Ущільнюючі добавки для ґрунту в дорожньому будівництві. Зміцнення та стабілізація ґрунтів

Технологія стабілізації ґрунту перетворює практично будь-який ґрунт на міцну основу.

Компанія «Національні ресурси» пропонує послуги зі стабілізації ґрунту (ГОСТ 23558-94) із застосуванням неорганічних в'яжучих. Стабілізація ґрунту – це ефективний спосіб створення основ під різні покриття.

Компанія "Національні Ресурси" більше 10 років працює у сфері будівництва та обладнання дорожньої основи.

Займається повним комплексом робіт з будівництва дорожнього покриття та основ доріг, а також промислових та складських майданчиків, шляхом зміцнення та стабілізації грунту із застосуванням різних матеріалів.

Гарантією якісно спроектованого та виконаного проекту є багаторічний досвід роботи компанії – одна з головних наших переваг.

Команда професіоналів готова до виконання робіт у найскладніших погодних умовах із практично будь-яким типом ґрунту. Завдяки великому практичному досвіду та накопиченій базі знань з аналізу ґрунтів, використовуючи сучасне обладнання, компанія "NR" забезпечує підбір оптимального складустабілізуючої суміші, що є запорукою та гарантією якості дорожньої основи до 15 років.

За якістю проектів, робіт і матеріалів стоїть тісне наукове співробітництво з профільними інститутами Росії та країн СНД, яке дає нам ще більше впевненості як у технологіях, що застосовуються, так і в їх високих показниках. Кожен зразок ґрунту та дорожнього покриття проходять лабораторні дослідження у спеціально змодельованих умовах, що дозволяє не допустити помилок під час будівництва доріг.

Відгуки про виконані замовлення та професійне, а також наукове співробітництво, резюме реалізованих проектіві наша гарантія забезпечують Вашу впевненість у будівництві або ремонті доріг компанією "Національні Ресурси".

Компанія "NR" володіє ефективним та продуктивним обладнанням для виконання повного комплексу послуг зі стабілізації та ресайклінгу доріг.

В автопарку компанії використовуються найбільші та продуктивні ресайклери Wirtgen WR250. Продуктивність одного ресайклеру становить 8000 м2 на зміну. Глибина ущільнення сягає 560мм.

Автопарк ресайклерів Wirtgen WR250 у кількості 10шт. дозволяє виконувати найскладніші роботи в найкоротші терміни.

Також, у наявності компанії використовуються: цементорозподільники, ковзанки, автогрейдери та навісні стабілізатори (для ісользування на невеликих площах).

Про технологію

Стабілізація ґрунтуявляє собою процес ретельного подрібнення та змішування ґрунту з відповідними неорганічними сполучними матеріалами (цементу або вапна), додають їх у пропорції 5-10% від маси, з подальшим ущільненням.

При використанні даної технології неорганічними в'язкими матеріалами відпадає необхідність у значній кількості транспорту, оскільки зміцнювати можна абсолютно будь-які місцеві ґрунти, будь то суглинки, супіски або піщані ґрунти, що знаходяться неподалік, а доставити залишається до місця робіт тільки в'яжучі матеріали.

Представлена ​​технологія – це міцні зносостійкі конструкції доріг та майданчиків з високими якісними характеристиками для будь-яких екстремальних навантажень та кліматичних умовРосії.

Будівництво доріг методом стабілізації ґрунтів

Технологія стабілізації ґрунту застосовується при наступному будівництві:

• ремонт та реконструкція існуючих автомобільних доріг;
• при будівництві автомобільних доріг IV-V категорії;
• тимчасових, технологічних, допоміжних та ґрунтових доріг;
• тротуарів, паркових, пішохідних та велодоріжок;
• автостоянок, паркувань, складських та торгових центрівта терміналів при створенні міцних основ під будівництво об'єктів різних категорій;
• полігонів ТПВ та небезпечних речовин;
• підстав під влаштування промислових підлог та укладання тротуарної плитки;
• основ під залізничні колії.

Стабілізація ґрунту відео

Переваги: ВАРТІСТЬ / ЧАС РОБОТ / МІЦНІСТЬ ПІДСТАВИ / ГАРАНТІЯ

Даний метод має низку переваг перед традиційними способами будівництва дорожніх основ.

ВАРТІСТЬ зниження вартості будівельних робіт на 50%.

ШВИДКІСТЬ РОБОТ від 3 000 м2 до 8 000 м2 за зміну.

МІЦНІСТЬ ПІДСТАВИмежа міцності на стиск при стабілізації грунту з використанням неорганічних в'яжучих досягає 500 МПа.

Гарантійний термін дорожньої основи з технологією стабілізації ґрунту досягає 15 років.

Представлені переваги стали можливими за рахунок наступних факторів:

• повної відмови від використання нерудних матеріалів (щебінь, пісок),
• відсутності земляних робітз вилучення грунту під конструктив дороги, а відповідно відсутності утилізації даного грунту,
• повної механізації процесу,
• сучасної техніки, що дозволяє прискорювати швидкість виконання.

Стабілізація ґрунтів
Отриману основу можна експлуатувати самостійно, без нанесення шару асфальту, так і разом з ним.

Важливо й те, що метод не надає шкідливого впливу на навколишнє середовище, а також передбачає повну автономність та свободу у виборі матеріалу. Сучасне обладнання дозволяє ефективно проводити стабілізацію ґрунту безпосередньо на місці на глибину до 50 см за один робочий прохід з великою точністю дозування в'язких матеріалів.

Ноу-хау компанії Національні Ресурси

Застосування технології дезінтеграції Хінта стало можливим отримання стабілізованої основи із застосуванням цементу в кількості 2%.

Дана технологія дає можливість збільшити характеристики стабілізованої основи.

Стабілізація ґрунту - це можливість будівництва дороги з ґрунту, без накладання дорогої асфальтобетонної основи.

Чинна гнучка система знижок! Індивідуальний підхіду формуванні цінової політики до кожного клієнта!

Стабілізація ґрунтів

Доатегорія:

Про дорожньо-будівельні машини

-

Стабілізація ґрунтів

Грунти, що застосовуються в дорожньому будівництві, мають певні граничні показники міцності, тобто здатні нести певну величину навантаження від транспорту, що рухається.

В Останніми рокамибув розроблений новий методпідвищення міцності ґрунтів шляхом внесення добавок в'яжучих матеріалів – цементу, вапна, бітуму, дьогтю. Цей метод називають стабілізацією ґрунту в'яжучими матеріалами. Укріплені за цим методом ґрунти застосовують для спорудження дорожніх підстав під капітальні покриттяз асфальтобетону та для будівництва полегшених покриттів замість асфальтобетонних. Вартість будівництва основ та покриттів зі стабілізованого ґрунту в 3,5-5 разів дешевша, ніж будівництво щебеневих основ або асфальтобетонних покриттів. Шар основи із стабілізованого ґрунту товщиною 30 см рівноміцний шару із щебеню товщиною 18-20 см; легке покриття із стабілізованого ґрунту товщиною 15-20 см рівноміцно асфальтобетонному покриттю товщиною 6-10 см.

Раніше дорожні покриття споруджували у вигляді бруківки (бруківка) або шляхом укладання шару щебеню товщиною 6-15 см, що укочується колесами екіпажів або дорожніми катками (щебеневе або «біле» шосе). З розвитком автомобільного руху міцність цих шосе виявилася недостатньою.

-

Основна причина швидкого руйнування білих шосе колесами автомобілів полягає у слабкому зв'язку окремих щебінь один з одним.

Крім того, у зв'язку з високими швидкостямируху автотранспорту до доріг пред'являються нові вимоги - рівність покриття, безпиловість і хороше зчеплення з шинами.

Збільшення зв'язності щебеня в покритті досягається впровадженням в товщу покриття органічних в'яжучих матеріалів - бітуму або дьогтю, що збільшує міцність і стійкість до дорожнього руху. Наявність в'яжучих матеріалів у покритті дозволяє рівно обкатати катками його поверхню, зв'язати пил і таким чином знепилити дорогу та покращити зчеплення з шинами. Органічне в'яжучу речовину обволікає тонкою плівкою мінеральні частинки та зв'язує їх між собою.

Біле шосе, оброблене бітумом або дьогтем, набуває чорного кольору і тому такі покриття називають «чорними».

Стабілізацію грунтів можна проводити як у місцевих, і на привізних грунтах. Для стабілізації найбільш підходящими є супіски та суглинки. При стабілізації грунтів верхній рослинний шар (дерн) з корінням трав і чагарника повинен бути видалений, так як при гниття частинок рослинності утворюються порожнечі.

