Композиционное вяжущее для укрепления дорожных грунтов

УДК 624.131.1

В настоящее время при строительстве автомобильных дорог общего пользования Республики Беларусь используют­ся конструкций дорожных одежд из укрепленных материалов, что позволяет повысить сроки их службы и обеспечить высокие транспортно-эксплуатационные показатели. При конструировании дорожных одежд лесных дорог необходимо учитывать специфику их работы с учетом применяемого тягово-подвижного состава на вывозке леса, масса которого имеет тенденцию увеличения.

Now at building of highways of the general using designs of road clothes from the strengthened materials that allows to increase terms of their service are applied and to provide increase of transportno-operational indicators. At designing of road clothes ofwood roads it is necessary to consider specificity of their work taking into account increase in weight of lorry convoys and experience of improvement of properties road soils.

Введение

В транспортной системе нашей республики значительное место принадлежит автомобильному транспорту. Объем пере­возимых автотранспортом грузом в несколько раз превышает работу остальных видов транспорта вместе взятых. Однако в общем грузообороте доля автомобильного транспорта не боль­шая, что объясняется в несколько раз меньшей средней даль­ностью перевозок автомобильным транспортом по сравнению с другими видами транспорта (например, железнодорожным).

Ежегодно в Республике Беларусь заготавливается и вы­возиться автотранспортом из лесных массивов около 14 млн. м3 древесины. Перспективными планами развития лесной отрасли предусматривается наращивание заготовок лесопро­дукции. Увеличение объемов лесозаготовок требует ежегод­ного строительства более 150 км лесных автомобильных до­рог круглогодичного действия.

При строительстве и ремонте лесных дорог использует­ся большое количество дорожно-строительных материалов и грунтов. Так на постройку 1 км дорожной одежды лесной автомобильной дороги 1Ул категории требуется около 1000 м3 гравийных материалов (в зависимости от толщины засыпки). В большинстве лесных районах, где ведутся лесозаготовки, отсутствует достаточное количество пригодных грунтов для возведения земляного полотна, а каменные дорожно-стро­ительные материалы (гравий, щебень) являются остродефи­цитными.

Основная часть

Лесная отрасль ежегодно пополняется современными ле­совозными автопоездами большой грузоподъемности способ­ных перевозить более 30 м3 древесины. Лесовозный автопо­езд является тяжелым транспортным средством, применение которого с высокими транспортно-эксплуатационными по­казателями требует прочных дорожных конструкций. Созда­ние таких конструкций может быть основано на применении укрепленных дорожных грунтов [1].

Методы укрепления грунтов в зависимости от вида вяжу­щего подразделяются на следующие основные группы:

• укрепление грунтов цементом;
• укрепление грунтов известью;
• шлаковое укрепление;
• комбинированное (комплексное) укрепление.

В результате взаимодействия неорганических вяжущих и коллоидно-глинистой составляющей грунты образуют мате­риалы, обладающие повышенной морозостойкостью и долго­вечностью. Особенно это относится к комплексно укреплен­ным грунтам.

В настоящее время для улучшения свойств грунтов ис­пользуют гравийные и щебеночные материалы, минераль­ные и органические вяжущие, отходы промышленных про­изводств.

Для улучшения свойств грунтов и снижения капиталов­ложений на строительство автомобильных дорог авторами предлагается использовать комплексное минеральное вяжу­щее на основе портландцемента с микронаполнителями. В качестве наполнителей рекомендуются тонкомолотые грани- тоидные отсевы Микашевичского карьера и твердые отходы асбестоцементных изделий (АЦИ), ОАО «Красносельскстрой- материалы» и ОАО «Кричевцементношифер», количество ко­торых достигает до 850 т ежегодно.

Основным показателем качества цемента является его марка, численно выражающая гарантированный предел проч­ности при сжатии образцов, изготовленных в стандартных условиях.

Исследование процесса твердения композиционного це­мента с использованием в качестве добавок тонкомолотых гранитоидных отсевов и боя асбестоцементных изделий как в отдельности, так и при их сочетании проводили на образцах- кубиках с ребром 2 см. Содержание в портландцементе добав­ки принимали 10, 20, 30, 50 %. Для изучения вяжущих свойств полученных смесей готовили на их основе цементные раство­ры в соотношении песок: сухая смесь 3:1. Песок использовали рядовой. Водоцементное отношение принимали одинаковым для всех смесей равным 0,4. Было испытано по двенадцать об­разцов каждого состава. Твердение их осуществлялось по сле­дующему режиму: первые сутки - в формах на воздухе, затем после распалубки - в воде. Через 3, 7, 14, 28 суток образцы из­влекались из воды и испытывались на прочность при сжатии. По полученным данным были построены графические зави­симости прочности образцов от времени твердения. Анализ полученных кривых набора прочности образцами с течением времени твердения показывает, что гранитоидный отсев и от­ходы АЦИ при любом из выбранных соотношений в первые трое суток ускоряют процесс твердения. Прочность при этом возрастает по сравнению с контрольными образцами на 10 - 60 %. Меньшее значение прироста прочности происходит при введении 50 % добавки отходов. Также обращает на себя вни­мание идентичность характера всех кинетических кривых композиционного цемента, как с тонкомолотым гранитоид- ным отсевом, так и с отходами асбестоцементных изделий и их смесями, причем набор прочности происходит в пря­мой зависимости от времени твердения.

