В укреплении оснований автомобильных дорог естественного грунта

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Опытное строительство выполняли в июле–сентябре 1977 г. На автомобильной дороге IIкатегории Новосибирск–Кемерово–Красноярск, в IIдорожно–климатической зоне. Работы производились силами дорожно–строительного района № 1 автомобильной дороги Новосибирск–Красноярск под техническим руководством сотрудников Омского филиала Союздорнии.

Дорожную одежду устраивали на участке с обеспеченным водоотводом и высотой насыпи 1,5 м.

Грунт земляного полотна–глина пылеватая, уплотненная до 0,96–0,98 стандартной плотности.

Конструкция дорожной одежды по проекту: дополнительный слой из песчано–гравийной смеси толщиной 25 см; щебеночное основание толщиной 21 см; цементно–бетонное покрытие толщиной 24 см.

На опытном участке общей протяженностью 500 м (ПК 386+60–ПК 391+60) взамен слоя из песчано–гравийной смеси устраивали нижний слой основания: из грунта, укрепленного 17% ПШВ (шлам–цемент), толщиной 15 см (Iсекция); из рядового нефелинового шлама толщиной 25 см (IIсекция); из грунта, укрепленного 11% ПШВ; толщиной 18 см (IIIсекция).

Нижний слой основания на IIсекции опытного участка устраивали из рядового нефелинового шлама, имевшего влажность 23–26%, что было близко к оптимальной влажности.

Соблюдение технологического режима контролировали путем определения влажности грунта, степени его размельчения, правильности дозировки вяжущего, равномерности перемешивания смеси, влажности смеси и степени уплотнения слоя основания. Последняя составляла 0,97–0,98 от полученной на приборе стандартного уплотнения.

Для оценки качества готовой смеси отбирали пробы производственной смеси, формовали образцы на малом приборе стандартного уплотнения Союздорнии и после хранения их в течении 7,28 и 90 суток испытывали на сжатие. Часть образцов была оставлена для испытания на моростойкость после 90 суток хранения и на сжатие после более длительных сроков твердения.

Таблица 2 – Показатели физико–механических свойств образцов укрепленного грунта из производственной смеси

Секции и захватки	Состав смеси, %	Влажность смеси, %	Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов в МПа при сроках твердения в сутках
Секции и захватки	Состав смеси, %	Влажность смеси, %	7	28	90
I секция	Грунт- 100 Вяжущее- 17	16,6	3,7	4,3	5,1
IIсекция I – я захватка II – я захватка	Грунт- 100 Вяжущее - 11	14,2 14,1	2,3 1,6	2,6 1,9	2,8 2,6

Данные таблицы 2 показывают, что выбранные дозировки шлам–цемента 11 и 17% позволили получить в производственных условиях при смешивании на дороге укрепленный грунт, соответствующий Iи II классов прочности.

Рисунок 1 –График прочности композиционных составов с применением нефелинового шлама по диссертации Бескровного В. Н.

К моменту обследования покрытия на опытном участке еще не было уложено, что дало возможность без особых затруднений вскрыть основание, взять вырубки из слоев укрепленного грунта и нефелинового шлама,а также отобрать пробы на влажность из земляного полотна, слоя шлама, верха и низа слоя укрепленного грунта.

Из вырубок выпиливали образцы–балочки размером 4х4х16 см, образцы–кубы с ребром 5 см и хранили их в пленке на открытом воздухе. По достижении материалами возраста один год образцы испытывали, определяя прочность на сжатие и растяжение при изгибе, модуль упругости, объемную массу, морозостойкость.

В сентябре 1981 г. при вторичном обследовании участка вскрывали обочину на II секции и у кромки покрытия брали вырубку из нефелинового шлама, уложенного в слое основания, с отбором пробы на влажность.

Влажность материалов дорожной конструкции на момент обследования приведены в таблице 3. Данные таблицы 3 показывают, что в осенний период укрепленный грунт основания на опытном участке находился в состоянии, близко к полному водонасыщению.