Стабілізація ґрунтів складається з наступних основних операцій: – підготовки смуги ґрунту; – розпушення та подрібнення ґрунту; - розподілу в'яжучого матеріалу; – перемішування подрібненого ґрунту з в'яжучим матеріалом; – поливання та остаточного перемішування з водою подрібненого ґрунту, змішаного з порошкоподібним в'язким при стабілізації цементом або вапном; - Ущільнення смуги, стабілізованого ґрунту.

Підготовка смуги полягає у видаленні дернового шару та коренів пнів і чагарників та у плануванні смуги. із засипкою місцевих западин та зрізанням бугрів та купин.

При цьому профільують земляне полотно і нарізують бічні кювети. Роботи з підготовки смуги виконують бульдозерами та, якщо потрібно, корчувачами, а також грейдерами або автогрейдерами.

Якщо стабілізують місцеві ґрунти, то відповідну смугу земляного полотна піддають розпушенню та подрібненню. Якщо стабілізація проводиться не на місцевому ґрунті, то потрібний ґрунт привозять із притраосового кар'єру скреперами, тракторними причепами або автосамоскидами, розподіляють і планують привезений ґрунт на земляному полотні і потім його розпушують і подрібнюють.

Розпушувати щільні, важкі супіски та суглинки доцільно причіпними тракторними плугами та боронами.

Легкі ґрунти розпушують причіпними тракторними фрезами, які потім подрібнюють розпушений ґрунт. Розпушування та подрібнення здійснюються декількома проходами машин по смузі, що обробляється.

Чим інтенсивніше подрібнюється грунт, тим краще і рівномірніше він поєднується з в'язким матеріалом і тим міцніше виходить стабілізований шар. У нормально подрібненому ґрунті кількість частинок розміром 3-5 мм має перевищувати 3-5% за вагою, що перевіряють спеціальними пробами.

Стабілізація цементом

Цемент або вапно привозять на місце робіт у цементовозах або автосамоскидах і вручну лопатами розподіляють рівномірно по смузі, що обробляється безпосередньо перед перемішуванням всуху. Спеціальні машини для розподілу цементу та вапна поки що не виготовляються.

Грунт змішують з в'язким всуху, потім поливають водою з автогудронатора, після чого остаточно перемішують декількома проходами фрези причіпної і ущільнюють укаткою.

Стабілізація бітумом чи дьогтем

Бітум або дьоготь привозять і розливають автогудронатор безпосередньо перед перемішуванням, щоб в'яжуче не охололо.

Ґрунт із в'яжучим матеріалом перемішують декількома проходами причіпної фрези та ущільнюють укаткою.

Стабілізований шар ущільнюють пневмошинним катком Д-219 на причепі до автомобіля або колісного трактора. Буксирування катка гусеничним трактором неприпустиме через псування поверхні смуги шпорами гусениць.

Технологія зміцнення/стабілізації ґрунтів з використанням неорганічних в'яжучих матеріалів застосовується у будівництві понад 60 років як у нашій країні, так і в багатьох зарубіжних країнах.

При використанні даної технології, залежно від кінцевого результату, поділяють стабілізацію ґрунтів та зміцнення ґрунтів.

При стабілізації ґрунтів є можливість покращити умови ущільнення місцевих ґрунтів, у тому числі перезволожених та пучинистих. Даний метод дозволяє влаштовувати морозозахисні шари, а також збільшити несучу здатність ґрунтів основ.

При зміцненні ґрунтів відбувається суттєве збільшення фізико-механічних характеристик місцевих ґрунтів. Метод застосовується для влаштування як морозозахисних шарів, так і несучих шарів основ.

Нормативні документи: ГОСТ 30491-97. «Суміші органомінеральні та ґрунти, укріплені органічними в'язкими, для дорожнього та аеродромного будівництва. Технічні умови". ГОСТ 23558-94. «Суміші щебенево-гравійно-піщані та ґрунти, оброблені неорганічними в'язкими матеріалами, для дорожнього та аеродромного будівництва. Технічні умови".

Область застосування

За відсутності в районі будівництва родовищ міцних кам'яних матеріалів, а також піщаних ґрунтів, придатних для будівництва основ, як показує вітчизняний досвід, можна ефективно використовувати наявні місцеві ґрунти, поліпшені або укріплені різними в'язкими матеріалами.

Технологія стабілізації/зміцнення ґрунтів за методом змішування на місці може бути використана при будівництві конструктивних шарів основи: верхнього та нижнього шару.

Опис

Використання в'яжучих матеріалів при стабілізації/зміцненні місцевих ґрунтів дозволяє збільшити щільність, підвищити водостійкість та морозостійкість.

Сучасне обладнання дозволяє ефективно проводити покращення/зміцнення місцевих ґрунтів безпосередньо на місці на велику глибину (до 40 см) за один робочий прохід з великою точністю дозування в'язких матеріалів.

Існуюче однопрохідне змішувальне обладнання дозволяє отримувати однорідну суміш навіть при роботі з ґрунтами підвищеної вологості.

В'яжучі матеріали та добавки

Основними та доступними мінеральними в'язкими матеріалами є цемент та вапно. Зазвичай, дозування становить від 3 до 10% (?6%) від маси грунту, що зміцнюється.

При використанні вапна або цементу для стабілізації або зміцнення ґрунтів практично завжди вдається забезпечити необхідний коефіцієнт ущільнення ґрунту на основі підборів лабораторних дозування в'яжучих матеріалів.

Для зміцнення цементом найбільш придатні пилуваті супіски та піщано-глинисті ґрунти оптимального складу.

Технологія виконання робіт

Під час проведення робіт виконуються такі технологічні операції:

• Планування поверхні основи
• Дозування органічних в'яжучих матеріалів та розподіл
• Змішування фрезерувальною машиною на задану глибину, у разі потреби дозування органічних в'язких (бітумної емульсії) та хімічних добавок безпосередньо до змішувача.
• Планування та ущільнення основи до заданих показників.

Спеціальний комплект механізмів може мати продуктивність від 5000 до 15000 м3 за зміну залежно від глибини зміцнення та можливості доставки на об'єкт необхідної кількості в'яжучих матеріалів.

Особливості вертикального планування майданчиків із застосуванням технології стабілізації/зміцнення ґрунтів

При проектуванні вертикального планування територій зазвичай використовується загальний принцип планування земних робіт з урахуванням так званого « нульового балансуземляних мас». Даний принцип дозволяє знизити витрати, пов'язані з переміщенням земляних мас по території, а також дозволяє виключити перевезення як відсутніх, так і зайвих матеріалів і вивезення ґрунту.

Традиційний спосіб земляних робіт є такі недоліки:

• Виникає необхідність вивезення непридатних (перезволожених, пучинистих) ґрунтів
• При будівництві відкритих майданчиків (внутрішні дороги, стоянки), є проблема проектування конструкцій дорожніх одягів із забезпеченням вимог по морозостійкості, в Центральному регіоні РФ для забезпечення цієї вимоги загальна товщина конструкцій потрібен пристрій конструкцій загальною товщиною близько 1,0 м. Остаточний рівень вертикального планування підстав збігається з рівнем «нульового балансу земляних робіт», це означає, що для влаштування основ потрібна доставка значного обсягу привізних матеріалів (пісок, щебінь тощо). Відповідно додаткові витрати.
• Дорожне будівництво. Обробка негашеним вапном грунту, призначеного під будівництво дорожнього полотна, дає можливість отримати тверду основу з хорошими характеристиками, що несуть. Вапно модифікує дрібнозернисті та вологі глинисті ґрунти, а також стабілізує хімічно активний ґрунт за рахунок пуцоланової реакції.

При використанні технології стабілізації/зміцнення ґрунтів можна застосувати більш оптимальне рішення при будівництві об'єктів різного призначення.

Застосування технології стабілізації/зміцнення ґрунтів дозволяє отримати до 20% економії, порівняно з традиційним методом.

Для влаштування бетонної промислової підлоги рекомендується виконувати стабілізацію основи з двох причин.

По-перше, якісна міцна основа.

