Классификация стабилизаторов грунтов в дорожном строительстве. Укрепление и стабилизация грунтов Строительство дорог стабилизации грунта в

Нашел в интернете без подписи автора:
"В дорожном строительстве жидкое стекло не получило широкого распространения, за исключением постройки опытных участков, а также силикатирования щебёночных шоссе по методу пропитки и поверхностной обработки. Причина - низкая морозостойкость силикатированных , а также неудобство в работе в связи с быстрым схватыванием и твердением смеси грунта с силикатом. Вместе с тем, опыт инженерных войск наступающей Советской армии в 1944 году показал преимущества силикатирования временных грунтовых и щебневых дорог: при устройстве обходов заминированных и взорванных отступающими немецко-фашистскими войсками дорог быстрое укрепление грунта при помощи лопат и садовых леек давало прекрасные результаты. "

Из книги В. Д. Глуховского "Грунтосиликаты":
"Строительство шоссейных дорог на жидкостекольном вяжущем с инертными заполнителями (известняк, доломит, кварцит, песчаник, гранит) основано на способности жидкого стекла образовывать твердые монолитные массы с заполнителями.

Работы, проводимые в этом направлении в различных странах, в одних случаях дали положительные результаты, а в других-отрицательные. В Италии и особенно во Франции построено тысячи километров силикатированных шоссейных дорог. Германией в этом вопросе не достигнуто положительных результатов.

В нашей стране работы по силикатированию дорог проводились В. М. Шалфеевым и дали удовлетворительные результаты.

Строительство таких дорог может производиться способом силикатного бетона или способом пропитки.

При строительстве способом силикатного бетона рабочая смесь, состоящая из крупного заполнителя, высевок и жидкого стекла, после тщательного перемешивания укладывается слоем 10 см и уплотняется катками. Через 24 часа масса приобретает достаточную прочность и по ней может двигаться транспорт."

Из своего опыта работы с жидким стеклом скажу, что видимо одного жидкого стекла недостаточно. Я делал краски на основе жидкого стекла. С фасадов их смывало примерно десятым дождем. Не хватает в этом описании какого-то компонента, повышающего влагостойкость.

У того-же Глуховского при укреплении грунтов дополнительно (не дорог) используется раствор соли. Какая нужно соль он не говорит. В других источниках говорят о калийной соли, но не указывают какое применяется жидкое стекло калиевое или натриевое. Тоже у Глуховского для повышения водостойкости строительных блоков из грунтосиликата рекомендуется после формования пропитка в соляном растворе. Отвратительно написана книга, информацию приходится по крупицам собирать из разных глав и все равно остается многое непонятным. Такое ощущение, что авто специально пытается все запутать.

Вместе с тем Глуховский утверждает: "Такие дороги более дешевые, чем бетонные и дороги с другими видами щебеночных покрытий. Они в полтора-два раза долговечнее, чем асфальтовые и бетонные, а также более износо-, водо- и морозостойкие."

Почему я так озабочен темой? После того как я облажался с краской на жидком стекле, я перестал его использовать в производстве и у меня на складе зависло около тонны жидкого натриевого стекла. Стоит уже лет семь.

А на даче есть много мест, где я с удовольствием укрепил бы подъездные пути. Может кто-то подскажет технологию. Буду очень признателен. А то эксперименты могут затянуться. Сразу же результат не оценишь, нужно выждать год-другой.

Может быть грунт смешивается с жидким стеклом, укладывается, а потом поливается раствором соли. Из садовых леек красноармейцы чем-то поливали дороги в 1944. Если жидкое стекло натриевое, то, видимо и соль натриевая NaCl - обычная поваренная.

Вот еще из Глуховского: "Жидкое стекло применяется для ремонта поверхностных частей бетонных сооружений. В этом случае на смоченное водой поврежденное место накладывают слой жидкого стекла с модулем 3,3- 3,4, который посыпают порошком цемента. В результате химического взаимодействия между цементом и щелочным силикатом происходит быстрое твердение смеси."

