Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы
Андреева А.В
Институт
проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск, Россия
Стабилизация грунтов для
строительства автомобильных дорог в условиях Крайнего Севера
Стабилизация, укрепленный грунт, влагопоглощение,
морозостойкость, прочность при сжатии.
В случае стабилизации
грунтов органическими вяжущими материал обладает повышенной деформативностью,
что ведет к колееобразованию и другим пластическим деформациям в слое при
эксплуатации дороги. При стабилизации грунта минеральным вяжущим получаемый
материал, как правило, обладает высокой прочностью, технической жесткостью, что
вызывает появление трещин температурно-усадочного характера в осенне-зимний
период. К тому же для некоторых разновидностей грунтов (например, мелких
песков), стабилизированных цементом, очень сложно обеспечить требуемую
морозостойкость. При стабилизации грунтов синтетическими смолами образуемый
материал обладает недостаточной водо-и морозостойкостью, чрезмерной хрупкостью.
Направленное изменение свойств грунтов возможно укрепления их
поверхностно-активными веществами специального действия – различными
стабилизаторами и добавками, введение которых в состав материала в малых
количествах вызывает изменение структуры и свойств последнего. При этом их
использование возможно на всех категориях автомобильных дорог, во всех
климатических зонах РФ, в том числе и в районах Крайнего Севера.
В качестве объектов исследования были выбраны глина месторождения
Ой-Бесс Республики Саха (Якутия), полифилизаторы «ПГСЖ-1» - «Консолид 444» и
«ПГСП-3» - «Солидрай».
Глина обладает удовлетворительной формовочной способностью, средней
пластичностью, а также характеризуется малой чувствительностью к сушке,
малой воздушной и общей усадками.
В качестве полифилизаторов грунта использовали «ПГСЖ-1» - «Консолид
444» - это жидкость коричневого цвета с
характерным запахом, включающая аммониевые соединения 25-50 %, высшие жирные
амины 10-25 %, азкоксилат менее 2,5 %, рН=4,5-5. Полностью смешивается с водой.
«ПГСП-3» - «Солидрай» - представляет собой светло-желтый порошок, нерастворимо
в холодной воде. Не изменяет свойства во времени (продукт стабилен) и не
распадается.
Для проведения исследований были изготовлены
цилиндрические образцы диаметром и
высотой 50 мм на технологическом оборудовании, разработанном в Институте
неметаллических материалов СО РАН [1]. При этом усилие прессования (Р)
составляло 3 МПа [2], формовочная влажность (W) – от 12 до 16 масс. %, содержание полифилизаторов
«ПГСЖ-1» - «Консолид 444» 0,05 масс. % и «ПГСП-3» - «Солидрай» от 1,2 до 2,4
масс. %.
Для улучшения физико-механических
показателей были проведены исследования
по стабилизации грунтов полифилизаторами «Консолид 444» и «Солидрай». Количество полифилизатора «Консолид
444» составляло 0,05 масс. %, «Солидрай» варьировалось от 1,2 до 2,4 масс. %
при формовочной влажности 12, 14, 16 масс. %. Усилие прессования при этом
составляет 3 МПа. Время выдержки формы со смесью под нагрузкой составляло 3
мин.
Дальнейшие исследования заключались в исследовании
прочности при сжатии образцов при использовании комплекса добавок для выбора
оптимального состава с при исходной влажности от 12 до 16 масс. %.
Исследованиям были подвержены образцы следующего состава.
Анализ полученных результатов показывает,
что прочность при сжатии образцов при увеличении количества вводимых добавок
снижается в среднем на 26,53 %. При этом повышение формовочной влажности
показывает увеличение прочности данных образцов в среднем на 40,69 %.
Таким
образом, было выбрано оптимальное количество вводимой добавки «Солидрай» – 1,2
масc. % и формовочная влажность – 16 масс. %.
Для регионов холодного климата важны не
только механические свойства материалов строительного назначения, но и такие показатели
как, влаго- и морозостойкость. В связи с этим были проведены исследования по
определению влагопоглощения и морозостойкости.
Для исследования были
изготовлены цилиндрические образцы диаметром
и высотой 50 мм на технологическом оборудовании, разработанном в
Институте неметаллических материалов СО РАН. При этом усилие прессования (Р)
составляло 3 МПа, формовочная влажность (W) 16 масс. %, содержание полифилизаторов «ПГСЖ-1» -
«Консолид 444» 0,05 масс. % и «ПГСП-3» - «Солидрай» 1,2 масс. %. Продолжительность
сушки – 28 суток, усилие прессования составляло 3 МПа, время выдержки формы со
смесью под нагрузкой составляло 3 мин. Было исследовано влияние влаги и низкой
температуры на прочностные показатели материала для оснований дорожной одежды
автомобильных дорог. Определение морозостойкости укрепленных грунтов проводили
согласно ГОСТ 10060.1 «Базовый метод определения морозостойкости».
Образцы
насыщали в спокойной воде в течение 2х суток. В первые сутки образцы погружали
в воду на 1/3 высоты, а в следующие сутки полностью заливали водой. При этом
замеры образцов снимали до и после водонасыщения.
При
этом показатель прочности при сжатии сухих образцов выше, чем значение ТУ на
22,2 %; прочность при сжатии водонасыщенных образцов почти остается при значении
ТУ, при этом исходные образцы при водонасыщении разрушаются полностью в течении
5 минут; остаточная прочность при сжатии после замораживания-оттаивания 1,61
МПа, что на 44 % выше значений опытных образцов.
При
водонасыщении образцы с добавками сохраняют свою форму, тогда как исходные
образцы при водонасыщении на первых сутках полностью разрушаются. Предел
прочности при сжатии водонасыщенных образцов увеличивается в 1,08 раз по
отношению к значению ТУ. При этом предел прочности при сжатии водонасыщенных
образцов снижается по отношению к
пределу прочности при сжатии сухих образцов в 1,38 раз.
Таким образом, установлено, что
разработанные материалы обладают высокими показателями свойств и могут быть
использованы для возведения конструктивных слоев дорожных одежд.
Литература
1.
Попов С.Н., Степанов
И.И., Черский И.Н. Оборудование для полусухого прессования мелкоштучных
строительных материалов // Неметаллические материалы и конструкции для условий
Севера. – Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1996. – С.81-87.
2.
ТУ 5711-002-98983709-2010. «Грунтовые смеси, обработанные полифилизаторами
«ПГСЖ 1», «ПГСП 3», «ПГСБ 2» для автодорожного и аэродромного строительства». –
М.: ООО «МД СИСТЕМЫ», 2010. – 84 с.