CC BY
52
УДК 625.861:625.731:624.138:72
Д. К. Бирюлева, О. Н. Ильина
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕСТНЫХ ОБРАБОТАННЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Ключевые слова: автомобильная дорога, минеральный материал, портландцемент, диатомит, обработанный материал, конструкции дорожной одежды, технология устройства дорожной одежды, сметная стоимость строительства сельских
автодорог, экономическая эффективность.
В статье приведены результаты лабораторно-экспериментальных исследований по обработке местного карбонатного щебня и грунта комплексным вяжущим и основные расчеты показателей экономической эффективности вложений в строительство сельских автодорог по разработанным конструкциям дорожных одежд с применением указанных материалов.
Keywords: road, mineral material, Portland cement, diatomite, treated material, constructions of road surfacing, the technology unit of the road surfacing, the estimated cost of construction of rural roads, economic efficiency.
In the article the results of experimental laboratory studies on the processing of local carbonate break stone and soil complex binder and basic calculations of indicators of economic efficiency of investments in the construction of rural roads developed constructions of road surfacing using these materials.
Введение
Развитие республики и улучшения качества жизни населения неотъемлемо связано с состоянием автомобильных дорог, их логистической сетью и развитостью. Одним из перспективных направлений в строительстве и реконструкции автомобильных дорог, является максимальное использование местных дорожно-строительных материалов, а одним из основных показателей эффективности конструкций дорожных одежд является экономия материалов.
Разработанные варианты конструкций дорожных одежд в зависимости от технологий устройства позволят эффективно осваивать капитальные вложения в строительство сельских дорог Республики Татарстан по стравнению традиционными дорожными одеждами.
Экспериментальная часть
Эффективное использование инвестиций в строительство, реконструкцию, ремонт и содержание автомобильных дорог во многом связано с научными исследованиями в области проектирования и строительства конструкций дорожных одежд. От разработанных решений зависят качество, срок эксплуатации и стоимость оказываемых услуг при строительстве автомобильных дорог.
Современные требования к автомобильным дорогам акцентируют особое внимание на исследования в области технологии и методов, при которых максимально используются местные дорожно-строительные материалы, обработанные вяжущими.
В качестве вяжущих материалов могут применяться органические, неорганические и комплексные вяжущие. При укреплении известняков неорганическими вяжущими установлено, что известняки по своей природе не инертны, а входят в активное физико-химическое взаимодействие с цементом, оказывая взаимное положительное влияние на процессы гидролиза и твердения цемента. Цемент, в цементно-известняковых смесях является основным компонентом, обеспечивающим в опре-
деленных условиях коренное изменение природных свойств используемого известняка. При этом продукты гидролиза и гидратации цемента в соответствующем количестве в смеси образуют с частицами известняка сложный и весьма разветвленный це-ментно-известняковый каркас, прочность которого выше прочности отдельных микроагрегатов.
На данный момент перед строителями стоит задача экономии дорогостоящих вяжущих, как правило, для экономии цемента применяются различные добавки, позволяющие сократить процент основного вяжущего в смеси. Для обработки известнякового щебня и грунта нами предложено комплексное минеральное вяжущее, в состав которого входит добавка диатомита.
Диатомит - природный наноструктурирован-ный материал, представляющий собой кремнистую породу, сложенную мельчайшими опаловыми створками древних диатомовых водорослей - диатомей. Размер створок структуры фрактального характера порядка 100 нм. Диатомит является активной минеральной добавкой осадочного происхождения. При смешивании его с портландцементом оказывает пуц-цоланический эффект. Наличие активной пуццолано-вой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой.
В настоящее время продукция на базе диатомита широко используется во многих отраслях промышленности, в том числе в качестве активной минеральной и реологической добавки в портландце-ментах для сухих строительных смесей. Известны месторождения диатомита в Ульяновской области, в Среднем Поволжье на Дальнем Востоке, Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и других областях России.
В Испытательном дорожном научно-производственном центре Института транспортных сооружений Казанского государственного архитектурно-строительного университета проведены экспериментально-лабораторные исследования по обработке местного известнякового щебня марки
М400 и грунта супеси комплексным минеральным вяжущим. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 23558 и ГОСТ 10180. В качестве минерального материала использовался известняковый щебень М400 ГОСТ 8267 Ийского месторождения карбонатных пород Республики Татарстан. Гранулометрический состав щебеночной смеси подобран в соответствии с ГОСТ 23558 по фракциям 0-20мм. Комплексное вяжущее: портландцемент М400 НовоУльяновского завода ГОСТ 10178 в количестве 46 % и диатомит производства компании «Диамикс» Ульяновской области, г. Инза ТУ 5761-00125310144-99 в количестве 5-15 %. Поисковые исследования по подбору состава смесей и определению физико-механических свойств материалов проводились по стандартной методике на образцах d=h=7,14 см в возрасте 7 и 28 суток.
Результаты исследований
Сравнительные лабораторные результаты испытаний образцов обработанных материалов по прочности при сжатии и растяжении при изгибе показали марку М40 и М60, марку по морозостойкости Б15 для щебеночной смеси и М10, М20 для укрепленного грунта[1].
Разработаны и рассчитаны конструкции дорожных одежд сельских автомобильных дорог Республики Татарстан с требуемым модулем упругости Етр=100 МПа и Етр=150 МПа и применением местных минеральных материалов, обработанных комплексным наноструктурированным минеральным вяжущим.