Ст. наук. Співробітник Т.Т. Абрамова
(МДУ ім. М.В. Ломоносова),
А.І. Босів
(ФГУП «РОЗДОРНІЇ»),
К.Е. Валієва
(МДУ ім. М.В. Ломоносова)
________________________________________

Вступ

В даний час відзначається бурхливе зростання обсягів будівництва різних об'єктів транспортної інфраструктури. На більшій частині території Росії відсутні традиційні дорожньо-будівельні матеріали, що зумовлює їх дефіцит та викликає збільшення загальної вартості об'єкта будівництва. У зв'язку з цим для влаштування дорожнього одягу доцільно застосовувати місцеві ґрунти. Для того, щоб мати можливість використовувати, наприклад, найбільш поширені в РФ глинисті грунти, як відомо, що володіють високою зв'язністю і міцністю в сухому і мізерно малої у водонасиченому стані і є пучинистими, потрібно забезпечення їх довговічності та стійкості, незалежно від зміни вологості, погодних умов та змінних навантажень під час руху транспорту. Цього можна досягти лише за умови корінного якісного зміни природних властивостейтаких ґрунтів.
Розробкою складів на основі ґрунту з неорганічними (це-мент, вапно, зола уносу та ін.) та органічними (бітуми, бітумні емульсії, дьогті, полімерні смоли та ін.) в'яжучими займалися багато наукові школи, починаючи з 20-х років минулого сторіччя. Аналіз результатів їх робіт показав, що склади на основі цементу відрізняються високою жорсткістю і, відповідно, тріщиноутворенням. Крім цього, цементогрунти мають підвищену стирання, що не дозволяє використовувати їх для влаштування дорожніх покриттів без захисного шару зносу. Вапнування грунтів не надає їм морозостійкості. Органічні в'яжучі сприяють розвитку колеєтворення, а також пластичних деформацій шару основи.
Багаторічні дослідження в різних країнахсвіту показали, що підвищення водостійкості глинистих грунтів можна забезпечити, використовуючи поверхнево-активні речовини (ПАР), що дозволяють стабілізувати такі грунти при невеликій витраті ПАР. Введенням активних реагентів можна знизити потребу у в'яжучих матеріалах, значно покращити фізико-механічні характеристики глинистих ґрунтів та зробити їх придатними для використання у будівельних роботах.
Сучасне дорожньо-будівельне обладнання (грунтові фрези, ресайклери, пересувні грунтозмішувальні установки) дозволяє ефективно проводити стабілізацію та зміцнення грунтів безпосередньо на місці на велику глибину (до 50 см) за один робочий прохід з великою точністю дозування матеріалів, що вносяться в грунт. Високопродуктивне ґрунтозмішувальне обладнання, яке випускають такі відомі компанії, як Bomag, Caterpillar, FAE, Wirtgen та інші, дозволяє отримувати однорідну суміш навіть при роботі з перезволоженими ґрунтами. У зв'язку з цим останнім часом до стабілізаторів ґрунтів помітно зріс інтерес фахівців-шляховиків як у нас у країні, так і за кордоном.
Стабілізатори – це дуже широкий клас різних за складом та походженням речовин, які в малих дозах позитивно впливають на формування властивостей дорожньо-будівельних матеріалів, як за рахунок активізації фізико-хімічних процесів, так і за рахунок оптимізації технологічних процесів. Ці речовини можуть використовуватися майже на всіх технологічних етапах у дорожньому та аеродромному будівництві, починаючи від спорудження земляного полотна і закінчуючи будівництвом твердих покриттів, штучних інженерних споруд та облаштуванням доріг.
Стабілізатори можуть бути різного походження, відрізняючись за властивостями, але всіх їх поєднує те, що вони збільшують щільність, вологостійкість і морозостійкість грунтів, знижуючи їх безодню.
Кожен конкретний стабілізатор має свою індивідуальну назву, що відображає специфіку країни-виробника та особливості застосування. До найбільш відомих можна віднести такі стабілізатори глинистих грунтів: ЕН - 1 (США), SPP (ПАР), Roadbond (США), RRP-235 Special (Німеччина), Perma-Zume (США), Terrastone (Німеччина), «Дорзин » (Україна) та LBS (США), «Дортех» (РФ), ECOroads (США), М10+50 (США).

1. Теоретичні основигідрофобізації зв'язних ґрунтів

Відмінною особливістю стабілізаторів є зміна гідрофільної природи глинистого грунту на гідрофобну. Тому для забезпечення стабілізації зв'язкових ґрунтів необхідне знання основ процесів гідрофобізації.
Гідрофобізація – зміна природи поверхні мінеральних частинок впливом на ґрунт невеликими дозами поверхнево-активних речовин. Фізична її сутність полягає в тому, що змочуваність або несмачиваемость грунту залежить від кристалічної структури його мінералів, характеру їх міжпакетних і міжмолекулярних зв'язків. Основною причиною змочування є наявність на поверхні мінералів некомпенсованих енергетично активних центрів. У молекулах ПАР міститься полярна (гідро-фільна) група та вуглеводневий (гідрофобний) радикал. Повне або часткове усунення змочування мінералів ґрунту водою може бути досягнуто шляхом врівноваження енергетично активних центрів поверхні мінералів ґрунту поверхнево-активними речовинами, що мають таку здатність, і в той же час, внаслідок своєї молекулярної природи не змочуються водою. Великі органічні катіони мають великий обсяг і молекулярну вагу, внаслідок чого енергійно і міцно сорбуються ґрунтом, витісняючи неорганічні катіони з їх обмінних позицій.
Другий шлях урівноваження некомпенсованих зв'язків на поверхні мінеральних систем заснований на адсорбції дипольних органічних молекул поверхневими іонами на базальних площинах. кристалічних ґратглинистих мінералів.
Третій шлях полягає в сорбції катіонами мінеральної поверхні (Ca2+, Al3+, Si4+ та ін.) негативно заряджених полярних аніонів реагенту. Цей шлях врівноваження нескомпенсованих зв'язків ґрунтових систем може мати лише приватне значення, головним чином для карбонатних ґрунтів.
Надання чітко виражених гідрофобних властивостей грунту викликає певні труднощі, що обумовлено його складністю як колоїдно-дисперсної, полімінеральної системи, з вмістом деякої кількості адсорбованої води. Легше досягається часткова гідрофобізація грунту, яка в багатьох випадках призводить до змін структури і властивостей оброблених грунтів. Вже на ранніх етапах досліджень (у 50-х роках минулого століття) гідрофобизації дисперсних ґрунтів в інженерних цілях було встановлено, що їх обробка катіоногенними ПАР призводить до збільшення значень крайового кута змочування до 90° і більше (для бентоніту – з 15° до приблизно 103º ). Така значна зміна властивостей поверхні твердих фаз ґрунту супроводжується явищем флокуляції та агрегації ґрунтових систем. Цей механізм може бути описаний як результат взаємодії колоїдного катіону ПАР з колоїдним аніоном ґрунтової системи. При цьому гідрофільна частина катіону адсорбується ґрунтовими частинками, а вуглеводневі ланцюги, з'єднуючись між собою, утворюють агрегати частинок, що призводить до огрублення системи загалом за ознакою гранулометричного складу. Як змінні, що впливають на флоккулюючу здатність ПАР часто виступають: а) дозування реагенту; б) рН ґрунту і в) концентрація та тип неорганічних солей у ґрунті.
Через зменшення здатності гідрофобізованого ґрунту адсорбувати воду та пов'язаних з цим структурних перетворень відбуваються зміни фізичних властивостейґрунтів, а саме: а) зниження здатності ґрунту до переміщення води під дією капілярних і гравітаційних сил; б) зменшення прагнення ґрунту до об'ємних змін (набухання та усадка) при зволоженні та висушуванні; в) підвищення міцності ґрунтової системи у водонасиченому стані та збереження її протягом тривалого часу.
Відомо, що причиною поліпшення реологічних властивостей дисперсних глинистих ґрунтів за рахунок добавок малих кількостей ПАР є зміна характеру гідратних оболонок глинистих частинок і адсорбція ПАР на поверхні глинистих мінералів. Будь-яка взаємодія між молекулами чи іонами призводить до зміни їх міжатомних відстаней. І.С. Чоборовська, вивчаючи адсорбцію ССБ (високомолекулярне ПАР) на різних мономінералах, вважає, що вона носить вибірковий характер. Зміна властивостей глинистих грунтів різного складу та стану при взаємодії з розчинами ПАР представлено у роботі Ю.К. Єгорова. Досліджувався вплив трьох типів ПАР: неіногенних (ОС-20, словатон), катіонактивних (синтегал, трансферин) та аніонактивних (вотамол, сульфанол) з концентрацією від 0,1 до 10 г/л. Автором встановлено, що глини каолінітового складу сорбують ПАР менше, ніж глини монтморіллонітового складу. Катіонактивні ПАР (КПАВ) сорбуються краще, ніж неіоногенні (НПАВ). Взаємодія КПАВ із глинами веде до коагуляції глинистих частинок, що підвищує проникність глин для розчинів. АПАВ практично не сорбуються, оскільки заряд їх активних груп збігається із зарядом глинистих частинок. Вивчення адсорбції НПАВ та АПАВ показало, що велике значеннямає їх критична концентрація міцелоутворення (ККМ). При адсорбції ПАР нижче цього значення адсорбційний шар відповідає мономо-лекулярной структурі з горизонтальною орієнтацією головної осі молекули щодо поверхні розділу фаз . Більш складна структура адсорбційного шару виникає, коли концентрація ПАР більша за ККМ, тобто в тому випадку, коли молекули асоційовані. В цьому випадку ізотерма різко зростає, що відбувається, ймовірно, в результаті формування адсорбційного полімолекулярного шару .
Таким чином, можна відзначити, що адсорбція різних ПАР на поверхні одного і того ж мінералу протікає по-різному. По сорбційної активності їх можна поставити в наступний ряд: КПАВ → НПАВ → АПАВ. Отже, і характеристики стабілізованих різних глинистих грунтів будуть різко відрізнятися один від одного.

