Строительство и архитектура / 3.Современные технологии строительства, реконструкции и реставрации.
К.т.н.Романенко И.И, студ. Романенко
М.И., к.т.н. Пинт Э.М.,
к.т.н. Еличев К.А.
Пензенский государственный университет архитектуры и
строительства, Росссия
Строительство
дорог из бетоногрунтовых смесей с применением ресайклера
Программа "Модернизация транспортной системы
России", рассчитанной на 2002-2011 годы, предусматривала увеличение протяженности автодорог общего
пользования за восемь лет на 12, 5 тыс. км (до 611, 1 тыс. км) и дорог высших
(I и II) категорий на 2, 9 тыс. км (до 36 тыс. км). Для сравнения: в 2009 году
в Китае введено в эксплуатацию около 47 тыс. км дорог всех категорий.
Для России чтобы обеспечить транспортный поток с
учетом увеличения на дорогах количества большегрузных автомобилей необходимо
строить 25 - 30 тыс. км дорог в год. Но при нынешних темпах строительства дорог
для достижения этой цели уйдет не менее 135-150 лет.
Акцент на строительство автомобильных дорог с
использованием асфальтобетона в
условиях России полностью неоправдан. Асфальт является нежестким покрытием с
низкой морозостойкостью, плохо реагирует на жару и холод, страдает ярко
выраженной келейностью. Срок службы асфальтобетонного покрытия от двух до пяти лет, особенно в условиях
нарастания максимальных нагрузок на заднюю ось грузовиков и фур (фактически они
уже доходят до 10-12 т). При таких нагрузках дороги из асфальтобетона образуют
келейность, и наблюдается просадка дорожного полотна. Дороги выходят из строя намного
раньше гарантийных сроков безотказной эксплуатации.
Все необходимые технологические разработки для вывода
дорожной отрасли на качественно новый уровень есть: созданы новые специальные
вяжущие, разработана технология механоактивации, позволяющая получать
высокопрочные марки цемента, разработаны сухие бетонные смеси. Полученные
грунтобетоны по новым технологиям обладают хорошим сцеплением с поверхностью
износа, способностью воспринимать знакопеременные нагрузки и вибрацию без
образования трещин. Вопрос приоритетного развития дорожной сети для России
имеет особое значение.
Введение. Дорога состоит из верхнего
слоя износа и нижнего несущего. В нижнем слое − уплотненные щебень, песок. Верхнее − это
асфальтобетон или щебеночно-мастичный слой. Возведение дороги традиционным
способом приводит к существенному удорожанию из-за значительного расхода
материалов и транспортных операций.
Разработка
новых машин и механизмов позволило создать новые технологии по устройству дорог
с существенным снижением себестоимости работ, при котором не ухудшается
качество выполненных работ и повышается
их долговечность за счет плотной структуры основания, повышения
прочности, морозостойкости и снижения водопоглощения.
Это достигается за счет применения вяжущего - «Граунд-М» и модификатора структуры. Данная разработка
запатентована. В основе предлагаемой технологии «Резон» лежит стабилизация грунта основания дороги
за счет равномерного смешения вяжущего «Граунд-М», модификатора структуры,
грунта основания и доведения смеси до оптимальной влажности с последующим уплотнением.
Цель
исследований - разработка технологии
холодного ресайклинга для получения
дорожных оснований с высокими физико-механическими и эксплуатационными
свойствами на основе применения минерального вяжущего «Граунд-М». Оценивалась
дозировка минерального вяжущего «Граунд-М», количество вводимого модификатора
структуры, влажность и величина
уплотняющей нагрузки.
Методики
исследований и материалы. В качестве основного сырья использовались
грунты, характерные для Пензенской области- суглинки со средней плотностью 1,74
г/см3.
Грунты представляют собой полидисперсные
полиминеральные системы. В грунтах минералогический состав неоднороден, так как
в них накапливаются в большем или меньшем количестве различные тонкодисперсные
минералы. Многочисленный класс минералов представлен силикатами. Это полевые
шпаты, роговая обманка, авгит, слюды (биотит, мусковит) с общей формулой АI2О3nSiO2mH2О, кальцит СаСО3,доломит СаСО3 МqСО3, кварц SiO2, бурый
железняк Fе 2О 3,пирит
FеS 2, гипс СаSО42Н2О. Наличие указанных
минералов существенно влияет на степень укрепления грунтов и их
структурно-механические свойства. Физико-механические характеристики исследуемого
грунта приведены в табл.1.
Для проведения исследований также применяли
минеральное вяжущее «Граунд-М» с удельной поверхностью S=170-350 м2/кг. С целью оптимизации свойств
грунтобетона на основе «Граунд-М» использовали:- едкий натр технический /ГОСТ
2263-79/; -силикат натрия растворимый (жидкое стекло) /ГОСТ 13078-81/.
Определение гранулометрического и микроагрегатного состава грунта
проводилось по ГОСТ 12536-79 «Методы лабораторного определения гранулометрического
(зернового) и микроагрегатного состава», определение коэффициента фильтрации
проводили по ГОСТ 25584-90 «Методы лабораторного определения коэффициента
фильтрации». Максимальная плотность и оптимальная влажность грунта определялись
по ГОСТ 22733-77 «Метод лабораторного определения максимальной плотности».
Таблица1.
