 2–3 лет установки шпал на магистральных железнодорожных путях. По характеру разрушений бетона шпал можно отметить многофакторность воздействий на него. Партии цемента и других сырьевых материалов перед использованием были исследованы стандартными методами в аккредитованной лаборатории ПАО «Укргеолбудм» (Киев) и получили положительные оценки для использования в производстве железобетонных шпал. Однако значительная ошибка в экспериментальных данных по стандартным методикам не позволила выявить критические характеристики материалов, которые пагубно влияют на долговечность бетона подрельсовых оснований. По результатам исследований было установлено, что причинами массового преждевременного разрушения шпал являются: 1) неоднородность макроструктуры бетона, как следствие применения щебня фракции 5–25 мм; 2) влияние агрессивной среды на бетонную поверхность шпал; 3) наличие в структуре средней части шпал крупных эттрингитных кристаллов, склонных к реструктуризации и присутствие продуктов щелочнокремниевокислой реакции вокруг аморфных или содержащих аморфный кремнезем, песочных частиц; 4) превышение нормативного коэффициента приведенной щелочности плотной и пористой составляющих цементного камня соответственно в 3,6 и в 3,2 раза; 5) насыщенность поверхности песочных частиц атомами хлора, которые дополнительно ускоряют и инициируют щелочнокремниевокислую реакцию. Научная новизна. Исследователями впервые была применена запатентованная авторская экспресс-методика исследования морфологии и химического состава структурных составляющих бетона. Практическая значимость. Применение предлагаемой методики исследования сырьевых материалов и структуры бетона в производственном цикле предприятий позволит предотвратить преждевременное разрушение бетона вследствие действия внутренних факторов.
EN: Purpose. The aim of the paper is to study the factors that led to the premature destruction of concrete sleepers. Methodology. The express-method of determining the morphology and chemical composition of structural components in concrete, patented by Dnipropetrovsk National University of Railway Transport was used in the paper. Methodology makes it possible to control the morphology and chemical composition of cement crystals as the weakest link in the structure of composite material – concrete, and to predict, in accordance with the recommendations of the German Scientists, the possibility of structural transformation of cement in the solid state, which determines the durability of the composite material. Findings. The mass destruction of concrete sleepers on railways of Ukraine is becoming more frequent every year. Moreover, if such destruction in 2010 appears after 4-5 years of operation, in 2015 it is only after 2-3 years of installing the sleepers on the main railways. The nature of the destruction of concrete sleepers can be noted as malty factors influence on it. The batches of cement and other raw materials have been investigated before using with the standard methods in accredited laboratories of PAC «Ukrgeolbudm» (Kyiv) and received a positive evaluation for use in the production of concrete sleepers. However, a significant error in experimental data by standard methods not allowed revealing the critical properties of materials that adversely effect on the durability of rail base concrete. According to the research it was determined that the causes of mass destruction of sleepers are: 1) the inhomogeneity of the macrostructure of the concrete, as a consequence of the use of crushed rock of fraction 5-25 mm; 2) the impact of aggressive environment on the surface of the concrete sleepers; 3) the presence of a secondary structure of sleepers of large ettringite crystals prone to restructuring and the presence of alkaline silicic acid reaction products around the amorphous or those containing amorphous silica sand particles; 4) the exceeding of regulatory factor of the reduced alkalinity of dense and porous components of cement stone is respectively to 3.6 and 3.2 times; 5) saturation of the surface of sand particles of chlorine atoms, which are further accelerate and initiate the alkaline silicic acid reaction. Originality. The scientists firstly applied the author's proprietary express-method of studying the morphology and chemical composition of the structural components of concrete. Practical value. The application of the proposed research methodology and structure of raw materials in the concrete production cycle of enterprises will help to prevent the premature deterioration of concrete as a result of internal factors.
