La stabilizzazione del suolo è il modo più redditizio ed efficiente per costruire strade sterrate all'interno di insediamenti, aree popolate, insediamenti, insediamenti di cottage nel caso in cui l'uso di strade asfaltate o autostrade a tutti gli effetti non sia finanziariamente efficiente.
La tecnologia di stabilizzazione del suolo è la seguente:
Passo 1.
Pianificazione stradale.È necessario adottare misure relative a garantire un corretto drenaggio con il dispositivo canali di scolo e fossi Eliminazione di possibili ristagni d'acqua in prossimità del sottofondo, riducendone la penetrazione nel periodo autunnale; abbassare il livello delle acque sotterranee predisponendo drenaggi.
Passo 2
Determinazione della composizione del suolo. Per la costruzione di strati strutturali di pavimentazione e il rafforzamento dei bordi stradali, è consentito utilizzare sia terreni naturali che terreni importati. Il terreno viene consegnato utilizzando terreni importati. In questo caso, è necessario soddisfare i seguenti requisiti prima di iniziare i lavori di stabilizzazione del suolo:
- consegna di terra nella quantità necessaria per la realizzazione di uno strato strutturale di pavimentazione o rinforzi stradali;
- distribuzione del terreno e suo livellamento su tutta la larghezza del sottofondo o spalla preparato
- laminazione dello strato livellato ad una densità di 0,85-0,90 della densità massima secondo il metodo di compattazione standard.
Selezione del suolo e consumo di stabilizzante.
- determinazione della composizione granulometrica del terreno destinato all'uso;
- se necessario, adeguare la composizione granulometrica della miscela di terreno mescolando il terreno esistente con terreno di diversa composizione granulometrica;
- determinazione della densità massima e del contenuto di umidità ottimale del terreno trattato con lo stabilizzante;
- determinazione delle caratteristiche di resistenza in conformità con i requisiti di GOST 12801-98;
- determinazione della resistenza all'umidità e all'acqua;
- determinazione della necessità di uno stabilizzatore per 1 m2 e in generale per un sito con lo stesso terreno.
Passaggio 3
Miscelazione di compositi.
Preparazione della soluzione stabilizzante. La soluzione si ottiene diluendo lo stabilizzante nel contenitore di lavoro, agitando la soluzione risultante per 10 ... 15 minuti. La concentrazione della soluzione stabilizzante viene impostata in base all'umidità attuale del suolo e alla sua umidità ottimale determinata con il metodo Proctor modificato per campioni di terreno trattati con uno stabilizzante.
Schiacciamento del suolo effettuato da vari tipi di macchine stradali al fine di ottenere una composizione omogenea del grano della miscela in conformità con i requisiti della clausola 6.4.SNiP. 3.06.03-85 La migliore frantumazione del terreno si ottiene quando il suo contenuto di umidità è inferiore del 3-5% rispetto all'ottimale e la densità è 0,85-0,90 del massimo, determinato dal metodo di compattazione standard. In basso umidità naturale l'inumidimento del terreno al grado specificato viene effettuato 6-12 ore prima dell'inizio della frantumazione. Ad elevata umidità naturale, il terreno viene essiccato mescolando ripetutamente in condizioni di vento secco o soleggiato fino a un contenuto di umidità inferiore del 2-4% rispetto a quello ottimale. Il terreno è considerato frantumato se contiene non più del 25% di zolle superiori a 5,0 mm. In questo caso, il contenuto di grumi superiori a 10,0 mm non deve superare il 10,0%.
Passaggio 4
Rotolamento e compattazione.
Profilazione le superfici dello strato stabilizzato vengono prodotte in due passaggi di motolivellatrice lungo un binario con la creazione di una pendenza trasversale dello strato strutturale di pavimentazione da terra stabilizzata pari alla pendenza trasversale della carreggiata. La pendenza trasversale della banchina dovrebbe superare dell'1-2% la pendenza trasversale della carreggiata.
Compattazione del terreno trattato e profilato. Prodotto da rulli vibranti od oscillanti semoventi del peso minimo di 10 ton. Gli strati inferiori dello strato strutturale della pavimentazione possono essere compattati con rulli a camme vibranti semoventi, ma lo strato superiore deve essere compattato con rulli vibranti o oscillanti a rulli lisci del peso di almeno 15 tonnellate.
Appunti.
- La velocità del rullo durante la compattazione deve essere di 3,5-6,5 m/min (le prime due passate), per le restanti passate viene assegnato il valore massimo della velocità di lavoro. I primi due passaggi vengono eseguiti con la modalità di vibrazione (oscillazione) disattivata.
- Il numero di passaggi del rullo e la velocità del suo movimento sono impostati in base ai risultati della compattazione di prova. Per la compattazione sono necessarie circa 12-18 passate del rullo su un binario.
- Il grado di densità dello strato stabilizzato deve essere almeno lo standard massimo secondo il metodo Proctor modificato secondo GOST 22733-2002.
Stabilizzazione del suolo
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A proposito di macchine per la costruzione di strade
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Stabilizzazione del suolo
I terreni utilizzati nella costruzione di strade hanno determinati indicatori di resistenza limitante, ovvero sono in grado di trasportare una certa quantità di carico dai veicoli in movimento.
Negli ultimi anni è stato sviluppato nuovo metodo aumentare la resistenza dei terreni aggiungendo additivi di leganti: cemento, calce, bitume, catrame. Questo metodo è chiamato stabilizzazione del suolo con leganti. I terreni rinforzati con questo metodo vengono utilizzati per la costruzione di sottofondi stradali per pavimentazioni permanenti in conglomerato bituminoso e per la realizzazione di pavimentazioni leggere al posto delle pavimentazioni in conglomerato bituminoso. Il costo della costruzione di basi e pavimentazioni da terreno stabilizzato è 3,5-5 volte più economico rispetto alla costruzione di basi in pietrisco o pavimentazioni in calcestruzzo asfaltato. Uno strato di base di terra stabilizzata di 30 cm di spessore equivale in resistenza ad uno strato di pietrisco di 18-20 cm di spessore; una pavimentazione leggera di terra stabilizzata di 15-20 cm di spessore è uguale alla resistenza di una pavimentazione in cemento-asfalto di 6-10 cm di spessore.
In precedenza, le pavimentazioni stradali venivano realizzate sotto forma di pavimentazione in ciottoli (autostrada in ciottoli) o mediante la posa di uno strato di ghiaia di 6-15 cm di spessore, rotolata da ruote di carro o rulli stradali (ghiaia o autostrada "bianca"). Con lo sviluppo del traffico automobilistico, la forza di queste autostrade si è rivelata insufficiente.
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La ragione principale della rapida distruzione delle autostrade bianche da parte delle ruote delle auto è la debole connessione tra le singole ghiaie.
Inoltre, a causa dell'elevata velocità dei veicoli, vengono imposti nuovi requisiti sulle strade: uniformità della superficie, assenza di polvere e buona aderenza con i pneumatici.
L'aumento della coesione del pietrisco nel rivestimento si ottiene introducendo nello spessore del rivestimento leganti organici - bitume o catrame, che aumenta la resistenza e la durata della strada. La presenza di materiali leganti nel rivestimento consente di arrotolare uniformemente la sua superficie con rulli, legare la polvere e quindi rimuovere la polvere dalla strada e migliorare l'aderenza dei pneumatici. Il legante organico riveste le particelle minerali con un film sottile e le lega insieme.
Un'autostrada bianca trattata con bitume o catrame diventa nera e quindi tali rivestimenti sono chiamati "neri".
La stabilizzazione del suolo può essere effettuata sia su suoli locali che importati. Per la stabilizzazione, il terriccio sabbioso e il terriccio sono i più adatti. Quando si stabilizzano i terreni, è necessario rimuovere lo strato vegetale superiore (zolla) con le radici di erbe e arbusti, poiché si formano dei vuoti quando le particelle di vegetazione marciscono.
La stabilizzazione del suolo consiste nelle seguenti operazioni principali: - preparazione di una fascia di terreno; – allentamento e macinazione del terreno; - distribuzione del materiale legante; - miscelazione del terreno frantumato con un materiale legante; - innaffiatura e rimescolamento finale con acqua del terreno frantumato, miscelato con un legante in polvere quando stabilizzato con cemento o calce; – compattazione a strisce, terreno stabilizzato.
La preparazione della fascia consiste nella rimozione dello strato erboso e delle radici di ceppi e arbusti e nella progettazione della fascia con il riempimento degli avvallamenti locali e il taglio di monticelli e dossi.
