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/см^3	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%.