2. Стабілізація зв'язних ґрунтів

Великі наукові дослідження з гідрофобізації, виконані в ХХ столітті як в СРСР, так і за кордоном, показали, що досить важливим залишається питання тривалості процесу гідрофобізації при постійному зволоженні та водонасичення грунтів протягом терміну їхньої служби в конструкціях дорожніх одягів.
Сучасні стабілізатори вже багато років успішно застосовують у США, Німеччині, ПАР, Канаді та багатьох інших країнах, а останнім часом і в Росії для будівництва покриттів та основ автомобільних доріг, аеродромів, паркінгів та ін. Серед стабілізаторів зарубіжного і вітчизняного виробництва можна виділити такі, відомі під торговими назвами: Roadbond, Статус, Дортех, ANT, ECOroads, Маг-ГФ, RRP-235-Special, Perma-Zume, Дорзін, Топ сил », LBS, М10+50, LDC+12, Nanostab. Вони можуть бути кислими, основними чи нейтральними. Хімічний склад сучасних стабілізаторів або запатентований, або, будучи власністю авторів чи фірм, повністю не розкривається.
Сучасні стабілізатори мають складні, багатокомпонентні склади, що включають:
кислі органічні продукти, суперпластифікатори та інші речовини;
рідкі силікатно-, акрилово-, вініл-ацетатні, стирол-бутадієнові полімерні емульсії;
низькомолекулярні органічні комплекси.
Стабілізатори можуть бути катіоно-, аніоноактивні та неіоно-генні. У зв'язку з цим їх взаємодія з тим самим глинистим мінералом протікатиме не однотипно.
Стабілізатори першого типу мають складний склад, що включає кислі органічні продукти, суперпластифікатори та інші добавки. Усі вони характеризуються кислою реакцією середовища з рН не більше 1,72 – 2,65. Вода при введенні таких стабілізаторів активізується за рахунок іонізації (H+, OH і H3O+). Розчин стабілізатора, у свою чергу, змінює заряд на поверхні глинистих частинок за рахунок енергетичного обміну електричними зарядами між іонізованою водою та мінеральними частинками ґрунту. Обмінюючись зарядами з іонізованою водою, частинки ґрунту порушують природні зв'язки з капілярною та плівковою водою. При ущільненні ґрунту, обробленого розчином стабілізатора, легко відокремлюється капілярна та плівкова вода, створюючи умови високої ущільнюваності суміші. Таким чином, стабілізатор грає роль пластифікуючої добавки, що дозволяє при меншій оптимальній вологості грунту досягати більш високих показниківйого густини. Для ґрунтів кислих різновидів застосовують катіоноактивні ПАР. Для карбонатних ґрунтів доцільно застосовувати аніоноактивні ПАР. На думку авторів, розробників матеріалу АПАВ «Статус-3» , мікродільниці поверхні глинистого грунту, що несуть певний заряд, адсорбують протилежно заряджені іони, але при цьому іони ПАР, однойменно заряджені з поверхнею, безпосередньо нею не адсорбуються, а під дією електростатичних сил поблизу ад іонів утворюють разом із на поверхні адсорбенту подвійний електричний шар (ДЭС). За наявності ДЕС поверхнева щільністьзаперечного заряду утворює як би внутрішню обкладку, а частинки грунту (аніони, катіони), що знаходяться на межі розділу фаз, утворюють зовнішню обкладку протилежного знака (відповідно адсорбційна та дифузна частини ДЕС), а в цілому система електронейтральна .
Дослідження, проведені в МАДИ, показали, що після взаємодії ґрунту зі «Статус» змінюється його структура. На поверхні мінеральних зерен утворюється гідрофобна плівка. У ґрунтах, оброблених стабілізатором «Статус», відбувається значне скорочення пор діаметром 0,0741-0,1480 мкм у порівнянні з ґрунтами без стабілізатора (метод фотометрування негативу). Одночасно відбувається і збільшення коефіцієнта орієнтації пір Ka у вибраному напрямку, який становить 11,26 та 10,57 % відповідно для обробленого та необробленого ґрунтів. Вищесказане свідчить про спрямовані закономірності зміни обробленого ґрунту та утворення більш стійкої структури матеріалу. Вдалося досягти зниження оптимальної вологості глинистих грунтів, підвищення їх водостійкості, а також зниження розмокання, водопоглинання, набухання. Швидкість розмокання необробленого ґрунту в 1,5-2 рази вище, ніж ґрунту, обробленого стабілізатором. При цьому стабілізований грунт не набуває водостійкості.
Втрати міцності після водонасичення можна уникнути, використовуючи для перетворення грунтів інші сучасні матеріали– полімерні емульсії (другий тип стабілізаторів), з широким діапазоном властивостей. Типова полімерна емульсія містить приблизно 40-60 % полімеру, 1-2 % емульгатора, а частиною, що залишилася, є природна вода. Полімер також може значно змінюватися за своїм хімічним складом, молекулярною вагою, ступенем розгалуженості, розміром бічних ланцюгів, складом і т.д. Більшість полімерних продуктів, що використовуються для стабілізації та зміцнення ґрунтів, є сополімерами на основі вінілацетату або акрилу.
Дослідження, проведені США, показали, що полімерні емульсії дійсно забезпечують значний приріст міцності, зокрема додатково за умов вологості . Процес затвердіння емульсії складається з «розшарування» та подальшого звільнення від води шляхом випаровування. Розшарування емульсії відбувається тоді, коли окремі крапельки емульсії, що у зваженому стані у водній фазі, з'єднуються друг з одним. На змоченій емульсією поверхні частки ґрунту відбувається осадження полімеру, кількість якого залежить від концентрації полімеру, доданого в суміш, та від пропорції змішування з ґрунтом.
Одним із таких полімерних матеріалів є LBS – рідкий силікатно-полімерний стабілізатор ґрунту – КПАВ. При внесенні водного розчину LBS в грунт забезпечується необоротна зміна фізико-механічних властивостей грунту за рахунок хімічного впливу, шляхом іонного заміщення плівкової води на поверхні пилуватих частинок молекулами стабілізатора, які мають водовідштовхувальну дію. Плівкова вода в результаті ущільнення обробленого глинистого ґрунту легко виводиться з нього. Поліпшений таким чином грунт стає більш міцним і практично водонепроникним, що робить його стійким до впливу будь-яких кліматичних умов і здатним сприймати збільшене корисне навантаження навіть в умовах тривалих рясних опадів. Модуль пружності для грунтів (від супіску піщанистого до суглинку важкого), стабілізованих LBS, досягає 160-180 МПа. Такі ґрунти мають також вищі (~ на 50 %) порівняно з нестабілізованими ґрунтами у сухому стані показники стійкості на зсув. Ефективність використання полімерного стабілізатора LBS найбільш помітно проявляється при роботі з високопластичними пучинистими глинистими грунтами. Такі ґрунти після обробки переходять у розряд слабопу-чинистих і непучинистих. Такий результат досягається завдяки перекладу у вільний стан плівкової води, що була раніше на поверхні глинистих частинок. Грунти, стабілізовані за допомогою LBS, мають високі деформаційні характеристики. Наприклад, зразки супіску пилуватий з числом пластичності 12 і вологістю 14,4 % (вологість на межі розкочування – 18 %, на межі плинності – 30 %) після стабілізації полімерною емульсією та тривалого (28 діб) капілярного водонасичення (щільність зразків 26 г/см2, скелета – 1,98 г/см2) були піддані лабораторним випробуванням жорстким штампом. Модуль пружності їм склав 179-182 МПа. Ступінь пучинистості стабілізованих ґрунтів визначався відповідно до ГОСТ 28622-90 за допомогою спеціально розробленої установки. Результати досліджень показали, що глинисті ґрунти після впливу на них LBS переходять у розряд непучинистих або слабопучинистих і ненабухають або слабонабухають.
Інноваційними розробками для стабілізації грунтів та будівництва доріг є такі матеріали, як LDC+12 (рідкий акриловий полімерний продукт) та Enviro Solution JS (рідке вініл-ацетатне з'єднання), а також M10+50 – рідка полімерна емульсія на акрилової основі, що є в'язким матеріалом Останній був розроблений спеціально для значного поліпшення таких характеристик ґрунту, як: прилипання, опір стирання, впливу згинальної сили, а також для збільшення довговічності шару дорожнього одягу. Грунти, оброблені матеріалом M10+50, застосовуються при будівництві та ремонті об'єктів транспортної інфра-структури, мають ряд переваг у порівнянні з іншими стабілізаторами, що виробляються на сучасному етапі. М10+50 використовується в ґрунтах з числом пластичності до 12. Емульсія добре розчиняється в прісній та солоній воді. Стабілізований грунт набуває водостійкості. Ґрунтовий шар, оброблений емульсією М10+50, може використовуватися для проїзду техніки через 2 години після проведення робіт. Такий шар не вимагає спеціального догляду, на відміну від шару, укріпленого цементом або вапном. Грунт, оброблений складом М10 +50, має найбільшу здатність до опору руйнування від атмосферних впливів і ультрафіолетового випромінювання. Більш ніж 20-річний досвід використання цього полімерного стабілізатора показує значно вищі результати застосування акрилових стабілізаторів порівняно з неакриловими полімерами.
Глинисті грунти можна перетворювати, використовуючи й інші сучасні іоноактивні матеріали (Perma-Zume, «Дорзин») – стабілізатори третього типу, засновані на ферментах. Такі фермен-ти є композицією речовин, в основному утворилися в процесі культивування організмів на комплексному поживному середовищі з деякими добавками. Perma-Zume 11Х знижує поверхневе натяг води, що сприяє швидкому та рівномірному проникненню та вбирання вологи в глинистий грунт. Насичені вологою частинки глини вдавлюються в порожнечі ґрунту та повністю заповнюють їх, формуючи таким чином щільний, твердий та довготривалий пласт. Завдяки підвищеній змащувальній здатності частинок ґрунту, необхідна щільність ґрунту досягається меншим зусиллям стиснення. Результати дослідження вчених в ІХН СО РАН (м. Томськ) показали, що «Дорзін» є продуктом мікробіальної ферментації цукрозміщуючих продуктів типу меляси (патоки). Встановлено, що органічна частина препарату в основному представлена ​​такими сполуками: олігосахаридами (від моносахаридів до пентасахаридів), аміносполуками типу аргініну, манітолом (D-манітом), оксисполуками типу трегалози, похідними азотовмісними молочної кислоти.
Т.В. Дмитрієвої вдалося визначити, що ефективність впливу органічних комплексів на породоутворюючі мінерали знаходиться в прямій залежності від структурно-хімічної природи шарових алюмосилікатів і знижується в ряду: рентгеноаморфні фази → смектіт → змішаношарові утворення → іліт → хлорит → као-. При цьому катіонна ємність є інтегральною характеристикою, використання якої дозволяє при експрес-оцінці виявити ступінь ефективності структуроутворення стабілізованого ґрунту. При введенні добавки в систему спостерігається зниження питомої поверхні досліджуваних зразків (табл. 1). Отримані дані свідчать про «склеювання» мікророзмірних індивідів глинистих мінералів органічними комплексами стабілізатора. Ступінь впливу добавки найбільш виражена у зразках мономінеральної смектитової глини.