Allo stesso tempo, il sottofondo viene profilato e vengono tagliati i fossati laterali. I lavori di preparazione delle strisce vengono eseguiti da bulldozer e, se necessario, sradicatori, nonché motolivellatrici o motolivellatrici.
Se i terreni locali sono stabilizzati, la striscia di sottofondo corrispondente viene sottoposta ad allentamento e macinazione. Se la stabilizzazione non viene effettuata sul terreno locale, il terreno necessario viene portato dalla cava vicina al traos mediante ruspe, rimorchi per trattori o autocarri con cassone ribaltabile, il terreno portato viene distribuito e pianificato sul sottofondo e quindi viene allentato e frantumato.
Si consiglia di allentare terriccio sabbioso denso e pesante e terriccio con aratri ed erpici trainati.
I terreni leggeri vengono allentati dalle frese dei trattori trainati, che poi frantumano il terreno allentato. L'allentamento e la molatura vengono eseguiti da più passaggi di macchine lungo il nastro lavorato.
Più intensamente il terreno viene frantumato, migliore e più uniforme si mescola con il legante e più forte si ottiene lo strato stabilizzato. Nel terreno normalmente frantumato, il numero di particelle di 3-5 mm di dimensione non deve superare il 3-5% in peso, che viene controllato da campioni speciali.
stabilizzazione del cemento
Il cemento o la calce vengono portati in cantiere in autocarri o autocarri con cassone ribaltabile e sparsi manualmente con pale in modo uniforme sulla striscia trattata immediatamente prima della miscelazione a secco. Non vengono ancora prodotte macchine speciali per la distribuzione di cemento e calce.
Il terreno viene impastato a secco con un legante, quindi annaffiato con acqua da un distributore di asfalto, dopodiché viene infine impastato con più passaggi di fresa trainata e compattato con rullatura.
Stabilizzazione con bitume o catrame
Il bitume o il catrame viene portato e versato con un distributore di asfalto immediatamente prima della miscelazione in modo che il legante non si raffreddi.
Il terreno con il legante viene impastato con più passaggi della fresa trainata e compattato con rullatura.
Lo strato stabilizzato viene compattato con un rullo pneumatico D-219 su un rimorchio per un'auto o un trattore a ruote. Il traino del rullo da parte di un trattore a cingoli è inaccettabile a causa del danneggiamento della superficie della striscia da parte di speroni del cingolo.
Trovato su Internet senza la firma dell'autore:
"Nella costruzione di strade, il vetro liquido non si è diffuso, ad eccezione della costruzione di sezioni sperimentali, nonché della silicizzazione delle autostrade in pietrisco mediante impregnazione e trattamento superficiale. Il motivo è anche la bassa resistenza al gelo del vetro silicizzato come inconveniente nel lavoro dovuto alla rapida presa e indurimento di una miscela di terreno con silicato. Allo stesso tempo, l'esperienza delle truppe ingegneristiche dell'avanzata Esercito sovietico nel 1944 mostrò i vantaggi della silicizzazione di strade sterrate e ghiaiose temporanee: organizzando deviazioni di strade minate e fatte saltare in aria dalle truppe naziste in ritirata, il rapido consolidamento del suolo con l'ausilio di pale e annaffiatoi da giardino diede ottimi risultati. "Dal libro di V. D. Glukhovsky "Gruntosilicates":
"La realizzazione di autostrade su legante vetroso liquido con inerti inerti (calcare, dolomite, quarzite, arenaria, granito) si basa sulla capacità del vetro liquido di formare masse solide monolitiche con inerti.Il lavoro svolto in questa direzione in vari paesi, in alcuni casi, ha dato risultati positivi e in altri negativi. In Italia e soprattutto in Francia sono stati costruiti migliaia di chilometri di autostrade silicizzate. La Germania non ha ottenuto risultati positivi in questa materia.
Nel nostro paese, i lavori sulla silicizzazione delle strade sono stati eseguiti da V. M. Shalfeev e hanno dato risultati soddisfacenti.
La costruzione di tali strade può essere eseguita utilizzando il metodo del calcestruzzo silicato o il metodo dell'impregnazione.
Durante la costruzione con il metodo del calcestruzzo silicato, la miscela di lavoro, costituita da aggregato grossolano, schermature e vetro liquido, dopo un'accurata miscelazione, viene posata in uno strato di 10 cm e compattata con rulli. Dopo 24 ore, la massa acquisisce forza sufficiente e il trasporto può spostarsi lungo di essa.
Dalla mia esperienza con il vetro liquido, dirò che apparentemente un bicchiere liquido non è sufficiente. Ho realizzato vernici a base di vetro liquido. Dalle facciate sono stati spazzati via da circa la decima pioggia. Manca in questa descrizione qualche componente che aumenta la resistenza all'umidità.
Allo stesso Glukhovsky, quando si rafforzano i terreni, viene utilizzata una soluzione salina aggiuntiva (non costosa). Non dice che tipo di sale è necessario. Altre fonti parlano di sale di potassio, ma non indicano quale vetro liquido viene utilizzato, potassio o sodio. Anche a Glukhovsky, al fine di aumentare l'impermeabilità dei blocchi da costruzione in silicato macinato, si consiglia l'impregnazione in soluzione salina dopo lo stampaggio. Il libro è scritto in modo disgustoso, le informazioni devono essere raccolte a poco a poco da diversi capitoli e ancora molto rimane incomprensibile. Sembra che l'auto stia deliberatamente cercando di confondere tutto.
Allo stesso tempo, Glukhovsky afferma: "Tali strade sono più economiche del cemento e delle strade con altri tipi di rivestimenti in ghiaia. Sono da una volta e mezza a due volte più durevoli dell'asfalto e del cemento, e anche più resistenti all'usura, all'acqua e resistente al gelo."
Perché sono così preoccupato per l'argomento? Dopo aver incasinato la vernice sul vetro liquido, ho smesso di usarla in produzione e avevo circa una tonnellata di vetro soda liquido bloccato nel mio magazzino. Ormai sono sette anni.
E in campagna ci sono molti posti dove rafforzerei volentieri le vie di accesso. Forse qualcuno ti dirà la tecnologia. Sarei molto grato. E poi gli esperimenti possono essere ritardati. Non apprezzerai subito il risultato, devi aspettare un anno o due.
Forse il terreno viene mescolato con vetro liquido, posato e poi annaffiato con una soluzione salina. Dagli annaffiatoi da giardino, gli uomini dell'Armata Rossa hanno annaffiato le strade con qualcosa nel 1944. Se il vetro liquido è sodio, allora, a quanto pare, il sale di sodio NaCl è un normale sale da tavola.
Eccone un altro di Glukhovsky: "Il vetro liquido viene utilizzato per riparare le parti superficiali delle strutture in calcestruzzo. In questo caso, uno strato di vetro liquido con un modulo di 3,3-3,4 viene applicato sull'area danneggiata inumidita con acqua, che viene cosparsa di polvere di cemento Come risultato dell'interazione chimica tra cemento e silicato alcalino provoca un rapido indurimento della miscela.
L'essenza della tecnologia è l'introduzione di additivi nel terreno per migliorarne le proprietà meccaniche. Il terreno viene accuratamente frantumato e miscelato con materiali leganti appropriati, seguito dalla compattazione. I compiti chiave vengono risolti nella fase di progettazione stradale e calcolo della miscela ottimale di leganti.
Perché le strade sono cattive in Russia?
La pavimentazione stradale consente all'umidità di passare al suolo di base della strada
Sotto l'influenza di temperature negative e umidità accumulata, il terreno si gonfia
Sotto l'azione dell'acqua, il terreno si impregna, si erode e si diffonde.
I carichi effettivi sulla strada sono superiori a quelli calcolati: non tutte le strade sono in grado di trasportare veicoli pesanti o ad alta velocità flusso di traffico
Il suolo è anche soggetto a subsidenza, taglio
Negligenza dell'appaltatore che ha eseguito la costruzione e ha violato la tecnologia
L'eterogeneità del fondo stradale contribuisce alla comparsa di crepe "interne" che si manifestano sul manto stradale
L'essenza della tecnologia è l'introduzione di additivi nel terreno per migliorarne le proprietà meccaniche.
Il terreno viene accuratamente frantumato e miscelato con i materiali leganti appropriati, seguito dalla compattazione, il risultato è lastra monolitica, che è la base stradale.