Таблица 3 – Влажность материалов дорожной конструкции

Секции и захватки	Конструктивный слой	Материал	Влажность, %
I секция	Основание верх низ	укрепленный грунт	28,3 23,0
II секция	Основание Земляное полотно	шлам то же глина	25,2 22,5 25,7
IIIсекция I-я захватка II -я захватка	Основание верх низ Земляное полотно Основание верх низ Земляное полотно	укрепленный грунт глина укрепленный грунт глина	24,1 25,7 22,8 23,9 27,0 22,5

Данные таблицы 4 подтверждают возможность получения в производственных условиях высоких показателей физико–механических свойств слоев дорожного основания, устраиваемых из грунта, укрепленного шламонефелиновым вяжущим, и из рядового нефелинового шлама.

Для установления влияния на физико–механические свойства укрепленного грунта технологических операций по исправлению ровности основания, связанных с увлажнением, разрыхлением и укаткой поверхностного слоя, из вырубок, взятых со второй захваткиIIсекции, выпиливали образцы–кубы, одна из граней которых являлась поверхность слоя основания, определяли их объемную массу и прочность на сжатие в годичном возрасте и сравнивали полученные показатели с аналогичными показателями образцов, выпиленных из срединной части вырубок. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 5.

Анализ данных таблицы 5 показывает, что расхождение показателей физико–механических свойств образцов укрепленного грунта, взятых из поверхностной и срединной частей основания, носят случайный характер. Следовательно, можно считать, что при укреплении грунта шламонефелиновым вяжущим технологические операции по улучшению ровности основания, выполняемые через 10–12 часов после окончания уплотнения и включающие разрыхление и повторное уплотнение поверхностного слоя основания, не вызывает снижения конечных плотности и прочности укрепленного грунта.

Для выявления способности затвердевшего нефелинового шлама восстанавливать разрушенную структуру после повторного уплотнения затвердевший шлам 5 – летнего возраста из вырубок с опытного участка, взятых при обследованиях в 1978 и 1981 годах, разрушали и измельчали до прохождения сквозь сито с отверстием 5 мм, увлажняли до влажности 25% и уплотняли под нагрузкой 15 МПа. Образцы повторного уплотненного шлама испытывали на сжатие в состоянии естественной влажности сразу после уплотнения, а также после 28 и 90 суток хранения во влажных условиях.

Результаты испытания образцов, приведенных в таблице 6 свидетельствует о способности затвердевшего нефелинового шлама восстанавливать разрушенную структуру после повторного уплотнения с дальнейшим нарастанием прочности, что объясняется возобновлением нарушенных адгезионных контактов при сближении частиц в процессе повторного уплотнения, а также наличием в шламе даже по истечении пяти лет достаточного резерва негидратированногоβ – двух–

кальциевого силиката. Это дает возможность перед устройством покрытия исправлять ровность шламового основания в случае ее нарушения в ходе длительной эксплуатации основания под движением.

На опытном участке дорожной одежде в 1977–1981 годах на участке IIкатегории Тарутино–Близневка автодороги Новосибирск–Красноярск по рекомендациям Союздорнии и в соответствии с проектным решением Барнаульского филиала “Гипродорник” были построены с применением нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината следующие типы оснований под цементобетонное покрытие:

из песчано–гравийной смеси, укрепленной 25% рядового нефелинового шлама смешением на дороге;

из песка, укрепленного 12% шлам–цементом смешением в установке;

щебеночная, обработанная в верхней части нефелиновым шламом.

Проведенное в 1981 году обследование участков дороги, построенных с применением нефелинового шлама, общей протяженностью 19 км показала, что цементобетонное покрытие на этих участках находится в удовлетворительном состоянии. Деформаций покрытия, вызванных неудовлетворительной работой основания, на обследованных участках дороги не обнаружено.

