СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ДОРОЖНОГО И АЭРОДРОМНОГО ОСНОВАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК E01C3/00 

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства оснований автодорог и аэродромов из каменных материалов.

Известен способ возведения основания дороги из каменных материалов, в котором фракционированный щебень основания расклинивают обожженными до полной или только поверхностной декарбонизации известняковыми высевками (№ 483477, МПК Е01С 7/10, опубл. 05.09.75. Бюл. № 33).

Недостаток этого способа состоит в следующем. В связи с тем, что известь является воздушным вяжущим веществом, ей будет присущ процесс ползучести под нагрузкой, т.е. она будет пластически деформироваться под давлением, так как находясь во влажных грунтовых условиях и будучи по своей природе высококапиллярным материалом, она будет подсасывать из грунта воду с потерей собственной прочности. Кроме этого длительный процесс дополнительного набора прочности вяжущим за счет фактора перехода гидрата кальция в углекислый кальций будет проходить гораздо медленнее, так как необходимый для этого углекислый газ под землей содержится в меньшем количестве, чем на ее поверхности. Эти два фактора будут способствовать уменьшению прочности основания, соответственно уменьшению межремонтного срока и ухудшению качества дорожного покрытия за счет просадки основания в процессе эксплуатации дороги и ее келейности.

Известен способ возведения дорожного и аэродромного основания, в котором на уложенный и уплотненный щебеночный слой наносят слой нефелинового шлама толщиной 8-10 см, с последующим его втапливанием в щебеночное основание кулачковыми катками и окончательным уплотнением основания катками на пневматических шинах (№ 960348, МПК Е01С 3/00, опубл. 23.09.82. Бюл. № 35).

Недостатком данного способа является увеличенное число проходов уплотнительных катков за счет дополнительной операции по втапливанию нефелинового шлама в щебеночное основание, которая включает от четырех до четырнадцати проходов кулачкового катка. Это увеличивает трудоемкость работ и энергозатраты по укладке основания.

Известен способ устройства основания для автомобильных дорог и аэродромов, в котором шлакощебеночную смесь приготавливают смешением на дороге, раскладывают ее в один или два слоя на грунте или дренирующем слое, увлажняют, пропитывают битумной эмульсией и уплотняют основание (№ 2317364, МПК Е01С 3/00, Е01С 7/18, опубл. 20.02.08).

Недостаток данного способа состоит в последовательной зависимости, по времени проведения работ, двух технологических операций - это укладка с его пропиткой вяжущим веществом каменного материала в слой дорожного или аэродромного основания и последующее его уплотнение прикаткой, которое необходимо сделать в определенный период времени после пропитки, т.к. битумная эмульсия по мере удаления из нее воды за счет испарения и отсоса будет разлагаться и затвердевать.

Известен способ укрепления основания преимущественно автомобильных дорог, в котором щебеночный слой пропитывают сухой смесью из цемента и песка с последующим последовательным уплотнением и увлажнением и вторичным уплотнением укрепленного основания (№ 2057831, МПК Е01С 3/00, опубл. 10.04.96).

Недостатками данного способа являются большая энергоемкость процесса, связанная с двухстадийной вибрацией основания, большой период набора марочной прочности цементно-песчаной смесью, т.к. кроме необходимых нормативных 28 дней нормального твердения необходимо дополнительное время на проникновение достаточного количества влаги в уплотненную цементно-песчаную смесь для начала процесса гидратации цемента

Известен способ возведения дорожной одежды, в котором смесь, полученную путем перемешивания минеральных составляющих, транспортируют, укладывают на подстилающий слой или земляное полотно, при повторном перемешивании в смесь вводят вяжущее в виде пасты, кроме того, вводят активирующие добавки (№ 1346718, МПК Е01С 3/00, опубл. 23.10.87. Бюл. № 39).

Недостатком данного способа являются большие энергозатраты, так как два раза перемешиваются составляющие смеси.

