Разработка состава малоцементного композиционного вяжущего для укрепления местных дорожных грунтов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Рсж Мпа

1,6

1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

50

у = 5Е-09х4 - 3Е-06х3 + 0,0005х2 - 0,0328х + 1,6993 R2 = 0,9044

200

250

300

100 150

Время, мин.

Рисунок 6 - Влияние длительности технологического разрыва на прочность цементогрунта

Заключение. Существенное увеличение длительности допустимого технологического разрыва между перемешиванием смеси и ее уплотнением в условиях строительства лесных автомобильных дорог имеет большое значение, так как позволит получить цементогрунт с более высокой прочностью при использовании простейших машин для приготовления цементогрунтовых смесей на дороге и обычной недостаточно четкой работе потока машин при малых объемах дорожно-строительных работ.

Литература

1. Лыщик П.А., Бавбель Е.И. Проблема развития транспортной инфраструктуры лесопользователей // Труды БГТУ. 2011. № 2: Лесная и деревооб-раб. пром-сть. С. 62-64.

2. Лыщик П. А., Игнатенко В. В., Бавбель Е. И., Науменко А. И. Обоснование структуры и состава

дорожной цементогрунтовой смеси на основе мате-магической модели / // Труды БГТУ. - 2015. - № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. - С. 39-43.

3. Лыщик П. А., Науменко А. И. Новые композиционные материалы для укрепления дорожных грунтов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика / ФГБОУ ВПО ВГЛТА, Воронеж, РФ. 2014. Т. 2. № 3-3 (8-3). С. 200-202.

4. Лыщик П. А., Бавбель Е. И., Науменко А. И. Состав минерального вяжущего для укрепления дорожных грунтов // Труды БГТУ. 2014. № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. С. 33-36.

5. Лыщик П. А., Науменко А. И. Механизмы структурообразования дорожных грунтов, укрепленных минеральными вяжущими // Труды БГТУ. 2014. № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. С. 4244.

РАЗРАБОТКА СОСТАВА МАЛОЦЕМЕНТНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ МЕСТНЫХ ДОРОЖНЫХ ГРУНТОВ

Бавбель Е.И.

Белорусский государственный технологический университет, доцент кафедры лесных машин, дорог и технологий лесопромышленного производства, кандидат

технических наук, доцент, Минск, Республика Беларусь Науменко А.И.

Белорусский государственный технологический университет, старший преподаватель кафедры инженерной графики, кандидат технических наук,

Минск, Республика Беларусь Жилинский М.В.

Белорусский государственный технологический университет,

магистр технических наук, Минск, Республика Беларусь

FORMULATION OF A LOW CEMENT COMPOSITION-TION OF THE BINDER TO STRENGTHEN THE LOCAL ROAD SOILS

Baubel, J.I.

Belarusian state technological University, Associate Professor of the Department of forest machines, roads and technologies of timber industry, candidate of technical Sciences, associate Professor, Minsk, Republic of Belarus Naumenko A.I.

Belarusian state technological University, Senior lecturer of the Department of engineering graphics, candidate of technical Sciences,

Minsk, Republic of Belarus Zhilinsky M. V.

Belarusian state technological University, master of technical Sciences, Minsk, Republic of Belarus

АННОТАЦИЯ

В использовании местных грунтов, низкопрочных каменных материалов и минеральных побочных продуктов производства заложен большой резерв совершенствования дорожного строительства. Основным направлением в решении этой проблемы следует считать применение укрепленных материалов, которое показало большую технико-экономическую перспективность дорожных одежд с конструктивными слоями из таких материалов. В статье приведены исследования по разработке составов малоцементного вяжущего для укрепления дорожных грунтов с использованием композиции современных материалов и отходов промышленности.

ABSTRACT

In the use of local soils, low-strength stone materials and mineral by-products of production laid a large reserve of improvement of road construction. The main direction in solving this problem should be considered the use of reinforced materials, which showed a great technical and economic prospects of pavement with structural layers of such materials. The article presents research on the development of low-cement binder compositions to strengthen road soils using the composition of modern materials and industrial waste.

Ключевые слова: укрепленный грунт, композиционный материал, состав.