В июне 1979 года на участке IIкатегории обход города Ачинска автодороги Новосибирск–Красноярск из нефелинового шлама была отсыпана верхняя часть земляного полотна при толщине слоя шлама 15 см в уплотненном состоянии. При обследовании этого участка землеполотна, приведенного в конце декабря того же года, было установлено, что усадочные трещины на шламовом слое отсутствуют, шаг поперечных температурных трещин составляет от 25 до 60 м. Трещины прямые, на всю ширину шламового слоя, ширина их раскрытия не более 2 мм. Результаты этого обследования подтверждают вывод о том, что затвердевший нефелиновый шлам обладает хорошей деформативностью и трещиностойкостью, более высокой, чем у цементобетона.

В 1980–1983 годах в соответствии с рекомендациями Союздорнии и проектным решением ГПИ “Союздорпроект” на участке Обход города Ачинска было устроено из рядового нефелинового шлама 10 км основания под асфальтобетонное покрытие. Движение построечного транспорта по основанию открыли сразу после окончания уплотнения и эксплуатировали отдельные участки основания под движением в течении нескольких месяцев.

Результаты проведенного опытного строительства позволяют заключить следующее:

Таблица 4 – Физико–механические свойства образцов укрепленного грунта и шлама с опытного участка

Секции и захватки	Состав смеси, %	Тип обрацов	Объемная масса, г/см³	Предел прочности на сжатие образцов в МПа при сроках твердения			Предел прочности на растяжения при изгибе в возрасте 1 год, МПа	Модуль упругости в возрасте 1 год, МПа	Коэффициент морозостойкости
Секции и захватки	Состав смеси, %	Тип обрацов	Объемная масса, г/см³	90 суток	1 год	4 года		Модуль упругости в возрасте 1 год, МПа	Коэффициент морозостойкости
I секция	грунт - 100 вяжущее -17	из вырубки из произв. смеси	1,88 2,02	— 5,1	9,7 6,0	— —	1,9 —	2630 —	1,20 0,98
II секция	шлам - 100 то же	из вырубки то же	1,83 1,91	— —	9,3 —	— 16,1	2,9 —	2700 —	0,66 —
IIIсекция I – я захватка II– я захватка	грунт - 100 вяжущее - 11 то же	из вырубки из произв. смеси из вырубки из произв. смеси	1,82 2,00 1,86 1,98	— 2,8 — 2,6	3,8 4,0 3,5 3,2	— — — —	1,8 — 1,4 —	1310 — 1260 —	0,93 0,70 1,00 0,70

Таблица 5 – Физико–механические свойства образцов укрепленного грунта, взятых из поверхностной и срединной частей слоя основания

Наименование свойств	Место взятия образца	Показатели отдельных образцов	Среднее значение	Коэффициент вариации, %
Объемная масса, г/см³	поверхн. середина	1,84 — 1,78 — 1,89 — 1,79 1,82 1,83 — 1,80 — 1,79 — 1,83 1,79	1,82 1,84	7,7 1,14
Предел прочности на сжатие, МПа	поверхн. середина	3,8 4,0 4,6 4,0 3,6 3,6 3,2 3,0 3,7 3,9 3,4 3,6 3,5 4,0 3,6 4,2	3,72 3,74	13,4 7,3

Таблица 6 – Прочность нефелинового шлама после разрушения его структуры и повторное уплотнение (время испытания – 1982 г.)

Год взятия вырубки из основания	Предел прочности образцов на сжатие в МПа при продолжительности твердения в сутках
Год взятия вырубки из основания	сразу после изготовления образцов	28	90
1978	1,01	3,83	6,21
1981	1,0	4,3	7,68

1. Шламонефелиновое вяжущее, приготовленное в промышленных условиях, пригодно для практического применения при укреплении грунтов в основаниях дорожных одежд в условиях Сибири.

2. Использование этого вяжущего для укрепления легкого суглинка при расходах 11 и 17% от массы грунта обеспечивает получение в производственных условиях укрепленного грунта соответственно IIи Iклассов прочности по СН 25–74, что служит подтверждением правильности разработанных составов смесей для дорожных оснований.