I compiti chiave vengono risolti nella fase di progettazione stradale e calcolo della miscela ottimale di leganti.
Vantaggi tecnologici
Impedisce all'acqua di entrare alla base della pavimentazione
resistenza all'erosione
- resistenza all'ammollo
- resistenza al gelo, esclusione del gelo
Raggiunge un modulo di elasticità più elevato, aumenta la stabilità al taglio e l'uniformità, riduce la plasticità
Consente di ridurre lo spessore del calcestruzzo bituminoso fino al 50%
- esclude prelievo
- esclude "solchi"
- elimina la comparsa di crepe "a copia" nelle pavimentazioni in calcestruzzo asfaltato
Per la costruzione viene utilizzato il terreno situato nel luogo in cui giace. strada futura.
Riduce la quantità di materiali utilizzati
- risparmio sul trasporto dei materiali
Confronto tra strade realizzate utilizzando la tecnologia di stabilizzazione del suolo e il metodo "classico".
| Strada "Classica" | Strada "Stato-suolo" |
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Stima indicativa per la realizzazione di 1 km (6000 m2) di base stradale(il calcolo ha lo scopo di mostrare chiaramente la differenza tra i due metodi e non lo è offerta commerciale) |
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2000 tonnellate terreno rimosso e sostituito 4200 tonnellate 150 camion per l'importazione e l'esportazione di materiali 6 giorni lavori 820 rubli- prezzo al m2 3 anni garanzia |
Viene utilizzato il suolo locale 216 tonnellate consegnato nuovi materiali 6 camion di cemento per l'importazione di legante minerale 2 giorni lavoro 499 rubli- prezzo al m2 5 anni garanzia Il risparmio è del 39,15% |
Tecnologico
| Selezione della composizione ottimale della miscela per conferire al terreno le proprietà fisiche e meccaniche necessarie |
Analisi di laboratorio su campioni di suolo:
È di fondamentale importanza scegliere la giusta composizione! |
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La pratica dimostra che la progettazione ingegneristica della strada futura deve essere adattata dopo l'analisi di laboratorio del suolo e la selezione della formulazione della miscela. |
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| Preparazione del sito per il lavoro |
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| La profilatura longitudinale e trasversale preliminare pone le basi per l'attuazione di qualità del progetto e aumenta la durata della base stradale a causa del deflusso dell'acqua. Spesso ci sono strade dove questa tappa non si è svolta, si riconoscono dall'asfalto liscio, su cui guidare è come nuotare in una barca a motore tra le onde. |  |
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È di fondamentale importanza ottenere un'umidità ottimale del suolo! |
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| La stragrande maggioranza degli appaltatori non ha idea di quale sia l'umidità ottimale del suolo e perché (come) rispettarla. La pratica dimostra che il mancato rispetto del contenuto di umidità ottimale porta a una reazione di scarsa qualità e a un debole rafforzamento del suolo. e, di conseguenza, distruzione prematura della base stradale. |  |
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| Introduzione del raccoglitore |
È fondamentale ottenere la giusta quantità di leganti! |
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| L'utilizzo di un distributore con dosatore assicura un'applicazione uniforme e corretta, garanzia del rispetto della ricetta dell'impasto compattato. Nella nostra pratica ci siamo imbattuti in vari "trucchi" dai sacchi di cemento stesi a terra alla spruzzatura direttamente dal tubo di un camion di cemento. Non si tratta di alcuna ricetta e applicazione uniforme qui. |  |
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| Miscelazione del terreno |
è fondamentale ottenere una miscelazione uniforme dei leganti! |
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| In questa fase è estremamente importante misurare l'acidità del terreno, la percentuale di umidità, la temperatura di reazione e prelevare campioni per prove intermedie di laboratorio. |  |
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| Compattazione della base stradale risultante |
Ottenere un sigillo di qualità è fondamentale! |
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| A causa delle peculiarità della tecnologia, gli appaltatori inesperti commettono i seguenti errori: - compattazione insufficiente a tutta profondità a causa della selezione errata di un set di rulli e della modalità operativa - allentamento dovuto alla scadenza del tempo di presa o troppo un largo numero passaggi |  |
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| Profilatura e compattazione finale |
È di fondamentale importanza resistere al grado di pendenza per la successiva rimozione dell'umidità! |
Arte. scientifico dipendente T.T. Abramova
(Università statale di Mosca intitolata a M.V. Lomonosov),
AI Bosov
(FSUE "ROSDORNII"),
K.E. Valeeva
(Università statale di Mosca intitolata a M.V. Lomonosov)
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introduzione
Allo stato attuale, vi è una rapida crescita del volume di costruzione di vari oggetti di infrastrutture di trasporto. Nella maggior parte del territorio della Russia non ci sono materiali tradizionali per la costruzione di strade, il che ne predetermina la carenza e provoca un aumento del costo totale del progetto di costruzione. A questo proposito, è consigliabile utilizzare i terreni locali per la realizzazione dei marciapiedi. Per poter utilizzare, ad esempio, i terreni argillosi più diffusi nella Federazione Russa, che notoriamente hanno elevata coesione e resistenza allo stato secco e trascurabili allo stato saturo d'acqua e sono pesanti, è necessario garantire la loro durabilità e stabilità, indipendentemente dai cambiamenti di umidità, dalle condizioni atmosferiche e dai carichi variabili durante il traffico. Questo può essere raggiunto solo se c'è un cambiamento qualitativo fondamentale nelle proprietà naturali di tali suoli.
Lo sviluppo di composizioni a base di terra con leganti inorganici (cemento, calce, ceneri volanti, ecc.) e organici (bitume, emulsioni bituminose, catrame, resine polimeriche, ecc.) è stato portato avanti da molte scuole scientifiche dagli anni '20 agli ultimi secolo. Un'analisi dei risultati del loro lavoro ha mostrato che le composizioni a base di cemento sono caratterizzate da un'elevata rigidità e, di conseguenza, dalla formazione di crepe. Inoltre, i terreni cementizi hanno una maggiore abrasione, che non consente loro di essere utilizzati per la pavimentazione senza uno strato protettivo di usura. I terreni calcarei non conferiscono loro resistenza al gelo. I leganti organici contribuiscono allo sviluppo di solchi e deformazioni plastiche dello strato di base.
Studi a lungo termine in vari paesi del mondo hanno dimostrato che un aumento della resistenza all'acqua dei terreni argillosi può essere ottenuto utilizzando sostanze tensioattive (tensioattivi), che consentono di stabilizzare tali terreni con un piccolo consumo di tensioattivi. L'introduzione di reagenti attivi può ridurre la necessità di leganti, migliorare significativamente le caratteristiche fisiche e meccaniche dei terreni argillosi e renderli idonei all'uso in lavori di costruzione.
Le moderne attrezzature per la costruzione di strade (fresatrici, riciclatrici, impianti mobili di miscelazione del terreno) consentono di stabilizzare e rinforzare efficacemente i terreni direttamente in loco a grande profondità (fino a 50 cm) in un passaggio di lavoro con un'elevata precisione di dosaggio dei materiali introdotto nel terreno. Attrezzatura per la miscelazione del terreno ad alte prestazioni, prodotta da tale aziende famose, come Bomag, Caterpillar, FAE, Wirtgen e altri, consente di ottenere una miscela omogenea anche quando si lavora con terreni impregnati d'acqua. A questo proposito, negli ultimi anni, l'interesse degli specialisti stradali per gli stabilizzatori del suolo è notevolmente aumentato sia nel nostro Paese che all'estero.
Gli stabilizzanti sono una classe molto ampia di sostanze di diversa composizione e provenienza, che a piccole dosi influiscono positivamente sulla formazione delle proprietà dei materiali da costruzione stradale, sia attivando processi fisici e chimici, sia ottimizzando i processi tecnologici. Queste sostanze possono essere utilizzate in quasi tutte le fasi tecnologiche nella costruzione di strade e aeroporti, dalla costruzione di sottofondi alla costruzione di superfici dure, strutture di ingegneria artificiale e miglioramento stradale.
Gli stabilizzanti possono essere di diversa origine, differiscono per proprietà, ma hanno tutti in comune il fatto di aumentare la densità, la resistenza all'umidità e la resistenza al gelo dei suoli, riducendone il sollevamento.
