Исследование в дорожном строительстве

Содержание

Введение 3
1. Сущность укрепления грунта 4
1.1. Требования к стабилизирующим добавкам 5
1.2. Виды стабилизирующих добавок 5
2. Механизм действия стабилизирующих добавок 7
2.1.Описание технологий работ 8
2.2.Примеры строительства дорог с применением стабилизаторов 9
3.Сравнительная характеристика конструкций дорог 10
Заключение 12
Список литературы 13

Введение
Важность вопроса о повышении долговечности автомобильных дорог обусловлена существующими реалиями. За последнее десятилетие очень сильно возросло количество автомобилей, постоянно возрастают грузопотоки, скорости движения и грузоподъемности автомобилей - всё это привело к такому росту динамического воздействия на дорожную сеть страны, что на сегодняшний день она оказалась не способной соответствовать восприятию таких нагрузок. Значительная часть федеральных дорог имеет высокую степень износа и исчерпала свою пропускную способность.
На сегодняшний день перед дорожниками стоят задачи по внедрению эффективных технологий строительства и реконструкции автомобильных дорог. Одним из путей решения проблем качества в дорожном строительстве является повышение долговечности и качества автомобильных дорог путем укрепления грунтов стабилизирующими добавками.
Стабилизация грунта - это технология, которая позволяет повысить прочность, несущую способность и долговечность слоев основания и/или рабочего слоя земляного полотна.
1. Сущность укрепления грунта
Грунт - это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный - достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.
Укрепление грунтов - эффективный подход к конструированию дорожных и аэродромных одежд, предусматривает использование местных материалов взамен дорогих каменных материалов для устройства конструктивных слоев дорожных одежд. Другими словами, укрепление грунтов - вся совокупность мероприятий (подготовка грунта, внесение вяжущих и добавок, перемешивание, уплотнение и обеспечение условий формирования структурно-механических свойств укреплённого грунта), обеспечивающих в конечном итоге коренное изменение свойств исходных материалов с приданием им требуемой соответствующими стандартами прочности, водо- и морозостойкости.
В настоящее время в России построено и эксплуатируется свыше 30 тыс. км дорог, где применены укрепленные грунты (в основном цементогрунты) для оснований и покрытий дорожных одежд.
Актуальность использования укрепленных грунтов в настоящее время обусловлена увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог, в том числе в восточной части страны и дефицитом (высокой стоимостью) каменных материалов. Большая часть России лишена каменных материалов, и дорожное строительство в ее пределах базируется на применении каменных материалов, доставляемых из горной части страны или зарубежья на расстояние до 400-500 км. Значительные затраты на транспортирование материалов вызывают увеличение общей стоимости строительства автомобильных дорог. Поэтому на этих территориях для устройства дорожных одежд целесообразно применять местные материалы, укрепленные различными вяжущими.
Требования к стабилизирующим добавкамТехнология укрепления в дорожном строительстве применима не только при работе с грунтами при устройстве основания, но и в ремонте существующих дорог, построенных по традиционной технологии (технология холодной регенерации).
Основным технологическим условием при перевозке бетонной смеси является сохранение ее однородности, и обеспечение требуемой подвижности к моменту укладки. Для этого в бетонную смесь не должны попадать атмосферные осадки, прямые солнечные лучи, смесь не должна расслаиваться, а оставаться связанной.
Укладка и уплотнение бетонной смеси должны быть осуществлены таким образом, чтобы были обеспечены монолитность и однородность бетона, запроектированные показатели бетона, надлежащие сцепление бетона с арматурой и закладными деталями.
Стабилизирующие добавки должны отвечать требованиям [1] и обеспечивать повышение однородности смесей:
показатель раствороотделения бетонной смеси с ОК = 20 - 22 см должен быть не более 2,5 %;
увеличение объема газовой фазы смеси должно быть не более 3 % . Виды стабилизирующих добавокВ отечественной строительной практике для повышения сохраняемости и стабильности технологических операций предложены и апробированы следующие виды специальных добавок, которые по своему техническому эффекту относятся к добавкам-стабилизаторам.
Гипан. Это стабилизирующая, водоудерживающая и улучшающая перекачиваемость добавка.