3. Использование для укрепления грунтов нефелинового вяжущего, благодаря особенностям его гидратации и твердения, позволяет увеличить допускаемую продолжительность технологического цикла по устройству слоя дорожной одежды, что дает возможность увеличить длину технологической захватки, расширить фронт работ и увеличить возможную дальность возки готовой смеси при приготовлении ее в установке. При этом промежуток времени между введением в грунт вяжущего и воды и окончанием уплотнения смеси может достигать 14–16 часов.

4. При укреплении грунтов нефелиновым вяжущим в необходимых случаях имеется возможность не позднее, чем через 12 часов после окончания уплотнения производить работы по улучшению ровности основания. При этом рыхление и повторное уплотнение укрепленного грунта, Выполненные в указанное время, не приводят к ухудшению качества материала основания.

5. В производственных условиях подтверждена возможность использования рядового нефелинового шлама в качестве материала для устройства монолитного дорожного основания.

Основания из нефелинового шлама не имеет усадочных трещин и мало подвержено трещинообразованию от действия переменных температур, что выгодно отличает нефелиновый шлам от цементногрунта и цементобетона.

Уложенный в основание нефелиновый шлам приобретает в процессе уплотнения начальную прочность, достаточную для пропуска по основанию технологического транспорта, что позволяет открывать движение по шламовому основанию сразу после окончания его уплотнения. В дальнейшем прочность нефелинового шлама продолжает расти в естественных условиях и через год достигает значения, в два раза, а через четыре года в три раза превышающих требования, предъявленные к материалам Iкласса прочности.

6. Затвердевший нефелиновый шлам обладает способностью восстанавливать разрушенную структуру после повторного уплотнения, причем сохраняет эту способность в течении нескольких лет, что дает возможность повторно профилировать и уплотнять основание из шлама даже через продолжительное время после его устройства [3].

Щебень с нефелиновым шламом

Н.Н. Бочковым было проведеноисследование,котороепоказало, чтосоставы дорожной смеси выявленные в результате его работы возможно применять для устройстваоснования нижнего слоядорожной одежды с использованием щебеночно-нефелиновойсмеси с добавкой гипсоангидритовых отходов. Соотношение компонентов дорожной смеси для устройстваоснования дорожной одежды, % масс: щебень – 65, нефелиновый шлам – 30,гипсоангидритовые отходы АО «РУСАЛ Ачинск» – 5. Параметры слоя: толщина – 0,19 м. С целью повышения активности гипсоангидритовогокомпонента его подвергали измельчению в шаровой мельнице до остатка насите 0,08 мм 44–45 % и в последующем смешивали с влажнымнефелиновым шламом и щебнем в вышеприведенных соотношениях.

На основании поставленной задачи КГУ «Управление автомобильных дорог по Красноярскому краю» конструкция дорожной одежды была запроектирована сучетом состояния существующего покрытия и земляного полотна. Проектучастка реконструкции автомобильной дороги Железногорск – Красноярсккм 7+551,24 – км 9+750 (первый этап) был разработан с целью восстановления иповышения работоспособности дорожной одежды, улучшения ровности исцепных свойств, устранения всех деформаций, а также причин и поврежденийпокрытия. Расчет дорожной одеждыосуществлялся на перспективный период срока службы 15 лет, на весь поток движущегосяавтотранспорта дляавтомобильныхдорог в районег. Красноярска, участка реконструируемой дороги п. Березовка–г. Сосновоборск.

Причиной для реконструкции этого участка являлась возросшаяинтенсивность движения, при которой параметры автомобильной дороги иконструкция дорожной одежды не отвечают нормативным требованиям ирасчетным нагрузкам от движущегося транспорта. Опытные участкивыбраны на реконструируемой автодороге Красноярск – Железногорск вБерезовском районе Красноярского края.

Опытные участки были расположены в 8 км от п. Березовка прирасширении дорожного полотна около 51 пикета вдоль реконструируемойтрассы Красноярск – Сосновоборск, в 500 м от моста дорожной развязкиобъездной дороги г. Красноярска на съезде с основной трассы.

