Устойчивость высоких насыпей на слабых основаниях

 

1.4. Технология укрепления и стабилизация грунтов. Стабилизатор грунта «RoadCem».

Традиционное проектирование и строительство дорог сопряжено  с активным потреблением энергии  и материалов. В ходе строительства дорог, прежде всего там, где грунты обладают низкой несущей способностью, используются привозные материалы, такие как щебень и песок. Цены на такие материалы и их транспортировку оказывают существенное влияние на общую стоимость готовой дороги. Темпы строительства дорог по традиционной технологии уже не соответствуют современным требованиям экономики, а затраты на их обслуживание и реконструкцию уже сравнимы со стоимостью новых дорог.

Компания PowerCem Union представляет технологию RoadCem в Российской Федерации. Технологию, которая успешно применяется на всех континентах планеты, так как решает целый комплекс задач в дорожном строительстве: 


1. Сокращение затрат на строительство дорог от 30% до 70%.

2. Увеличение производительности  до 1 км дороги в день. 


3. Сокращение затрат на обслуживание  дороги.

4. Увеличение гарантийного срока эксплуатации дороги.

5. Возможность использовать в  качестве строительного материала  любой тип грунта. 
RoadCem - это материал, который применяется совместно с цементом и/или зольной пылью. Технология RoadCem на молекулярном (нано) уровне повышает общие эксплуатационные показатели материалов, используемых в дорожном строительстве и усиливает прочность и гибкость дороги. Это приводит к сокращению требуемой толщины конструкции дороги.

С применением RoadCem изменяется процесс кристаллизации. Механизм связывания меняется от «склеивания» к «сплетению». Это позволяет использовать любые  грунты для строительства, по сути, армированного дорожного основания. Дорожное покрытие переносит колесную нагрузку с поверхности на расположенное ниже дорожное основание и далее на грунтовое основание. В конструкции дорожного покрытия эффективное снижение нагрузки колес и давления шин на поверхность достигается посредством распределения их на больший участок грунтового основания. В сущности, здесь и применяется подход RoadCem к конструкции дорожного основания. RoadCem фактически увеличивает участок распределения нагрузки на подстилающий слой путем конструкции дорожного основания, а все потому, что RoadCem имеет более высокий модуль упругости и более высокий предел прочности. Технико-экономические расчеты, проведенные с учетом фактических затрат, показывают, что применение дорожного основания из укрепленных RoadCem грунтов вместо равнопрочного из привозных каменных материалов приводит к значительному снижению стоимости дорожного строительства. Компания PowerCem Union готова предложить технологию, которая позволит достигнуть такого экономического эффекта.

Даже при наличии  в почве более 60% влаги возможно эффективное применение технологии RoadCem. На самом деле, RoadCem способен стабилизировать болото! Данная технология успешно применяется в климатических условиях максимально приближенных к российским. Это прежде всего проекты в Канаде. Дорожное основание построенное по технологии RoadCem является водонепроницаемым, имеет высокое количество циклов замораживания-оттаивания и способно выдерживать в эксплуатационном режиме температуры ниже минус 50° С. 



Ниже представлены некоторые  проекты строительства в Канаде с применением технологии RoadCem.

1.Автомобильная дорога в пригороде Калгари. Канада. 2007 год.

2. Нефтяная  платформа. Канада. 2007 год.

3. Стабилизация  несущего основания трубопровода  энергостанции. Канада. 2007 год.

4. Автомобильная дорога в Альберта. Канада. 2006 год. 2007 год.

Мы получаем значительный экономический эффект не только за счёт используемых материалов, но и  за счёт сокращения затрат работы механизированного  отряда. При соблюдении технологии RoadCem производительность возрастает ДО 1 километра дороги В день. Для составления оптимальной рецептуры смеси необходимы точные проектные данные дороги и образцы грунта - таким образом, мы сможем достичь максимальной экономической выгоды. Можно уверенно говорить, что применение RoadCem обеспечивает улучшенное комплексное решение проблемы дорожного строительства в соответствии со всеми требованиям, в частности, требованиями по снижению расходов. Общий совокупный эффект полностью основан на экономических параметрах. Наше видение будущего убедительно и целесообразно!

RoadCem - для строительства дорог и стабилизации осадочных пород. Это превосходная добавка в зернах, основанная на щелочноземельных материалах и синтетических цеолитах, дополненных комплексом активирующих добавок, которые и придают ему его уникальные свойства. 

RoadCem повышает предел выносливости и придает пластичность укрепленным слоям дороги, а также улучшает общую работу материалов, основанных на цементе и используемых при строительстве дорог. Используется в соединении с цементом, улучшает качество используемого цемента и позволяет использовать для строительства дорог те материалы, которые до этого считались непригодными для этой цели. 

