Применение ферментного стабилизатора "Дорзин" в дорожном строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение ферментного стабилизатора «Дорзин» в дорожном строительстве

Струков А.А.

Кочетков А.В.

Кадыров Ж.Н.

Филимонов А.А.

Развитие дорожного строительства связано с созданием дорожных одежд из монолитных покрытий, состоящих из органоминеральных и бетонных смесей. Их составляющая - битум и цемент являются весьма дорогими компонентами. С целью уменьшения необходимого количества вяжущих и повышения прочности и качества органоминеральных и цементобетонных смесей используются разные примеси типа поверхностно-активных веществ и катализаторов. Подобный процесс происходит и в технологии использования грунтов в дорожном строительстве. Для их укрепления целесообразно применять активные стабилизаторы, которые позволяют значительно сократить использование минеральных вяжущих и каменных материалов при проектировании и строительстве автомобильных дорог.

Стабилизаторы - это широкий класс разных по составу и происхождению веществ, которые в малых дозах положительно влияют на формирование свойств дорожно-строительных материалов за счет активизации физико-химических процессов и 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 автомобильных дорог.

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

Современное эффективное дорожное строительство невозможно без применения технологий стабилизации грунтов. Данные технологии применяются во всем мире более 30 лет, в России же стабилизаторы грунта пока находят достаточно ограниченное применение.

Использование стабилизаторов грунтов при строительстве автомобильных дорог позволяет:

- снизить себестоимость строительства дорожного полотна от 25 до 40% за счет уменьшения объемов поставок каменных материалов (щебень, песок) и минеральных вяжущих;

- сократить средние сроки строительства более чем вдвое за счет уменьшения физических объемов работ;

- повысить качество и долговечность дорожного полотна [7-9];

- обеспечить однородность физико-механических свойств (в показателях разброса - дисперсии и коэффициенте вариации) [2, 3];

- снизить риск недостижения целей и требований технических регламентов, нормативных документов и контрактной документации [1, 4-6, 10-13].

Известно, что при добавке к цементу сахара в количестве лишь 0,05% веса цемента прочность бетона в суточном возрасте снижается до нуля и в 3-суточном возрасте - до 50% прочности того же бетона без добавки сахара.

В настоящее время существует более 50 технологий стабилизации грунтов, в основном разработанных в США и ЕЭС. В США - более 3000 км. дорог (штаты Аляска, Айдахо, Миссури, Калифорния, Сан-Диего, Пенсильвания и т.д.). В Республике Казахстан в 2007-2008 гг. построен с применением этой технологии и успешно эксплуатируется участок дороги первой категории Астана-Петропавловск через курортный город Боровое 55 км.

В Российской Федерации за последние 8 лет построены и эксплуатируются участки автомобильных дорог в Ставропольском крае, в Московской, Липецкой, Нижегородской, Белгородской и Оренбургской областях. В целом в Российской Федерации вследствие существующих административных барьеров и инерционности в дорожном хозяйстве технологии стабилизации грунтов используются только на небольших (экспериментальных) участках.

Достигнутые результаты по пределам прочности на сжатие для различных стабилизаторов, применяемых в Российской Федерации приведены на рис. 1.

Рис. 1 Достигнутые результаты по пределам прочности на сжатие для различных стабилизаторов, применяемых в Российской Федерации

В последнее время данная тема широко обсуждается, однако практические действия осуществляются крайне медленно. Следует отметить в качестве основных причин торможения принятия этой технологии крайне агрессивное ее продвижение на основе административного ресурса в начале 2000-х годов, которое встретило неприятие дорожников в территориальных органах управления.

Исходя из национальных интересов страны и обеспечения максимального эффекта от внедрения технологий стабилизации грунтов, представляется целесообразным реализовывать мероприятия по четырем основным направлениям:

1. Уточнение нормативной правовой базы в сфере дорожного строительства, направленной на использование технологий стабилизации грунтов при строительстве и ремонте автомобильных дорог всех категорий.

2. Проведение централизованных комплексных исследований и разработка оптимальной технологии стабилизации грунтов для каждого региона Российской Федерации. Предполагается, что каждый тип грунта требует особого подхода (использования различных рецептур, возможно нескольких стабилизаторов и т.д.). Эти исследования с привлечением ведущих отечественных и зарубежных специалистов необходимы для того, чтобы исключить технические ошибки и столкновение коммерческих интересов при реализации отдельных проектов. Проведение таких работ позволит создать оптимальные технологии стабилизации грунтов (обеспечения однородности свойств) и определить, какие именно стабилизаторы наиболее подходят для российских условий.

