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.