Исследование распределения неорганического вяжущего в грунтах для дорог сельскохозяйственного назначения
Автор: Тарасова Марина Владимировна, Троценко Ирина Александровна
Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau
Рубрика: Техническое обеспечение сельского хозяйства
Статья в выпуске: 3 (23), 2016 года.
Бесплатный доступ
Использование укрепленных грунтов в настоящее время обусловлено увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог и дефицитом либо высокой стоимостью каменных материалов. Основным путем снижения стоимости является применение местных материалов, в том числе различных грунтов, обработанных вяжущим материалом (цементом). Только соответствующее качество цементогрунта и высокая эффективность его производства смогут обеспечить конкурентоспособность на рынке технологии строительных материалов. Определены характеристики используемых грунтов. Проведены лабораторные исследования по распределению вяжущего в грунтах (супеси и суглинке). Однородность смеси оценивали по прочности образцов при сжатии. Рассмотрена микроструктура цементогрунтов, сделанных при помощи сканирующего растрового микроскопа Jeol JSX 6460. Установлено, что распределение вяжущего при перемешивании грунта в супеси происходит намного лучше, чем в суглинке.
Цементогрунт, однородность, распределение вяжущего, прочность
Короткий адрес: https://sciup.org/142199245
IDR: 142199245
Текст научной статьи Исследование распределения неорганического вяжущего в грунтах для дорог сельскохозяйственного назначения
Транспортная стратегия на период до 2030 г. реализуемая в Российской Федерации, предусматривает обеспечение постоянной круглогодичной связи всех сельских населенных пунктов, имеющих перспективы развития, сетью автомобильных дорог общего пользования [1].
Актуальность использования укрепленных грунтов обусловлена увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог и дефицитом либо высокой стоимостью каменных материалов. Основной путь снижения стоимости – применение местных материалов, в том числе различных грунтов, обработанных вяжущим материалом (цементом).
С каждым годом увеличивается разнообразие цементогрунтов, расширяется область их применения, предъявляемые к ним требования, а также сырьевая база производства.
К настоящему времени в России и зарубежных странах накоплен значительный опыт по применению технологии укрепления грунтов для строительства конструктивных слоев дорожных одежд автомобильных дорог, засвидетельствовав эффективность, экономичность и универсальность этого метода строительства дорожных одежд в местах, где отсутствуют запасы каменных материалов.
Сегодня в технологии производства цементогрунта перешли к многокомпонентным рецептурам с добавками-регуляторами, используются новые физико-химические процессы, применяется сложное оборудование с элементами автоматизации и т.д. Только соответствующее качество цементогрунта и высокая эффективность его производства смогут обеспечить конкурентоспособность на рынке технологии строительных материалов.
Материал и методы исследования
Для проведения экспериментальных исследований были отобраны образцы грунтов, наиболее характерные для Омской области . В качестве вяжущего для контрольных испытаний использовался протландцемент Искитимского цементного завода ПЦ400 Д20. Характеристика укрепляемых грунтов представлена в табл. 1.
Таблица 1 Характеристика грунта, укрепленного портландцементом
№ п/п |
Грунт |
Частные остатки на ситах, % |
Число пластичности |
|||||||
2,0–1,0 |
1,0–0,5 |
0,5–0,25 |
0,25–0,1 |
0,1–0,05 |
0,05–0,01 |
0,01–0,005 |
< 0,005 |
|||
1 |
Омская супесь легкая |
8,2 |
23,5 |
29,6 |
18,3 |
13,3 |
7,05 |
3,5 |
||
2 |
Омский суглинок легкий |
– |
– |
1,7 |
13,5 |
27,5 |
31,4 |
10,3 |
15,7 |
12,9 |
Лабораторные исследования по определению распределения вяжущего образцов укрепленного грунта проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 23558–94.
Формование образцов-цилиндров, которые после 28 сут подвергаются испытанию, осуществляется по стандартной методике. Дозировка цемента в смесях согласно ГОСТу 10178–93 изменяется от 2 до 18 % от массы грунта, а дозировка воды принята постоянной, соответствующей оптимальной влажности смесей [2, 3].
Результаты исследования
Поскольку структура укрепленных вяжущими веществами грунтов относится к многофазным системам, где однородность повышается при совершенствовании: механическом смешивании возникающих в процессе твердения вяжущего структурных фаз.
В результате ранее выполненных экспериментальных исследований установлено: основными факторами однородности цементогрунтов по прочности являются грунт, влажность грунта при перемешивании с вяжущим, выдерживание готовой смеси на воздухе перед уплотнением [7]. Определено, что основные условия получения высококачественного цементогрунта – технологические [4], при которых достигается высокая равномерность распределения в грунтовом заполнителе основного вяжущего – цемента. Эти исследования показали, что однородность распределения зависит в основном от типа грунта.
Апробацию теоретических предпосылок осуществляли в лабораторных условиях. Изготовление, хранение и испытание образцов осуществляли по методике, приведенной в [2]: из полученной смеси готовили образцы-цилиндры размером 5×5 см уплотнением под нагрузкой 15 МПа в течение 3 мин; хранили их во влажных условиях 28 сут, подвергали водопогло-щению 2 сут, испытывали на прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии.
Основным показателем однородности при статистической обработке выборочных срезов различных грунтов, укрепленных вяжущим, является степень их перемешивания.
Для установления ожидаемого эффекта экспериментальные исследования проводили на суглинке и супеси. Сделано пять срезов на предлагаемых способах. Все площади срезов разбивали на 20 равных квадратов. Таким образом, получено 100 квадратов по каждому предлагаемому способу. Из этих 160 вариантов выбирали случайным образом (используя датчик случайных чисел RUNDOM) 20 квадратов из разных срезов. Случайная выборка представляется репрезентабельной и позволяет перенести выводы статистической обработки выборки на генеральную совокупность [6].
На рис. 1 и 2 представлены графики, как из суглинка, так и из супеси, где мы видим преимущество предложенного способа: равномерность распределения в объеме укрепляемого грунта цементом в 3 раза выше на супеси и в 2 раза – на суглинке [6].