Метилцеллюлоза водорастворимая. Это водоудерживающая добавка (загуститель) - сложный эфир целлюлозы.
Бентонитовая глина. Это природный высокодисперсный алюмисикат, обладающий высокой ионообменной способностью и набухаемостью.
Регенерационные стоки сахарорафинадного производства - это отход серийного производства, содержащий в своем составе хлорид натрия, окрашенные органические соединения и гидроопись натрия.
Примеры зарубежных добавок:
Аддимент СТ 2. Порошковый стабилизатор для растворов, пенобетонов и легких бетонов средней плотности до 1200 кг/м3. Не содержит веществ, вызывающих коррозию арматуры.
Зика Пумп. Добавка для улучшения перекачиваемости смесей по трубам. Продукт на основе полимеров с добавками, регулирующими вязкость. Жидкость светло-зеленого цвета.
2. Механизм действия стабилизирующих добавокМеханизм действия стабилизирующих, водоудерживающих и улучшающих перекачиваемость добавок заключается в том, что при их введении в систему «цемент-вода-заполнитель» изменяются свойства поверхности частиц твердой фазы (цемента, в первую очередь) и происходит изменение соотношения между пленочной и свободной водой.
В результате пептизирующего действия добавок и вследствие увеличения количества пленочной воды наступает стабилизация системы, приводящая к сохраняемости свойств бетонной смеси и ее хорошей перекачиваемости по трубам. Плотность укладки частиц твердой фазы в процессе твердения бетона определяется характером и интенсивностью сил межмолекулярного взаимодействия и, помимо природы твердой фазы, зависит от ее дисперсности. При введении стабилизирующих и водоудерживающих веществ происходит увеличение дисперсности твердой фазы, т.е. увеличение свободной поверхностной энергии. Это способствует развитию молекулярного взаимодействия между частицами, что вызывает возникновение множества контактов между ними и обусловливает создание пространственной структурной сетки.
Стабилизирующие добавки позволяют предотвратить расслоение бетонной смеси. При добавлении стабилизирующей добавки в бетонную смесь на поверхности цементных частниц образуется устойчивый микрогель, что обеспечивает создание «несущего скелета» в цементном тесте и предотвращает расслаивание бетонной смеси. При этом образующийся «несущий скелет» позволяет заполнителю (песок и щебень) свободно перемещаться и тем самым удобоукладываемость бетонной смеси не изменяется. Такая технология самоуплотняющегося бетона позволяет бетонировать любые конструкции с густым армированием и сложной геометрической формы без применения вибраторов. Смесь в процессе укладки самоуплотняется и выдавливает из себя вовлеченный воздух.
2.1.Описание технологий работ
Технология строительства дорог методом стабилизации (укрепления) грунтов с использованием цемента и специальных минеральных добавок:
Определение типа грунта используемого в качестве основного строительного материала.
Подбор состава смеси в лаборатории.
Подготовительный этап.
Снятие плодородного слоя. Планировка.
Этап строительства. Стабилизации.
Распределение (нанесение) компонентов: специальные минеральные добавки и цемент.
Перемешивание грунта и компонентов с одновременным добавлением воды.
Уплотнение статическое и динамическое.
Профилирование.
Увлажнение поверхности. Уход за стабилизированным слоем.
Заключительный этап.
Поверхностная обработка. Устройство поверхностного слоя.
Технология восстановления покрытий и оснований дорог методом холодной регенерации с использованием цемента и специальных минеральных добавок.
Определение гранулометрического состава существующего покрытия и основания используемого в качестве основного строительного материала.
Подбор состава смеси в лаборатории.
Подготовительный этап.
Фрезерование, измельчение существующего покрытия или основания дороги.
Этап строительства. Стабилизации.
Распределение (нанесение) компонентов: специальные минеральные добавки и цемент.
Перемешивание АГБ и компонентов с одновременным добавлением воды.
Уплотнение статическое и динамическое.
Профилирование.
Увлажнение поверхности. Уход за регенерированным слоем.
Заключительный этап.
Поверхностная обработка. Устройство поверхностного слоя.
2.2.Примеры строительства дорог с применением стабилизаторовПоверхностная стабилизация и укрепление грунтов, устройство верхнего слоя износа в рамках строительства терминала для накатных грузов «Новая Гавань».
