CC BY
42
УДК 625.066:625.711 ГРНТИ 67.09.31
М.В. Тарасова, И.А. Троценко
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОГО ВЯЖУЩЕГО В ГРУНТАХ ДЛЯ ДОРОГ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Использование укрепленных грунтов в настоящее время обусловлено увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог и дефицитом либо высокой стоимостью каменных материалов. Основным путем снижения стоимости является применение местных материалов, в том числе различных грунтов, обработанных вяжущим материалом (цементом). Только соответствующее качество цементогрунга и высокая эффективность его производства смогут обеспечить конкурентоспособность на рынке технологии строительных материалов. Определены характеристики используемых грунтов. Проведены лабораторные исследования по распределению вяжущего в грунтах (супеси и суглинке). Однородность смеси оценивали по прочности образцов при сжатии. Рассмотрена микроструктура цемен-тогрунтов, сделанных при помощи сканирующего растрового микроскопа Jeol JSX 6460. Установлено, что распределение вяжущего при перемешивании грунта в супеси происходит намного лучше, чем в суглинке.
Ключевые слова: цементогрунт; однородность; распределение вяжущего; прочность. M. V. Tarasova, I.A. Trotsenko
RESEARCH OF DISTRIBUTION OF INORGANIC BINDER IN SOILS FOR AGRICULTURAL ROADS
The use of reinforced soil is now due to increasing volumes of construction of roads and shortage or high cost of stone materials. The main way to reduce the cost is to use locally available materials, including a variety of soils treated with the binder material (cement). Only tsementogrunta consistent quality and high efficiency of its production can ensure competitiveness in the market of construction materials technology. The characteristics of the soil used. The laboratory studies to determine the binder distribution in soils (sandy loam and loam). Homogeneity of blend samples were evaluated for compressive strength. We consider the microstructure tse-mentogruntov made with a scanning raster microscope Jeol JSX 6460. It was found that the distribution of the binder while stirring in sandy loam soil is much better than in the loam.
Keywords: tsementogrunt, uniformity, binder distribution, strength.
Введение
Транспортная стратегия на период до 2030 г. реализуемая в Российской Федерации, предусматривает обеспечение постоянной круглогодичной связи всех сельских населенных пунктов, имеющих перспективы развития, сетью автомобильных дорог общего пользования [1].
Актуальность использования укрепленных грунтов обусловлена увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог и дефицитом либо высокой стоимостью каменных материалов. Основной путь снижения стоимости - применение местных материалов, в том числе различных грунтов, обработанных вяжущим материалом (цементом).
С каждым годом увеличивается разнообразие цементогрунтов, расширяется область их применения, предъявляемые к ним требования, а также сырьевая база производства.
К настоящему времени в России и зарубежных странах накоплен значительный опыт по применению технологии укрепления грунтов для строительства конструктивных слоев дорожных одежд автомобильных дорог, засвидетельствовав эффективность, экономичность и универсальность этого метода строительства дорожных одежд в местах, где отсутствуют запасы каменных материалов.
© Тарасова В.В., Троценко И.А., 2016
Сегодня в технологии производства цементогрунта перешли к многокомпонентным рецептурам с добавками-регуляторами, используются новые физико-химические процессы, применяется сложное оборудование с элементами автоматизации и т.д. Только соответствующее качество цементогрунта и высокая эффективность его производства смогут обеспечить конкурентоспособность на рынке технологии строительных материалов.
Материал и методы исследования
Для проведения экспериментальных исследований были отобраны образцы грунтов, наиболее характерные для Омской области. В качестве вяжущего для контрольных испытаний использовался протландцемент Искитимского цементного завода ПЦ400 Д20. Характеристика укрепляемых грунтов представлена в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика грунта, укрепленного портландцементом
№ п/п Грунт Частные остатки на ситах, % Число пластичности
2,0-1,0 1,0-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 < 0,005
1 Омская супесь легкая 8,2 23,5 29,6 18,3 13,3 7,05 3,5
2 Омский суглинок легкий - - 1,7 13,5 27,5 31,4 10,3 15,7 12,9
Лабораторные исследования по определению распределения вяжущего образцов укрепленного грунта проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94.
Формование образцов-цилиндров, которые после 28 сут подвергаются испытанию, осуществляется по стандартной методике. Дозировка цемента в смесях согласно ГОСТу 10178-93 изменяется от 2 до 18 % от массы грунта, а дозировка воды принята постоянной, соответствующей оптимальной влажности смесей [2, 3].
Результаты исследования
Поскольку структура укрепленных вяжущими веществами грунтов относится к многофазным системам, где однородность повышается при совершенствовании: механическом смешивании возникающих в процессе твердения вяжущего структурных фаз.
В результате ранее выполненных экспериментальных исследований установлено: основными факторами однородности цементогрунтов по прочности являются грунт, влажность грунта при перемешивании с вяжущим, выдерживание готовой смеси на воздухе перед уплотнением [7]. Определено, что основные условия получения высококачественного цементогрунта -технологические [4], при которых достигается высокая равномерность распределения в грунтовом заполнителе основного вяжущего - цемента. Эти исследования показали, что однородность распределения зависит в основном от типа грунта.
Апробацию теоретических предпосылок осуществляли в лабораторных условиях. Изготовление, хранение и испытание образцов осуществляли по методике, приведенной в [2]: из полученной смеси готовили образцы-цилиндры размером 5^5 см уплотнением под нагрузкой 15 МПа в течение 3 мин; хранили их во влажных условиях 28 сут, подвергали водопогло-щению 2 сут, испытывали на прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии.
