Дослідження варіантів укріплення ґрунтів для використання в конструкції дорожнього одягу автомобільних доріг
Автор: Чернишенко Вадим Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Автомобільні дороги і аеродроми
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В роботі використані два види в’яжучих: армоване волокном порошкове в’яжуче на основі гідравлічних компонентів та водна дисперсія акрилових смол, виготовлена зі спеціального синтетичного еластомеру. Актуальність використання укріплених ґрунтів в наш час обумовлена обсягами будівництва, які збільшуються з кожним роком і можливістю використання місцевих матеріалів замість дорогих гірських порід. Укріплення є сучасним підходом до конструювання дорожніх одягів, автомобільних доріг і аеродромів, воно полягає у направленій зміні властивостей місцевих матеріалів різного складу і перетворення їх в монолітний, міцний, морозостійкий конструктивний шар дорожнього одягу. Багаторічні дослідження ДерждорНДІ України показали, що міцність дорожніх одягів з прошарками із зміцненого ґрунту не нижча, а в багатьох випадках вища ніж міцність дорожніх одягів з основами із щебню та гравію. При цьому, рівність покриття, як правило, набагато вища ніж на основах із кам’яних зернистих матеріалів. Крім того, технологічні операції із влаштування основ із зміцнених ґрунтів прості у виконанні та можуть бути повністю механізовані. Традиційним методом укріплення ґрунтів є введення до їх складу мінеральних в’яжучих речовин – цементу, вапна, тощо з подальшим ущільненням суміші. Ефективним варіантом є комплексне укріплення, яке передбачає поєднання мінерального в’яжучого та хімічних реагентів. За використання стабілізаторів досягається більше ущільнення, а економія цементу може сягати 30 мас.% зі збереженням стабільних показників міцності і морозостійкості. Найбільш ефективні стабілізатори дають також істотний економічний ефект від зниження витрат на паливо, оскільки вони є пластифікаторами, що зменшують опір зрушенню під час ущільнення ґрунту та знижують кількість проходів котка. Імовірність утворення тріщин за високих витрат мінеральних в’яжучих усувається або істотно знижується. Також істотно зростає стійкість таких матеріалів до поперемінного зволоження та осушення. З метою укріплення застосовують широку гамму хімічних реагентів: органічні ферментні препарати, лужні, кислотні, органічні полімерні емульсії, кремнійполімери та ін. В останні роки в Україні найбільш широкого поширення набули стабілізатори ферментного типу. Вони поєднують в собі властивості стабілізатора, каталізатора і пластифікатора. Розчин реагенту такого типу при внесенні в ґрунт діє як поверхнево-активна речовина, знижує коефіцієнт поверхневого натягу води, активізує капілярну та плівкову воду за рахунок іонізації, підвищує когезію ґрунту, пластифікує ґрунтову суміш. Укріплення ґрунтів представляє собою технологічний процес направленого структуроутворення, який забезпечує можливість отримання достатньо міцних та водостійких матеріалів з заданими властивостями за рахунок реалізації оптимальних умов взаємодії в’яжучих з ґрунтом. Укріплення ґрунту – це комплекс заходів, спрямованих на підвищення механічної міцності та водостійкості ґрунту. Включає ряд послідовних технологічних операцій, забезпечує в результаті активного впливу на ґрунт добавок в’яжучих та інших речовин – високу щільність, міцність та довготривалу стійкість як в сухому так і у водонасиченому стані. В результаті багаторічних лабораторних досліджень і різнобічних дослідів у виробничих умовах розроблений і широко застосовується на практиці ряд досить різноманітних методів укріплення ґрунтів. Одним з найпоширеніших методів є зміцнення ґрунтів мінеральними в’яжучими у вигляді цементу або вапна, що характеризується формуванням кристалізаційної структури. Ця структура виникає в результаті зрощування кристалів нової твердої фази, що постає з пересиченого розчину, як це, наприклад, буває при гідратаційному твердінні мінеральних в’яжучих матеріалів. У процесі розробки різних методів укріплення ґрунтів вони вдосконалювалися, і при цьому знаходилися ефективні нові рішення по суттєвому покращенню їх структурно-механічних властивостей. Для дослідження властивостей укріпленого ґрунту застосовувались стандартні методи, прийняті для дослідження ґрунтів укріплених в’яжучим. Метою досліджень було визначення фізико-механічних властивостей необхідних для застосування ґрунтів зміцнених комплексним додаванням в’яжучих в якості шарів дорожніх одягів. У даній роботі досліджено властивості комплексного застосування в’яжучих, розроблені склади ґрунту укріпленого додаванням в його склад армованого волокном порошкового в’яжучого на основі гідравлічних компонентів та водної дисперсії акрилових смол, виготовленої зі спеціального синтетичного еластомеру, які характеризуються показниками міцності достатніми, для використання їх у дорожньому будівництві.