Например, компанией ООО «ДорТехИнвест» разработаны варианты дорожных одежд с конструктивными слоями из укрепленных местных грунтов с использованием ионного стабилизатора.

3. Создание производства стабилизаторов грунта в России. Важно, чтобы, например, к 2015 году до 80-90% стабилизаторов грунтов, используемых при дорожном строительстве, приходилось на отечественную продукцию. Это вопрос и национальной безопасности, и экономии ресурсов. Из числа существующих стабилизаторов необходимо выбрать наиболее востребованные и технологически подходящие для российских условий и организовать их производство внутри страны.

4. Проведение программы обучения инженерно-технического персонала дорожно-строительных организаций основам технологии стабилизации грунтов.

Компания «ДорТехИнвест» в рамках исполнения Федеральных целевых программ «Развитие транспортной системы России (2010-2015 гг.)» и «Развитие города Сочи как горноклиматического курорта (2006-2014 гг.)» предлагает технологию с использованием ионного стабилизатора ферментного препарата «Дорзин», для применения в практике дорожного строительства в регионах Российской Федерации.

Данный препарат обеспечивает требуемые механико-технологические параметры, экологически безопасен, превосходит своих конкурентов по соотношению цены и качества, и уже апробирован в разных регионах Российской Федерации (в Ставропольском крае, Липецкой, Нижегородской, Белгородской и Оренбургской областях). При строительстве сложных и уникальных объектов данный препарат может эффективно сочетаться с другими стабилизаторами грунта. Это органический энзимный продукт, полученный путем ферментации патоки сахарной свеклы и являющийся экологически безопасным материалом, он может применяться в широком диапазоне погодных и климатических условиях. Высококонцентрованный фермент существенно активизирует процессы укрепления дорожно-строительных материалов цементом, и проявляет положительные качества при укреплении особенно тонкодисперсных грунтов, содержащих не менее 15-20 % по массе частиц, проходящих через сито 0,13 мм. Эффект от его применения основан на воздействии компонентов стабилизатора на активную часть грунта с учетом особенностей коллоидных и глинистых частиц.

Ферментный препарат не относится к классу реактивных веществ, которые формируют структуру дорожно-строительных материалов, таких как цемент, известь и битум. Его надо рассматривать как активирующие микроэлементы, которые стимулируют не только физико-химические процессы как катализаторы, а повышают эффективность механико-технологических процессов уплотнения грунтовых сред.

Важно отметить, что препарат создает условия уменьшения сопротивляемости среды типа «грунт-жидкость» при ее уплотнении. Уменьшается внутренний коэффициент трения. Частицы зернового материала имеют возможность изменить ориентацию и взаимное положение между собой, при этом среда становится более плотной.

Фактически происходит устранение «слабых мест» в укрепляемой среде, за счет чего точечные и распределенные нагрузки своевременно перераспределяются на большей площади, уменьшаются деформации в местах приложения нагрузок.

Ферментный препарат является сильным катализатором и одновременно сильным поверхностно-активным веществом, которое понижает поверхностное натяжение воды, в результате количество прочносвязанной воды в грунте резко сокращается, оптимальная влажность уменьшается на 1-3 %, чем обеспечивается достижение более высоких значений плотности при равных условиях уплотнения. Он активизирует ионообменные процессы, в результате происходит микроагрегатное структурообразование и искусственное «опесчанивание» грунта. Применение его в укрепляемой смеси пластифицирует физико-химические процессы образования цементного камня, который набирает прочность и одновременно сохраняет высокую деформативность. Наличие ферментных молекул в его составе способствует самозалечиванию возникающих деформаций и автоматическому повышению прочности структуры цементного камня при воздействии внешней нагрузки.

