ГРУНТОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА (ВАРИАНТЫ)
SOIL MIXTURE FOR ROAD ENGINEERING (VERSIONS)

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог.
Наиболее перспективным направлением в решении проблемы отсутствия прочных каменных материалов и реальной возможностью снижения стоимости строительства и затрат ресурсов является использование местных укрепленных материалов в конструкциях дорожных одежд. Обобщая многолетний отечественный и зарубежный практический опыт применения укрепленных грунтов, можно сделать вывод о том, что грунты, укрепленные одним вяжущим, характеризуются большим набором отрицательных свойств, в особенности низкой водо- и морозостойкостью, значительно снижающих срок службы конструктивного слоя. Решение существующей проблемы возможно с помощью модификации цементогрунта различными целевыми добавками.
Известна смесь укрепленного грунта, содержащая легкий пылеватый суглинок, углеводородсодержащее связующее и воду. В качестве углеводородсодержащего связующего смесь содержит нефтяной шлам (патент №2107703, опубликовано 27.03.1998).
Недостатком данной смеси является то, что состав нефтяного шлама, являющегося отходом производства при подготовке нефти на нефтепромыслах в виде донного слоя нефтепромыслового амбара, неоднороден. Это приводит к тому, что физико-механические характеристики получаемого материала меняются с изменением состава нефтешлама.
Известна укрепляющая грунтовая композиция, содержащая наполнитель крупной фракции, вяжущее и фермент-уплотнитель, в которой в качестве наполнителя крупной фракции использован щебень, наполнителя мелкой фракции - известняковый и бруситовый отсев, в качестве вяжущего - доломитовая известь и цеолит, в качестве фермента-уплотнителя - ПАВ на основе протеинов и сахаров (патент №2236504, опубликовано 20.09.2004).
Однако данная грунтовая композиция имеет высокую прочность на сжатие, что требует устройства деформационных швов при использовании в покрытии или основании автомобильных дорог, что в свою очередь ведет к удорожанию строительно-монтажных работ и увеличению сроков строительства.
Известна смесь из укрепленного портландцементом грунта с химической добавкой - катионным поверхностно-активным веществом ДОН-52КП (патент №2305149, опубликовано 27.08.2007 г.).
Недостатком данной смеси являются недостаточные для использования в основании и покрытии автомобильных дорог физико-механические характеристики, а именно морозостойкость.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь, включающая грунт, неорганическое вяжущее - цемент и химическую добавку, в качестве которой используют кремнийорганическую гидрофобизирующую жидкость ГКЖ-94 (полиэтилгидросилоксан) (В.М. Безрук. «Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве». Изд-во «Транспорт», 1971 г., стр.125-126), при следующем соотношении компонентов, %:
- грунт- 100,
- цемент - 8-12 (сверх 100%),
- ГКЖ-94 - 0,3-0,7 (сверх 100%),
- вода - оптимальная влажность.
Однако недостатками данного метода укрепления являются недостаточные показатели морозостойкости, краевого угла смачивания и водонасыщения, а также повышенный расход химической добавки, что значительно снижает экономический эффект строительства.
Технический результат изобретения - повышение гидрофобности и морозостойкости грунтовой смеси.
Результат достигается тем, что грунтовая смесь для дорожного строительства, включающая минеральное вяжущее, кремнийорганическую жидкость, воду и грунт, согласно изобретению содержит в качестве кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан, при следующем соотношении компонентов, %:
- грунт - 100,
- портландцемент - 6-12 (сверх 100%),
- октилтриэтоксисилан - 0,01-0,3 (сверх 100%),
- вода - 8-20 (сверх 100%).
Результат достигается тем, что грунтовая смесь для дорожного строительства, включающая минеральное вяжущее, кремнийорганическую жидкость, воду и грунт, согласно изобретению содержит в качестве кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан и дополнительно щелочь, при следующем соотношении, %:
- грунт - 100,
- портландцемент - 6-10 (сверх 100%),
- октилтриэтоксисилан - 0,01-0,3 (сверх 100%),
- щелочь - 0,1-0,7 (сверх 100%),
- вода - 8-20 (сверх 100%).
Характеристика исходных материалов:
1. Минеральное вяжущее - портландцемент 400-Д0 ГОСТ 10178-85.
2. Кремнийорганическая жидкость - октилтриэтоксисилан ТУ 2437-224-40245042-08.
3. Щелочь - едкий натр ГОСТ 2263-79.
4. Грунты. Для изготовления образцов использовали суглинок легкий пылеватый ГОСТ 25100-95.
5. Вода по ГОСТ 23732-79.
Приготовление и методика испытания образцов предлагаемой грунтовой смеси для дорожного строительства
Вариант 1. Грунты высушили до воздушно-сухого состояния. Грунты просеяли через сито с отверстиями 5 мм (грунты предварительно размельчили). Влажность грунта определили путем высушивания навесок грунта в термостате до постоянной массы при температуре +105°C. Затем внесли вяжущее - портландцемент, смесь перемешали. Ввели водную эмульсию добавки октилтриэтоксисилан, растворенную в оптимальном количестве воды (для получения оптимальной влажности цементогрунта), затем тщательно перемешали в лабораторной лопастной мешалке в течение 4-6 мин. Из полученных смесей изготовили по 12 образцов-цилиндров диаметром 5,0±0,5 см трамбованием на приборе стандартного уплотнения. Число ударов гири при уплотнении смеси такое же, как при уплотнении грунтов. Изготовленные образцы поместили в эксикаторы над водой и хранили таким образом в течение 28 суток для проведения на них испытания с целью определения показателей физико-механических свойств укрепленных грунтов.
