CC BY
60
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБОВ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ
© Андреева А.В., Буренина О.Н., Давыдова Н.Н., Саввинова М.Е.
ФГБУН Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск
Установлено, что разработанные материалы обладают высокими показателями свойств и могут быть использованы для возведения конструктивных слоев дорожных одежд. Показано, что значения показателей прочности при сжатии водонасыщенных образцов из отсева дробления каменных пород в среднем увеличивается в 3 раза по отношению к значению СТО.
Ключевые слова глинистое сырье, портландцемент, дорожная одежда, отсев дробления каменных пород, ионный стабилизатор, насыпная плотность, прочность при сжатии, гранулометрический состав.
Повышение интенсивности движения и грузоподъемности автомобильного транспорта, расширение сети дорог, в том числе и местных, выдвигают задачи необходимости не только повышения долговечности дорожных конструкций, но и применения при строительстве автомобильных дорог местных материалов и грунтов. Учитывая, что многие регионы Республики Саха (Якутия) испытывают дефицит каменных материалов для устройства оснований, а их доставка связана с дополнительными транспортными затратами, то актуальность использования в конструкциях дорожных одежд местных грунтов становится очевидной.
В качестве исходного сырья были выбраны глина месторождения Ой-Бесс Республики Саха (Якутия), отсев дробления каменных пород, цемент Мохсоголлохского месторождения.
Исследования образцов проводили по основным физико-механическим характеристикам, таким как, плотность, воздушная усадка, прочность на сжатие, водонасыщение, морозостойкость. Испытания материалов проводили согласно соответствующих действующих ГОСТ, ТУ и известных методик.
Глинистое сырье, месторождения Ой-Бесс Республики Саха (Якутия) состоит из различных окислов, свободной и химически связанной воды и органических примесей.
Результаты химического анализа глинистого сырья показывают, что глина Ой-Бесского месторождения относится к каолинит-гидрослюдистым группам глин. Наличие в составе глинистых грунтов каолинитовой группы со стабильной кристаллической решеткой и гидрофильностью создает удовлетворительную формовочную способность, среднюю пластичность, характеризует малую воздушную и общую усадки. Таким образом, глинистое сырье Ой-Бесского месторождения является пригодным для строительства автомобильных дорог [1].
Портландцемент 400-Д0 Мохсоголлохского месторождения Республики Саха (Якутия), производства ОАО ПО «Якутцемент», представлен в виде вяжущего. Для увеличения показателей водостойкости и морозостойкости укреплённого грунта, рекомендуется применение различных минеральных наполнителей, таких как: неорганические вяжущие, промышленные и горнодобывающие отходы. В связи с тем, что общедоступным к использованию является портландцемент, в качестве минерального вяжущего для производства материалов был выбран портландцемент 400-20 Мохсоголлохского месторождения Республики Саха (Якутия), производства ОАО ПО «Якутцемент», который обладает 26,5 МПа (кгс-кв.см) активностью при пропаривании (средняя за месяц), 2 группой эффективности при пропаривании, 27 % густотой цементного теста, без признаков ложного схватывания, менее 370 Бк/кг удельной эффективной активностью естественных радионуклидов.
Ионный стабилизатор «ANT» - это жидкость коричневого цвета с характерным запахом, представляет собой водорастворимую активную органо-минеральную добавку, содержащую амфотерные поверхностно -активные вещества и микроэлементы. Данный препарат является поверхностно-активным веществом, полученным в результате катализа органических веществ. Действие стабилизатора «ANT» направлено на создание прочного минерального скелета из имеющихся в грунте элементов (SiO2, CaCO3, AL2O3 и т.д.). Стабилизатор «ANT» не представляет какой-либо опасности как для окружающей среды, так и рабочего персонала строительных компаний.
Отсев дробления. Он представляет собой неоднородную смесь из остатков после дробления каменных пород.
Результаты гранулометрического состава отсева дробления каменных пород приведены в табл. 1.
Таблица 1
Гранулометрический состав отсева дробления
Диаметр сит, мм 5 2,5 1,25 0,9 0,315 0,16 0,08 0,05
Содержание зерен, % 50,7 11,1 2,9 8,4 22,6 3,3 0,4 0,2
Видно, что отсев дробления каменных пород имеет в своем составе большое количество зерна фракции 05 (50,7 %), что особенно важно при изготовлении из них изделий для устройства оснований автомобильных дорог и аэродромов.
Пылеватые частицы фракции 00,315 (22,6 %) и меньше (3,9 %) в отсевах дробления каменных пород способствуют заполнению промежутков между более крупными частицами и увеличению связующей способности в готовом материале.
По ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний» [2] были определены содержание наличия
Технические науки
149
органических примесей, насыпной плотности и влажности пригодного для устройства оснований автомобильных дорог отсева дробления каменных пород (табл. 2).
Таблица 2
Физико-технические характеристики отсева дробления пригодного для строительства оснований автомобильных дорог
№ Наименование характеристики Значение
1. Насыпная плотность, г/см3 6,1
2. Исходная влажность, % 1,6
3. Содержание органических примесей, % 1,4
Показатели физико-технических характеристик отсева дробления каменных пород показывают пригодность для устройства оснований автомобильных дорог по СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» [3].
Для проведения исследований были изготовлены цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм и усилии прессования 10 МПа, выдержка под нагрузкой составляла 3 мин. Продолжительность сушки - 28 суток.
Были изготовлены образцы следующих составов: формовочная влажность - 8, 10, 12, 14 мас. %, портландцемент - 3, 4, 5 мас. %, стабилизатор «ANT» - 0,007 мас. % и отсев дробления каменных пород.
Прочность при сжатии образцов испытывали по истечении проектного возраста - 28 суток (табл. 3).
Таблица 3
Прочность при сжатии образцов (МПа), стабилизированных «ANT» (0,007 мас. %)
Прочность при сжатии (МПа) при влажности (мас. %)
8 10 12 14 СТО 60929601.007-2014
Содержание портландцемента, масс. %
3 4 5 3 4 5 3 4 5 3 4 5 2,0
N° 1 Отсев 3,0 3,4 4,0 3,7 2,9 2,7 4,8 4,5 4,1 2,9 3,7 6,1
Анализ результатов прочности при сжатии образцов показал, что образцы № 1 полностью отвечают требованиям СТО [4], но при водопоглощении все образцы с формовочной влажностью 8 мас. % разрушаются, с 10 мас. % наблюдается частичное разрушение, с 12 мас. % - водонапоглощение имеет высокий показатель, чем с 14 мас. %, поэтому для дальнейших исследований нами были выбраны образцы с формовочной влажностью 14 мас. %.
При увлажнении 16 мас. % образцы не держат форму из-за присутствия большого количества влаги, что отрицательно влияет на некоторые физико-механические свойства материала. Дальнейшее увлажнение образцов приводит к их разрушению.
Результат исследования динамики прочности при сжатии показал, что образцы в течение 7 суток набирают прочность. При этом, у образцов № 1 прочность при сжатии на 7 сутки повышается в среднем 4 раз. Далее проч-
ность при сжатии образцов почти не меняется, остается на уровне проектной прочности.
Дальнейшее исследование заключалось в исследовании плотности образцов стабилизированных «ANT».
Исследование плотности образцов проводили по согласно ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» [5]. Истинной плотностью материала называют физическую величину, равную отношению массы материала к его объему в абсолютно плотном состоянии.
Результат исследований плотности образцов стабилизированных «ANT» показал, что плотность составляет от 2,0 до 2,4 г/см3. При этом в обоих образцах стабилизированных «ANT» грунтов показатели плотности повышаются с увеличением количества вводимого минерального вяжущего.
Выводы:
1) установлено, что предел прочности при сжатии материалов зависит от формовочной влажности и количества вводимых стабилизирующих добавок;
2) установлено, что значения показателей прочности при сжатии во-донасыщенных образцов из отсева дробления каменных пород в среднем увеличивается в 3 раза по отношению к значению СТО;
3) разработан оптимальный состав из стабилизированного «ANT» грунта, включающий следующие компоненты: отсев дробления каменных пород - 82,993 мас. %, стабилизатор «ANT» - 0,007 мас. %, формовочная влажность - 14 мас. %, цемент - 3 мас. %; при этом предел прочности при сжатии составляет 2,9 МПа.
Список литературы:
1. Андреева А.В. Глиносырцовые строительные материалы с применением отходов деревообработки и полимербетонных смесей // Композиционные материалы в промышленности. Трубопроводы из полимерных композиционных материалов: Изготовление, проектирование, строительство, эксплуатация: Материалы 28 международной конференции и семинара 26-30 мая 2008 г. -Ялта; К.: УИЦ «НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИЯ», 2008. - С. 545-547.
2. ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний». - Изд-во стандартов, 1997. - 52 с.
3. СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги». - М.: Союздорнии Минстроя, 1997.
4. СТО 60929601.001-2010 Грунты укрепленные с использованием препарата «Стабилизатор грунтов и органоминеральных смесей «ANT», для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия. - Волжский, 2010.
5. ГОСТ 23558-94 (с изм. 1 1998,2 2000) Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства.