Ogni stabilizzatore specifico ha il proprio nome individuale, che riflette le specifiche del paese di origine e le caratteristiche dell'applicazione. Tra i più famosi ci sono i seguenti stabilizzatori per terreni argillosi: EH-1 (USA), SPP (Sud Africa), Roadbond (USA), RRP-235 Special (Germania), Perma-Zume (USA), Terrastone (Germania), Dorzin "(Ucraina) e LBS (USA), Dortekh (RF), ECOroads (USA), М10+50 (USA).
1. Fondamenti teorici dell'idrofobizzazione di suoli coesivi
Una caratteristica distintiva degli stabilizzanti è il cambiamento della natura idrofila del terreno argilloso in idrofobo. Pertanto, per garantire la stabilizzazione dei terreni coesivi, è necessario conoscere le basi dei processi di idrofobizzazione.
L'idrofobizzazione è un cambiamento nella natura della superficie delle particelle minerali esponendo il terreno a piccole dosi di tensioattivi. La sua essenza fisica sta nel fatto che la bagnabilità o non bagnabilità del suolo dipende dalla struttura cristallina dei suoi minerali, dalla natura del loro legame interpacchetto e intermolecolare. Il motivo principale della bagnatura è la presenza di centri energeticamente attivi non compensati sulla superficie dei minerali. Le molecole di tensioattivo contengono un gruppo polare (idrofilo) e un radicale idrocarburico (idrofobo). L'eliminazione completa o parziale della bagnatura dei minerali del suolo con l'acqua può essere ottenuta bilanciando i centri energeticamente attivi della superficie dei minerali del suolo con tensioattivi che hanno questa capacità e allo stesso tempo, per la loro natura molecolare, non sono bagnati dall'acqua . I grandi cationi organici hanno un volume e un peso molecolare elevati, per cui vengono assorbiti vigorosamente e fortemente dal suolo, spostando i cationi inorganici dalle loro posizioni di scambio.
Il secondo modo di bilanciare i legami non compensati sulla superficie dei sistemi minerali si basa sull'adsorbimento di molecole organiche dipolari da parte di ioni superficiali sui piani basali del reticolo cristallino dei minerali argillosi.
La terza via è l'assorbimento degli anioni polari caricati negativamente del reagente da parte dei cationi della superficie del minerale (Ca2+, Al3+, Si4+, ecc.). Questo modo di bilanciare i legami non compensati dei sistemi suolo non può che essere di particolare importanza, soprattutto per i suoli carbonatici.
Conferire proprietà idrofobiche chiaramente definite al suolo causa alcune difficoltà, dovute alla sua complessità come sistema poliminerale a dispersione colloidale, contenente una certa quantità di acqua adsorbita. È più facile ottenere una parziale idrofobizzazione del suolo, che in molti casi porta a cambiamenti nella struttura e nelle proprietà dei suoli trattati. Già nelle prime fasi della ricerca (negli anni '50 del secolo scorso) sull'idrofobizzazione di suoli dispersi a scopo ingegneristico, si è riscontrato che il loro trattamento con tensioattivi cationici porta ad un aumento dei valori dell'angolo di bagnatura fino a 90° o più (per bentonite - da 15° a circa 103°). Un cambiamento così significativo nelle proprietà della superficie delle fasi solide del suolo è accompagnato dal fenomeno della flocculazione e dell'aggregazione dei sistemi del suolo. Questo meccanismo può essere descritto come risultato dell'interazione del catione tensioattivo colloidale con l'anione colloidale del sistema suolo. In questo caso, la parte idrofila del catione viene adsorbita dalle particelle del suolo e le catene di idrocarburi, che si collegano tra loro, formano aggregati di particelle, il che porta all'ingrossamento del sistema nel suo insieme in termini di distribuzione delle dimensioni delle particelle. Le variabili che influenzano la capacità flocculante dei tensioattivi sono spesso: a) il dosaggio del reagente; b) il pH del suolo e c) la concentrazione e il tipo di sali inorganici nel suolo.
A causa della diminuzione della capacità del suolo idrofobizzato di adsorbire acqua e delle trasformazioni strutturali associate, si verificano cambiamenti. Proprietà fisiche suoli, vale a dire: a) una diminuzione della capacità del suolo di spostare l'acqua sotto l'azione delle forze capillari e gravitazionali; b) una diminuzione della tendenza del suolo alle variazioni volumetriche (rigonfiamento e restringimento) durante l'umidificazione e l'essiccazione; c) aumentare la forza del sistema del suolo in uno stato saturo d'acqua e mantenerlo a lungo.
È noto che la ragione per migliorare le proprietà reologiche dei terreni argillosi dispersi a causa dell'aggiunta di piccole quantità di tensioattivi è un cambiamento nella natura dei gusci idratati delle particelle di argilla e l'adsorbimento di tensioattivi sulla superficie dei minerali argillosi. Qualsiasi interazione tra molecole o ioni porta a un cambiamento nelle loro distanze interatomiche. È. Choborovskaya, studiando l'adsorbimento di SSB (tensioattivo ad alto peso molecolare) su vari monominerali, ritiene che sia selettivo. Modifica delle proprietà dei terreni argillosi composizione diversa e gli stati sull'interazione con soluzioni tensioattive sono presentati nel lavoro di Yu.K. Egorova. È stata studiata l'influenza di tre tipi di tensioattivi: non ionici (OS-20, slovatone), cationici (sintetici, transferrina) e anionici (votamolo, sulfanolo) con una concentrazione da 0,1 a 10 g/l. L'autore ha scoperto che le argille di composizione caolinite adsorbono i tensioattivi meno delle argille di composizione montmorillonite. I tensioattivi cationici (SAS) vengono adsorbiti meglio dei tensioattivi non ionici (NSA). L'interazione dei tensioattivi con le argille porta alla coagulazione delle particelle di argilla, che aumenta la permeabilità delle argille per le soluzioni. I tensioattivi non vengono praticamente assorbiti, poiché la carica dei loro gruppi attivi coincide con la carica delle particelle di argilla. Lo studio dell'adsorbimento di tensioattivi e tensioattivi lo ha dimostrato Grande importanza ha la loro concentrazione critica di micellizzazione (CMC). Quando l'adsorbimento del tensioattivo è inferiore a questo valore, lo strato di adsorbimento corrisponde approssimativamente a una struttura monomolecolare con un orientamento orizzontale dell'asse principale della molecola rispetto all'interfaccia. Una struttura più complessa dello strato di adsorbimento si ha quando la concentrazione del tensioattivo è maggiore della CMC, cioè quando le molecole sono associate. In questo caso, l'isoterma aumenta bruscamente, il che probabilmente si verifica a seguito della formazione di uno strato di adsorbimento polimolecolare.
Pertanto, si può notare che l'adsorbimento di diversi tensioattivi sulla superficie dello stesso minerale procede in modo diverso. In base all'attività di assorbimento, possono essere inseriti nelle seguenti serie: tensioattivi → tensioattivi non ionici → tensioattivi. Di conseguenza, le caratteristiche di resistenza dei vari terreni argillosi stabilizzati differiranno nettamente l'una dall'altra.
2. Stabilizzazione di terreni coesivi
Importanti ricerche scientifiche sull'idrorepellenza, condotte nel XX secolo sia in URSS che all'estero, hanno dimostrato che la questione della durata del processo di idrorepellenza con costante inumidimento e saturazione idrica dei suoli durante tutta la loro vita utile nelle strutture della pavimentazione rimane piuttosto importante .
I moderni stabilizzatori sono utilizzati con successo da molti anni negli Stati Uniti, Germania, Sud Africa, Canada e molti altri paesi, e più recentemente in Russia per la realizzazione di pavimentazioni e fondazioni di autostrade, aeroporti, parcheggi, ecc. Tra gli stabilizzatori di produzione estera e nazionale, si può distinguere quanto segue, noto come nomi commerciali: Roadbond, Status, Dortekh, ANT, ECOroads, Mag-GF, RRP-235-Special, Perma-Zume, Dorzin, Top Force, LBS, М10+50, LDC+12 , Nanostab. Possono essere acidi, basici o neutri. La composizione chimica dei moderni stabilizzanti o è brevettata oppure, essendo di proprietà di autori o ditte, non è completamente divulgata.
Gli stabilizzatori moderni hanno composizioni complesse e multicomponente, tra cui:
prodotti organici acidi, superfluidificanti e altre sostanze;
emulsioni liquide di polimeri silicati, acrilici, acetato di vinile, stirene-butadiene;
complessi organici a basso peso molecolare.
Gli stabilizzanti possono essere cationici, anionici e non ionici. A questo proposito, la loro interazione con lo stesso minerale argilloso non procederà allo stesso modo.
