СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ, ПЛОЩАДОК, ТРОТУАРОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2000 года по МПК E01C21/00 E01C3/04 E01C7/36 

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для строительства автомобильных дорог.

Известны способы строительства автомобильных дорог, например в соответствии со строительными нормами и правилами СНиП 3.06.03-85 "Автомобильные дороги", издание официальное Госстроя СССР, М., 1986 г.

Известный способ строительства автомобильных дорог в соответствии со СНиП 3.06.03-85 предусматривает применение пескоцементной смеси, а также каменных материалов, доменных и сталеплавильных (металлургических) шлаков, золы ТЭЦ мокрого улавливания, извести, щелочи для оснований дорожных одежд. После укладки и уплотнения основания дорожной одежды на нее укладывают слой асфальтобетона. И лишь после всех этих операций отсыпают на определенную ширину обочины дороги, а затем уплотняют их вровень с асфальтобетонным покрытием (фиг. 1).

Недостатки традиционных способов строительства автомобильных дорог ледующие:
- при уплотнении слоя материалов в основании дорожной одежды качество уплотнения бывает неудовлетворительное, поскольку слой материалов с двух боковых сторон не имеет ограничений, и поэтому не удается добиваться сплошного и качественного уплотнения;
- поскольку обочины дороги отсыпаются и уплотняются уже после укладки асфальтобетона, они (обочины) порой остаются слабо уплотненными и не придают дороге единого монолитного основания;
- нередко при недостаточно строгом соблюдении всех технологических операций дорога сразу же после завершения строительством не соответствует заданной и требуемой категории.

Кроме вышеназванных недостатков традиционные способы строительства автомобильных дорог требуют использования очень большого количества минеральных материалов, то есть очень ресурсозатратные, как правило, из вновь разрабатываемых и используемых ресурсов, а не отходов различных производств, а отсюда требуются и большие транспортные и трудовые затраты.

Целью предлагаемого изобретения "Способ строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, площадок, тротуаров на основе золоминеральных смесей" является существенное повышение качества и надежности конструкции дорожной одежды (категории) автомобильных дорог, при этом не менее важным является также существенное снижение затрат минеральных строительных материалов, и особенно важно использование исключительно отходов различных производств.

Например, вместо песка речного использовать отходы (отсев) щебеночного производства самых мелких фракций от 0 до 5 мм, в качестве вяжущих материалов использовать отходы известкового и карбидного производства (известь-пушонку), золу уноса от сжигания каменных углей на тепловых электростанциях и отходы производства моющих средств (подмыльный щелок). При этом вместо гранитного щебня использовать общестроительный щебень (частично, до 20-25% общей массы щебня).

Все эти компоненты в виде отходов накоплены в огромных количествах в различных регионах России. Например, только в г. Омске от сжигания кузбасских и экибастузских углей в золоотвалах накоплено свыше 50 млн. т золы, которой хватит для строительства свыше 40 тыс. км автомобильных дорог повышенного класса.

Кроме того, в г. Омске накапливаются ежегодно десятки тысяч тонн отходов подмыльного щелока, работающего здесь Завода синтетических моющих средств.

По предлагаемому способу строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог стоимость использованных строительных материалов снижается в 1,9-2 раза, затраты на работу механизмов, связанных с транспортировкой и укладкой строительных материалов, сокращаются в 3 раза.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В отличие от традиционной технологии строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, одобренной и утвержденной СНиП 3.06.03-85, в предлагаемом способе в основание дорожной одежды автомобильной дороги не укладывают ни песок, ни щебень. Вместо них в подготовленное и уплотненное земляное основание, имеющее в профиле корытообразную форму с вертикальными стенками, укладывают в один прием золоминеральную смесь слоем толщиной от 16 до 24 см в уплотненном состоянии, а затем на него укладывают слой асфальтобетона толщиной от 6 до 17 см (фиг. 2). При этом полностью исключают покрытие основания дорожной одежды битумом перед укладкой асфальтобетона. А обочины дороги, как правило, не насыпные, поэтому не требуется их дополнительное уплотнение, основание дорожной одежды является более монолитным.

Золоминеральная смесь, используемая в предлагаемом способе строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, имеет следующий состав компонентов, вес.%:
Щебень строительный 5-60 мм - 18-27
Зола уноса от сжигания каменных углей - 33-45
Отходы щебеночного производства 0-5 мм - 23-33
Отходы известкового производства (известь-пушонка) - 4-12
Подмыльный щелок - 8-13
Используемый состав золоминеральной смеси в качестве вяжущего содержит три компонента, а именно отходы известкового и карбидного производства (известь-пушонку), золу уноса от сжигания каменных углей и отходы производства моющих средств (подмыльный щелок).