RU: Цель. Научная работа своей целью имеет исследование факторов, приведших к преждевременному разрушению бетона железнодорожных шпал. Методика. В работе использована экспресс-методика определения морфологии и химического состава структурных составляющих бетона, запатентованная Днепропетровским национальным университетом железнодорожного транспорта. Методика дает возможность оперативно контролировать морфологию и химический состав кристаллов цементного камня, как наиболее слабого звена в структуре композитного материала–бетона. А также прогнозировать, в соответствии с рекомендациями немецких ученых, вероятность структурных преобразований цементного камня в твердом состоянии, определяющих долговечность этого композитного материала. Результаты. Массовые разрушения железобетонных шпал на железных дорогах Украины учащаются с каждым годом. Причем, если такие разрушения в 2010 году происходили после 4–5 лет эксплуатации, то в 2015 году – лишь после 2–3 лет установки шпал на магистральных железнодорожных путях. По характеру разрушений бетона шпал можно отметить многофакторность воздействий на него. Партии цемента и других сырьевых материалов перед использованием были исследованы стандартными методами в аккредитованной лаборатории ПАО «Укргеолбудм» (Киев) и получили положительные оценки для использования в производстве железобетонных шпал. Однако значительная ошибка в экспериментальных данных по стандартным методикам не позволила выявить критические характеристики материалов, которые пагубно влияют на долговечность бетона подрельсовых оснований. По результатам исследований было установлено, что причинами массового преждевременного разрушения шпал являются: 1) неоднородность макроструктуры бетона, как следствие применения щебня фракции 5–25 мм; 2) влияние агрессивной среды на бетонную поверхность шпал; 3) наличие в структуре средней части шпал крупных эттрингитных кристаллов, склонных к реструктуризации и присутствие продуктов щелочнокремниевокислой реакции вокруг аморфных или содержащих аморфный кремнезем, песочных частиц; 4) превышение нормативного коэффициента приведенной щелочности плотной и пористой составляющих цементного камня соответственно в 3,6 и в 3,2 раза; 5) насыщенность поверхности песочных частиц атомами хлора, которые дополнительно ускоряют и инициируют щелочнокремниевокислую реакцию. Научная новизна. Исследователями впервые была применена запатентованная авторская экспресс-методика исследования морфологии и химического состава структурных составляющих бетона. Практическая значимость. Применение предлагаемой методики исследования сырьевых материалов и структуры бетона в производственном цикле предприятий позволит предотвратить преждевременное разрушение бетона вследствие действия внутренних факторов.
EN: Purpose. The aim of the paper is to study the factors that led to the premature destruction of concrete sleepers. Methodology. The express-method of determining the morphology and chemical composition of structural components in concrete, patented by Dnipropetrovsk National University of Railway Transport was used in the paper. Methodology makes it possible to control the morphology and chemical composition of cement crystals as the weakest link in the structure of composite material – concrete, and to predict, in accordance with the recommendations of the German Scientists, the possibility of structural transformation of cement in the solid state, which determines the durability of the composite material. Findings. The mass destruction of concrete sleepers on railways of Ukraine is becoming more frequent every year. Moreover, if such destruction in 2010 appears after 4-5 years of operation, in 2015 it is only after 2-3 years of installing the sleepers on the main railways. The nature of the destruction of concrete sleepers can be noted as malty factors influence on it. The batches of cement and other raw materials have been investigated before using with the standard methods in accredited laboratories of PAC «Ukrgeolbudm» (Kyiv) and received a positive evaluation for use in the production of concrete sleepers. However, a significant error in experimental data by standard methods not allowed revealing the critical properties of materials that adversely effect on the durability of rail base concrete. According to the research it was determined that the causes of mass destruction of sleepers are: 1) the inhomogeneity of the macrostructure of the concrete, as a consequence of the use of crushed rock of fraction 5-25 mm; 2) the impact of aggressive environment on the surface of the concrete sleepers; 3) the presence of a secondary structure of sleepers of large ettringite crystals prone to restructuring and the presence of alkaline silicic acid reaction products around the amorphous or those containing amorphous silica sand particles; 4) the exceeding of regulatory factor of the reduced alkalinity of dense and porous components of cement stone is respectively to 3.6 and 3.2 times; 5) saturation of the surface of sand particles of chlorine atoms, which are further accelerate and initiate the alkaline silicic acid reaction. Originality. The scientists firstly applied the author's proprietary express-method of studying the morphology and chemical composition of the structural components of concrete. Practical value. The application of the proposed research methodology and structure of raw materials in the concrete production cycle of enterprises will help to prevent the premature deterioration of concrete as a result of internal factors.
Description
В. Коваленко: ORCID 0000-0002-1196-7730; Ю. Заяць: ORCID 0000-0002-9213-1790; П. Пшінько: ORCID 0000-0003-4187-5340
Keywords
залізобетонні шпали, бетон, щебінь, пісок, цемент, лужнокремнієвокисла реакція, мікроструктура, цементний камінь, железобетонные шпалы, щебень, песок, щелочнокремниевокислая реакция, микроструктура, цементный камень, reinforced-concrete slippers, crushed ballast, sand, cement, alkaline silicic acid reaction, microstructure, cement brick, КУПББМ, КБЖД, КБВ
Citation
Коваленко В. В., Заяць Ю. Л., Пшінько П. О. Дослідження причин передчасного руйнування залізобетонних шпал на Знам’янській дистанції колії ПЧ 10 Одеської залізниці. Наука та прогрес транспорту. 2015. № 6 (60). С. 149–163. doi: 10.15802/stp2015/57100.