Известен способ возведения основания дорожной одежды, состоящий в равномерном распределении каменного материала автогрейдером по земляному полотну до проектных отметок, после чего специальная самоходная установка разрыхляет верхнюю часть слоя каменного материала на глубину, равную 0,5-0,8 его толщины, приподнимает его, вводит в него вяжущее вещество и перемешивает его с каменным материалом, с помощью вибрации распределяет и укладывает его обратно на оставшуюся на основании часть каменного материала, с последующим уплотнением полученного слоя основания тяжелыми катками (№ 903446, МПК Е01С 3/00, опубл. 07.02.82. Бюл. № 5). Данный способ возведения основания дорожной одежды является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.

Недостатком данного способа являются недостаточная прочность основания из-за наличия нижнего слоя основания, не усиленного вяжущим веществом, а также из-за невозможности регулирования прочностных характеристик основания по высоте его слоя за счет послойного изменения содержания вяжущего вещества в каменном материале, необходимость в больших энергозатратах при возведении основания дорожной одежды, связанных с большой материалоемкостью и мощностью специальной самоходной установки, которая должна перерабатывать единовременно большие объемы материалов, так как одновременно за один проход перерабатываются все составляющие основание материалы - каменные материалы и вместе с ними вяжущие вещества, причем каменный материал укладывается в основание повторно. Кроме того, происходит снижение качества производства работ из-за большого коэффициента неоднородности основания по сечению и по площади в связи со сложностью организации пооперационного контроля качества и соответствующей корректировки последовательных технологических операций по укладке основания из-за аппаратной сложности крупнотоннажного технологического процесса, в котором совместили одновременно и последовательно операции по рыхлению уложенного в основание каменного материала, его перемешиванию с многокомпонентным вяжущим веществом, дозирование которого осуществляется в этой же установке, операции по вибрированию и укладке материала обратно в слой основания. В данном способе короткий период времени между технологическими процессами укладки и уплотнения основания тяжелыми катками, диктуемый временем схватывания вяжущего вещества.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении прочности основания, в уменьшении энергозатрат при укладке основания, в повышении качества работ, в независимости, по времени проведения работ, двух технологических операций по укладке основания - это укладка каменного материала с его прикаткой в слой дорожного или аэродромного основания и последующая его пропитка вяжущим материалом.