Основным показателем однородности при статистической обработке выборочных срезов различных грунтов, укрепленных вяжущим, является степень их перемешивания.
Для установления ожидаемого эффекта экспериментальные исследования проводили на суглинке и супеси. Сделано пять срезов на предлагаемых способах. Все площади срезов разбивали на 20 равных квадратов. Таким образом, получено 100 квадратов по каждому предлагаемому способу. Из этих 160 вариантов выбирали случайным образом (используя датчик случайных чисел RUNDOM) 20 квадратов из разных срезов. Случайная выборка представляется репрезентабельной и позволяет перенести выводы статистической обработки выборки на генеральную совокупность [6].
На рис. 1 и 2 представлены графики, как из суглинка, так и из супеси, где мы видим преимущество предложенного способа: равномерность распределения в объеме укрепляемого грунта цементом в 3 раза выше на супеси и в 2 раза - на суглинке [6].
Рис. 1. Графики распределения цемента в супеси
Рис. 2. Графики распределения цемента в суглинке
Микроструктура образцов на снимке, полученных на разных грунтах (супесь и суглинок), сделанных при помощи сканирующего растрового микроскопа Jeol JSX 6460, отражает результат физико-химических процессов структурообразования (рис. 3, 4).
Рис. 3. Структура цементогрунта, приготовленная из супеси
Рис. 4. Структура цементогрунта, приготовленная из супеси
При рассмотрении микроструктуры (при разрешении 500 нм) можно сказать, что форма и размер частиц в обоих случаях имеют отличие. На рис. 3 при укреплении супеси цементом размеры частиц составили от 140 до 600 нм, поры между частицами не превышали 120 нм. На рис. 4 при укреплении суглинка цементом отдельные частицы достигают размер до 800 и более нм, а пустоты до 300 нм.
Заключение
Анализируя электронно-микроскопические снимки можно сделать вывод, что распределение вяжущего, однородность цементогрунта, выше в супеси, чем в суглинке. Прочность и однородность цементогрунта увеличится при применении супеси, а не суглинка.
Список литературы
1. Об изменениях, которые вносятся в транспортную стратегию Российской Федерации на период до 2030 года: распоряжение Правительства РФ от 11 июня 2014 г. 1032-р // Собрание законодательства. 2008. № 50. Ст. 5977.
2. ГОСТ 23558-94. Смеси щебеночно-гравий-но-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия. Госстандарт России : М., 1994. 15 с.
3. Методические рекомендации по укреплении грунтов верхней части земляного полотна неорганическими вяжущими.. М. : Союздорнии, 1977. 19 с.
4. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Госстрой России. ЦИТП Госстроя РФ, 2012. 106 с.
5. Строительство и реконструкция автомобильных дорог. Справочная энциклопедия дорожника. Т. I / под ред. А.П. Васильева. М. : Информавтодор, 2005. 456 с.
6. Прокопец В.С., Барайщук С.И., Тарасова М.В. Повышение однородности грунтоцементной смеси раздельно-последовательным способом перемешивания // Вестн. ТГАСУ. 2008. № 4. С. 165-170.
7. Прокопец В.С., Тарасова М.В. Обеспечение качества перемешивания цементогрунтовой смеси путем снижения информационной энтропии // Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности : материалы 64-й науч.-техн. конф. Междунар. конгресса. Омск : СибАДИ, 2010. Кн. 2. С. 222-226.
Тарасова Марина Владимировна, кандидат техн. наук, доцент, Омский ГАУ, [email protected]; Троценко Ирина Александровна, кандидат с.-х. наук, доцент, Омский ГАУ, [email protected].
References
1. About the changes introduced in the transport strategy of the Russian Federation for the period up to 2030: the order of the RF Government dated June 11, 2014 1032-r // Meeting of the legislation. 2008. № 50. Art. 5977.
2. GOST 23558-94. Mixes rubble-gravel-sand and soils treated by inorganic binders for road and airfield construction. Specifications. State Standard of Russia : M., 1994. 15 p.
3. Guidelines for the strengthening of the upper part of the soil subgrade inorganic binders. Soyuzdornii : M., 1977. 19 p.
4. SP 34.13330.2012. Highways. Gosstroy of Russia : TSITP State Construction Committee of the Russian Federation, 2012. 106 p.
5. Construction and reconstruction of roads. Reference Encyclopedia Roadman. Volume I / Edited by AP Va-silyeva. M. : Informavtodor, 2005. 456 p.
6. Prokopets V.S., Barayschuk, S.I. Tarasova M.V. Increased uniformity jet-grouting mixture separately, consistent way mixing // Herald TGASU. 2008. № 4. Р. 165-170.
7. Prokopets V.S. Tarasova M.V. Quality assurance tsementogruntovoy stirring the mixture by reducing information entropy // Creative approaches to educational, scientific and production activities: Proceedings of the 64th scientific and technical conference of the International Congress. Omsk : SibADI, 2010. Kn. 2. P. 222-226.
Tarasova Marina Vladimirovna, PhD, A/Professor, Omsk SAU, [email protected]; Trotsenko Irina Aleksandrovna, PhD, A/Professor, Omsk SAU, [email protected].
Статья поступила в редакцию 27 июня 2016 г.