Для исследования были выбраны два участка, длинойпо 30 м каждый и шириной – 3,5м. На первом опытном участке проводилосьстроительство дорожной одежды по технологии, применяемой ООО «ДПМКАчинская», но с использованием для устройства основания дорожнойщебеночно-нефелиновой смеси и добавки неизмельченныхгипсоангидритовых отходов. На втором опытном участке осуществлялосьустройство основания с использованием дорожной смеси щебеночнойфракции 0–40 мм (65 %) с нефелиновым шламом (30 %) и с добавлениемизмельченных гипсоангидритовых отходов АО «РУСАЛ Ачинск» (5 %).Приготовление данной дорожной смеси осуществляли на промышленной площадкеООО «ДПМК Ачинская» путем тщательного перемешивания компонентов. Затем готовую дорожную смесь транспортировали на опытныеучастки автодороги и производили укладку основания механизированнымспособом.

Для подтверждения эффективности использования дорожнойщебеночно-нефелиновой смеси с добавкой гипсоангидритовых отходов былиотобраны пробы для проведения оценки и получения качественных иколичественных показателей, которые испытывались в строительнойлаборатории ООО «ДПМК «Ачинская» в соответствии с ГОСТ 23558–94. Результаты испытаний образцов, отобранных на опытных участкахавтодороги, приведены в таблице 7.

В диссертации Н. Н. Бочкова приведены данные испытания образцов, отобранные из оснований дорожныходежд на опытных участках которые показали, что образцы, полученные потехнологическому регламенту, разработанному в рамках егодиссертационной работы, при использовании измельченной добавкигипсоангидритовых отходов в смеси с щебнем и влажным нефелиновымшламом по прочностным характеристикам в 28 суточном возрасте в среднемв 2,5 раза выше, чем образцы, полученные из дорожных смесей основания, выполненного по технологии, применяемой ООО «ДПМК Ачинская» без добавки гипсоангидритовых отходов.

Таблица 7 –Результаты испытаний образцов щебеночно-нефелиновой смесис добавкой гипсоандритовых отходов на опытных участках автодороги

№ образца	Технологические условия получения дорожного основания	Прочность на сжатие образцов в 28 суточном возрасте, МПа	Прочность на сжатие образцов в 90 суточном возрасте, МПа
1	Дорожная щебеночно – нефелиновая смесь по технологии ООО«ДПМК Ачинская» (70% щебень+30% нефелиновый шлам)	2,2	6,3
2	Дорожная щебеночно – нефелиновая смесь с добавкой неизмельченных ГАО (65% щебень+30% нефелиновый шлам+5% гипсоангидритовые отходы)	2,6	10,2
3	Дорожная щебеночно – нефелиновая смесь с добавкой неизмельченных ГАО (65% щебень+30% нефелиновый шлам+5% гипсоангидритовые отходы)	8,7	15,1

Показано, что образцы щебеночно – нефелиновой смеси без добавокгипсоангидритовых отходов имели равномерный и более замедленныйхарактер твердения, и в 28 суточном возрасте достигали предела прочностина сжатие 2,2 МПа, в то же время образцы основания из дорожнойщебеночно-нефелиновой смеси с добавкой 5 % масс. Измельченныхгипсоангидритовых отходов имели прочность 8,7 МПа. В 90–суточномвозрасте предел прочности на сжатие у образцов дорожной щебеночно-нефелиновой смеси с добавкой гипсоангидритовых отходов был в 1,5 разавыше, чем при использовании в качестве вяжущего одного нефелиновогошлама и достигал 15,1 МПа. У образцов дорожной смеси без добавокгипсоангидритовых отходов предел прочности на сжатие даже к 90 суткамдостигал только 6,3 МПа. Испытания образцов с применением щебеночно–нефелиновой смеси с добавками измельченных гипсоангидритовых отходов в90–суточном возрасте показали, что прочность на сжатие у них возросла посравнению с образцами без добавок гипсоангидритовых отходов с 10,1 до15,1 МПа как представлено на рис. 2.