При разработке Дорожной классификации стабилизаторов учитывался накопленный отечественны й и зарубежный опыт использования химических добавок (стабилизаторов) и вяжущих для улучшения свойств грунтов в дорожном строительстве. Однако, применительно к отечественной практике дорожного строительства, следует четко разграничить две параллельно существующие, но принципиально различные технологии: технологию стабилизации грунтов и технологию укрепления грунтов.

Технология стабилизации отличается тем, что глинистые грунты обрабатываются только теми видами стабилизаторов, которые не содержат вяжущих как структурообразующих элементов, т.е. согласно Общей классификации (см. рисунок) к ним следует относить катионные (катионоактивные), анионные (анионоактивные), универсальные и наноструктурированные стабилизаторы.

С помощью технологии стабилизации изменяется в положительную сторону практически весь комплекс водно-физических свойств глинистого грунта. При этом увеличивается его гидрофобность. За счет уменьшения коэффициента фильтрации снижается его водопроницаемость. Также снижаются, вплоть до полного исключения, пучинистость и набухаемость грунтов. Уменьшается высота капиллярного поднятия и оптимальная их влажность с одновременным ростом максимальной плотности при стандартном уплотнении (ГОСТ 22733-2002).

Технологию стабилизации следует рекомендовать к применению для грунтов, укладываемых в рабочем слое земляного полотна, так как наиболее интенсивно процессы водно-теплового режима (ВТР) и влагопереноса затрагивают, главным образом, верхнюю часть земляного плотна дорожной конструкции. При этом стабилизация грунтов рабочего слоя не только благоприятно повлияет на ВТР, но и даст возможность укладывать местные тинистые грунты, ранее не пригодные для использования в этом элементе дорожной конструкции, за счет подъема их водно-физических характеристик по водопроницаемости (ГОСТ 25584-90), пучинистости (ГОСТ 28622-90), набухаемости (ГОСТ 24143-80) и размокаемости (ГОСТ 5180-84) до требуемых величин.

Технология комплексной стабилизации отличается тем, что глинистые грунты обрабатываются структурированными стабилизаторами (см. рисунок 1), т. е. теми, которые содержат в своем составе вяжущее, либо любыми другими стабилизаторами в количестве, не превышающем 2% по массе грунта, либо применяются все другие виды стабилизаторов, согласно их Общей классификации (см. рисунок 1, рисунок 2), но с дополнительным внесением в грунт вяжущего в тех же количествах.

Технологии комплексной стабилизации глинистых грунтов, кроме улучшения их водно-физических свойств, способствует образованию жестких кристаллизационных связей, что положительно сказывается на увеличении физико-механических характеристик грунтов и в первую очередь таких, как сдвиговая прочность и модуль деформации.

Увеличение прочностных и деформационных характеристик комплексно стабилизированных глинистых грунтов дает возможность использовать их для устройства не только рабочего слоя, но и для обочин, а также грунтовых оснований дорожных одежд и покрытий местных (сельских) дорог. Увеличение количества используемого при обработке грунта вяжущего сверх 2% по массе при сохранении количества вводимых в грунт добавок стабилизаторов (до 0,1 % по массе) переводит технологию стабилизации грунтов в технологию укрепления грунтов, которую с учетом наличия добавок следует характеризовать как технологию комплексного укрепления грунтов.

Наличие в укрепленном глинистом грунте добавок стабилизаторов, во-первых, приводит к снижению требуемого расхода вяжущего и, во-вторых, дает возможность увеличить морозо- и трещиностойкость укрепленных грунтов.

Комплексно укрепленные грунты также как груты укрепленные следует применять в качестве оснований в конструкциях дорожных одежд в соответствии с ГОСТ 23558-94.

С учетом изложенного, Дорожная классификация стабилизаторов (см. рисунок 2) составлена по целевым функциям обработки грунтов добавками. Это означает, что в зависимости от конечной функции обработанного стабилизаторам и грунта, выбирается определенный вид обработки грунта с учетом свойств грунта по показателю pH и вида совместимого с этим грунтом стабилизатора.

Также по функции свойств грунта определяется назначение получаемого материала в требуемый конструктивный элемент дорожной одежды и земляного полотна автомобильной дороги. Поэтому прикладной характер Дорожной классификации стабилизаторов выражен в ее функциональной направленности, т.е. она четко отражает цель и область использования стабилизатора в дорожной конструкции. Поэтому выделяются следующие основные целевые функции:

Первая функция - гидрофобизация грунта в рабочем слое.

