Состав смеси для создания подбалластного защитного слоя земляного полотна
THE COMPOSITION OF THE MIXTURE TO CREATE A SUB-BALLAST PROTECTIVE LAYER OF THE ROADBED

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано при создании подбалластного защитного слоя в ходе обновления и очистки балластного слоя рельсового пути.
Известно, что одним из эффективных методов усиления основной площадки земляного полотна железнодорожного пути при ее деформациях в виде балластных выплесков и балластных углублений, приводящих к расстройствам рельсовой колеи, является отсыпка подбалластных защитных слоев (журнал «Железнодорожный транспорт», №6, 2013 г., с. 55-56). При этом в качестве материала для создания такого подбалластного защитного слоя используется искусственно приготавливаемая на щебеночных заводах смесь из щебня, гравия и песка, строго задаваемого соотношения между фракциями разных частиц (Инструкция по устройству подбалластных защитных слоев при реконструкции (модернизации) железнодорожного пути, утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 12 декабря 2012 г. №2544р). Данная смесь в большом объеме доставляется к месту укладки подбалластного защитного слоя на значительные расстояния железнодорожным транспортом в составах из специализированных вагонов, что вызывает существенные денежные затраты, приводит к большому времени на доставку материала и к необходимости в содержании подвижного состава из специализированных вагонов, что серьезно сокращает эффективность работ.
Известен, принятый в качестве прототипа, патент на изобретение RU №2776165 по кл. Е01В 27/10, опубл. 14.07.2022 г., замысел которого направлен на максимальное использование при отсыпке подбалластного слоя имеющихся в составе железнодорожного пути материалов. В состав смеси для создания подбалластного защитного слоя земляного полотна прототипа входит засоритель, раздробленный щебень из балластной призмы пути и вода. Весь вырезанный верхний слой балласта разделяют на очищенный щебень и засоритель, часть очищенного щебня подают на рециклинг в дробильную установку, а материал для защитного слоя приготавливают путем смешивания засорителя с раздробленным щебнем, который увлажняют и укладывают на поверхность среза земляного полотна.
Таким образом, при таком формировании подбалластного защитного слоя достигается сокращение стоимости работ за счет снижения объемов вывозимого и укладываемого материала. Однако к недостаткам данного состава смеси для создания подбалластного защитного слоя относится то, что требуемые его деформационные параметры зависят от исходного зернового состава очищаемого щебня, наличия в нем мелких частиц и влажности, которые различны для разных участков и поэтому каждый раз требуется определение необходимого соотношения между засорителем, дробленным щебнем и их увлажнением, чтобы получить требуемое качество материала с высоким модулем деформации, и в ряде случаев этого достичь не удается.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение необходимого качества подбалластного защитного слоя, приготавливаемого на путевой машине в ходе очистки щебня, обладающего высоким модулем деформации, независимо от исходных параметров очищаемого щебня.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом составе смеси для создания подбалластного защитного слоя земляного полотна, содержащем засоритель, раздробленный щебень и воду, в отличие от прототипа, дополнительно содержится гидравлическое вяжущее на основе цемента и модификатор цемента на основе полимерно-минеральных добавок при следующем соотношении мас.%:
засоритель балласта - 80-90,
дробленый щебень из балласта - 1-10,
гидравлическое вяжущее на основе цемента - 3-5,
модификатор цемента - 0,3-0,5,
вода - 6-8.
Кроме того, модификатор цемента состоит из минеральной части и полимерной части в мас.%:
минеральная часть на основе продуктов аморфного диоксида кремния, солей кальция и натрия - 90-95,
комплекс редиспергируемых полимеров на основе полисахаридов - остальное.
Содержание засорителя балласта является основой смеси, имеет гранулометрический состав, сложившийся в процессе эксплуатации пути. Если этот состав является оптимальным, то есть в его составе содержится минимальное количество пор, то он принимается за основу. Если в составе засорителя балласта количество пор увеличивается, то для регулирования оптимальности состава применяют дробленый щебень, сокращая тем самым количество пор. Количество дробленого щебня подбирается в количестве от 1% до 10%. При большем количестве дробленого щебня повышается расход вяжущего и модификатора, увеличивая стоимость смеси.
Гидравлическое вяжущее на основе цемента в количестве 3-5% также обусловлено пористостью смеси засорителя балласта и дробленого щебня. Применение гидравлического вяжущего на основе цемента менее 3% приводит к снижению физико-механических характеристик укрепляемой смеси, снижает морозостойкость и противодействие циклическим нагрузкам. Увеличение расхода гидравлического вяжущего выше 5% увеличивает жесткость смеси и создает риски трещинообразования.
Модификатор цемента (полимерно-минеральная добавка) входит в состав смеси в количестве 0,3-0,5% и применяется с целью коррекции свойств цемента, увеличивая его физико-механические характеристики, снижая такие показатели, как хрупкость и трещинообразование, регулируя время начала и конца схватывания смеси. Количество модификатора менее 0,3% не влияет на изменение характеристик цемента и смеси в целом. Количество модификатора более 0,5% останавливает рост показателей и характеристики остаются такими же, как и при количестве модификатора в смеси равном 0,5%.
Модификатор состоит на 90-95% из продуктов на основе аморфного диоксида кремния, солей кальция и натрия, что позволяет снизить количество контрактационных (технологических) пор смеси; а также полимерной части на основе поверхностно-активных веществ и редиспергируемых полимеров, являющихся регуляторами содержания воды, адгезионных свойств и образования гелевых пор, обеспечивающих подвижность и гидрофобность.
Таким образом, обеспечивается рациональное использование материала балласта для укладки подбалластного слоя и одновременно сохраняется его оптимальное качество по ряду показателей.
Состав смеси может быть приготовлен с использованием существующих материалов, что подтверждает его соответствие критерию изобретения промышленная применимость.