Таблиця 1

Активна питома поверхня глинистих порід

Примітка: активна питома поверхня – усереднена характеристика пористості чи дисперсності, що враховує морфологічні особливості досліджуваної речовини.

Після взаємодії препаратів на ферментній основі з глинистими грунтами вони набувають наступних характеристик: високі фізико-механічні показники, температуростійкість, водостійкість, корозійну стійкість.
З вищесказаного слід, що структуроутворення глинистої складової зв'язних грунтів при взаємодії зі стабілізатором обумовлено блокуванням активних гідрофільних центрів дисперсних мінералів, що призводить до зниження питомої поверхні грунту, катіонної ємності та підвищення гідрофобності.
Вплив КПАВ на зв'язні ґрунти призводить до повного обміну катіонами. Зниження здатності стабілізованого ґрунту адсорбувати воду і пов'язані з цим структурні перетворення зумовлюють зміну фізичних властивостей ґрунтів.
Для АПАВ краще використовувати карбонатні ґрунти, в яких може помітніше проявитися взаємодія негативно заряджених органічних аніонів стабілізатора з катіонами мінеральної поверхні ґрунту (Ca2+, Al3+, Si4+ та ін.).
Органічні іони полімерних емульсій на додаток до електростатичних сил утримуються молекулярними та водневими силами. Вони адсорбуються сильніше, утворюючи складні органомінеральні комплекси. У зв'язку з цим, можливо, реакція середовища ґрунту (рН) та його сольовий склад не мають істотного впливу при стабілізації ґрунту полімерними емульсіями.
При ущільненні ґрунту, обробленого стабілізатором, легко відокремлюються капілярна та плівкова вода, створюючи умови високої ущільнюваності ґрунтової суміші. В даний час встановлено, що грунти, оброблені стабілізаторами, повинні мати коефіцієнт гідрофобності не менше 0,45, а значення максимальної щільності вище, ніж у вихідного більш ніж на 0,02%. Зміст пилуватих і глинистих частинок у ґрунтах, що використовуються, повинен становити не менше 15 % по масі ґрунту. Допускається застосування грунтів для стабілізації з вмістом пилуватих і глинистих частинок менш зазначеної межі за умови поліпшення зернового складу глинами, суглинками і доведенням кількості пилуватих і глинистих частинок до необхідного рівня. Глинисті ґрунти з числом пластичності більше 12 до введення в ґрунт стабілізуючих та в'яжучих матеріалів необхідно подрібнити до необхідного СП 34.13330 ступеня подрібнення. Відносна вологість глинистих ґрунтів при цьому повинна становити 0,3-0,4 вологості на межі плинності.

3. Комплексні методи перетворення зв'язкових ґрунтів

Для посилення процесів взаємодії зв'язних ґрунтів зі стабілізатором в систему можна додатково вводити в невеликій кількості в'яжучі (цемент, вапно, органічні в'яжучі). В результаті цього можна очікувати поліпшення всіх характеристик штучно перетворених грунтів. Щоб визначити, які процеси протікають у складній системі «грунт-стабілізатор-в'яжуче», розглянемо результати, отримані Ю.М. Васильєвим для глинистих ґрунтів після взаємодії з різною кількістю в'яжучого на прикладі цементу. Зазвичай вважають, що з обробці грунту цемен-том розвиваються структурні зв'язку лише кристалізаційного типу. Експериментальним шляхом їм було виявлено, що з введенням цементу відбувається розвиток не лише зв'язків кристалізаційного типу, а й зміцнення зв'язків, що мають водноколоїдну природу. Міцність коагуляційних зв'язків та інтенсивність зростання міцності зростають із збільшенням дисперсності ґрунту, що вказує на вплив активної поверхні частинок ґрунту на фізико-хімічні процеси взаємодії цементу з ґрунтом. При вмісті цементу до 2% – для важких суглинків, 4% – для супісків, міцність коагуляційних зв'язків перевищує міцність кристалізаційних. Співвідношення жорстких (кристалізаційних) та гнучких (коагуляційних) зв'язків у цементогрунтах визначає їх деформаційні властивості. Отже, деформаційні властивості у ґрунтовій системі з невеликим введенням цементу будуть визначатися міцністю коагуляційних зв'язків. Дані, отримані А.А. Федуловим при введенні в систему «грунт-стабілізатор» («Статус») 2 % цементу, також вказують на зміни не тільки водно-колоїдних властивостей, а й характеристик міцності. Наприклад, водно-колоїдні сили ∑w при опорі зсуву су-глинка, перетвореного за допомогою стабілізатора та цементу (2 %) становлять 0,084 МПа і відповідно без цементу – 0,078 МПа, з водою – 0,051 МПа (табл. 2).