Вторая функция - структуризация (совместно с гидрофобизацией) грунта в основаниях дорожных одежд.

Третья функция - повышение морозо- и трещиностойкости укрепленных грунтов в конструктивных слоях дорожных одежд.

Все выделенные целевые функции процесса воздействия на грунт добавками стабилизатора реализуются с помощью сходной технологии, в основе шторой лежит объединение грунта с добавками и его уплотнение при оптимальной влажности.

Различие в физико-механических свойствах грунтовой смеси зависит от вида и количественных соотношений стабилизатора и вяжущего в грунте и вида последнего. Поэтому в качестве основы деления наиболее общего и широкого понятия «Обработка грунтов добавками» выбраны следующие основные признаки.

Класс: Определяется глубиной воздействия и степенью изменения структурных и физико-механических характеристик фунта.

Вид: Определяется типом добавок и их количественным соотношением, с помощью которых реализуется требуемый уровень изменения физико-механических характеристик фунта.

Подвид: Определяется условиями совместимости в фунтовой смеси знака заряда ионов стабилизатора и видом фунтов по pH (кислые, щелочные, нейтральные).

В разработанной Дорожной классификации стабилизаторов рассматриваются лишь те материалы и добавки, а также виды и разновидности грунтов, которые получили наиболее широкое применение и имеют положительный практический опыт. Исходным продуктом в Дорожной классификации являются стабилизаторы, виды которых соответствуют их Общей классификации (см. рисунок).

Для обработки стабилизаторами следует применять при оптимальной влажности: грунты с числом пластичности от 1 до 22, при содержании песчаных частиц не менее 40% по массе и пределом текучести WL не более 50%, а также все разновидности крупно­ обломочных и песчаных грунтов, содержащих в своем составе пылеватые и глинистые частицы в количестве не менее 15% по массе, с содержанием легкорастворимых солей - сульфатов - не более 2% по массе, хлоридов - не более 4% по массе, гумуса - не более 2% по массе и примеси гипса - не более 10%.

Нормативные ссылки:

• ГОСТ 29213-91 (ИСО 896-77)Вещества поверхностно-активные. Термины и определения
• ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации
• ГОСТ 24143-80 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки
• ГОСТ 23161-78 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности.
• ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация
• ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
• ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

СТАБИЛИЗАТОРЫ

Модификаторы или ионнообменные стабилизаторы делятся на органические, химические и синтетические, но принцип воздействия на грунт у всех одинаков, это моллекулярное воздействие на частицы грунта - основан на замещении ионов в гидратированной оболочке на поверхности глинистых частиц грунта. В обычном состоянии частицы грунта удерживаются силами химического и электростатического взаимодействия, связующей электростатической водой. Силы электростатического взаимодействия на поверхности частиц грунта постоянно образуется слой из отрицательно заряженных ионов, определяющих ее способность к смачиванию. Принцип: замещение анионов OH на поверхности частиц грунта, путем диссоциации молекулами стабилизатора в результате слой стабилизированного грунта приобретает повышенную плотность, дополнительную прочность, что делает возможным улучшение несущей способности всех плотных и полуплотных грунтов.

Методика производства работ, сводится к обработке модификатором или стабилизатором имеющегося (существующего) грунта основания в предпологаемом месте строительства (реконструкции, капитального ремонта) дороги, т.е. без дополнительных издержек и затрат на грунты и материалы основания дороги по классическим технологиям (песок, щебень).

В сравнении с необработанным грунтом, уплотнение грунта стабилизированного в 3-5 раз выше! Появляется возможность получить дорожное основание, желаемой несущей способности при использовании 75-100% имеющегося на месте строительства дороги грунта.

ВНЕСЕНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ

• Улучшение свойств грунта и его НС остается постоянным продолжительное время и улучшается под воздействием движущегося на поверхности транспорта. Благодаря прочности и повышению стабильности обработанного грунта становится возможной долговечность, что также сокращает дальнейшие расходы по содержанию сооружения.
• Стабилизаторы могут использоваться со всеми типами грунтов. Она активирует связующую силу любого вида грунта и сразу сокращает вредное воздействие воды на длительный период времени.
• Надолго модифицирует грунт и поэтому может использоваться как на строительной площадке (на месте), так и на специально оборудованной для этого площади. Обработанный один раз грунт надолго сохраняет эффект.
• Более высокая НС обработанного грунта достигается за счет улучшенной связующей функции грунта, что также ведет к понижению риска износа поверхностного слоя грунта. При использовании обработки грунта в строительных целях сокращаются и другие расходы, в среднем на 15-20%. И это только экономия непосредственно при строительстве, не говоря об экономии средств благодаря долговечности.
• Использовать очень просто, так как главную роль при этом играет сам грунт. В большинстве случаев используются одинаковые количества добавок, чтобы достичь желаемого результата. Это означает простоту в использовании уже имеющихся технических средств, достижение желаемого результата и безопасность для окружающего мира, а эффективность исследуется при лабораторных тестах.

Система прошла многочисленные тестирования и проверки. В большинстве случаев даже стандартные количества показывают лучшую плотность грунта, слабое проникновение воды и редуцированное разрушение под воздействием воды. Заложенный уровень НС в 3 – 5 раз больше в сравнении с неулучшенным грунтом, с учетом того, что тестируемые блоки были высушены перед контролем.

Обработанный ею грунт имеет следующие преимущества:

• более эластичный в сравнении со смешанным с цементом или известью слоем грунта;
• может использоваться повторно;
• сокращает проникновение воды и сохраняет плотность грунта;
• увеличивает прочность материала;
• сокращает эрозию и проницаемость;
• может легко быть использован при строительстве;
• сможет быть использован на имеющемся материале либо смешиваться заранее на специальном предприятии и храниться до использования.

Глубина улучшаемого слоя

В основном стабилизатор смешивается с грунтом на глубину 20-25 см, и стандартное рекомендуемое количество – 0,2 литра на 1 м. Фактическая глубина, так же, как и горизонт, где начинается улучшение, определяется качествами грунта. Однако следует принимать во внимание, что реальная плотность улучшенного грунта намного выше, чем у неулучшенного, что может значительно отразиться на экономии расходов.

В каком месте нужно начинать уплотнение

Правила, пригодные для обычных земляных работ, используются и здесь, то есть уплотнение должно быть проведено до оптимального уровня содержания влаги либо быть немного выше (или, например, в случае надвигающегося ливня, сразу после конструкции). Если уплотнение по каким-либо причинам не может быть проведено сразу, так что грунт слишком сильно высыхает, недостающая влажность должна быть восполнена с помощью воды из цистерны и затем грунт должен быть уплотнен.

Преимущества системы в сравнении с бетонной стабилизацией

Цемент может использоваться с целью осушения слишком влажного грунта и с целью уплотнения. Также он подходит для стабилизации некоторых видов рыхлого грунта. Однако, имея дело с плотным грунтом, который также может содержать органические загрязнения, возможно возникновение проблем при использовании цемента. С другой стороны, при соединении слишком больших количеств цемента хрупкий слой слабого цемента может вздыбиться, что ведет к разлому на куски, причиной всему этому служат динамические колебания транспорта (вибрация). Это может привести к очень неприятным ситуациям в поверхностном слое грунта, как только трещины проявятся в слое покрытия. Со стабилищаторами эти недостатки могут быть полностью проигнорированы. Добавки надолго изменяют грунт и придают ему такие свойства, которых у него не было и которые он уже не потеряет.

Где еще применяют стабилизаторы

Во всех случаях, где используется грунт в качестве материала, рекомендуется применять стабилизаторы, например:

• производство высококачественных кирпичей из грунта;
• защита склонов от почвенной эрозии;
• защита прудов и озер от просачивания воды и т.п.

Технологии укрепления грунта с использованием связующих ферментов, стабилизаторов, химических добавок

Строительство дорог: технология стабилизации грунта при применении современных материалов и методов строительства

Эта технология является заменой традиционным щебеночным и бетонным основаниям стабилизированным грунтом. Данное основание можно эксплуатировать как самостоятельно, без нанесения слоя асфальта, так и вместе с ним. Строительство может вестись как с перемещением, так и без перемещения грунта (инъекции различного давления), используя почву, находящуюся по месту выполнения работ.