В качестве вариантов технологий устройства слоев дорожной одежды из разработанных материалов предложено два основных направления: обработка материала в смесительной установке и на трассе, в качестве смесительной установки - ДС-50Б, в качестве механизмов, производящих обработку материала на трассе - навесная фреза фирмы Wirtgen WS 250 и стабилизатор фирмы Wirtgen WR 2500 SK. Преимущество применения стабилизатора 2500 SK в том, что в его конструкции реализована возможность ввода сухого вяжущего непосредственно в смесительный барабан механизма, что повышает однородность обработки материала и снижает пылеобразование при выполнении работ.
Одним из показателей эффективности разрабатываемых решений для констркуций дорожных одежд является сметная стоимость и удельная материалоемкость.
Стоимостные показатели для разработанных дорожных одежд, представленые в табл. 1, систематизированы в зависимости от поверхностной обработки (одинарной и двойной), технологии укладки и модуля упругости 150 МПа и 100 МПа[2].
Материалоемкость дорожных одежд ориентирует разработчиков новых конструкций снижать данную статью затрат за счет применения местных строительных материалов и введения эффективных добавок, позволяющих оптимизировать сметную стоимость при сохранении прочностных показателей конструкций. При оценке структуры сметной стоимости вариантов традиционных
дорожных одежд и дорожных одежд из разработанных материалов в зависимости от технологии укладки (рис. 1 и 2) выявлено значительное снижение материалоемкости на 40-60%, что позволит снизить сметную стоимость работ и обеспечить эффективность применения констркуций дорожных одежд для строительства сельских дорог.
Таблица 1 - Показатели сметной стоимости 1 км покрытия в зависимости от разработанных вариантов конструкций дорожных одежд
Сметная стоимость 1км дорожной
Варианты конст- одежды, с одиночной (*.*.1)/двойной
№ рукций дорожной (* * 2)
п/п одежды поверхностной обработкой,
тыс. руб.
по технологии с по технологии с
использованием использованием
профилировщика фрезы
Вариант конструкций дорожных одежд с требуемым модулем
упругости 150 МПа
1 1.3.1/1.3.2 3227,2/3569,4 2695,8/3038,0
2 2.3.1/2.3.2 3307,4/3649,6 2657,4/2999,6
3 3.3.1/3.3.2 4361,6/4703,7 4061,7/4403,8
4 7.1 (традицион- 7677,113
ная конструкция)
Вариант конструкций дорожных одежд с требуемым модулем
упругости 100 МПа
5 4.3.1/4.3.2 2863,19/3205,4 2399,9/2742,1
6 5.3.1/5.3.2 2448,0/2790,2 1970,6/2312,8
7 6.3.1/6.3.2 2770,06/3112,2 2606,4/2948,6
8 8.1 (традицион- 5278 448
ная конструкция)
Экономия средств от полученного эффекта при применении разработанных материалов для констркуций дорожных одежд позволит увеличить протяженность строительства сельских дорог по Республике Татарстан в 1,5-2,5 раза в сравнении со строительством дорог с традиционными дорожными одеждами[2].
6 000 000
5 000 000
4 000 000
3 000 000
2 000 000
1 000 000
|| II ии
Т I I I I I I I п
1 2 1 2 1 2 1
II II II I
mm mm mm r-v
■ I ii ii
1 1 2 2 3 3
Рис.1 - Изменение доли сметной стоимости материалов для устройства дорожных одежд с модулем упругости 150 МПа для различных технологий укладки: □- материалы местные ■материалы привозные
Заключение
На основании полученных результатов можно сделать вывод о целесообразности применения разработанных материалов в дорожном строительстве. Положительная динамика физико-механических показателей материалов, в состав которых введен диатомит, оправдывает его применение в области дорожно-строительных материалов. Замена традиционной конструкции дорожной одежды на конструкцию со слоями из разработанных материалов позволяет снизить стоимость дорожной одежды, что в свою очередь позволит увеличить протяженность автомобильных дорог Республики Татарстан.
Литература
1. Ильина О.Н. Коновалов Н.В. Дорожно-строительный материал на основе местных минеральных материалов, обработанных комплексным вяжущим: Известия КГАСУ.- 2013. -№2(24).-С.295-300
2. Отчет о нтр «Разработка конструкций дорожных одежд с применением минеральных материалов для сельских автомобильных дорог в Республике Татар-
Рис. 2 - Изменение доли сметной стоимости стан», гос. контракт № 194 от 8.10.2012. 108 стр.
материалов для устройства дорожных одежд с
модулем упругости 100 МПа для различных
технологий укладки: □- материалы местные
■-материалы привозные
© Д. К. Бирюлева - канд. техн. наук, доцент каф. экономики и организации строительства, КГАСУ, dila899@mail.ru; О. Н. Ильина- канд. техн. наук, доц. каф. автомобильных дорог, зам. директора Института транспортных сооружений, КГАСУ, ilina@kgasu.ru.
© D. K. Biryuleva - candidate of technical sciences, Associate Professor of Dept. of economy and business in construction, KSUAE, dila899@mail.ru; O. N. Ilina - candidate of technical sciences, Associate Professor of Dept. of roadways, KSUAE, ilina@kgasu.ru.
4 500 000 4 000 000 3 500 000 3 000 000 2 500 000 2 000 000 1 500 000 1 000 000 500 000
I I II
i I I I I I I I I
1 2 1 2 1 2 1
■ I ii ii I
mm mm mm oo
ii II II
^ ^ 1Л 1Л Ю Ю