Рис. 1. Графики распределения цемента в супеси

Рис. 2. Графики распределения цемента в суглинке
Микроструктура образцов на снимке, полученных на разных грунтах (супесь и суглинок), сделанных при помощи сканирующего растрового микроскопа Jeol JSX 6460, отражает результат физико-химических процессов структурообразования (рис. 3, 4).

Рис. 3. Структура цементогрунта, приготовленная из супеси

Рис. 4. Структура цементогрунта, приготовленная из супеси
При рассмотрении микроструктуры (при разрешении 500 нм) можно сказать, что форма и размер частиц в обоих случаях имеют отличие. На рис. 3 при укреплении супеси цементом размеры частиц составили от 140 до 600 нм, поры между частицами не превышали 120 нм. На рис. 4 при укреплении суглинка цементом отдельные частицы достигают размер до 800 и более нм, а пустоты до 300 нм.
Закл ючение
Анализируя электронно-микроскопические снимки можно сделать вывод, что распределение вяжущего, однородность цементогрунта, выше в супеси, чем в суглинке. Прочность и однородность цементогрунта увеличится при применении супеси, а не суглинка.
Список литературы Исследование распределения неорганического вяжущего в грунтах для дорог сельскохозяйственного назначения
- Об изменениях, которые вносятся в транспортную стратегию Российской Федерации на период до 2030 года: распоряжение Правительства РФ от 11 июня 2014 г. 1032-р//Собрание законодательства. 2008. № 50. Ст. 5977. ГОСТ 23558-94.
- Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия. Госстандарт России: М., 1994. 15 с.
- Методические рекомендации по укреплении грунтов верхней части земляного полотна неорганическими вяжущими. М.: Союздорнии, 1977. 19 с.
- СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Госстрой России. ЦИТП Госстроя РФ, 2012. 106 с.
- Строительство и реконструкция автомобильных дорог. Справочная энциклопедия дорожника. Т. I/под ред. А.П. Васильева. М.: Информавтодор, 2005. 456 с.
- Прокопец В.С., Барайщук С.И., Тарасова М.В. Повышение однородности грунтоцементной смеси раздельно-последовательным способом перемешивания//Вестн. ТГАСУ. 2008. № 4. С. 165-170.
- Прокопец В.С., Тарасова М.В. Обеспечение качества перемешивания цементогрунтовой смеси путем снижения информационной энтропии//Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности: материалы 64-й науч.-техн. конф. Междунар. конгресса. Омск: СибАДИ, 2010. Кн. 2. С. 222-226.