Подмыльный щелок активно влияет на золу как раскислитель (нейтрализатор) кислой среды, что превращает золу в вяжущий компонент. Водный раствор щелока обволакивает жировой пленкой всю массу минеральных компонентов при приготовлении (смешивании) золоминеральной смеси, что защищает массу от испарения влаги после укладки ее в основание корытообразного дорожного полотна, тем самым способствует непрерывному процессу схватывания, и сокращает срок набирания требуемой прочности дорожной конструкции в 3 раза по сравнению просто с водным раствором.

При этом в отличие от традиционных оснований дорожных одежд золоминеральная смесь после укладки ее в основание дорожной одежды и окончательного уплотнения в течение 30 суток превращается в монолитную массу.

В качестве аналога предлагаемому "Способу строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, площадок, тротуаров на основе золоминеральных смесей" можно принять СНиП 3.06.03-85 "Автомобильные дороги".

На фиг. 1 изображена в разрезе конструкция основания дорожной одежды автомобильной дороги, построенной по существующему традиционному способу.

На фиг. 2 изображена в разрезе конструкция основания дорожной одежды, автомобильной дороги, построенной по предлагаемому способу.

Предлагаемый "Способ строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, площадок, тротуаров на основе золоминеральных смесей" осуществляют следующим образом.

В соответствии с требованиями СНиП 111-40-78 и "Руководства по сооружению земляного полотна автомобильных дорог" сооружают земляное полотно. Затем производят на земляном полотне устройство корытообразного основания на всю ширину основания дорожной одежды, и уплотняют основание в соответствии с заданными требованиями. При этом глубину корытообразного основания (ложа) после уплотнения дна основания устанавливают исходя из категории дороги. Например, для дороги второй категории укладывают слой золоминеральной смеси толщиной в уплотненном состоянии, равной 20 см, и плюс толщина слоя асфальтобетона, равная 10 см. Итого глубина корытообразного ложа составляет 30 см.

Золоминеральную смесь готовят в смесительных установках преимущественно принудительного, непрерывного и цикличного действия. Золоминеральную смесь укладывают на основание корытообразного ложа в один прием заданной толщиной слоя и производят ее предварительное уплотнение при помощи укладочной техники, например универсальными бетоноукладчиками, асфальтоукладчиками всех типов и марок, при этом смесь укладывают на всю ширину дорожного полотна. Допускается распределять слой золоминеральной смеси автогрейдерами.

Толщину распределяемой смеси устанавливают с учетом коэффициента уплотнения, который опытным путем определяют в начале производства работ; ориентировочно коэффициент уплотнения смеси принимают равным 1,2-1,3. При укладке смеси асфальтоукладчиками или бетоноукладчиками предварительное уплотнение слоя смеси производится уплотняющими органами этих укладчиков. Толщина слоя золоминеральной смеси в плотном теле составляет от 16 до 24 см в зависимости от категории дороги, и укладывается она в один прием.

Влажность укладываемой смеси перед уплотнением катками должна быть не ниже оптимальной или даже выше ее значения на 1-2%.

После укладки золоминеральной смеси в основание дорожного полотна производят ее доувлажнение водой поливомоечной машиной с учетом потери влажности смеси при транспортировке и хранении на месте укладки.

Затем производят окончательное уплотнение слоя золоминеральной смеси катком на пневматическом ходу типа ДУ-29, ДУ-55 или комбинированным катком. Уложенный слой смеси уплотняют начиная от середины дорожного полотна к обочине с перекрытием предыдущего следа от прохода катка на 20 см. Скорость движения катка при первых 3-4 проходах по одному следу рекомендуется в пределах 2-3 км/ч, при последующих проходах - 5-7 км/ч. Количество проходов катка устанавливают в зависимости от заданной толщины уплотненного слоя (16, 20, 24 см), но не менее 12 проходов до полного уплотнения.

При применении негашеной извести в составе золоминеральной смеси уплотнение слоя смеси следует производить не ранее чем через 24 ч с момента приготовления смеси, то есть после полного завершения процесса гашения извести. Допускается технологический разрыв между приготовлением золоминеральной смеси и ее уплотнением до 14 суток с учетом последующего ее доувлажнения.

