Опыт строительства монолитных слоев дорожных одежд при отрицательных температурах воздуха

Введение. Повышение долговечности дорожных конструкций и продление строительного сезона по устройству монолитных слоев дорожных одежд являются актуальными задачами. Особый интерес при этом представляют дорожные одежды нежесткого типа. Замена оснований из зернистых материалов (щебень, гравий и т. п.) на монолитные позволяет снизить материалоёмкость дорожной одежды на 20–50%, стоимость строительных работ до 45% и повысить срок службы дорог в 1,5–2 раза. Продление строительного сезона по устройству монолитных оснований способствует повышению темпов строительства, более рациональному использованию дорожно-строительной техники, закреплению на предприятии высококвалифицированных специалистов и уменьшению накладных расходов. Особый интерес при этом представляют многотоннажные отходы, обладающие самостоятельными вяжущими свойствами, например белитовые шламы глиноземного производства. Статья посвящена комплексному исследованию физико-механических и технологических свойств натурального белитового шлама с целью использования его для устройства монолитных слоев дорожных и аэродромных одежд в зимний период, без введения противоморозных добавок.
Материалы и методы. Термоэлектрическим методом установлена температура начала замерзания белитового шлама минус 2 ºС. Изучена его уплотняемость в интервале отрицательных температур, способность к восстановлению разрушенной структуры после повторного уплотнения, закономерности остывания материала в процессе технологических операций по устройству конструктивных слоев в зимний период. Уплотняемость изучали путем прессования образцов из шлама оптимальной влажности при его температурах от 20 до минус 10 ºС. Исследование процессов структурообразования шлама и шламощебеночного материала заключалось в изучении кинетики твердения образцов, хранящихся в климатических камерах, моделирующих изменение среднемесячных температур воздуха в годовом цикле (от 20 °С до минус 20 °С) и в естественных условиях (на открытом воздухе). Параллельно выполнялись термографические и электронно-микроскопические исследования новообразований в твердеющем материале. Для изучения закономерностей остывания шламовых слоев провели лабораторный эксперимент, моделирующий двухстороннее (сверху и снизу) промораживание материала в климатической камере при температурах минус 10, минус 15 и минус 25 ºС.
Результаты. Выявлен комплекс уникальных физико-химических и технологических свойств натурального белитового шлама, заключающихся: в сохранении исходной плотности и активности после замораживания, способности шлама и шламощебеночного материала к твердению при отрицательных температурах, пониженной температуре замерзания минус 2 ºС, хорошей уплотняемости в интервале отрицательных температур (до минус 6 ºС). Исследованы температурно-технологические параметры заготовки шлама для производства работ в зимнее время. Изучены закономерности остывания шлама в технологическом процессе по устройству конструктивных слоев в зимний период. Разработана технология устройства монолитных слоев дорожных одежд из белитового шлама и шламощебеночного материала при отрицательных температурах воздуха до минус 20 ºС. Обобщен практический опыт применения белитового шлама при строительстве дорог во II–IV дорожно-климатических зонах.

1. Безрук В. М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве. М.: Транспорт, 1971. 247 с.

2. Fohs D., Kinter E. Soil-Portland cement twickness design-summary of current practices. Public Roads. 1970. Vol. 36. No. 4. pp. 75-82.

3. Миронов С. А. Теория и методы зимнего бетонирования. М.: Стройиздат, 1975. 700 с.

4. Хигерович М. И., Муштаева Н. Е., Карасев М.С. Устройство бетонного покрытия способом раннего замораживания // Автомобильные дороги. 1969. № 9. C. 4–5.

5. Крылов Б. А., Иванова О. С., Сергеев К. И. [и др.] Свойства бетона, замороженного в раннем возрасте // Автомобильные дороги. 1972. № 11. C. 14–16.

6. Миронов С. А., Глазырина Е. Г. Влияние раннего замораживания на прочностные и деформативные характеристики бетона. Зимнее бетонирование и тепловая обработка бетона. М.: Стройиздат, 1975. 125 с.

7. Пополов А. С. Опыт применения гранулированных шлаков в дорожном строительстве Франции // Экспресс-информация. Автомобильные дороги. Зарубежный опыт. ЦНТИ Минавтодора РСФСР. Вып. 10. М., 1984. C. 1–13.

8. Белоусов Б. В., Бескровный В. М., Лыткин А. А. Применение белитовых шламов для устройства дорожных оснований в условиях Сибири. Производство и применение каменных материалов из горных пород и отходов промышленности в дорожном строительстве. Тр. Союздорнии. М., 1984. C. 43–48.

9. Логинова И. В., Кырчиков А. В. Аппаратно-технологические схемы в производстве глинозема. Екатеринбург: Урфу, 2011. 233 с.

10. Белоусов Б. В, Гаврилов А. Н., Афонин А. С. Предложения по конструированию дорожных одежд с повышенным сроком службы. Мир дорог. М., 2016. 2 с.

11. Кириенко И. А. Теоретическое обоснование твердения цементных растворов и бетонов на морозе. Киев, 1962. 30 с.

12. Влияние повторного уплотнения и транспортных нагрузок на характер твердения белитового шлама в слоях дорожных одежд // Вестник СибАДИ. 2017; 3: 125–132. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2017-3(55)-125-132

13. Lytkin A. A. Study of the Transport Loads Influence on the Nature of Belite Sludge Hardening in Pavement. Materials Science Forum 992. 2020. pp. 79- 85. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.992.79.

14. Бескровный В. М., Белоусов Б. В., Лыткин А. А. Обработка щебеночных оснований вяжущими с помощью кулачкового катка. Производство и применение каменных материалов из горных пород и отходов промышленности в дорожном строительстве. Тр. Союздорнии. М., 1984. С. 93–102.

15. Лыткин А. А., Старков Г. Б., Вагнер Е. Я. Исследование эффективности использования белитового шлама для устройства монолитных слоев дорожных одежд методом холодного ресайклинга // Вестник СибАДИ. 2020; 17 (6): https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-6-764-776

16. Левин Б. В., Лисюк Б. С., Луценко К. Л., Лыткин А. А. [и др.] Нефелиновые концентраты и шламы – уникальное сырье для геополимерных материалов и конструкций. Мир дорог. «Экология. Новые технологии». М., 2020. 9 с.