СОСТАВ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
COMPOSITION FOR ROAD CONSTRUCTION

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 минеральное вяжущее - цемент, грунт, воду и химическую добавку. В качестве химической добавки смесь содержит хлористый кальций (Безрук В.М. Укрепление грунтов и каменных материалов неорганическими вяжущими. Материалы V Всесоюзного научно-технического совещания по основным проблемам технического прогресса в дорожном строительстве. М., 1971, с. 35-49).
Недостатком данной композиции является низкая прочность, деформативная устойчивость и морозостойкость получаемого материала.
Известно использование грунтовых смесей, содержащих в составе, помимо грунта, заполнитель (керамзит, вспученный перлит, аглопорит и пр.) 10-40%, вяжущее (цемент) 6-9% и химическую добавку (жидкость кремнийорганическая ГКЖ-94) 0,5-2% для создания дорожных одежд. (Методические рекомендации по использованию укрепленных грунтов и отходов промышленности в морозозащитных теплоизолирующих слоях дорожных одежд. Министерство транспортного строительства. ГВДНИИ (СОЮЗДОРНИИ), Москва, 1979 г.).
Недостатком данной конструкции является то, что введение ГКЖ-94 и указанных заполнителей в укрепляемый грунт не приводит к повышению прочности, а увеличивают только морозостойкость, что ограничивает область применения укрепленного грунта только в дополнительных (морозозащитных) слоях основания или основаниях дорожных одежд переходного типа.
Существует состав, состоящий из грунта, укрепленного цементом в количестве 7-10% в сочетании с 0,25-1,75%) (от массы цемента) суперпластификатора С-3 / СД-2А / ЛСТМ-2 / Н-1 (Методические рекомендации по устройству оснований дорожных одежд из грунтов, укрепленных портландцементом с добавкой суперпластификаторов. ГВДНИИ (СОЮЗДОРНИИ), Москва, 1991 г.).
Недостатком данной конструкции является то, что введение пластификаторов, классифицируемых как суперпластификаторы, в укрепляемый грунт приводит к относительно невысокому росту прочности и морозостойкости, что ограничивает возможность применения укрепленного грунта в конструкциях дорожных одежд.
Известна смесь, содержащая цемент, заполнитель - грунт, суперпластификатор С-3, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-94 и воду (Патент №2269499, опубл. 02.10.2006).
Недостатком данной смеси является повышенный расход вяжущего, чрезмерно высокая прочность, при наборе которой требуется нарезка деформационных швов, а также пластичность смеси, что требует производство работ специальной бетоноукладочной техникой.
Существует смесь, включающая грунт, неорганическое вяжущее - портландцемент, воду и химические добавки - хлористый кальций и кубовые остатки производства кремнийорганических соединений (SU 966151, опубл. 15.10.1982).
Недостатком данной смеси является недостаточная прочность для использования в основаниях дорожных одежд капитального типа.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является грунтовая смесь для дорожного строительства, включающая минеральное вяжущее, воду, грунт, кремнийорганическую жидкость октилтриэтоксисилан и щелочь (Патент №2545228, опубл. 27.03.2015), 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 - 7,5-11,95 (сверх 100%).
Недостатком данной смеси является невысокая морозостойкость (F15) и прочность (М40), повышенный расход добавок, а также применение щелочи (гидроксид натрия), являющейся опасной для организма человека, что приводит к трудностям в технологии производства работ.
Известно применение пластифицирующих добавок совместно с гидрофобизирующими (Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы. Учебно-справочное пособие, 2-е издание. Ростов-на-Дону: Феникс, 2007 г. С. 133-143), что обеспечивает прочность и морозостойкость строительного материала. Однако, известно их действие на бетоны и строительные растворы, свойства и состав которых нормируются ГОСТ 10180, ГОСТ 26633, ГОСТ 5802. В основу действия таких добавок в бетонах и строительных растворах положен принцип регулирования структуры и свойств цементного теста и цементного камня. Материалы на основе грунтовых, песчаных и щебеночно-песчаных смесей, обработанных (укрепленных) цементом, нормируются и подбираются в соответствии с ГОСТ 23558 и являются материалами со свойствами и структурой, отличной от бетонов и строительных растворов. Введение пластифицирующих, гидрофобизирующих добавок и их комплекса в такие смеси не приводит к изменению в значительной степени удобоукладываемости и содержания воды, а направлено, в первую очередь, на изменение свойств глинистых частиц, имеющихся в составе грунтовых, песчаных, щебеночно-песчаных смесей, снижающих физико-механические свойства и долговечность получаемых материалов. В основном в качестве заполнителей для грунтовых, песчаных и щебеночно-песчаных смесей стараются использовать те материалы, которые непригодны для бетонов, асфальтобетонов или материалов оснований и покрытий дорожных одежд, в том числе содержащие в большом количестве глинистые и пылевидные частицы.
Задачей изобретения является повышение морозостойкости и прочности материалов из грунтовых, песчаных и щебеночно-песчаных смесей, а также экономической эффективности строительства.
Результат достигается тем, что состав для дорожного строительства содержит минеральное вяжущее, заполнитель, воду и химические добавки, согласно изобретению содержит в качестве химических добавок октилтриэтоксисилан/эмульсию октилтриэтоксисилана и водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/карбоксилатный полиэфир, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
- портландцемент - 6-12,
- заполнитель - 72-88,
- октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана - 0,005-0,04,
- водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/карбоксилатный полиэфир - 0,02-0,20,
- вода - 4,83-17,94.
Характеристика исходных материалов:
1) Минеральное вяжущее - портландцемент 400-Д0 ГОСТ 10178-85.
2) Химические добавки - октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана, водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/карбоксилатный полиэфир.
3) Заполнитель (глинистый грунт, песок, щебеночно-песчаная смесь) по ГОСТ 23558-94.
4) Вода по ГОСТ 23732-79.
Приготовление и методика испытания образцов предлагаемого состава для дорожного строительства.
Состав для дорожного строительства приготовили и испытали следующим образом.
Заполнитель высушили до воздушно-сухого состояния. Затем внесли вяжущее - портландцемент, смесь перемешали. Полученную смесь увлажнили до оптимальной влажности с одновременным введением химических добавок. Затем смесь тщательно перемешали в лабораторной лопастной мешалке в течение 4-6 мин. Из полученных смесей изготовили по 12 образцов-кубов размером 10×10×10, 6 образцов-призм размером 10×10×40. Изготовленные образцы поместили в камеру нормального отверждения 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°С 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. 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°С, затем образцы погрузили в воду на 2±0,5 ч при температуре +18±2°С. После проведения установленного количества циклов замораживания-оттаивания на оттаявших образцах определили предел прочности на сжатие.
Пример
В таблице 1 показаны достигаемые марки по прочности и морозостойкости при введении химических добавок октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана (Добавка 1) и водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/карбоксилатный полиэфир (Добавка 2).
Рост экономической эффективности обусловлен высокой морозостойкостью (долговечностью) материала, а следовательно, увеличенными межремонтными сроками и сроком службы дорожной одежды.