Минеральные вяжущие для укрепления грунтов
В настоящее время в России актуален вопрос строительства новых и ремонта существующих дорог, развития сети железнодорожного транспорта и повышения требований к эксплуатационным свойствам инфраструктуры аэропортов и аэродромов как гражданского, так и военного назначения. Расширение сети дорог, увеличение транспортного потока и ужесточение условий эксплуатации требуют пересмотра классического для нашей страны подхода к технологиям и материалам, используемым при строительстве объектов инфраструктуры. Особого внимания требуют вопросы, касающиеся подготовки и устройства оснований дорог I и II категорий и покрытий для прочих категорий.
Традиционно при строительстве усовершенствованных (капитальных) дорог в качестве материалов для устройства слоев основания используются песок и щебень, как правило, доставляемые на объект с ближайших точек добычи или складирования материалов. Местные материалы, в частности грунт, вывозится или используется для рекультивации. Данная схема существенно увеличивает расходы на подготовку основания – увеличиваются финансовые затраты, трудозатраты, растягиваются сроки строительства, особенно при работе в неблагоприятных погодных условиях.
В качестве основного направления значительного повышения эффективности работ по строительству и ремонту дорог может быть с успехом использована технология укрепления грунтов минеральными и комплексными вяжущими, а также технология холодного ресайклинга.
Принципы и основы технологии укрепления грунтов минеральными вяжущими были разработаны еще в конце XIX века в Германии, а в 50-60-е годы прошлого века в СССР было проведено большое количество исследовательских работ в данном направлении. В странах Европы и в Северной Америке на сегодняшний день строительство дорог производится в подавляющем большинстве с использованием технологии укрепления грунта.
Основными преимуществами данной технологии являются:
- снижение стоимости строительства автодорог различных категорий на 15-30%
- увеличение темпов строительства
- продление срока эксплуатации дорог без капитального ремонта
- использование местных грунтов вместо дорогостоящих и дефицитных привозных материалов (песок, гравий и щебень)
- уменьшение толщины покрытия
- снижение набухаемости и пучинистости
- уменьшение водонасыщения обработанного грунта (увеличение допустимых нагрузок на дорогу)
- повышение стойкости к циклам попеременного увлажнения-высушивания и замораживания-оттаивания
- запуск движения технологической техники и автотранспорта сразу после уплотнения грунта тяжелым виброкатком
Технология укрепления грунта предполагает использование двух вариантов проведения работ:
- смешивание извлеченного грунта в специальных установках с последующим его вывозом обратно на объект и укладкой
- смешивание грунта с вяжущим непосредственно «на дороге» при глубине перемешивания от 20 до 40 см с последующими профилированием и уплотнением катками.
Современный уровень механизации позволяет проводить работы по смешиванию «на дороге» практически в любых условиях и использовать одновременно несколько компонентов как в порошкообразном, так и в жидком виде. В случае стесненных условий или вследствие особенностей грунта, когда проходка тяжелой техники невозможна, используется навесное оборудование как для распределителя вяжущего (спредер), так и для перемешивающей техники (ресайклер).
На текущий момент в России технология укрепления грунта практически не применяется по ряду причин, основные из которых – ограниченное количество специализированной техники, недостаток опытных специалистов, спорная эффективность предлагаемых продуктов для улучшения, стабилизации и укрепления грунта. В основном это иностранные химические добавки на основе ПАВ или полимеров. При этом производители данных добавок рекомендуют для повышения эффективности в дополнение к ним использовать минеральные вяжущие в дозировке от 3 до 12%. В качестве минеральных вяжущих используется обычный портландцемент, причем его выбор осуществляется, исходя из двух вариантов – «М400» и «М500» или негашеная известь.
Таким образом, отсутствует комплексный подход к выбору вяжущих для укрепления – не учитываются свойства грунта, а требуемых параметров по укрепленному слою добиваются дозировкой вяжущих, а не подбором их оптимального состава с обеспечением заданных свойств.
В большинстве случаев в центральной части России при строительстве дорог сталкиваются с такими грунтами как супеси и суглинки различной степени увлажнения относительно оптимальной влажности и содержанием органических примесей и солей. Подобные грунты рекомендуется укреплять минеральными вяжущими.
Сам термин «укрепление» подразумевает повышение физико-механических свойств грунта (прочности на сжатие и изгиб, а так же морозостойкости) за счет создания более плотной структуры и жесткого каркаса из системы «вяжущее-грунт». Получить подобный эффект возможно только за счет минеральных вяжущих. Тогда как при использовании различных химических добавок достигается эффект улучшения (повышения удобоукадываемости и уплотняемости) и/или стабилизации (улучшения водно-физических свойств) грунта.
Компания LafargeHolcim (Россия) в 2016 году провела первый этап исследований в области оценки эффективности минеральных вяжущих различного состава для применения в технологии укрепления грунта.
Испытания проводились для грунтов типа пылеватых, супесей и суглинков. На основании полученных результатов осуществлялось предварительное формирование портфеля продуктов с разработкой рекомендаций по выбору оптимального решения по соотношению «цена-рабочие свойства» как для системы «грунт-вяжущее», так и для всей конструкции дорожной одежды в целом.
Продуктовый портфель вяжущих для укрепления грунтов LafargeHolcim (Россия) подразумевает наличие как гидравлических вяжущих, так и композиций портландцемента с комплексными минеральными компонентами для случаев, когда укреплению подлежат грунты с высокой степенью переувлажнения.