Плотность слоя из золоминеральной смеси после окончательного уплотнения должна быть не менее 0,95 от стандартной. Признаком полного уплотнения слоя смеси может служить отсутствие следа после прохода тяжелого катка по уплотненному слою. Окончательные результаты уплотнения слоя смеси уточняют и устанавливают в процессе лабораторного испытания образцов. Непосредственно перед укладкой асфальтобетона всю уплотненную поверхность поливают однопроцентным раствором щелока или водой. После укладки асфальтобетона на слой золоминеральной смеси она превращается в монолитную массу с медленным набором прочности. Расчетную прочность золоминеральная смесь достигает при ее твердении в течение 30 суток после укладки, уплотнения и укладки на уплотненный слой асфальтобетона. При задержке по времени в несколько суток с устройством верхнего слоя из асфальтобетона осуществляют уход за уплотненным слоем из золоминеральной смеси путем нанесения на его поверхность защитной пленки (водонепроницаемой) в виде битумных эмульсий; при меньших по времени задержках достаточно производить периодическое увлажнение слоя водой из поливомоечной машины.

Важным условием обеспечения высокой прочности основания дорожной одежды из золоминеральной смеси является постоянный контроль за качеством строительства, заключающийся в следующем: контроль соответствия применяемых материалов, конструктивных требований и технологии производства работ.

Для этого не реже одного раза в смену проверяют:
- гранулометрический состав и влажность приготовленной золоминеральной смеси;
- точность дозирования компонентов золоминеральной смеси, которая допускается в пределах 2-5%;
- активность вяжущих и их соответствие установленным нормам;
- качество перемешивания компонентов золоминеральной смеси;
- качество готовой золоминеральной смеси;
- влажность золоминеральной смеси и ее соответствие оптимальной влажности в момент уплотнения;
- соответствие толщины, ширины, профиля и ровности уплотненного слоя золоминеральной смеси требованиям проекта строительства дороги;
- соблюдение мероприятий по уходу за твердеющим слоем золоминеральной смеси.

Контроль за качеством готовой золоминеральной смеси осуществляют путем отбора проб смеси, изготовления из них образцов, предварительного выдерживания и их испытания. Отбор проб золоминеральной смеси производят непосредственно перед ее окончательным уплотнением. Пробы отбирают не реже чем один раз на каждые 500-1000 м² разложенного слоя смеси для формовки цилиндрических образцов диаметром 5 см и высотой 5 см в количестве 9-10 штук. Качество золоминеральной смеси оценивают по пределу прочности образцов при сжатии. Отклонение от требуемых показателей прочности допускается ± 8%.

Для приготовления применяемой по предлагаемому способу золоминеральной смеси используют компоненты, соответствующие требованиям ГОСТов и СНиП.

Щебень строительный по ГОСТ 8267-93. Марка щебня по морозостойкости должна соответствовать требованиям таблицы 44 СНиП 2.05.02-85.

Отходы щебеночного производства 2-го класса повышенной крупности по ГОСТ 8736-93.

Известь воздушная гидратная 2-го сорта с активностью не менее 60 по ГОСТ 9179-77.

Золы уноса от сжигания каменных углей, применяемые в сочетании с известью, должны удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 1.

Подмыльный щелок с содержанием натриевого мыла, жирных кислот не более 1%.

В предлагаемом способе используют золоминеральные смеси различных составов (в зависимости от категории автомобильной дороги), обладающие показателями модуля упругости, приведенными в табл. 2.

Определение физико-механических показателей образцов золоминеральных смесей (ЗМС-1, ЗМС-2, ЗМС-3) производилось после 30-суточного хранения во влажных условиях.

Физико-механические показатели при этом соответствовали требованиям, приведенным в табл. 3.

По предлагаемому способу строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и с использованием вышеназванных золоминеральных смесей (ЗМС-1, ЗМС-2, ЗМС-3) в Омской области в различных климатических зонах - Называевском, Марьяновском и Азовском районах построены три участка дороги примерно по 1,5 км.

Сотрудниками дочернего унитарного предприятия "Омский СоюзДорНИИ" проведены испытания прочности дорожной конструкции на этих участках автодороги. Испытания проводились с помощью ударной установки УДН-НК.

Испытания показали: на участке автодороги с традиционной конструкцией (асфальтобетонное покрытие на щебеночном основании с подстилающим слоем из песка) расчетный модуль упругости составил 137 МПа, а на участке автодороги, где в качестве основания дорожной одежды уложена золоминеральная смесь толщиной слоя 20 см модуль упругости составил 196 МПа, то есть в 1,43 раза выше.

Расчетный модуль упругости рассчитывался для уровня надежности 0,95.