Gli stabilizzanti del primo tipo hanno una composizione complessa, inclusi prodotti organici acidi, superfluidificanti e altri additivi. Tutti sono caratterizzati da una reazione acida del mezzo con un pH compreso tra 1,72 e 2,65. L'acqua con l'introduzione di tali stabilizzanti viene attivata per ionizzazione (H+, OH¯ e H3O+). La soluzione stabilizzante, a sua volta, modifica la carica sulla superficie delle particelle di argilla a causa dello scambio di energia cariche elettriche tra acqua ionizzata e particelle minerali del suolo. Scambiando le cariche con l'acqua ionizzata, le particelle di terreno rompono i legami naturali con i capillari e la pellicola d'acqua. Durante la compattazione del terreno trattato con una soluzione stabilizzante, l'acqua capillare e la pellicola si separano facilmente, creando le condizioni per un'elevata compattabilità della miscela. Pertanto, lo stabilizzante svolge il ruolo di un additivo plastificante, che consente di ottenere una maggiore densità del suolo con un'umidità del suolo ottimale inferiore. Per i terreni acidi vengono utilizzati tensioattivi cationici. Per i terreni carbonatici si consiglia l'utilizzo di tensioattivi anionici. Secondo gli autori, gli sviluppatori del materiale tensioattivo "Status-3", micro-sezioni della superficie del terreno argilloso, che portano una certa carica, adsorbono ioni con carica opposta, ma allo stesso tempo, ioni tensioattivi che sono caricati in modo simile con la superficie non vengono adsorbiti direttamente da esso, ma sotto l'azione di forze elettrostatiche in prossimità degli ioni adsorbiti formano insieme ad essi sulla superficie dell'adsorbente un doppio strato elettrico (EDL). In presenza di un DEL, la densità superficiale della carica negativa forma, per così dire, un rivestimento interno e le particelle di terreno (anioni, cationi) situate al confine di fase formano un rivestimento esterno di segno opposto (rispettivamente, l'adsorbimento e parti diffuse del DEL), e in tutto il sistema è elettricamente neutro.
Gli studi condotti presso MADI hanno dimostrato che dopo l'interazione del suolo con lo "Stato", la sua struttura cambia. Un film idrofobo si forma sulla superficie dei grani minerali. Nei terreni trattati con lo stabilizzante Status si ha una significativa riduzione dei pori di diametro 0,0741-0,1480 micron rispetto ai terreni senza stabilizzante (metodo fotometrico negativo). Allo stesso tempo, c'è un aumento del coefficiente di orientamento dei pori Ka nella direzione scelta, che è rispettivamente di 11,26 e 10,57%, per i terreni trattati e non trattati. Quanto sopra indica modelli diretti di cambiamento nel terreno trattato e la formazione di una struttura più stabile del materiale. È stato possibile ottenere una diminuzione del contenuto di umidità ottimale dei terreni argillosi, un aumento della loro resistenza all'acqua, nonché una diminuzione della bagnabilità, dell'assorbimento d'acqua e del rigonfiamento. Il tasso di ammollo del terreno non trattato è 1,5-2 volte superiore a quello del terreno trattato con uno stabilizzante. Allo stesso tempo, il terreno stabilizzato non acquisisce resistenza all'acqua.
La perdita di forza dopo la saturazione dell'acqua può essere evitata utilizzando altri materiali moderni per la trasformazione del suolo: emulsioni polimeriche (il secondo tipo di stabilizzanti), con un'ampia gamma di proprietà. Una tipica emulsione polimerica contiene circa il 40-60% di polimero, l'1-2% di emulsionante e il resto è acqua naturale. Il polimero può anche variare notevolmente nella sua composizione chimica, peso molecolare, grado di ramificazione, dimensione della catena laterale, composizione e così via. La maggior parte dei prodotti polimerici utilizzati per la stabilizzazione e la stabilizzazione del suolo sono copolimeri a base di acetato di vinile o acrilici.
Studi condotti negli Stati Uniti hanno dimostrato che le emulsioni polimeriche forniscono un significativo aumento della resistenza, in particolare in condizioni di bagnato. Il processo di indurimento dell'emulsione consiste nella "separazione" e nel successivo rilascio dall'acqua per evaporazione. La separazione dell'emulsione si verifica quando le singole goccioline di emulsione sospese in una fase acquosa si uniscono. Sulla superficie bagnata dall'emulsione della particella di terreno si deposita il polimero, la cui quantità dipende dalla concentrazione del polimero aggiunto alla miscela e dal rapporto di miscelazione con il terreno.
Uno di questi materiali polimericiè LBS - stabilizzatore del suolo a base di polimero di silicato liquido - tensioattivo. Quando una soluzione acquosa di LBS viene introdotta nel terreno, si assicura un cambiamento irreversibile delle proprietà fisiche e meccaniche del suolo dovuto all'azione chimica, mediante la sostituzione ionica del film d'acqua sulla superficie delle particelle polverose con molecole stabilizzatrici che hanno un'acqua -effetto repellente. L'acqua del film risultante dalla compattazione del terreno argilloso trattato viene facilmente rimossa da esso. Il terreno così migliorato diventa più durevole e praticamente impermeabile, il che lo rende resistente a tutte le condizioni climatiche e capace di assorbire un carico utile maggiore anche in condizioni di piogge abbondanti prolungate. Il modulo di elasticità per i terreni (dal franco sabbioso al franco pesante) stabilizzati con LBS raggiunge i 160-180 MPa. Tali suoli hanno anche indicatori di stabilità al taglio più elevati (~ 50%) rispetto ai suoli non stabilizzati allo stato secco. L'efficacia dell'utilizzo dello stabilizzatore polimerico LBS è più evidente quando si lavora con terreni argillosi altamente plastici. Dopo la lavorazione, tali terreni passano nella categoria dei debolmente porosi e non porosi. Questo risultato è ottenuto grazie al trasferimento dell'acqua del film, che prima era sulla superficie delle particelle di argilla, allo stato libero. I terreni stabilizzati con LBS hanno elevate caratteristiche di deformazione. Ad esempio, campioni di terriccio sabbioso limoso con un numero di plasticità di 12 e un contenuto di umidità del 14,4% (contenuto di umidità al bordo di laminazione - 18%, al punto di snervamento - 30%) dopo la stabilizzazione con un'emulsione polimerica e prolungato (28 giorni) di saturazione capillare dell'acqua (densità dei campioni - 2, 26 g/cm2, scheletrico - 1,98 g/cm2) sono stati sottoposti a test di laboratorio con una matrice rigida. Il modulo di elasticità per loro era di 179-182 MPa. Il grado di sollevamento dei terreni stabilizzati è stato determinato in conformità con GOST 28622-90 utilizzando un'installazione appositamente progettata. I risultati della ricerca hanno mostrato che i terreni argillosi dopo l'esposizione a LBS rientrano nella categoria di non rocciosi o debolmente sollevati e non rigonfianti o debolmente rigonfianti.
Sviluppi innovativi per la stabilizzazione del suolo e la costruzione di strade sono materiali come LDC+12 (prodotto polimerico acrilico liquido) e Enviro Solution JS (composto di acetato di vinile liquido), nonché M10+50, un'emulsione polimerica liquida a base acrilica, che è un legante. Quest'ultimo è stato appositamente progettato per migliorare significativamente le caratteristiche del terreno, quali: adesione, resistenza all'abrasione, forza di flessione, nonché per aumentare la durabilità dello strato di pavimentazione. I terreni trattati con materiale M10 + 50 sono utilizzati nella costruzione e riparazione di infrastrutture di trasporto, presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri stabilizzanti prodotti a fase attuale. M10 + 50 viene utilizzato in terreni con un numero di plasticità fino a 12. L'emulsione si dissolve bene in acqua dolce e salata. Il terreno stabilizzato acquisisce resistenza all'acqua. Lo strato di terra, trattato con emulsione M10+50, può essere utilizzato per il passaggio di veicoli già dopo 2 ore dall'inizio dei lavori. Tale strato non richiede cure particolari, a differenza di uno strato rinforzato con cemento o calce. Il terreno trattato con la composizione M10 + 50 ha la massima capacità di resistere alla distruzione da influenze atmosferiche e radiazioni ultraviolette. Più di 20 anni di esperienza con questo stabilizzante polimerico mostrano risultati significativamente migliori con stabilizzanti acrilici rispetto ai polimeri non acrilici.