Keywords: reinforced soil, composite material, composition.

Постановка проблемы. Лесные транспортно-технологические пути работают под влиянием большого количества факторов, которые необходимо учитывать при их проектировании и организации работ по ремонту и содержанию [1].

На дорогу одновременно воздействуют: нагрузки от проходящих лесовозных автомобилей и других транспортных средств, грунтовые и по-

верхностные воды, погодно-климатические факторы. Среди этих факторов можно выделить такие как: количество осадков, выпадающих в зоне прохождения транспортного пути, температура воздушной среды; за висящая от мощности солнечной энергии, снежные заносы, туман; ветровые потоки и др.

Рисунок 1. - Погодно-климатические факторы, оказывающие влияние на состояние дороги

Основным фактором, влияющим на прочность дороги, является вода. Из-за переувлажнения низа дорожной одежды и земляного полотна происходит быстрое разрушение дороги и нарушение нормального транспортного процесса.

Наиболее подвержены погодно-климатиче-скому воздействию грунтовые дороги, которые преобладают в лесных массивах. Это особенно проявляется на грунтовых дорогах, устроенных из суглинистых или глинистых грунтов, которые при избыточном увлажнении практически полностью теряют несущую способность.

Для земляного полотна характерны следующие виды деформаций: просадки насыпей, сползание насыпи по косогору, размывы обочин, сплывы откосов, размывы кюветов, нагорных и других канав и русел водотоков у водопропускных вооружений.

В результате воздействия колес подвижного состава происходит износ и деформирование элементов дороги. Большое значение имеют также и такие причины, как, например, низкое качество изыскательских работ, недоучет при проектировании дороги влияния некоторых природных факторов, низкое качество дорожно-строительных работ и другие.

В связи с этим, особенно актуальной является проблема использования строительстве лесных дорог местных грунтов в качестве дорожно-строительных материалов. Для получения достаточно высоких физико-механических и эксплуатационных свойств материалов из таких грунтов всегда требуется повышенный расход вяжущего, высокая стоимость которого сдерживает область применения таких грунтов. Поэтому постоянно ведется поиск эффективных способов, позволяющих снизить расход вяжущего, обеспечивая при этом необходимые показатели укрепленных материалов.

Анализ работ по исследованию методов укрепления местных грунтов неорганическими вяжущими указывает на недостаточно полное раскрытие вопросов, связанных с использованием отходов промышленных производств, в частности золы-уноса из топок с псевдоожиженным слоем при сжи-

гании фрезерного торфа, отходов асбестоцемент-ных производств и гранитоидных отсевов. Основное внимание исследователей сводилось к комплексному укреплению грунтов портландцементом с различными активными добавками. При этом вопросы структурообразования и улучшения физико-механических свойств укрепленных грунтов не имеют достаточного теоретического обоснования и экспериментального подтверждения [2, 3].

В связи с этим расширение областей строительства лесных дорог в сложных почвенно-грун-товых условиях обуславливает необходимость проведения исследований и разработки технических решений, направленных на обеспечение устойчивости основания дорожной конструкции; исключение недопустимых осадок основания конструкции после сооружения дорожной одежды; обеспечение динамической устойчивости конструкции под воздействием транспортной нагрузки.

Для решения данных задач разработаны новые составы композиционных малоцементных вяжущих на основе портландцемента и отходов промышленных производств для укрепления местных грунтов. Разработаны математическая модель структурообразования цементогрунта и методика проектирования цементогрунтовой смеси для устройства конструктивных слоев в дорожных конструкциях.

Основные положения. Определение рационального количества введения таких типов микронаполнителей практически не регламентируется, поэтому должно быть установлено экспериментально, исходя из критериев прочности дорожного основания в соответствии с действующими требованиями [5].

В первую очередь необходимо определить дозировку золы-уноса и минерального вяжущего.

При добавке золы-уноса из топок с псевдоожи-женным слоем в количестве 10% дает прочность выше, чем при внесении 30%. Однако при этом не до конца используется потенциал замещения дорогостоящего портландцемента на отход. поэтому при дальнейших исследованиях использовали только состав №3.