Рисунок 2–График прочности композиционных составов с применением нефелинового шлама по диссертации Бочкова Н. Н.

По итогам испытаний на сжатие образцов с добавлением в состав щебеночно-нефелиновой смеси измельченных гипсоангидритовых отходов эффективно обеспечивает более высокиепоказатели скорости твердения и прочности образцов. В последующие испытания образцов, отобранных с участков автодороги при опытно–промышленных испытаниях, подтвердили данные лабораторных испытанийзатвердевшей щебеночно-нефелиновой дорожной смеси с гипсоангидритовойдобавкой. На основании результатов проведенных опытно-промышленныхиспытаний был определен необходимый расход строительных материаловдля приготовления дорожной смеси для нижнего слоя основания дорожнойодежды (таблица 8) и зерновой состав данной смеси (таблица 9), которыйсоответствует требованиям ГОСТ 23558-94 [4].

Таблица 8–Расход материалов для приготовления дорожной щебеночно–песчаной смеси с добавкой нефелинового шлама и гипсоангидритовых отходов

№ п/п	Наименование фракций	Содержание, % по массе	Расход материалов, кг на 1м³	Расход материалов, % в 1м³
1	Щебеночно-песчаная смесь ЩПС С-5	65	937	57
2	Нефелиновый шлам	30	309	37
3	Гипсоангидритовые отходы	5	56	6

Таблица 9–Зерновой состав дорожной щебеночно-песчаной смеси с добавкой нефелинового шлама и гипсоангидритовых отходов

№ п/п	Наименование материалов	Зерновой состав (полный остаток на ситах с отверстиями), мм
№ п/п	Наименование материалов	20	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,05
1	Щебеночно-песчаная смесь ЩПС С-5	35,6	61,8	70,6	79,4	81,6	85,4	89,2	90,4	94,7
2	Нефелиновый шлам	0	0	1,3	3,4	5,5	5,8	4,1	3,3	2,8
3	Гипсоангидритовые отходы	0	0	0	0	0	2,5	1,8	3,4	2,0
	Готовая дорожная смесь	35,6	61,8	71,9	82,8	87,1	93,7	95,1	97,1	99,5
	Требования ГОСТ 23558-94	20-40	35-65	50-80	60-85	70-90	75-95	80- 97	85-98	87-100

В результате проведенных экспериментальных работ установлено, что нефелиновые шламы обладают гидравлической активностью, однако для использования в строительстве автомобильных дорог, скорость набора прочности нефелинового шлама не достаточна велика. Поэтому, были разработаны и исследованы композиционные составы на основе нефелиновых шламов с использованием активаторов твердения. Полученные результаты позволили сделать вывод об эффективности использования композиционных составов для строительства монолитных оснований дорожных одежд автомобильных дорог [4].

Исследованиями кафедры автомобильных дорог СПбГАСУ и Мухаррямова И. Р. установлено, что альтернативным решением вопроса дефицита каменных материалов может служить использование нефелинового шлама в качестве материала для заклинки щебеночного основания автомобильной дороги. Этот отход производства может быть достойной заменой другим структурообразующим материалом. Экспериментальными данными доказано, что основное влияние на жесткость слоя основания оказывает наличие в смеси частиц менее 0,63 мм, в качестве которых выступает НШ. Установлено, что щебень марки 1200 уложенный без заклинки будет обладать модулем упругости в два раза меньше, чем у основания из щебня той же марки, но с заклинкой нефелиновым шламом.

Таким образом, заклинка щебня нефелиновым шламом повышает трещиностойкость и прочность конструкции дорожной одежды, обеспечивает сопротивляемость колееобразованию и ровности покрытия в процессе эксплуатации, что увеличивает долговечность дорожной одежды, а следовательно и межремонтные сроки дорожного покрытия[5].

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 318; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!