Таблиця 2

Результати визначення параметрів міцності суглинку

Таким чином, можна відзначити, що добавки в грунт в'яжучих (портландцементу та/або вапна) у порівняно невеликих дозуваннях, сприяє поліпшенню деяких його фізико-механічних властивостей: зниження пластичності, підвищення несучої здатності. Кількість цементу і/або вапна, що вноситься в даному випадку, достатньо для того, щоб в результаті їх взаємодії з пилуватими і глинистими фракціями ґрунту забезпечувалася втрата їх гідрофільних властивостей, але недостатньо для того, щоб утримувати всю масу ґрунтових частинок у зв'язковій системі. В результаті виходить покращений ґрунт за рахунок посилення коагуляційних зв'язків.
Добавками ПАР-стабілізаторів можна регулювати терміни твердіння цементних і грунтоцементних сумішей, управляти процесами структуроутворення при зміцненні грунтів. Дія ПАР залежить від його складу та концентрації у суміші. У роботі О.І. Лук'янової, П.А. Ребіндер показано зміну фазового складу продуктів гідратації С3А в присутності зростаючих добавок ПАР - концентрату ССБ. Поверхнево-активні речовини, адсорбуючись на мінеральних частинках ґрунту і цементу, в першій фазі твердіння в'яжучого блокують потенційні центри коагуляційного і кристалізаційного структуроутворення, чим сприяють зближенню фаз твердіння і, як наслідок, призводять до зменшення мікротріщину структури матеріалу і до підвищення.
Встановлено, що мінеральний склад глинистої фракції в системі «грунт – цемент – ПАР» істотно впливає на щільність і зміцнення грунту. Глинисті мікрокомпозити, що утворилися, спільно з каркасними мінералами виступають в якості заповнювача і мікронаповнювача при формуванні грунтоцементу. Скритокристалічні (рентгеноаморфні) алюмосилікатні фази є активним пуцолановим компонентом, що зв'язує вільний портландит на більших термінах твердіння.
Для зміцнення глинистих перезволожених ґрунтів, вологість яких на 4-6 % вище оптимальної, ефективне застосування негашеного вапна. При введенні винищити систему «грунт – стабілізатор» вона виконує, крім своєї основний функції як в'яжучого, функцію носія гранулометрической добавки, що дозволяє рівномірно розподіляти стабілізатор у грунті. Все це створює умови якісного укладання суміші та її ущільнення. Тому найбільшого ефектуможна досягти при зміцненні важких суглинків та глин. У комплексній системі «грунт – стабілізатор – вапно» утворюються одночасно кристалізаційні та коагуляційні структури. Присутність стабілізатора в такій системі дозволяє регулювати швидкість кристалізації і швидкість утворення зародків кристалів гідросилікатів тоберморитової групи, так як компоненти стабілізатора - ПАР через адсорбцію на поверхні зародків можуть перешкоджати їх росту.
Дія поверхнево-активних речовин завжди пов'язана з утворенням структур у поверхневих шарах глинистих частинок і прилеглих до них обсягах дисперсного середовища. Наслідком, що випливає з термодинаміки, є те, що саме ПАР мають здатність накопичуватися в надлишку на межі розділу і таким чином ущільнюватися в тонкому шарі. Адсорбційний шар ПАР має гранично малу товщину, тому навіть дуже незначні добавки ПАР можуть різко змінювати умови молекулярної взаємодії на поверхні розділу. Раціональною технологією застосування стабілізаторів є та, за якої створюються умови, необхідні для досягнення ПАР відповідних поверхонь. Для отримання необхідного результату кількість ПАР має бути оптимальною. Якщо кількість стабілізатора більше оптимального, адсорбція ПАР призводить до зниження міцності взаємозв'язку між частинками. З іншого боку, як встановив Ф.Д. Овчаренко, та сама концентрація ПАР у водному розчині для глинистих грунтів, різного мінерального складу, може також дати протилежний ефект.
Аналіз робіт з вивчення різних видівбудівництва дозволяє відзначити, що введення стабілізаторів в глинисті грунти покращує їх щільність, міцність на стиск і розтяг, модуль пружності, морозостійкість, зменшує оптимальну вологість, капілярне водозниження, пучинистість і набухання. Так, встановлено, що швидкість розмокання у необробленого суглинку в 1,5-2 рази вище, ніж у обробленого стабілізаторами «Статус» та Roadbond. Загальна величина деформації морозного пучення обробленого ними глинистого грунту відповідно на 15% і 35% менше, ніж у необробленого. Отже, обробка глинистих ґрунтів при їх ущільненні призводить до зниження загальної деформації морозного пучення.
Експеримент з влаштування дослідних ділянок автомобільних доріг з основами з важких суглинків з органічними в'язкими (7-8 %), обробленими стабілізатором «Статус» та цементом (6 %), показав, що модуль загальної деформації, який визначається методом динамічного штампу, збільшується вдвічі . У глинистих ґрунтах, оброблених стабілізатором «Статус», зростає питоме зчеплення Сw за рахунок значного збільшення водно-колоїдних сил ∑w (у 5 разів у зразку супіску та майже в 2 рази у зразку суглинку) (табл. 2). Введення стабілізатора спільно з терпким дозволяє збільшити як кут тертя φw, так і сили зчеплення Сw .
У зв'язку з тим, що багато сучасних стабілізаторів мають кислу реакцію середовища за рахунок вмісту в їх складі сірчаної та суль-фонових кислот, доцільно вводити органічні в'яжучі у вигляді карбамідної смоли з затверджувачем. Це, у свою чергу, забезпечує значне підвищення водостійкості та міцності обробленого ґрунту, а також збільшення кількості різновидів ґрунтів, що підлягають обробці.
Як перспективної комплексної добавки можна розглядати вапно, що застосовується спільно з ПАР. Введення в систему «грунт-стабілізатор» незначної кількості вапна або цементу (до 2 %) більше ніж у 2 рази покращує всі властивості грунтів, що набувають. Наприклад, міцність зразків капілярно-водонасичених стабілізованих супісків (LBS – 0,01 %) зростає з 4,5 до 15,5-18,8 кг/см2 залежно від терпкого, а після 10 циклів заморожування-відтаювання – до 14 7-22,0 кг/см2. Для перезволожених ґрунтів найбільш ефективне негашене вапно.
Використання комплексних методів для зміцнення ґрунтів з підвищеним вмістом в'яжучих показує високу їх ефективність (табл. 3). Наприклад, міцність після 10 циклів заморожування-відтаювання капілярно-водонасичених зразків може досягати високих значень в межах 22,6-30 кг/см2 в залежності від складу грунту і кількості в'яжучого (4-8%). Застосування комплексних методів дозволяє зміцнювати важкі суглинки та глини.
Дослідження, проведені фахівцями СоюздорНДІ з вивчення впливу комплексних в'яжучих (М10+50 і цемент у кількості від 6 до 10 %) на властивості супіщаних ґрунтів, показали наступні результати. Міцність на розтяг зразків при згині збільшується на 36,3-40,8%, значення коефіцієнта жорсткості знижуються на 27,5-36,5%. Введенням ПАР у комплексну систему покращуються фізико-механічні характеристики ґрунтів порівняно із зразками, зміцненими лише цементом (рис. 1).
У той же час, опір укріпленого грунту зсуву збільшується в кілька разів, що робить такий грунт оптимальним для будівництва тимчасових злітно-посадкових смуг і автомобільних доріг як при облаштуванні основи, так і як покриття. Це найбільш актуально при виконанні дорожньо-ремонтних робіт методом «холодного ресайклінгу» при влаштуванні верхнього шару основи дорожнього одягу або нижнього шару покриття. Результати такого зміцнення грунту значно перевершують бітумні емульсії або цементи, що застосовуються зазвичай для цієї технології.

Таблиця 3

Фізико-механічні властивості ґрунтів,
укріплених шляхом застосування комплексних методів

Примітка: * суміші приготовані при природній вологості грунту нижче оптимальної;
** суміші приготовані при природній вологості ґрунту вище оптимальної (для умов перезволоженого ґрунту);
ч.п. - Число пластичності;
цемент Щурівський марки М400.

Стабілізація глинистих ґрунтів матеріалом «Дорзін» показала дуже добрі результати. Для широкого спектру суглинків (від легких пилуватих до важких пилуватих) та глин (легких пилуватих) межа міцності при стисканні відповідає 4,0-4,3 МПа, а при вигині – 0,9-1,4 МПа. Стабілізовані грунти набувають водо- та морозостійкості (F5). Використання стабілізації для таких грунтів із введенням в систему 2% цементу лише незначно покращує характеристики міцності, в середньому 4,3-4,6 МПа, але різко збільшує водо- і морозостійкість (F10). Це, у свою чергу, дозволяє зменшити кількість цементу в цементогрунтах без зміни характеристик міцності.