В Европе эта технология используется при подземных работах и дорожном строительстве: строительство тоннелей, метро, дорог, стояночных площадок, автомагистралей, аэродромов, каналов и трубопроводных траншей, а также строительстве дамб и искусственных водоемов, портов, водохранилищ (уплотнение и герметизация). Кроме того, технология применима при укрепление и герметизация мусорных свалок, строительстве городских дорог и дорог местного значения, тротуаров, велосипедных дорожек. Она эффективна при формировании складских и производственных площадок, полов в цехах и ангарах, дорожного покрытия на предприятиях, парковок для легкового и грузового транспорта, дорог и промышленных площадок в нефтехранилищах для перерабатывающих предприятий.

Принцип действия технологии стабилизации грунта, заключается в стимулировании ионного обмена частиц почвы и молекул воды. Система состоит из нескольких компенентов: за счет их совместного действия, частицы грунта при механическом уплотнении под давлением сближаются друг с другом, при этом происходит консолидация грунта.

В результате применения данной технологии, увеличиваются физико-механические параметры грунта, его гидроизолирующие свойства и улучшается защита от эрозии.

Грунтобетон с "Geosta K-1" - дорожное покрытие

Наличие техники, на сегодняшний день, позволяет выполнять строительство до одного километра дорожного покрытия в день. При необходимости объем работ можно увеличить до 5-10 км в день с привлечением дополнительных машин. Привлекательность использования технологии заключается не только в сжатых сроках строительства, а также в своей экономичности, практичности и долговечности.

Почему технологии стабилизации грунта популярны в Европе?

Потому что данная технология повышает прочность и водостойкость основания автомобильной дороги, его несущей способности и стойкости к эрозии без замены и перемещения грунта при малых дозировках порошкообразного вяжущего (1,5…2,0%). Сохраняется экосистема!Открывать движение по построенному участку можно сразу по завершению строительства. Сокращается время строительства дорожного полотна, за счет применения простого бесшовного строительного метода (уменьшение потребности большого количества дорожно-строительной техники и уменьшения времени ожидания окончания производства работ).

Стоит акцентировать внимание, что технология позволяет сэкономить не только время процесса строительства, но и денежные средства за счет минимизации транспортных затрат и при длительном сроке эксплуатации (низкие производственные расходы и расходы по содержанию, высокая грузоподъемность и морозоустойчивость).

Нами отмечено, что предлагаемая система позволяет достичь экономии материалов и трудозатрат от 20% до 30% за счет исключения щебня и трудозатрат по его доставке, использования грунтов на месте строительства, что также ведет к сокращению срока ввода объектов в эксплуатацию в 2-3 раза, в сравнении с аналогичными проектами без использования данной технологии.

Препарат GEOSTA ®

«Geosta K-1» (производства Нидерландов) успешно используют на практике почти во всех странах Западной Европы, Африки, Америки и в целом ряде стран других континентов.

Происхождение препарата «Geosta K-1» относят к 70-м годам в Японии. В начале 90-х технология его использования и производства пришла в Западную Европу – Голландию. Химический состав препарата «Geosta K-1» это смесь набора солей, в том числе: хлоридов натрия, магния и калия и добавок согласно документации производителя, защищенных патентом и зарезервированных товарным знаком.

Препарат имеет вид порошка, легко растворимого в воде экологически совместимого и не оказывающего никакого вредного воздействия на окружающую среду (грунты и подземные воды). Препарат «Geosta K-1» позволяет стабилизировать грунты и их различные смеси с цементом, а также скреплять промышленные отходы, содержащие в том числе и тяжелые металлы. В ходе многолетних экспериментов по скреплению различных промышленных отходов с помощью Geosta® в лабораториях Института Исследований Дорог и Мостов (ИИДМ, Варшава, Польша) достигнуты позитивные и многоообещающие результаты, открывающие возможность их утилизации (хозяйственного исполь зования) и полного обезвреживания.