Инновационные характеристики 

RoadCem - модифицирует динамические и химические характеристики процесса гидратации цемента, а также расширяет процесс кристаллизации путем формирования структуры длинных игл. Он может замедлить или ускорить процесс кристаллизации цемента, что очень удобно для специальных проектов. RoadCem имеет способность закреплять любые виды материалов, устраняя необходимость импорта и экспорта, что позволяет значительно сократить затраты на строительство дорог. Продукция нашей компании не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду. 

RoadCem для эффективной стабилизации стоимости! 

Большая площадь 

RoadCem также используется для строительства большой территории плит для стоянок, промышленных перекрытий, территорий погрузки и подобных конструкций, что позволяет строить без компенсационных соединений. 

RoadCem производится в Нидерландах в соответствии со стандартами ISO 9001 и ISO 14002. 


1.5. Стабилизаторы дорожных масс для строительства и ремонта автомобильных дорог. «Дорзин».

Развитие дорожного строительства начиналось с использования естественных материалов: гравийно-песчаных смесей, почв и бутового камня, для сооружения дорожных одежд. Этого было достаточно для гужевого транспорта. Но с развитием автомобилестроения требования к качеству автомобильных дорог претерпели существенные изменения. Это положение вещей выставило требование создания для дорожных одежд монолитных покрытий из органоминеральных и бетонных смесей. Их составляющие - битум и цемент, весьма дорогие компоненты. С целью уменьшения необходимого количества вяжущих и повышения прочности и качества органо-минеральных и цементобетонных смесей начали использовать разные примеси типа поверхностно – активных веществ и катализаторов. За счет использования активных примесей наблюдался процесс уменьшения количества необходимых вяжущих без снижения качества изготовленных материалов. И, наконец, наступил такой период, что расходы активного вяжущего для изготовления асфальтобетонных и цементобетонных смесей были сведены к минимуму с сохранением условий по качеству и прочности.

Подобная ситуация происходила  и в технологии использования  грунтов. В настоящее время известно, что для их укрепления целесообразно  использовать соответствующие активные примеси - стабилизаторы.

В связи с достижением  минимальных расходов, как битума, так и цемента, при изготовлении асфальтобетонных и цементобетонных смесей, благодаря целенаправленному использованию разных активных примесей и оптимизации технологических процессов, возникает вопрос: не могут ли активные примеси быть самодостаточными компонентами в плане повышения прочности и стабильности, как дорожно-строительных материалов, так и грунтов?

Опытные работы показали, что обработка минеральных материалов, и, прежде всего, грунтов, водным раствором  разных активных примесей приводит к  формированию крепких структур, как грунтов, так и минеральных материалов, особенно в тех случаях, когда минеральные смеси и грунты имеют не меньше 15% по массе тонкодисперсной фракции частиц. На этой основе производители разных веществ, которые активизируют структурообразующий процесс, назвали их стабилизаторами минеральных смесей и грунтов.

Каждый конкретный стабилизатор имеет свое индивидуальное, часто  не обычное, название. Так, американский ЕН – 1 и SPP – производства Южно- Африканской  Республики и России называют Roadbond, что в переводе - “дорожные кандалы”, RRP-235 Spesial производства Германии, в переводе - «королевский специальный дорожный продукт”, Terrastone - производства Германии переводится как “крепкий (твердый) камень”. Дорзин – производства Украины - «дорожный энзим (фермент)”. По своим качествам Дорзин превосходит все другие известные нам стабилизаторы [1-8].

Стабилизаторы - это очень  широкий класс разных по составу  и происхождению веществ, которые  в малых дозах положительно влияют на формирование свойств дорожно-строительных материалов, как за счет активизации физико-химических процессов, так и за счет оптимизации технологических процессов. Эти вещества могут использоваться почти на всех технологических этапах строительства автомобильных дорог, начиная от сооружения земляного полотна и заканчивая строительством твёрдых покрытий, искусственных инженерных сооружений и обустройством дорог.

Стабилизаторы могут  быть различного происхождения, они  отличаются по свойствам, но всех их объединяет то, что они увеличивают прочность, влагостойкость и морозоустойчивость. Стабилизаторы можно рассматривать как “витамины”, которые стимулируют не только физико-химические процессы как катализаторы, но и улучшающие качество и эффективность механо - технологических процессов.

Опыт использования  стабилизаторов дорожных масс показал, что большинство грунтов, обработанных только стабилизатором, не водостойки и не выдерживают стандартных  испытаний по действующим в Украине  нормам. Экспериментальные работы также  показали, что стабилизаторы в комплексе с малыми дозами неорганических вяжущих дают возможность получать крепкие и водостойкие композиции, которые отвечают действующим стандартам.

Использование стабилизаторов для улучшения состояния и  качества грунтов без применения неорганических вяжущих типа цемента, или известки целесообразно только при условии, когда на обработанную почву не будет активно действовать вода. Область использования грунтов, улучшенных только стабилизаторами в связи с вышеизложенными рационально ограничить районами с первым типом местности по увлажнению, а также главным образом третьей дорожно-климатической зоной Украины. Грунты со стабилизатором и вяжущими, типа цемента, можно использовать практически в любых климатических зонах с любым типом местности по увлажнению.