Исходя из анализа полученных зависимостей (рис.) можно сделать вывод что на ранних сроках твердения наблюдается увеличение скорости набора прочности образцами на основе композиционного вяжущего по сравнению с портландцемен­том, что дает положительный эффект от применения данной композиции для приготовления грунтобетона.

Увеличение скорости набора прочности грунтов, приго­товленных на основе композиции позволяет сократить сроки строительства дороги и быстрее ввести ее в эксплуатацию.

Проведенные экспериментальные исследования по опре­делению влияния содержания твердых отходов АЦИ и гра- нитоидных отсевов на прочностные характеристики, полу­ченного цемента позволили разработать оптимальный состав композиционного вяжущего.

1 - ПЦ; 2 - ПЦ с 20% добавок микронаполнителей; 3 - ПЦ с 30% добавок микронаполнителей; 4 - ПЦ с 40%добавок ми­кронаполнителей; 5 - ПЦ с 60% добавок микронаполнителей.

Рис. 1. Кинетика твердения ПЦ и композиционного це­мента с добавкой смеси твердых отходов АЦИ и гранитоид- ных отсевов.

В таблице приведены сравнительные технические харак­теристики портландцемента и полученного композиционного вяжущего оптимального состава, установленные с привлече­нием испытаний по ГОСТ 310.4-81.

Сравнительная характеристика портландцемента и ком­позиционного вяжущего

Исследуемые свойства

Портландцемент марки ПЦ 500

Композиционное вяжущее

Предел прочности при сжатии, МПа

48,79

38,37

Предел прочности при изгибе, МПа

7,67

6,14

Тонкость помола (остаток на сите с сеткой № 008), %

8

11

Нормальная густота цементного теста, %

25

26,5

Равномерность изменения объема

Показывает

Показывает

Морозостойкость

0,96

0,85

По полученным данным строительно-технических свойств композиционного вяжущего и портландцемента вид­но, что содержание в цементе микронаполнителей гранито- идов и твердых отходов АЦИ при оптимальном содержании позволяет получить цемент марки 400. При этом начало сро­ков схватывания его увеличивается незначительно. Нормаль­ная густота цементного теста увеличивается лишь на 1,5 % без существенного изменения других свойств. Такое вяжущее полностью удовлетворяет требованиям к цементам, использу­емым для укрепления грунтов в дорожном строительстве [2].

Заключение

Проведенные исследования позволили установить прин­ципиально новую возможность получения композиционного вяжущего на основе портландцемента, молотых гранитоидно- го отсева и отходов асбестоцементных изделий для укрепле­ния оснований лесных автомобильных дорог. Прочность на сжатие образцов полученного композиционного цемента со­ставляет 38,37 МПа, на изгиб - 6,14 МПа, что удовлетворяет техническим условиям вяжущих материалов для дорожного строительства. Полученные данные по прочности на сжатие показывают, что все изученные составы композиционного це­мента с содержанием микронаполнителя до 50 % могут быть рекомендованы для укрепления грунтов, так как по ГОСТ 23558-94 марка по прочности на сжатие вяжущих материалов для укрепления грунтов должна быть, как уже было сказано ранее, не ниже М60. Проведенные исследования показали, что указанные отходы могут быть использованы для получения композиционных (смешанных) цементов и рекомендованы для дорожного строительства. Использование указанных от­ходов позволит снизить стоимость вяжущего и инвестиции в строительство лесных дорог.

Литература

1. Бабаскин Ю.П. Дорожное грунтоведение и механика зем­ляного полотна дорог. - Минск: БГПА, 2001.

2. Кузьменков, М. И. Химическая технология вяжущих ве­ществ: учеб, пособие для студентов специальности «Химическая технология неорганических веществ, ма­териалов и изделий» //М.И. Кузьменков, О.Е. Хотянович. - Минск: БГТУ, 2008. - 276 с

Поступила в редакцию 30.01.2013 г.