Таблица 1

Подбор состава композиционного малоцементного вяжущего

№ Цемент, % Зола-унос, % Прочность при сжатии в возрасте 28 суток, МПа

1 90 10 45,63

2 80 20 41,28

3 70 30 37,59

4 50 50 23,64

Большое увеличение количества отходов в вяжущем дает отрицательный эффект, так как марка по прочности снижается до 300 и больше. При таком снижении появляется необходимость увеличенного расхода, вяжущего при укреплении местных грунтов, а это влечет за собой увеличение стоимости конструкции.

Выбор составов для укрепления местных дорожных грунтов. Выбор и назначения состава

укрепляющей золошлакоцементной смеси заключается в выборе рационального соотношения между составляющими материалами, при котором смесь по физико-механическим свойствам отвечает заданным требованиям. Подобранная смесь должна удовлетворять следующим требованиям (таблица 2) [4]. При выборе состава укрепляющей грунт смеси минеральным вяжущим определялась дозировка основного вяжущего, золошлаковой смеси, фиброволокна и выработать оптимальные способы

введения его в грунт в зависимости от вида грунта, его физических свойств.

Требование к грунтам, у крепленным минеральным вяжущим

Таблица 2

Свойство укрепленного грунта Значения показателя по классам прочности

I II III

Расчетные значения модулей упругости, МПа 500-800 250-500 80-250

Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов, МПа 4-6 2-4 1-2

Предел прочности на растяжении при изгибе водонасыщенных образцов, МПа, не менее 1,0 0,6 0,2

Коэффициент моростойкости образцов, МПа, не менее 0,75 0,7 0,65

Подбор составов грунтобетона включает следующие этапы:

- отбор проб материалов и установления соответствия их свойств соответствующим требованиям;

- подсчет необходимого количества вяжущего и добавок путем приготовления пробных замесов и изготовления опытных образцов;

- испытания лабораторных образцов и определения физико-механических показателей укрепленного грунта

- сопоставление полученных показателей с требованиями, предъявляемыми нормативной документацией.

В соответствии с литературными и нормативными данными ориентировочный расход минеральных вяжущих материалов в укрепляемых грунтах зависит не только от вида грунта, но и от устраиваемого конструктивного слоя [2]. Так, при устройстве верхнего слоя основания или покрытия для суглинистых грунтов рекомендуется 11-14% портландцемента, для нижнего слоя основания расход составит 8-12%.

В таблице 3 указана рекомендуемая влажность для каждого типа грунта.

Таблица 3

Рекомендуемая влажность ук )епляемого дорожного грунта

Грунты Оптимальная влажность, %

Пески мелкие пылеватые 7 - 10

Супеси 8 - 11

Суглинки:

легкие 11 - 15

тяжелые 14 - 19

Глины 17 - 23

Заключение. Разработаны составы композиционных вяжущих на основе портландцемента и микронаполнителей, в качестве которых используются отходы промышленных производств: зола-унос, гранитоидные отсевы и отходы асбестоце-ментного производства, что позволяет снять экологический налог с предприятий за счет использования их отходов при получении композиционного вяжущего.

Литература

1. Лыщик П.А., Бавбель Е.И. Проблема развития транспортной инфраструктуры лесопользователей // Труды БГТУ. 2011. № 2: Лесная и деревооб-раб. пром-сть. С. 62-64.

2. Лыщик П. А., Игнатенко В. В., Бавбель Е. И., Науменко А. И. Обоснование структуры и состава

дорожной цементогрунтовой смеси на основе математической модели / // Труды БГТУ. - 2015. - № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. - С. 39-43.

3. Лыщик П. А., Науменко А. И. Новые композиционные материалы для укрепления дорожных грунтов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика / ФГБОУ ВПО ВГЛТА, Воронеж, РФ. 2014. Т. 2. № 3-3 (8-3). С. 200-202.

4. Лыщик П. А., Бавбель Е. И., Науменко А. И. Состав минерального вяжущего для укрепления дорожных грунтов // Труды БГТУ. 2014. № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. С. 33-36.

5. Лыщик П. А., Науменко А. И. Механизмы структурообразования дорожных грунтов, укрепленных минеральными вяжущими // Труды БГТУ. 2014. № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. С. 4244.