Предлагаемая к рассмотрению технология строительства оснований дорожных одежд с конструктивными слоями из укрепленных грунтов с использованием ферментного препарата проста и эффективна. При его применении конструируется новая дорожная одежда на основе использования местных грунтовых материалов, находящиеся в районе дорожного строительства. Препарат смешивается с водой, вносится в размельченный грунт, который затем утрамбовывается. При сжатии происходит каталитический связывающий процесс, вызывающий сильный цементирующий эффект. В результате чего получается прочная и менее уязвимая к воздействию влаги дорожная одежда. Ферментный препарат работает практически со всеми видами грунтов. При конструировании дорожных одежд с его применением достигается сокращение объемов использования каменных материалов (щебень, песок) и минеральных вяжущих. Для строительства 1 км дорожного полотна шириной 8 м и толщиной 20 см требуется 50 л ферментного препарата и 2-4% цемента. Такое дорожное полотно способно выдержать нагрузку на ось 8-11 т.

Пример практической реализации. Дорожно-строительные работы по устройству основания методом холодного ресайклинга из грунтоцементной смеси с применением ферментного препарата - стабилизатора «Дорзин» при ремонте участка, а/д Беляевка-Междуречье Беляевского района Оренбургской области.

Технические параметры участка ремонта: техническая категория, а/д - IV, ширина устраиваемого слоя -8 м, толщина устраиваемого слоя - 0,2 м.

Техника, используемая для выполнения работ:

1. Ресайклер BOMAG MPH-122 (ширина фрезы - 2,4 м);

2. Распределитель цемента Strewmaster (ширина распределительного механизма - 2,4 м);

3. Каток гладковальцовый DYNAPAK CA250, массой 14 тн, ширина вальца - 2,1 м;

4. Каток комбинированный ДЗ-58, массой 16 тн, ширина вальца - 2,1 м;

5. Поливомоечная машина с устройством подключения к ресайклеру;

6. Автогрейдер.

Материалы, используемые при выполнении работ: суглинок легкий песчанистый; цемент ШПЦ-400 ОАО «Новотроицкий цементный завод»; ферментный препарат «Дорзин»; вода техническая. Конструкция дорожной одежды приведена на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция дорожной одежды

Состояние автомобильная дорога Беляевка-Междуречье до (а) и после ремонта с применением технологии стабилизации (б) приведено на рис. 3.

а б

Рис. 3. Автомобильная дорога «Беляевка-Междуречье»: а - август 2011 г.; б - май 2012 г.

Области эффективного применения ферментного препарата-стабилизатора:

1. Устройство оснований повышенной прочности из грунтов, укрепленных 4-5% цемента с добавкой стабилизатора и 10% по массе золы уноса.

2. Устройство оснований и покрытий повышенной прочности из местных грунтов, укрепленных 4-5% цемента с добавкой стабилизатора и 30-40% продуктов дробления каменных материалов.

3. Устройство нового покрытия из отфрезерованного асфальто-гранулята, укрепленного 2,0-2,5% цемента, 1,5-2,0% битумной эмульсии с добавкой стабилизатора.

4. Устройство сельских дорог и подъездов к фермерским хозяйствам из местных грунтов и гравийно-песчаных смесей, укрепленных 2-3% цемента, с добавкой стабилизатора, с защитным слоем в виде поверхностной обработки.

Внедрение технологии стабилизации грунтов с использованием ионного стабилизатора, в практику дорожного строительства в различных регионах страны, позволит решить вопросы по обеспечению дорожными сетями малых городов, поселков и «медвежьих углов», уменьшить расходы по использованию денежных средств федерального и местных бюджетов, а также сократить сроки строительства и ремонта, автомобильных дорог.

Технология производства стабилизатора «Дорзин» защищена российскими и международными патентами. Разработана и запатентована технология строительства дорожного покрытия на основе природных грунтов Большого Сочи, обеспечивающая соблюдение всех требований МОК и экологических требований.

Разработан и согласован Федеральным дорожным агентством стандарт организации СТО13548260-002-2011 Материалы каменные и грунты, обработанные цементом с добавкой ферментного препарата «Дорзин». Технические условия.

Применение предлагаемой технологии строительства оснований дорожных одежд с конструктивными слоями из укрепленных грунтов с использованием ферментного препарата «Дорзин» полностью соответствует целям и задачам Федеральных законов «О техническом регулировании», «Техническом регламент о безопасности зданий и сооружений», «Об энергоэффективности», а также стандартам зеленого экологического строительства.

Литература

дорожный строительный материал цементобетонный

1. Свойства бетона http://www.bibliotekar.ru/beton-5/30.htm.

Размещено на Allbest.ru