Результат интеллектуальной деятельности: ГРУНТОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА (ВАРИАНТЫ)

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 легкий пылеватый суглинок, углеводородсодержащее связующее и воду. В качестве углеводородсодержащего связующего смесь содержит нефтяной шлам (патент №2107703, опубликовано 27.03.1998).

Недостатком данной смеси является то, что состав нефтяного шлама, являющегося отходом производства при подготовке нефти на нефтепромыслах в виде донного слоя нефтепромыслового амбара, неоднороден. Это приводит к тому, что физико-механические характеристики получаемого материала меняются с изменением состава нефтешлама.

Известна укрепляющая грунтовая композиция, содержащая наполнитель крупной фракции, вяжущее и фермент-уплотнитель, в которой в качестве наполнителя крупной фракции использован щебень, наполнителя мелкой фракции - известняковый и бруситовый отсев, в качестве вяжущего - доломитовая известь и цеолит, в качестве фермента-уплотнителя - ПАВ на основе протеинов и сахаров (патент №2236504, опубликовано 20.09.2004).

Однако данная грунтовая композиция имеет высокую прочность на сжатие, что требует устройства деформационных швов при использовании в покрытии или основании автомобильных дорог, что в свою очередь ведет к удорожанию строительно-монтажных работ и увеличению сроков строительства.

Известна смесь из укрепленного портландцементом грунта с химической добавкой - катионным поверхностно-активным веществом ДОН-52КП (патент №2305149, опубликовано 27.08.2007 г.).

Недостатком данной смеси являются недостаточные для использования в основании и покрытии автомобильных дорог физико-механические характеристики, а именно морозостойкость.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь, включающая грунт, неорганическое вяжущее - цемент и химическую добавку, в качестве которой используют кремнийорганическую гидрофобизирующую жидкость ГКЖ-94 (полиэтилгидросилоксан) (В.М. Безрук. «Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве». Изд-во «Транспорт», 1971 г., стр.125-126), при следующем соотношении компонентов, %:

- грунт- 100,

- цемент - 8-12 (сверх 100%),

- ГКЖ-94 - 0,3-0,7 (сверх 100%),

- вода - оптимальная влажность.

Однако недостатками данного метода укрепления являются недостаточные показатели морозостойкости, краевого угла смачивания и водонасыщения, а также повышенный расход химической добавки, что значительно снижает экономический эффект строительства.

Технический результат изобретения - повышение гидрофобности и морозостойкости грунтовой смеси.

Результат достигается тем, что грунтовая смесь для дорожного строительства, включающая минеральное вяжущее, кремнийорганическую жидкость, воду и грунт, согласно изобретению содержит в качестве кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан, при следующем соотношении компонентов, %:

- грунт - 100,

- портландцемент - 6-12 (сверх 100%),

- октилтриэтоксисилан - 0,01-0,3 (сверх 100%),

- вода - 8-20 (сверх 100%).

Результат достигается тем, что грунтовая смесь для дорожного строительства, включающая минеральное вяжущее, кремнийорганическую жидкость, воду и грунт, согласно изобретению содержит в качестве кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан и дополнительно щелочь, 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 - 8-20 (сверх 100%).

Характеристика исходных материалов:

1. Минеральное вяжущее - портландцемент 400-Д0 ГОСТ 10178-85.

2. Кремнийорганическая жидкость - октилтриэтоксисилан ТУ 2437-224-40245042-08.

3. Щелочь - едкий натр ГОСТ 2263-79.

4. Грунты. Для изготовления образцов использовали суглинок легкий пылеватый ГОСТ 25100-95.

5. Вода по ГОСТ 23732-79.

Приготовление и методика испытания образцов предлагаемой грунтовой смеси для дорожного строительства

Вариант 1. Грунты высушили до воздушно-сухого состояния. Грунты просеяли через сито с отверстиями 5 мм (грунты предварительно размельчили). Влажность грунта определили путем высушивания навесок грунта в термостате до постоянной массы при температуре +105°C. Затем внесли вяжущее - портландцемент, смесь перемешали. Ввели водную эмульсию добавки октилтриэтоксисилан, растворенную в оптимальном количестве воды (для получения оптимальной влажности цементогрунта), затем тщательно перемешали в лабораторной лопастной мешалке в течение 4-6 мин. Из полученных смесей изготовили по 12 образцов-цилиндров диаметром 5,0±0,5 см трамбованием на приборе стандартного уплотнения. Число ударов гири при уплотнении смеси такое же, как при уплотнении грунтов. Изготовленные образцы поместили в эксикаторы над водой 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°C 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. Рабочая скорость свободного хода поршня 3 мм/мин. Предел прочности вычислили с точностью до 0,5 кгс/см как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов. Расхождение между результатами испытаний отдельных образцов не должно превышать 15%. Предел прочности на растяжение при изгибе определили перерасчетом результатов испытаний на раскол. 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°C, затем образцы погрузили в воду на 2±0,5 ч при температуре +18±2°C. После проведения установленного количества циклов замораживания-оттаивания на оттаявших образцах определили предел прочности на сжатие.

Вариант 2. Грунтовую смесь для дорожного строительства, содержащую дополнительно минеральный заполнитель, приготовили и испытали следующим образом.

Грунты высушили до воздушно-сухого состояния. Грунты просеяли через сито с отверстиями 5 мм (грунты предварительно размельчили). Влажность грунта определили путем высушивания навесок грунта в термостате до постоянной массы при температуре +105°C. Затем внесли вяжущее - портландцемент, смесь перемешали. Ввели водную эмульсию добавки октилтриэтоксисилан и щелочи, растворенных в оптимальном количестве воды (для получения оптимальной влажности цементогрунта), затем тщательно перемешали в лабораторной лопастной мешалке в течение 4-6 мин. Из полученных смесей изготовили по 12 образцов-цилиндров диаметром 5,0±0,5 см трамбованием на приборе стандартного уплотнения. Число ударов гири при уплотнении смеси такое же, как при уплотнении грунтов. Изготовленные образцы поместили в эксикаторы над водой и хранили таким образом в течение 28 суток для проведения на них испытания с целью определения показателей физико-механических свойств укрепленных грунтов.

Испытание данной грунтовой смеси проводили по той же схеме, что и по варианту 1.

Пример. В табл.1 показаны физико-механические характеристики различных составов укрепленного портландцементом грунта с добавлением октилтриэтоксисилана и щелочи.

Анализ полученных результатов показал, что введение октилтриэтоксисилана приводит к росту краевого угла смачивания и уменьшению водонасыщения, т.е. повышению гидрофобности, а также росту морозостойкости.

Из таблицы видно, что при введении дополнительно щелочи наблюдается прирост прочности на сжатие и на растяжение при изгибе.

Установлено, что при введении кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан в состав грунта укрепленного 6-10% цемента позволяет использовать полученный материал в основаниях переходного типа, дополнительных слоях основания капитального и облегченного типа дорожных одежд; при введении в состав грунта укрепленного 12% цемента - в основаниях облегченного типа и покрытиях переходного типа дорожных одежд.

Также определено, что при введении кремнийорганической жидкости октилтриэтоксисилан совместно с щелочью в состав грунта укрепленного 10% цемента позволяет использовать полученный материал в основаниях облегченного типа, покрытиях переходного типа дорожных одежд.

Устойчивая положительная динамика всех определяемых физико-механических характеристик полученного материала дает широкую область его применения в дорожном строительстве.

Рост экономической эффективности обусловлен высокой долговечностью материала, а следовательно, увеличенными межремонтными сроками и сроком службы дорожной одежды.