I terreni argillosi possono essere trasformati utilizzando altri materiali moderni ionici (Perma-Zume, Dorzin) - stabilizzanti di terzo tipo a base di enzimi. Tali enzimi sono una composizione di sostanze, formate principalmente nel processo di coltivazione di organismi su un mezzo nutritivo complesso con alcuni additivi. Perma-Zume 11X riduce la tensione superficiale dell'acqua, che favorisce la penetrazione rapida e uniforme e l'assorbimento dell'umidità nel terreno argilloso. Le particelle di argilla sature di umidità vengono pressate nei vuoti del terreno e le riempiono completamente, formando così uno strato denso, duro e duraturo. A causa della maggiore lubrificazione delle particelle di terreno, la densità del terreno richiesta viene raggiunta con una forza di compressione inferiore. I risultati di uno studio condotto da scienziati dell'IPC SB RAS (Tomsk) hanno mostrato che "Dorzin" è un prodotto della fermentazione microbica di prodotti contenenti zucchero come la melassa (melassa). È stato accertato che la parte organica del farmaco è rappresentata principalmente dai seguenti composti: oligosaccaridi (da monosaccaridi a pentasaccaridi), composti amminici come arginina, mannitolo (D-mannitolo), composti ossidrilici come trealosio, derivati azotati di acido lattico.
TV. Dmitrieva è riuscita a determinare che l'efficacia dell'impatto dei complessi organici sui minerali che formano la roccia dipende direttamente dalla natura strutturale e chimica degli alluminosilicati stratificati e diminuisce nella serie: Fasi amorfe ai raggi X → smectite → formazioni a strati misti → illite → clorite → caolinite. Allo stesso tempo, la capacità cationica è una caratteristica integrale, il cui utilizzo consente di rivelare il grado di efficacia della formazione della struttura del suolo stabilizzato durante la valutazione espressa. Quando un additivo viene introdotto nel sistema, si osserva una diminuzione della superficie specifica dei campioni studiati (Tabella 1). I dati ottenuti testimoniano l'"incollaggio" di individui microdimensionati di minerali argillosi da parte di complessi organici dello stabilizzante. Il grado di influenza dell'additivo è più pronunciato nei campioni di argilla smectite monominerale.
Tabella 1
Superficie specifica attiva delle rocce argillose
Nota: la superficie specifica attiva è una caratteristica media di porosità o dispersione, tenendo conto delle caratteristiche morfologiche della sostanza in esame.
Dopo l'interazione di preparati a base di enzimi con terreni argillosi, acquisiscono le seguenti caratteristiche: elevate proprietà fisiche e meccaniche, resistenza alla temperatura, resistenza all'acqua, resistenza alla corrosione.
Da quanto precede, ne consegue che la formazione della struttura della componente argillosa dei terreni coesivi quando interagisce con uno stabilizzante è dovuta al blocco dei centri idrofili attivi dei minerali dispersi, che porta ad una diminuzione della superficie specifica del suolo, capacità cationica e un aumento dell'idrofobicità.
L'impatto dei tensioattivi sui terreni coesivi porta a un completo scambio di cationi. La diminuzione della capacità del suolo stabilizzato di adsorbire acqua e le trasformazioni strutturali ad essa associate provocano un cambiamento nelle proprietà fisiche dei suoli.
Per i tensioattivi, è preferibile utilizzare terreni carbonatici, in cui l'interazione degli anioni organici caricati negativamente dello stabilizzante con i cationi della superficie minerale del terreno (Ca2+, Al3+, Si4+, ecc.) può essere più evidente.
Gli ioni organici nelle emulsioni polimeriche sono tenuti insieme dalle forze molecolari e dell'idrogeno oltre alle forze elettrostatiche. Sono adsorbiti più fortemente, formando complessi complessi organominerali. A questo proposito, è possibile che la reazione dell'ambiente del suolo (pH) e la sua composizione salina non abbiano un effetto significativo sulla stabilizzazione del suolo con emulsioni polimeriche.
Quando si compatta il terreno trattato con uno stabilizzante, l'acqua capillare e la pellicola si separano facilmente, creando le condizioni per un'elevata compattabilità della miscela del terreno. È ormai stabilito che i suoli trattati con stabilizzanti devono avere un coefficiente di idrofobicità di almeno 0,45, e il valore della densità massima è superiore a quello dell'originale di oltre lo 0,02%. Il contenuto di particelle polverose e argillose nei terreni utilizzati dovrebbe essere almeno il 15% in peso del terreno. È consentito utilizzare terreni per la stabilizzazione con un contenuto di particelle di limo e argilla inferiore al limite specificato, a condizione che la composizione del grano sia migliorata da argille, argille e la quantità di particelle di limo e argilla sia portata al livello richiesto. I terreni argillosi con un numero di plasticità superiore a 12 devono essere frantumati al grado di frantumazione richiesto da SP 34.13330 prima di introdurre nel terreno materiali stabilizzanti e leganti. L'umidità relativa dei terreni argillosi in questo caso dovrebbe essere di 0,3-0,4 umidità alla linea di resa.
3. Metodi complessi per la trasformazione dei terreni coesivi
Per migliorare i processi di interazione dei terreni coesivi con uno stabilizzante, i leganti (cemento, calce, leganti organici) possono essere ulteriormente introdotti nel sistema in una piccola quantità. Come risultato, possiamo aspettarci un miglioramento di tutte le caratteristiche dei suoli trasformati artificialmente. Per determinare quali processi avvengono in un complesso sistema "terreno-stabilizzatore-legante", si considerino i risultati ottenuti da Yu.M. Vasiliev per terreni argillosi dopo l'interazione con varie quantità di legante usando il cemento come esempio. Di solito si ritiene che quando il terreno viene trattato con cemento, si sviluppino legami strutturali solo di tipo cristallizzato. Sperimentalmente, ha scoperto che con l'introduzione del cemento, non solo si sviluppano i legami del tipo di cristallizzazione, ma si rafforzano anche i legami che sono di natura acqua-colloidale. La forza dei legami di coagulazione e l'intensità della crescita della forza aumentano con l'aumentare della dispersione del suolo, che indica l'influenza della superficie attiva delle particelle del suolo sui processi fisico-chimici di interazione tra cemento e suolo. Con un contenuto di cemento fino al 2% - per argille pesanti, 4% - per argille sabbiose, la forza dei legami di coagulazione supera la forza di quelli di cristallizzazione. Il rapporto tra legami rigidi (cristallizzazione) e flessibili (coagulazione) nei terreni cementizi determina le loro proprietà di deformazione. Di conseguenza, le proprietà di deformazione in un sistema di terreno con una piccola introduzione di cemento saranno determinate dalla forza dei legami di coagulazione. Dati ottenuti da A.A. Fedulov quando introduce il 2% di cemento nel sistema "stabilizzatore del suolo" ("Status"), indica anche cambiamenti non solo nelle proprietà colloidali dell'acqua, ma anche nelle caratteristiche di resistenza. Ad esempio, le forze acqua-colloidali ∑w alla resistenza al taglio della su-argilla convertita con l'aiuto di uno stabilizzante e cemento (2%) sono 0,084 MPa e, di conseguenza, senza cemento - 0,078 MPa, con acqua - 0,051 MPa (Tabella 2).
Tavolo 2
Risultati della determinazione dei parametri di resistenza del terriccio
Pertanto, si può notare che l'aggiunta di leganti (cemento Portland e / o calce) al terreno in dosi relativamente piccole migliora alcune delle sue proprietà fisiche e meccaniche: una diminuzione della plasticità, un aumento della capacità portante. La quantità di cemento e/o calce introdotta in questo caso è sufficiente a garantire che, per effetto della loro interazione con le frazioni limose e argillose del terreno, sia assicurata la perdita delle loro proprietà idrofile, ma non sufficiente a mantenere l'intera massa di particelle di suolo in un sistema coerente. Il risultato è un terreno migliore grazie al rafforzamento dei legami di coagulazione.
Con l'aggiunta di stabilizzanti tensioattivi è possibile regolare il tempo di indurimento di miscele cementizie e terreno-cemento, per controllare i processi di formazione della struttura durante il consolidamento del terreno. L'effetto di un tensioattivo dipende dalla sua composizione e concentrazione nella miscela. Nel lavoro di O.I. Lukyanova, P.A. Rebinder mostra un cambiamento nella composizione di fase dei prodotti di idratazione C3A in presenza di aggiunte crescenti di tensioattivi - PRS concentrato. I tensioattivi, essendo adsorbiti sulle particelle minerali di terreno e cemento, bloccano i potenziali centri di formazione della struttura di coagulazione e cristallizzazione nella prima fase di indurimento del legante, che contribuisce alla convergenza delle fasi di indurimento e, di conseguenza, porta ad un diminuzione delle microfratture della struttura del materiale e ad un aumento della sua resistenza.