Перечень, известных в  Украине стабилизаторов, которые  были использованы в экспериментальных  исследованиях, приведенные в Таблице. Сравнительные данные представлены на Рис.1. Таблица.

№ Наименование стабилизаторов	Общая характеристика
1 Roadbond ЕН-1 (производство США)	Многокомпонентная жидкость, включающая эфирные масла, законсервированные в серной кислоте.
2 Roadbond глин и глинистых грунтов, RRP-235 Spesial – Рейнольде Роуд Паккер (производство Германии и Канады)	Многокомпонентная жидкость, включающая ПАВ, законсервированные в серной кислоте.
3 Roadbon SPP (производство ЮАР и России)	Многокомпонентная жидкость, поляризующая глинистые частицы и активно  влияет на капиллярную и плёночную  воду
4 Стабилизаторы ГРБ-1, ГБР-2, ГБР-3, ГБР-4, ГБР-5 (производство института высокомолекулярных соединений НАН Украины)	Раствор силикатных олигомеров линейной и разветвлённой структуры. ТУ 43674272, 008-98
5 Стабилизатор СГ (производства  НАН Украины)	Серная кислота + 45%-55% паста карбоната  кальция + нефте-керосино-газольная фракция
6 Стабилизатор Solitac (производства  компании Soilworks США)	Эмульсия на полимерной основе
7 Стабилизатор Renolit (производитель  фирма Альма-2 Австралия)	Полимерная добавка к цементу
8 Гидрофобизирующие жидкости ГКЖ-IIБ,  ГКЖ-12, КЖ-94 (производства Запорожского АО “Кремний полимер”)	ТУ 6-02-5-006-91
9 Стабилизатор грунтов Реrmа- Zyme 11x (производство США)	Ферментный препарат
10 Стабилизатор грунтов -Дорзин (производство ООО» Днепровская  ассоциация-К», Украина)	Ферментный препарат
11 Жидкое стекло ГОСТ 1378-91
12 Хлористый кальций (Са Сl 2)

Результаты экспериментальных исследований дали возможность сделать следующие заключения:

- Стабилизаторы грунтов  характеризуются как многокомпонентные  системы, которые имеют, преимущественно, кислую среду, обладают свойствами поверхностно-активных веществ, в их состав входят, как правило, суперпластификаторы, гидрофобизаторы, сложные органические соединения, которые включают сложноэфирные группы и ионогенные комплексы.

- Стабилизаторы рекомендуют применять в виде разбавленного водяного раствора. В результате растворения стабилизатора в воде, последняя, активизируется за счет ионизации (Н+, ОН¬, Н3О¬). Раствор стабилизатора активно влияет на состояние, в первую очередь, глинистых и коллоидных частиц грунта. Он изменяет заряд глинисто – коллоидных частиц за счет энергичного обмена электрическими зарядами между ионизированной водой и частицами почвы, которая подтверждается исследованиями рН среды раствора стабилизатора и рН водяной вытяжки грунта. Обменявшись зарядами с ионизированной водой, между грунтовыми частицами нарушаются естественные связи с капиллярной и пленочной водой. Она легко отделяется от частиц грунта, тем самым, создавая благоприятные условия высокого уплотнения грунтовой смеси при сжатии. * Кроме обмена между электрическими зарядами водяного раствора стабилизатора и грунтовыми частицами происходит процесс ионного обмена между компонентами стабилизатора и поглощающим комплексом глинисто - коллоидной фракции, на что указывает уменьшение величины оптимальной трамбовочной влажности.

Многовалентные ионы стабилизатора и грунта, которые  освободились в результате перезарядки  грунтовых частиц, проникают в  поглощающий комплекс глинисто - коллоидной фракции и выжимают одновалентные  ионы Li, Na, K и H. Этот процесс приводит к коагуляции глинистых и коллоидных частиц, и как следствие, к изменению гранулометрии и структуры почвы. То есть происходит искусственное образование в грунте частиц (агрегатов), типа песчаных. Грунт из категории глинистого или суглинистого стремится к переходу в категорию легкосуглинистого или супещаного. Оптимальная трамбовочная влажность такого грунта заметно уменьшается и благодаря этому повышается максимальная плотность стандартного уплотнения. Это приводит к повышению несущих свойств грунта.

- Стабилизаторы также исполняют роль пластифицирующей примеси, что позволяет при меньшей оптимальной влажности достигать более высоких показателей плотности [1.3].

- Стабилизаторы способствуют повышению плотности грунта и прочности в неводонасыщенном состоянии, но не обеспечивают для большинства грунтов высокой водостойкости, которая требует введения специальных мероприятий, ликвидирующих источники активного увлажнения земляного полотна или добавок в грунт, типа цемента [1].