№ п/п |
Характеристика грунта |
Оптимальная влажность W,% |
Плотность грунта г/см3 |
Число пластичности |
Количество песчаных частиц, % |
Количество глинистых частиц, % |
Количество пылеватых частиц, % |
1. |
Суглинок легкий песчанистый |
12,8 |
1,95 |
8,0 |
50 |
18,2 |
31,8 |
2 |
Суглинок тяжелый песчанистый |
13,6 |
1,94 |
13,5 |
60,0 |
15,6 |
24,4 |
Полученные результаты. Для определения рациональных
пределов содержания вяжущих в укрепленных грунтовых смесях, расход
вяжущего колебался в диапазоне от 10 до
30%. Из таких смесей приготавливались образцы высотой и диаметром 50 мм,
отформованные под нагрузкой 30 МПа. Результаты кинетики набора прочности в
возрасте 7, 14, 28 и 90 суток представлены в табл. 2.-3 в зависимости от дозировки
вяжущего.
Как видно
из полученных результатов, при использовании «Граунд-М», оптимальное его содержание для суглинка составляет
15-25%. На предварительных этапах изучения физико-механических свойств вяжущего
нами было установлено, что оптимальное содержание активатора составляет 8% в
пересчете на сухое вещество от массы вяжущего.
На основании проведенных исследований, было выявлено, что шлакогрунты на
суглинках при дозировке вяжущего «Граунд-М» в количестве 25-30% и активаторе NaOH в возрасте 7 суток имеют прочность 24 и 28 МПа, а на
жидком стекле 5,0 и 7,0 МПа соответственно. Нами было установлено, что оптимальное соотношение компонентов в активаторе
твердения составляет 50% NaOH+50% Na2SiO3 (1:1).
Такое соотношение компонентов в щелочном активаторе твердения является
универсальным.
При дозировке 30% «Граунд-М» в 28
суточном возрасте на суглинках
прочность образцов составляет 48,0 МПа на комплексном активаторе, а на NaOH- 45,0 МПа.
Таблица 2.
Кинетика набора прочности
шлакогрунтовой смеси («Граунд-М», грунт-суглинок, -NaOH,жидкое стекло).
№ п/п |
Расход материалов, % |
Предел прочности на
сжатие, Мпа |
|||||||
Грунт |
«Граунд-М», |
Активатор твердения NaOH |
7 |
14 |
28 |
90 |
|||
Активатор твердения NaOH
|
|||||||||
1. |
90 |
10 |
8 |
1,50 |
3,0 |
5,0 |
7,0 |
||
2. |
85 |
15 |
8 |
2,0 |
4,5 |
6,1 |
8,6 |
||
3. |
80 |
20 |
8 |
17,5 |
23,0 |
29,0 |
32,0 |
||
4. |
75 |
25 |
8 |
24,0 |
29,5 |
40,0 |
46,3 |
||
5. |
70 |
30 |
8 |
28,0 |
33,0 |
45,0 |
48,5 |
||
Активатор твердения –жидкое
стекло
|
|||||||||
1. |
90 |
10 |
8 |
1,0 |
1,5 |
3,5 |
8,0 |
||
2. |
85 |
15 |
8 |
2,5 |
3,2 |
4,0 |
9,0 |
||
3. |
80 |
20 |
8 |
3,3 |
4,1 |
5,5 |
11,0 |
||
4. |
75 |
25 |
8 |
5,0 |
10,0 |
15,0 |
20,0 |
||
5. |
70 |
30 |
8 |
7,0 |
12,0 |
20,5 |
28,0 |
||
Таблица 3
Кинетика набора прочности шлакогрунтовой смеси («Граунд-М»,
грунт-суглинок, активатор-50% жидкое стекло+50% NaOH).
№ п/п |
Расход материалов, % |
Предел прочности на
сжатие, Мпа |
|||||
Грунт |
Шлак |
Активатор твердения
NaOH+Na2SiO3 |
7 |
14 |
28 |
90 |
|
грунт-суглинок |
|||||||
1. |
90 |
10 |
8 |
1,5 |
3,5 |
4,5 |
8,0 |
2. |
85 |
15 |
8 |
1,8 |
4,5 |
7,0 |
9,0 |
3. |
80 |
20 |
8 |
20,0 |
25,0 |
30,0 |
36,0 |
4. |
75 |
25 |
8 |
24,0 |
32,0 |
45,0 |
50,0 |
5. |
70 |
30 |
8 |
30,0 |
37,5 |
48,0 |
55,0 |
Актуальность разработки:
·
Повышение долговечности
дорог и снижение себестоимости дорожных работ.
·
Укрепление дорожного
основания отходами металлургических производств позволяет решить экологическую
и экономическую проблемы регионов.
·
Данную технологию
целесообразно использовать для различных грунтов, в том числе с содержанием
глины.
Техническая значимость:
·
Приготовление
грунтобетонной смеси и уплотнение выполняется одной машиной на участке работ в
процессе движения;
·
Отсутствует
необходимость в дополнительном перемещении грунтов;
·
Возможно использование
местных материалов и побочных продуктов различных производств;
·
Доля ручного труда
составляет по предлагаемой технологии 5-10%.
Новизна идеи:
·
В качестве стабилизатора
грунта используется минеральное вяжущее «Граунд-М»;
·
Для получения высоких
эксплуатационных свойств дорожного основания предварительное уплотнение смеси осуществляется
статическим способом, а окончательное – вибрационным.
Выводы.
1. Разработан
состав шлакогрунта для укрепления дорожных оснований на основе местных материалов, включающий грунт,
минеральное вяжущее «Граунд-М» и активатор твердения.
2. Установлена оптимальная дозировка «Граунд-М» в составе грунтобетона, составляющая 15-25% от
массы вяжущего и способствующая получению материала с высокими
физико-механическими свойствами.
3. Определен оптимальный состав активатора твердения
«Граунд-М», включающий NaOH+Na2SiO3 в соотношении 1:1,
дозировка которого составляет 8% от массы вяжущего.
4. Установлена оптимальная влажность шлакогрунтовой
смеси для получения шлакогрунта с высокими физико-механическими свойствами, составляющая
для суглинка 10-14%.