Оптимальна кількість цементу при введенні його в стабілізований «Дорзин» глинистий грунт становить 6-8%. Це дозволяє отримати міцнісні показники для досліджуваних глинистих грунтів, відповідні маркам за міцністю М40-М60 і морозостійкості - F10-F25, що визначаються відповідно до . Спільне застосування ПАР та неорганічних в'яжучих при виконанні дорожньо-будівельних робіт зі зміцнення ґрунтів основ дорожнього одягу дозволяє скоротити кількість в'яжучого на 30-40 % порівняно з бездодатковими складами без зміни їх міцнісних характеристик. Різний ефектвід введення стабілізаторів у зв'язні ґрунти обумовлений як складом ґрунтів, стабілізаторів, що в'яжуть (при використанні комплексних методів), так і їх кількістю.
Застосування комплексних методів для перетворення зв'язних ґрунтів дозволяє значно покращити їх фізико-механічні та водно-фізичні характеристики порівняно із звичайною стабілізацією.
Таким чином, при внесенні стабілізатора і в'яжучого в глинистий грунт фізико-хімічні та колоїдні процеси починають протікати вже на перших стадіях при слабких механічних впливах (перемішуванні грунту). Іонний обмін, адсорбція, коагуляція тонкодисперсної частини ґрунту доповнюються хімічними процесами (пуццолановими реакціями), внаслідок яких утворюються гідросилікати кальцію та інші сполуки, які додатково зумовлюють зміну властивостей ґрунтів. Отже, поверхнево-активні речовини, що входять до складу стабілізаторів, дозволяють регулювати процеси структуроутворення у комплексних системах.
Структуроутворення у таких системах залежить від наступних параметрів:

• складу та властивостей зв'язних ґрунтів;
• кількості та концентрації в'яжучого;
• складу та властивостей стабілізатора;
• кількості та концентрації стабілізатора.

4. Технології стабілізації та зміцнення ґрунтів

Класифікацією стабілізаторів, розробленою для дорожнього будівництва, враховано накопичений вітчизняний та зарубіжний досвід використання хімічних добавок (стабілізаторів) та в'яжучих. Відзначено, що стосовно вітчизняної практики дорожнього будівництва, слід розрізняти такі існуючі технології: стабілізацію, комплексну стабілізацію та комплексне зміцнення ґрунтів.
Технологія стабілізації ґрунтів рекомендується до застосування для ґрунтів, що укладаються в робочому шарі земляного полотна, так як найбільш інтенсивно процеси водно-теплового режиму (ВТР) та волого-перенесення зачіпають, головним чином, верхню частинуземляного полотна дорожньої конструкції. У цьому стабілізація грунтів робочого шару як сприятливо впливає ВТР, а й дає можливість використовувати місцеві глинисті грунти, раніше не придатні цих цілей (рис. 2). Це стає можливим за рахунок поліпшення їх водно-фізичних характеристик по водопроникності (ГОСТ 25584-90), пучинистості (ГОСТ 28622-90), набухання (ГОСТ 24143-80) та розмокання (ГОСТ 5180-84) до необхідних величин. Основна функція цієї технології – гідрофобізація ґрунтів у робочому шарі або нижніх шарах основ дорожнього одягу.

Технологія комплексної стабілізації ґрунтів відрізняється від технології стабілізації ґрунтів тим, що глинисті ґрунти обробляються стабілізаторами та неорганічними в'яжучими матеріалами у кількості, що не перевищує 2 % від маси ґрунту. Використання цієї технології дозволяє покращити водно-фізичні та фізико-механічні властивості оброблюваних ґрунтів за рахунок зміцнення зв'язків, що мають водно-колоїдну природу. Збільшення міцнісних та деформаційних характеристик комплексно стабілізованих глинистих ґрунтів дає можливість використовувати їх для влаштування не тільки робочого шару, але й для узбіччя, а також ґрунтових основ дорожнього одягу та покриттів місцевих (сільських) доріг. Основна функція цієї технології – структуризація та гідрофобізація ґрунтів в основах дорожнього одягу.
Технологією комплексного зміцнення ґрунтів називається така технологія, при якій у ґрунти вводяться в невеликій кількості (до 0,1 %) ПАР та в'яжучі – понад 2 % (за масою ґрунту). Наявність у укріпленому глинистому грунті добавок стабілізаторів призводить до зниження необхідної витрати в'яжучого і дає можливість збільшити морозостійкість та тріщиностійкість укріплених грунтів (рис. 3). Основна функція цієї технології - підвищення морозостійкості та тріщиностійкості укріплених ґрунтів у конструктивних шарах дорожніх одягів.

ВИСНОВКИ

Структуроутворення глинистої складової зв'язних грунтів при взаємодії зі стабілізаторами обумовлено блокуванням активних гідрофільних центрів дисперсних мінералів, що призводить до зменшення питомої поверхні, катіонної ємності та підвищення гідрофобності грунту.
Вплив КПАВ на зв'язні ґрунти призводить до повного обміну катіонами. Для АПАВ краще використовувати карбонатні ґрунти, в яких більш помітно може проявитися взаємодія негативно заряджених органічних аніонів стабілізатора з катіонами мінеральної поверхні ґрунту (Ca2+, Al3+, Si4+ та ін).
При стабілізації грунтів кількість стабілізатора, що вводиться в грунт, має бути оптимальним для отримання необхідного результату.
Стабілізатори за своїм впливом на глинисті ґрунти можна розділити на «стабілізатори-гідрофобізатори» та «стабілізатори-зміцнювачі».
Введення «стабілізаторів-гідрофобізаторів» у зв'язні ґрунти покращує їх водно-фізичні властивості. Доцільність та ефективність їх використання визначаються в основному зниженням процесів пучення при промерзанні ґрунтів.
Перетворення глинистих грунтів за допомогою «стабілізаторів-зміцнювачів» сприяє значній зміні їх фізико-механічних та водно-фізичних показників. Межа міцності при стиску може досягати значень 4,3 МПа, при згині - 1,4 МПа. Стабілізовані грунти водо- та морозостійкі.
Внесення мінеральних в'яжучих у невеликих дозуваннях (до 2 % – для важких суглинків, 4 % – для супісків) у систему «грунт-стабілізатор» дозволяє покращити її фізико-механічні та водно-фізичні характеристики порівняно із звичайною стабілізацією.
Основною відмінністю між двома типами стабілізаторів є нестійкість грунтів, оброблених «стабілізаторами-гідрофобізаторами» у водному середовищі. Така кількість (2-4 %) цементу, що вноситься в систему, або вапна достатньо для того, щоб в результаті взаємодії з пилуватими і глинистими фракціями ґрунту забезпечити втрату ними властивостей гідрофільності, але не достатньо для того, щоб утримувати всю масу ґрунтових частинок у зв'язковій системі за рахунок посилення коагуляційних зв'язків.
У комплексній системі «грунт-стабілізатор-в'яжуче» у струк-туроутворенні беруть участь усі компоненти. Фізико-хімічні та хімічні процеси при замішуванні водою в'яжучого мають істотне значення, так як процес створення кристалічної структури новоутворень відбувається паралельно з формуванням структури комплексно перетвореного ґрунту.
Різний ефект від ПАР-стабілізаторів в комплексній системі обумовлений їх хімічним складом і різною виборчою адсорбцією по відношенню до клінкерних мінералів в'яжучого і мінералів ґрунту.
Комплексні методи зміцнення грунтів дозволяють забезпечувати їх міцнісні показники на стиск до 7,0 МПа, при згині - до 2,0 МПа, що відповідає марці за міцністю М60, марки по морозостійкості - до F25.
У комплексній системі екрануюча роль стабілізаторів на швидкість кристалізації мінеральних в'яжучих сприяє формуванню органо-глинистого композиту, який надає перетвореним ґрунтам пружно-еластичні властивості.