Место проведения работ: Ленинградская область, Кингисепский район, деревня Вистино. Объем выполненных работ – 150 000 м2.
Строительство дорог методом стабилизации и укрепления грунтов с устройством верхнего слоя износа.
Место проведения работ: Ленинградская область, Всеволжский район, поселок Токсово, Ленинградское шоссе, 24 км, садоводство «Защита». Объем выполненных работ – 5000 м2.
Место проведения работ: Ленинградская область, Всеволжский район, поселок Токсово, Ленинградское шоссе, 21 км, садоводство «Пирит-1». - Объем выполненных работ – 2400 м2.
На обоих участках работы выполнены на слабо-несущих глинистых грунтах, было принято решение улучшить физко-механические свойства грунтов для увеличения несущей способности, а также выполнить устройство верхнего слоя износа для защиты укрепленного основания.
3.Сравнительная характеристика конструкций дорог
При сравнении технических показателей конструкции автомобильной дороги, выполненной традиционном методом и методом с использованием стабилизации, можно сказать, опираясь на исследования, что предлагаемая конструкция дорожной одежды по общему модулю упругости не уступает проектной конструкции дорожной одежды, характеризуясь нижеотмеченными преимуществами:
1. Преимущество предлагаемой конструкции (в сравнении с основанием из дискретных материалов, к каковым относится щебень) состоит в том, что укрепленный грунт не пропускает воду с поверхности покрытия к грунту земляного полотна, тем самым снижая вероятность его набухания и морозного пучения.
2. Основания из укрепленных грунтов (в сравнении с основаниями из дискретных материалов) характеризуются более высокой сдвигоустойчивостью и ровностью и во время эксплуатации не подвергаются колееобразованию и сдвигу.
3. Введение в укрепленный грунт модификатора повышает трещиностойкость основания, что гарантирует отсутствие копирующихся трещин в асфальтобетонных покрытиях.
4. Более высокий модуль упругости укрепленных грунтов в сравнении со щебнем позволяет снизить толщину дорожной одежды.
На рисунке 1 приведены примеры сравниваемых конструкций.
Кроме явных различий технических показателей, наблюдаются также значительные преимущества экономических показателей. А именно, стоимость квадратного метра дороги альтернативным методом, в отличие от традиционного будет в 2 раза ниже.
Рисунок 1. Конструкция автомобильной дороги (а-традиционная конструкция ДО, б-равнопрочная альтернативная конструкция ДО )
ЗаключениеК наиболее важной задаче дорожного строительства относится обеспечение требуемой надежности и долговечности дороги и ее отдельных конструктивных элементов – земляного полотна, дорожной одежды, искусственных сооружений и т.д.
Так, технология укрепления и стабилизации грунтов является наиболее практичным и эффективным решением для создания современной транспортной инфраструктуры, позволяющим не только обеспечить:
необходимую несущую способность оснований дорожных одежд;
минимизировать затраты;
сократить сроки выполнения работ;
сократить потребность в инертных материалах.
Применение стабилизирующих добавок в этом случае:
предотвращает водоотделение и расслаивание бетонной смеси;
обеспечивает высокую однородность бетона;
оптимизирует вязкость бетона для прокачки бетононасосом;
увеличивает время сохраняемости бетонной смеси в жидком состоянии;
позволяет бетонировать любые конструкции с густым армированием и сложной геометрической формы без применения вибраторов.
Список литературыГОСТ 24211 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия - Москва: Стандартинформ, 2010.
Коровяков, В. Ф. Предпосылки для развития строительства дорог с применением цементных бетонов / В. Ф. Коровяков // Технологии бетонов. -2014. — № 3. — С. 25–29
Патент на изобретение №2389844. Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа.
Попова Е. С. Повышение качества дорожного покрытия путем применения цементобетона [Текст] // Современные тенденции технических наук: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2015 г.). — Казань: Бук, 2015. — С. 76-79. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/163/8886/ (дата обращения: 03.03.2020).
Пособие к СНиП 3.06.03 – 85 - Пособие по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов.
СНиП 3.06.03-85 - Автомобильные дороги.