È stato stabilito che la composizione minerale della frazione argillosa nel sistema "terreno - cemento - tensioattivo" ha un effetto significativo sulla densità e sull'indurimento del terreno. I microcompositi argillosi risultanti, insieme ai minerali della struttura, agiscono come riempitivi e microriempitivi nella formazione del cemento del terreno. Le fasi alluminosilicate criptocristalline (raggi X amorfe) sono un componente pozzolanico attivo che lega la portlandite libera per lunghi periodi di indurimento.
Per rafforzare i terreni argillosi impregnati d'acqua, il cui contenuto di umidità è del 4-6% superiore a quello ottimale, l'uso della calce viva è efficace. Quando la calce viene introdotta nel sistema "terreno - stabilizzante", oltre alla sua funzione principale di legante, svolge la funzione di vettore additivo granulometrico, che permette di distribuire uniformemente lo stabilizzante nel terreno. Tutto ciò crea le condizioni per una posa di alta qualità della miscela e la sua compattazione. Ecco perché l'effetto maggiore può essere ottenuto rafforzando argille e argille pesanti. IN sistema integrato Le strutture di cristallizzazione e coagulazione "terreno - stabilizzante - calce" si formano contemporaneamente. La presenza di uno stabilizzante in un tale sistema consente di controllare la velocità di cristallizzazione e la velocità di formazione dei nuclei di cristalli di idrosilicati del gruppo tobermorite, poiché i componenti dello stabilizzante - tensioattivo, dovuti all'adsorbimento sulla superficie di i nuclei, possono impedirne la crescita.
L'azione dei tensioattivi è sempre associata alla formazione di strutture negli strati superficiali delle particelle di argilla e dei volumi del mezzo disperso ad essi adiacenti. Una conseguenza derivante dalla termodinamica è che sono i tensioattivi che hanno la capacità di accumularsi in eccesso all'interfaccia e quindi, per così dire, di condensare in strato sottile. Lo strato di adsorbimento del tensioattivo ha uno spessore estremamente ridotto, pertanto anche piccole aggiunte di tensioattivo possono modificare drasticamente le condizioni di interazione molecolare all'interfaccia. Una tecnologia razionale per l'uso degli stabilizzanti è quella in cui si creano le condizioni necessarie per ottenere il tensioattivo delle superfici corrispondenti. Per ottenere il risultato desiderato, la quantità di tensioattivo deve essere ottimale. Se la quantità di stabilizzante è più che ottimale, l'adsorbimento del tensioattivo porta a una diminuzione della forza della relazione tra le particelle. Inoltre, come F.D. Ovcharenko, la stessa concentrazione di tensioattivi in una soluzione acquosa per terreni argillosi di diversa composizione minerale può anche avere l'effetto opposto.
Analisi del lavoro di studio vari tipi la costruzione ci permette di notare che l'introduzione di stabilizzanti nei terreni argillosi migliora la loro densità, la resistenza alla compressione e alla trazione, il modulo di elasticità, la resistenza al gelo, riduce l'umidità ottimale, la disidratazione capillare, il sollevamento e il rigonfiamento. Pertanto, è stato stabilito che il tasso di ammollo del terriccio non trattato è 1,5-2 volte superiore a quello trattato con stabilizzanti Status e Roadbond. Il valore totale della deformazione da gelo del terreno argilloso da essi trattato è rispettivamente inferiore del 15% e del 35% rispetto a quello del terreno non trattato. Di conseguenza, la lavorazione dei terreni argillosi durante la loro compattazione porta ad una diminuzione della deformazione totale del gelo.
Un esperimento sulla realizzazione di tratti sperimentali di strade con fondazioni in argille pesanti con leganti organici (7-8%), trattate con Stabilizzatore di stato e cemento (6%), ha dimostrato che il modulo di deformazione totale, determinato dal timbro dinamico metodo, raddoppia . Nei terreni argillosi trattati con lo stabilizzatore di stato, la coesione specifica Cw aumenta a causa di un aumento significativo delle forze acqua-colloidali ∑w (5 volte in un campione di terriccio sabbioso e quasi 2 volte in un campione di terriccio) (Tabella 2). L'introduzione di uno stabilizzatore insieme a un legante consente di aumentare sia l'angolo di attrito φw che la forza di adesione Cw.
A causa del fatto che molti stabilizzanti moderni hanno una reazione acida dovuta al contenuto di acido solforico e solfonico nella loro composizione, è consigliabile introdurre leganti organici sotto forma di resina ureica con un indurente. Ciò, a sua volta, fornisce un aumento significativo della resistenza all'acqua e della forza del terreno trattato, nonché un aumento del numero di varietà di terreno da lavorare.
La calce utilizzata insieme ai tensioattivi può essere considerata un promettente additivo complesso. L'introduzione di una piccola quantità di calce o cemento (fino al 2%) nel sistema "stabilizzatore del suolo" migliora tutte le proprietà del suolo acquisite di oltre 2 volte. Ad esempio, la forza dei campioni di terriccio sabbioso stabilizzato saturo di acqua capillare (LBS - 0,01%) aumenta da 4,5 a 15,5-18,8 kg / cm2, a seconda del legante, e dopo 10 cicli di congelamento-scongelamento - fino a 14 . 7-22,0 kg/cm2. Per i terreni impregnati d'acqua, la calce viva è più efficace.
L'uso di metodi complessi per rafforzare i terreni con un alto contenuto di leganti mostra la loro elevata efficienza (Tabella 3). Ad esempio, può raggiungere la forza dopo 10 cicli di congelamento-scongelamento di campioni saturi di acqua capillare alti valori entro 22,6-30 kg / cm2, a seconda della composizione del terreno e della quantità di legante (4-8%). L'uso di metodi complessi consente di rafforzare argille pesanti e argille.
Gli studi condotti dagli specialisti di SoyuzdorNII per studiare l'effetto di leganti complessi (M10 + 50 e cemento in una quantità dal 6 al 10%) sulle proprietà dei terreni argillosi sabbiosi hanno mostrato i seguenti risultati. La resistenza a trazione dei provini in flessione aumenta del 36,3-40,8%, i valori del coefficiente di rigidezza diminuiscono del 27,5-36,5%. L'introduzione di tensioattivi in un sistema complesso migliora le caratteristiche fisiche e meccaniche dei terreni rispetto ai campioni rinforzati solo con cemento (Fig. 1).
Allo stesso tempo, la resistenza al taglio del terreno rinforzato aumenta più volte, il che rende tale terreno ottimale per la costruzione di piste e autostrade temporanee, sia nella costruzione della base che come rivestimento. Ciò è particolarmente rilevante quando si eseguono lavori di riparazione stradale utilizzando il metodo del "riciclaggio a freddo" quando si costruisce lo strato superiore della base della pavimentazione o lo strato inferiore della pavimentazione. I risultati di tale stabilizzazione del suolo sono significativamente superiori alle emulsioni bituminose o ai cementi comunemente usati per questa tecnologia.
Tabella 3
Proprietà fisiche e meccaniche dei terreni,
rafforzata attraverso l'applicazione di metodi integrati
Nota: * le miscele sono preparate con un contenuto di umidità naturale del suolo inferiore a quello ottimale;
** le miscele sono state preparate con un'umidità naturale del suolo superiore a quella ottimale (per condizioni di terreno saturo d'acqua);
np è il numero di plasticità;
Marchio di cemento Shchurovsky M400.
La stabilizzazione dei terreni argillosi con il materiale "Dorzin" ha mostrato molto buoni risultati. Per un'ampia gamma di argille (da limo leggero a limo pesante) e argille (limo leggero), la resistenza alla compressione corrisponde a 4,0-4,3 MPa e in flessione - 0,9-1,4 MPa. I terreni stabilizzati acquisiscono resistenza all'acqua e al gelo (F5). L'uso della stabilizzazione per tali terreni con l'introduzione del 2% di cemento nel sistema migliora solo leggermente le caratteristiche di resistenza, in media 4,3-4,6 MPa, ma aumenta notevolmente la resistenza all'acqua e al gelo (F10). Ciò, a sua volta, consente di ridurre la quantità di cemento nei terreni cementizi senza modificare le caratteristiche di resistenza.