Л І Т Е Р А Т У Р А

1. Воронкевич С.Д. Основи технічної меліорації ґрунтів // С.Д. Воронкевич. - М.: Науковий світ, 2005. - 504 с.
2. Кульчицький Л.І., Усьяров О.Г. Фізико-хімічні основи формування властивостей глинистих порід / Л.І. Кульчицький, О.Г. Усьярів. - М.: Надра, 1981. - 178 с.
3. Круглицький Н.М. Фізико-хімічні основи регулювання властивостей дисперсій глинистих ґрунтів / Н.М. Круглицький. - Київ: Наукова думка, 1968. - 320 с.
4. Шаркіна Е.В. Будова та властивості органомінеральних з'єднань/Е.В. Шаркіна. - Київ: Наукова думка, 1976. - 91 с.
5. Чоборовська І.С. Залежність ефективності зміцнення грунтів сульфітно-спиртовою бардою від їх властивостей (без укріплень) при будівництві дорожніх покриттів та основ. // Матеріали VI Всесоюзної наради щодо закріплення та ущільнення ґрунтів. - М.: Вид-во МДУ, 1968. - С. 153-158.
6. Єгоров Ю.К. Типізація глинистих грунтів Центрального Передкавказзя за потенціалом набухання-усадки при впливі природних та техногенних факторів: автореф. дис. …канд. геол.-хв. наук. - М., 1996. - 25 с.
7. Вєтошкін А.Г., Кутєпов A.M.// Журнал прикладної хімії. - 1974. - Т.36. - №1. - С.171-173.
8. Круглицький Н.М. Структурно-реологічні особливості формування мінеральних дисперсних систем / Н.М. Круглицький// Успіхи колоїдної хімії. - Ташкент: Фан, 1987. - С. 214-232.
9. Grohn H., Augustat S. Die mechano-chemishe depolymerisation von kartoffelstarke durch schwingmahlung // J. Polymer Sci. – 1958. V.29. - P.647-661.
10. Добров Е.М. Формування та еволюція техногенних ґрунтових масивів земляного полотна автомобільних доріг в епоху тех-ногенезу / Е.М. Добров, С.М. Ємельянов, В.Д. Казарновський, В.В. Кочетов// Праці Міжнар. наук. конференції «Еволюція інж.-геол. умов землі в епоху техногенезу». - М.: Вид-во МДУ, 1987. - С. 124-125.
11. Кочеткова Р.Г. Особливості поліпшення властивостей глинистих ґрунтів стабілізаторами/Р.Г. Кочеткова // Наука та техніка у дорожній галузі. - 2006. № 3.
12. Ребіндер П.А. Поверхнево-активні речовини/П.А. Ребін-дер. - М.: Знання, 1961. - 45 с.
13. Федулов А.А. Застосування поверхнево-активних речовин (стабілізаторів) для поліпшення властивостей зв'язкових ґрунтів за умов дорожнього будівництва. - Дис. …канд. техн. наук / Федулов Андрій Олександрович, МАДГТУ (МАДІ). - М., 2005. - 165 с.
14. K. Newman, JS. Tingle Emulsion polymers for soil stabilization. Pre-sented for the 2004 FAA worldwide airport technology transfer con-ference. Atlantic City. США. 2004.
15. Автомобільні дорогита мости. Будівництво конструктивних шарів дорожнього одягу з ґрунтів, укріплених в'яжучими матеріалами: Оглядова інформація / Підгот. Фурсів С.Г. - М.: ФГУП "Інформавтодор", 2007. - Вип. 3. -
16. Дмитрієва Т.В. Стабілізовані глинисті ґрунти КМА для дорожнього будівництва: автореф. дис. …канд. техн. наук. (05.23.05) / Дмитрієва Тетяна Володимирівна, Білгородський ГТУ імені В.Г. Шухова. - Білгород, 2011. - 24 с.
17. СП 34.13330. 2012. Актуалізована редакція БНіП 2.05.02-85*. Автомобільні дороги/Міністерство регіонального розвитку Російської Федерації. - Москва, 2012. - 107 с. Васильєв Ю.М. Структурні зв'язки в цементогрунтах // Матеріали VI Всесоюзної наради щодо закріплення та ущільнення ґрунтів. - М.: Вид-во МДУ, 1968. - С. 63-67.
18. Лук'янова О.І., Ребіндер П.А. Нове у застосуванні неорганічних в'язких речовин для закріплення дисперсних матеріалів. // Матеріали до VI Всесоюзної нараді із закріплення та ущільнення ґрунтів. - М.: Вид-во МДУ, 1968. - С. 20-24.
19. Гончарова Л.В., Баранова В.І. Дослідження процесів струк-туроутворення в цементогрунтах на різних стадіях зміцнення з метою оцінки їх довговічності / Л.В. Гончарова // Матеріали VII Всесоюзної наради щодо закріплення та ущільнення ґрунтів. - Ленінград: Енергія, 1971. - С. 16-21.
20. Овчаренко Ф.Д. Гідрофільність глин та глинистих мінералів / Ф.Д. Овчаренко. - Київ: Вид-во АН УРСР, 1961. - 291 с.
21. Методичні рекомендаціїпо зміцненню узбіччя земляного полотна із застосуванням стабілізаторів ґрунтів. - Введ.23.05.03. - М., 2003.
22. Абрамова Т.Т., Босов А.І., Валієва К.Е. Використання стабили-заторів поліпшення властивостей зв'язних грунтів / Т.Т. Абрамова, А.І. Босов, К.Е. Валієва // Геотехніка. - 2012. - № 3. - С. 4-28.
23. ГОСТ 23558-94. Суміші щебенево-гравійно-піщані та ґрунти, оброблені неорганічними в'язкими матеріалами для дорожнього та аеродромного будівництва. Технічні умови. - М.: ФГУП "Стандартінформ", 2005. - 8 с.
24. ОДМ 218.1.004-2011. Класифікація стабілізаторів ґрунтів у дорожньому будівництві / РОСАВТОДОР. - М., 2011. - 7 с.

Стабілізацією грунту називається процес створення основи дорожнього полотна, що включає ретельне подрібнення грунту, його змішування з сполучними органічними і неорганічними матеріалами і подальше ущільнення. Це сучасний, порівняно новий метод підготовки дорожньої основи. Таке зміцнення ґрунту має свої переваги перед класичним (піщано-щебеневою подушкою). Стабілізований грунт є морозо- і водостійким, а також більш міцним і пружним.

Послуга	Вид техніки	Характеристики		Ціна за 1м2 (у т.ч. ПДВ), руб.
		глибина/обсяг	ширина, мм	до 3 тис м2	до 5 тис м2	5-10 тис. м2	10-20 тис. м2	20-30 тис. м2
Ресайклювання	Ресайклер Wirtgen WR 2000	до 500 мм	2000	120	110	100	90	80
Ресайклювання	Регенератор змішувач Caterpillar RM300	до 500 мм	2400	120	110	100	90	80
Ресайклювання	Стабілізаційна фреза SBF 24 L	до 400 мм	2400	80	70	60	50	50
	Розподільник сухої змісті SW 10 TA	10 м3	2450	10	10	10	10	10
Розподіл в'яжучих матеріалів	Розподільник сухої змісті SBS 3000	3 м3	2400	5	5	5	5	5
Розподіл в'яжучих матеріалів	Розподільник сухої змісті SBS 6000	6 м3	2400	5	5	5	5	5

Завдяки можливостям сучасного обладнанняв'язка дозується дуже точно і вводиться на глибину 50 см за один прохід. Найдоступнішими матеріалами на сьогоднішній день є вапно та цемент. Оптимальна кількість даних речовин визначається лабораторними методами, зазвичай вона становить 3 - 10% кожного матеріалу від маси землі, що зміцнюється. Перший етап стабілізації – це внесення у ґрунт та перемішування з ним вапна, другий – цементу.

Стабілізація ґрунту з подальшим використанням матеріалів наявного дорожнього покриття – це холодний ресайклінг. З його допомогою можна відновити на всю глибину як путівці, так і міські вулиці. Іншими словами за один прохід подрібнення існуючого покриття і змішування його з основним матеріалом, що підстилає, і відновлюючими в'яжучими речовинами. Все це стало можливим завдяки появі на ринку нових високопродуктивних машин.

Технологія стабілізації сьогодні широко використовується, наприклад, на невеликих територіальних дорогах, у яких передбачається влаштування покриттів полегшеного або перехідного типу (наприклад, при будівництві котеджних селищ). У таких випадках пристрій міцної, довговічної основи із застосуванням мінімуму привізних матеріалів – оптимальне рішення. До того ж, високопродуктивне обладнання за будівельний сезон може виробити десятки кілометрів доріг. Також ущільнення (ресайклінг) з успіхом застосовується при зведенні логістичних комплексів, промислових будівель. Тут ця технологія використовується для закладки основ під бетонні підлоги та покриття виробничих майданчиків.

Роботи зі стабілізації не можуть бути виконані якісно без використання спеціального обладнання. Для дозованого введення в'яжучої речовини (сухої або у вигляді емульсії) необхідний бункер-розподільник, для ретельного втручання його в ґрунт - навісні фрези.

Для того, щоб наші фахівці розрахували вартість послуги ресайклування та могли правильно підібрати необхідне обладнанняВам, необхідно мати таку інформацію: який об'єкт і де він розташований, його площа у кв. м, терміни робіт, і навіть які грунту переважають біля, яка необхідна глибина розподілу і які бажані в'яжучі речовини.