Перед испытаниями образцы насытили водой при температуре +18±2°C в течение 48 ч. Вначале образцы залили водой на 1/3 высоты, а через 6 ч - полностью, и выдержали 42 ч. Предел прочности на сжатие и растяжение при расколе образца определили на прессах гидравлических. Рабочая скорость свободного хода поршня 3 мм/мин. Предел прочности вычислили с точностью до 0,5 кгс/см как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов. Расхождение между результатами испытаний отдельных образцов не должно превышать 15%. Предел прочности на растяжение при изгибе определили перерасчетом результатов испытаний на раскол. Испытание образцов на морозостойкость произвели также после их твердения в течение 28 суток и водонасыщения в течение 48 ч. Каждый цикл замораживания-оттаивания состоял из следующих операций: сначала образцы замораживали в морозильной камере в течение 2,5 ч при температуре -18±2°C, затем образцы погрузили в воду на 2±0,5 ч при температуре +18±2°C. После проведения установленного количества циклов замораживания-оттаивания на оттаявших образцах определили предел прочности на сжатие.
Вариант 2. Грунтовую смесь для дорожного строительства, содержащую дополнительно минеральный заполнитель, приготовили и испытали следующим образом.
Грунты высушили до воздушно-сухого состояния. Грунты просеяли через сито с отверстиями 5 мм (грунты предварительно размельчили). Влажность грунта определили путем высушивания навесок грунта в термостате до постоянной массы при температуре +105°C. Затем внесли вяжущее - портландцемент, смесь перемешали. Ввели водную эмульсию добавки октилтриэтоксисилан и щелочи, растворенных в оптимальном количестве воды (для получения оптимальной влажности цементогрунта), затем тщательно перемешали в лабораторной лопастной мешалке в течение 4-6 мин. Из полученных смесей изготовили по 12 образцов-цилиндров диаметром 5,0±0,5 см трамбованием на приборе стандартного уплотнения. Число ударов гири при уплотнении смеси такое же, как при уплотнении грунтов. Изготовленные образцы поместили в эксикаторы над водой и хранили таким образом в течение 28 суток для проведения на них испытания с целью определения показателей физико-механических свойств укрепленных грунтов.
Испытание данной грунтовой смеси проводили по той же схеме, что и по варианту 1.
Пример. В табл.1 показаны физико-механические характеристики различных составов укрепленного портландцементом грунта с добавлением октилтриэтоксисилана и щелочи.
Таблица 1
№ п/п
Грунт, %
Вяжущее, %
Кремнийорганическая жидкость, %
Щелочь, %
Вода (оптимальная влажность), %
Физико-механические характеристики
Краевой угол смачивания, °
Пред. прочности при сжатии, МПа
Пред. прочности на растяжение при изгибе, МПа
Коэффициент морозостойкости
Водонасыщение, %
Вариант 1
1
100
6
0,01
-
12
2,4
0,65
0,75
3,5
86
2
100
6
0,3
-
12
2,4
0,65
0,82
2,6
92
3
100
8
0,01
-
12
3,05
0,88
0,77
2,9
90
4
100
8
0,3
-
12
3,05
0,88
0,85
2,0
97
5
100
10
0,01
-
12
3,7
1,11
0,79
2,4
94
6
100
10
0,3
-
12
3,7
1,11
0,87
1,6
102
7
100
12
0,01
-
12
4,35
1,35
0,81
1,9
98
8
100
12
0,3
-
12
4,35
1,35
0,92
1,2
108
Вариант 2
9
100
6
0,01
0,1
12
2,9
0,71
0,75
3,5
86
10
100
6
0,3
0,1
12
2,9
0,71
0,82
2,6
92
11
100
6
0,01
0,7
12
3,5
0,78
0,75
3,5
86
12
100
6
0,3
0,7
12
3,5
0,78
0,82
2,6
92
13
100
8
0,01
0,1
12
3,6
0,92
0,77
2,9
90
14
100
8
0,3
0,1
12
3,6
0,92
0,85
2,0
97
15
100
8
0,01
0,7
12
3,9
1,16
0,77
2,9
90
16
100
8
0,3
0,7
12
3,9
1,16
0,85
2,0
97
17
100
10
0,01
0,1
12
4,0
1,24
0,79
2,4
94
18
100
10
0,3
0,1
12
4,0
1,24
0,87
1,6
102
19
100
10
0,01
0,7
12
4,40
1,36
0,79
2,4
94
20
100
10
0,3
0,7
12
4,40
1,36
0,87
1,6
102
Прототип
100
12
0,5*
-
12
4,35
1,35
0,65
3,5
86
* в качестве химической добавки - кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94
Анализ полученных результатов показал, что введение октилтриэтоксисилана приводит к росту краевого угла смачивания и уменьшению водонасыщения, т.е. повышению гидрофобности, а также росту морозостойкости.
Из таблицы видно, что при введении дополнительно щелочи наблюдается прирост прочности на сжатие и на растяжение при изгибе.
Установлено, что при введении кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан в состав грунта укрепленного 6-10% цемента позволяет использовать полученный материал в основаниях переходного типа, дополнительных слоях основания капитального и облегченного типа дорожных одежд; при введении в состав грунта укрепленного 12% цемента - в основаниях облегченного типа и покрытиях переходного типа дорожных одежд.
Также определено, что при введении кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан совместно с щелочью в состав грунта укрепленного 10% цемента позволяет использовать полученный материал в основаниях облегченного типа, покрытиях переходного типа дорожных одежд.
Устойчивая положительная динамика всех определяемых физико-механических характеристик полученного материала дает широкую область его применения в дорожном строительстве.
Рост экономической эффективности обусловлен высокой долговечностью материала, а следовательно, увеличенными межремонтными сроками и сроком службы дорожной одежды.