La quantità ottimale di cemento quando viene introdotto nel terreno argilloso stabilizzato da Dorzin è del 6-8%. Ciò consente di ottenere indicatori di resistenza per i terreni argillosi studiati, corrispondenti ai gradi di resistenza M40-M60 e resistenza al gelo - F10-F25, determinati in conformità con. L'uso combinato di tensioattivi e leganti inorganici nell'esecuzione di lavori di costruzione stradale per rafforzare il terreno dei sottofondi della pavimentazione consente di ridurre la quantità di legante del 30-40% rispetto alle composizioni prive di additivi senza modificarne le caratteristiche di resistenza. Il diverso effetto dell'introduzione di stabilizzanti in terreni coesivi è dovuto sia alla composizione di terreni, stabilizzanti, leganti (quando si utilizzano metodi complessi), sia alla loro quantità.
L'utilizzo di metodi complessi per la trasformazione di terreni coesivi può migliorarne significativamente le caratteristiche fisiche, meccaniche e idrofisiche rispetto alla stabilizzazione convenzionale.
Pertanto, quando uno stabilizzante e un legante vengono introdotti nel terreno argilloso, i processi fisico-chimici e colloidali iniziano a procedere già nelle prime fasi con deboli influenze meccaniche (mescolamento del suolo). Lo scambio ionico, l'adsorbimento, la coagulazione della parte finemente dispersa del suolo sono integrati da processi chimici (reazioni pozzolaniche), a seguito dei quali si formano idrosilicati di calcio e altri composti, che provocano inoltre un cambiamento nelle proprietà del suolo. Pertanto, i tensioattivi, che fanno parte degli stabilizzanti, consentono di regolare i processi di formazione della struttura in sistemi complessi.
La formazione della struttura in tali sistemi dipende dai seguenti parametri:
- composizione e proprietà dei terreni coesivi;
- quantità e concentrazione di legante;
- composizione e proprietà dello stabilizzante;
- la quantità e la concentrazione dello stabilizzante.
4. Tecnologie per la stabilizzazione e il consolidamento dei terreni
La classificazione degli stabilizzanti sviluppati per la costruzione di strade tiene conto dell'esperienza accumulata in patria e all'estero nell'uso di additivi chimici (stabilizzanti) e leganti. Si noti che in relazione alla pratica domestica della costruzione di strade, si dovrebbero distinguere le seguenti tecnologie esistenti: stabilizzazione, stabilizzazione integrata e rafforzamento integrato del suolo.
La tecnologia di stabilizzazione del suolo è raccomandata per l'uso per i terreni posati nello strato di lavoro del sottofondo, poiché i processi più intensi del regime idrico-termico (WTR) e il trasferimento dell'umidità interessano principalmente la parte superiore del sottofondo della struttura stradale. Allo stesso tempo, la stabilizzazione dei terreni nello strato di lavoro non solo influisce favorevolmente sul WTR, ma consente anche di utilizzare terreni argillosi locali che in precedenza non erano adatti a questi scopi (Fig. 2). Ciò diventa possibile migliorando le loro caratteristiche fisico-idrauliche in termini di permeabilità all'acqua (GOST 25584-90), sollevamento (GOST 28622-90), rigonfiamento (GOST 24143-80) e bagnabilità (GOST 5180-84) ai valori richiesti. La funzione principale di questa tecnologia è l'idrofobizzazione dei suoli nello strato di lavoro o negli strati inferiori delle basi della pavimentazione.
La tecnologia di stabilizzazione integrata dei terreni differisce dalla tecnologia di stabilizzazione dei terreni in quanto i terreni argillosi vengono trattati con stabilizzanti e leganti inorganici in quantità non superiore al 2% in peso del terreno. L'uso di questa tecnologia consente di migliorare l'acqua fisica e proprietà fisiche e meccaniche terreni coltivati a causa del rafforzamento dei legami che hanno una natura acqua-colloidale. Un aumento delle caratteristiche di resistenza e deformazione dei terreni argillosi stabilizzati in modo complesso consente di utilizzarli non solo per la sistemazione dello strato di lavoro, ma anche per i bordi stradali, nonché per le basi del terreno per pavimentazioni e rivestimenti di strade locali (rurali). La funzione principale di questa tecnologia è la strutturazione e l'idrofobizzazione dei suoli nei sottofondi delle pavimentazioni.
La tecnologia del rafforzamento integrato del suolo è una tecnologia in cui una piccola quantità (fino allo 0,1%) di tensioattivi e leganti viene introdotta nel terreno - oltre il 2% (in peso del suolo). La presenza di additivi stabilizzanti nel terreno argilloso rinforzato porta ad una diminuzione del consumo di legante richiesto e consente di aumentare la resistenza al gelo e la resistenza alle fessurazioni dei terreni rinforzati (Fig. 3). La funzione principale di questa tecnologia è quella di aumentare la resistenza al gelo e la resistenza alla fessurazione dei terreni rinforzati negli strati strutturali delle pavimentazioni.
CONCLUSIONI
La formazione della struttura della componente argillosa dei terreni coesivi quando interagisce con gli stabilizzanti è dovuta al blocco dei centri idrofili attivi dei minerali dispersi, che porta ad una diminuzione della superficie specifica, della capacità cationica e ad un aumento dell'idrofobicità del suolo.
L'impatto dei tensioattivi sui terreni coesivi porta a un completo scambio di cationi. Per i tensioattivi, è preferibile utilizzare suoli carbonatici, in cui l'interazione degli anioni stabilizzanti organici caricati negativamente con i cationi della superficie del suolo minerale (Ca2+, Al3+, Si4+, ecc.) può essere più evidente.
Quando si stabilizzano i terreni, la quantità di stabilizzante introdotta nel terreno dovrebbe essere ottimale per ottenere il risultato desiderato.
In base al loro effetto sui terreni argillosi, gli stabilizzanti possono essere suddivisi in “stabilizzanti-idrorepellenti” e “stabilizzanti-rinforzanti”.
L'introduzione di "stabilizzanti-idrorepellenti" nei terreni coesivi ne migliora le proprietà idrofisiche. L'opportunità e l'efficienza del loro utilizzo sono determinate principalmente dalla riduzione dei processi di sollevamento durante il congelamento del suolo.
La trasformazione dei terreni argillosi con l'ausilio di "stabilizzatori-rinforzanti" contribuisce a un cambiamento significativo dei loro parametri fisici, meccanici e idrico-fisici. La resistenza massima in compressione può raggiungere 4,3 MPa, in flessione - 1,4 MPa. I terreni stabilizzati sono resistenti all'acqua e al gelo.
L'introduzione di leganti minerali in piccoli dosaggi (fino al 2% per argille pesanti, 4% per argille sabbiose) nel sistema “terreno-stabilizzatore” ne migliora le caratteristiche fisiche, meccaniche ed idrofisiche rispetto alla stabilizzazione convenzionale.
La principale differenza tra i due tipi di stabilizzanti è l'instabilità dei terreni trattati con "stabilizzanti idrorepellenti" nell'ambiente acquatico. Una tale quantità (2-4%) di cemento o calce immessa nell'impianto è sufficiente a far sì che, per interazione con le frazioni limose e argillose del suolo, perdano le loro proprietà idrofile, ma non sufficiente a mantenere l'intero massa di particelle di terreno in un sistema coerente per rafforzare i legami di coagulazione.
Nel complesso sistema "terreno-stabilizzatore-legante" tutti i componenti partecipano alla formazione della struttura. I processi fisici, chimici e chimici durante la miscelazione di un legante con acqua sono di notevole importanza, poiché il processo di creazione di una struttura cristallina di neoplasie avviene in parallelo con la formazione della struttura di un terreno trasformato in modo complesso.
Il diverso effetto degli stabilizzanti tensioattivi in un sistema complesso è dovuto alla loro composizione chimica e al diverso adsorbimento selettivo in relazione ai minerali del clinker del legante e ai minerali del suolo.
I metodi integrati di rafforzamento dei terreni consentono di garantire la loro resistenza alla compressione fino a 7,0 MPa, alla flessione - fino a 2,0 MPa, che corrisponde al grado di resistenza M60, al grado di resistenza al gelo - fino a F25.
In un sistema complesso, il ruolo schermante degli stabilizzanti sulla velocità di cristallizzazione dei leganti minerali contribuisce alla formazione di un composto organo-argilloso, che conferisce proprietà elastiche ai terreni trasformati.
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