Предлагаемый "Способ строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, площадок, тротуаров на основе золоминеральных смесей" по сравнению с традиционным способом строительства оснований дорожных одежд обладает рядом существенных преимуществ, а именно:
- значительно (в 3 раза) сокращается трудоемкость строительства дорожного полотна для дорог 3-й, 2-й и 1-й категорий;
- объем перевозок строительных материалов сокращается в 3-3,5 раза;
- стоимость перевозок строительных материалов составляет порой 30-50% стоимости этих материалов;
- объем и стоимость материалов на строительство оснований дорожных одежд сокращается в 1,9-2 раза;
- затраты на работу механизмов и машин с укладкой дорожного полотна сокращаются в 3 раза;
- монолитность основания дорожной одежды позволяет снять ограничения грузоподъемности транспортных средств в весенний период в тех регионах, где грунт зимой промерзает (и оттаивает весной);
- в золоминеральной смеси используют в подавляющем количестве по массе исключительно отходы производства (золу уноса от сжигания каменных углей, отсев щебеночного производства, отходи известкового и карбидного производства - известь-пушонку и подмыльный щелок (кроме строительного щебня); решается проблема использования отходов производства (решается экологическая проблема), а благодаря этому сохраняются нетронутыми ресурсы строительных материалов в России, и на объемы использованных отходов производства сокращаются затраты, связанные с природоохранными мероприятиями (затраты, связанные с хранением отходов производства).

Традиционные способы строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог используют (изымают) природные минеральные ресурсы, которые небезграничны.

Основание дорожной одежды автомобильной дороги, построенное по предлагаемому способу с использованием золоминеральной смеси, имеет преимущество перед обычным (дискретным) основанием дорожной одежды при использовании в зонах с повышенной влажностью с близким залеганием грунтовых вод.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для строительства автомобильных дорог. Сущность изобретения заключается в следующем. В подготовленное и уплотненное земляное основание, имеющее в профиле корытообразную форму с вертикальными стенками, укладывают в один прием увлажненную золоминеральную смесь слоем толщиной от 16 до 24 см в уплотненном состоянии, затем доувлажняют до заданной влажности и окончательно уплотняют, начиная от середины дорожного полотна к обочинам с перекрытием предыдущего следа от прохода катка. Перед укладкой асфальтобетонного покрытия основание поливают 1%-ным раствором щелока. Золоминеральная смесь, используемая в предлагаемой технологии строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, имеет в своем составе, кроме щебня строительного, исключительно отходы различных производств, а именно золу уноса от сжигания каменных углей, отходы щебеночного производства, отходы известкового и карбидного производства - известь-пушонку и отходы производства моющих средств - подмыльный щелок. Применяемые в используемом составе золоминеральной смеси в качестве вяжущего три компонента - зола унос, известь-пушонка и подмыльный щелок общей масой от 45 до 70% придают этой смеси уникальное свойство - после ее укладки в основание дорожной одежды и окончательного уплотнения в течение 30 суток весь слой смеси превращается в монолитную массу. Технический результат: повышение качества и надежности конструкции дорожной одежды (категории) автомобильных дорог; снижение расхода минеральных строительных материалов; использование отходов различных производств. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Способ строительства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, площадок, тротуаров на основе золоминеральных смесей путем укладки на земляное полотно слоя золоминеральной смеси, уплотнения его и контроля качества, отличающийся тем, что на земляном полотне устраивают корытообразное ложе дорожной одежды по всей ширине дорожного полотна, уплотняют его до заданной плотности, укладывают на него, например, асфальтоукладчиком по всей ширине дорожного полотна в один прием слой золоминеральной смеси заданной влажности и толщины, например, 16 - 24 см, предварительно уплотняют его уплотняющим органом асфальтоукладчика, затем производят доувлажнение водой уложенной массы золоминеральной смеси до заданной влажности, например, поливомоечной машиной, постоянный контроль осуществляют за качеством уложенной и готовой золоминеральной смеси, а окончательное уплотнение ее проводят начиная от середины дорожного полотна к обочинам дороги с перекрытием предыдущего следа от прохода катка, например, на 20 см, осуществляя не менее 12 проходов на оптимальных скоростях катка до необходимой плотности, после чего всю укатанную поверхность непосредственно перед укладкой асфальтобетонного покрытия поливают однопроцентным раствором щелока или водой, при этом слой золоминеральной смеси после 30 суток превращается в монолитную массу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что золоминеральную смесь готовят в смесительной установке путем перемешивания в заданной пропорции строительного щебня и отсева щебеночного производства, отходов известкового и карбидного производства - извести-пушонки, золы-уноса от сжигания каменных углей и отхода производства моющих средств - подмыльного щелока. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед окончательным уплотнением золоминеральной смеси производят отбор проб смеси с каждой из 500 - 1000 м² уложенной смеси, для определения качества ее по пределу прочности при сжатии на не менее 9 - 10 образцах. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончательное уплотнение слоя золоминеральной смеси производят при скорости движения катка, при первых 3 - 4 проходах по одному следу, равной, например, 2 - 3 км/ч, а при последующих окончательных проходах - 5 - 7 км/ч.