Для достижения указанного технического результата предварительно уложенный до проектных отметок и прикатанный легкими катками слой дорожного основания из фракционированного каменного материала, в построечных условиях, методом пролива сверху, пропитывают серным вяжущим веществом, нагретым до 150-160°С, имеющим в своем составе серу, мелкодисперсный минеральный наполнитель и мелкий заполнитель. Путем подбора в серном вяжущем веществе определенного соотношения серы, мелкодисперсного наполнителя и мелкого заполнителя регулируют величину вязкости серного вяжущего вещества, которая в оптимальных интервалах обеспечивает его проникновение на всю толщину слоя каменного материала основания, кроме этого вязкость серного вяжущего вещества и его регулируемый расход на квадратный метр площади дорожного и аэродромного основания напрямую влияет на процент заполнения межзерновых пустот фракционированного каменного материала основания. В качестве мелкодисперсного наполнителя используют карбонатные отходы сахарного производства - дефекат и карбонатный шлам водоочистки электростанций, в качестве мелкого заполнителя - кварцевый песок. Данный способ устройства дорожного и аэродромного основания позволяет также изменять количество серного вяжущего вещества по высоте слоя основания за счет того, что каменный материал в дорожное основание может укладываться не только в один слой с последующей его пропиткой серным вяжущим веществом, но и последовательно в несколько слоев, с пропиткой каждого слоя разным количеством серного вяжущего вещества, при этом возможны оптимальные по расходу вяжущего и жесткости варианты, когда в верхнем и нижнем слоях основания расход серного вяжущего вещества максимальный, а в среднем слое минимальный, эта конструкция основания будет хорошо работать на изгиб, или вариант с уменьшением количества серного вяжущего вещества по высоте слоя каменного материала основания от его верхней поверхности внутрь, эта конструкция основания будет хорошо работать на продавливание от колесных нагрузок. Регулируемая изменением состава вязкость серного вяжущего вещества и литьевая технология позволяют ему проникать на всю высоту предварительно уложенного слоя каменного материала основания, изменять процент заполнения пустот каменного материала основания от 100% до минимального, в том числе послойно по высоте основания. Оптимальная проникающая способность серного вяжущего вещества при проливе предварительно уложенного каменного материала основания на глубину тридцати сантиметров была достигнута при следующем массовом соотношении компонентов: сера: мелкодисперсный карбонатный наполнитель:кварцевый песок, как соответственно 45-55:5-15:30-50. С уменьшением содержания в серном вяжущем веществе мелкодисперсного карбонатного наполнителя и увеличением доли серы и песка вязкость смеси уменьшается. При этом размер частиц мелкодисперсного карбонатного наполнителя должен быть менее 60 микрон, а его содержание в серном вяжущем веществе должно быть равно 5%, так как при меньшем его содержании серное вяжущее вещество склонно к расслоению с выделением части свободной серы из состава вяжущего вещества, что приводит к трещинообразованию при кристаллизации серы, с потерей прочности серного вяжущего. При увеличении содержания в серном вяжущем веществе мелкодисперсного наполнителя вязкость вяжущего увеличивается и при необходимости такими составами можно укреплять только верхний слой уложенного ранее каменного материала основания, так как при его проливе сверху он не будет проникать на всю толщину слоя основания. При минимальной вязкости смеси серного вяжущего материала и определенной величине его расхода на квадратный метр основания дорог и аэродромов механизм заполнения пустот слоя каменного материала основания будет следующим: серный вяжущий материал при его проливе сверху будет беспрепятственно проходить через верхние слои каменного материала основания и заполнять пустоты его нижнего слоя, высота нижнего слоя со 100% заполнением пустот каменного материала будет определяться расходом серного вяжущего материала на квадратный метр дорожного и аэродромного основания. При этом верхние слои каменного материала основания будут частично склеены друг с другом и иметь структуру так называемого тощего бетона с межзерновыми пустотами. Вышеперечисленные факторы позволяют увеличить прочность дорожного основания, уменьшить его просадки и келейность.

В предлагаемом способе устройства дорожного и аэродромного основания используют серийные машины и механизмы. Укладку фракционированного каменного материала дорожного и аэродромного основания производят с его уплотнением легкими катками, последующее введение серного вяжущего в слой предварительно уложенного каменного материала основания осуществляют экономичным методом пролива слоя основания сверху, с использованием битумовозной техники с обогреваемыми емкостями. Серное вяжущее вещество приготавливают централизованно, при этом отсутствует операция по его перемешиванию с каменным материалом основания, которое является самым объемным и тяжелым компонентом в составе дорожного и аэродромного основания. Все вышеперечисленные мероприятия приводят к уменьшению энергозатрат при укладке дорожного основания.

Предложенный способ возведения дорожного и аэродромного основания дает возможность раздельно проводить пооперационный контроль качества операций по укладке и уплотнению каменного материала основания, приготовлению и внесению серного вяжущего вещества в уложенный слой каменного материала основания. При отклонении от заданных параметров корректировать каждую из вышеперечисленных операций, что суммарно дает возможность повысить качество работ по укладке основания.

В связи с тем, что технологическая операция по укладке и уплотнению слоя каменного материала основания не привязана по времени выполнения к последующей технологической операции по введению в каменный материал основания серного вяжущего вещества, то их можно производить с большим разрывом по времени и даже переносить введение серного вяжущего вещества на следующий сезон, а укладку каменного материала основания можно вести почти круглогодично. Серное вяжущее вещество из-за быстрого набора прочности позволяет через несколько часов после внесения его в слой каменного материала дорожного и аэродромного основания открывать автомобильное движение по нему.

Пример.

Для осуществления способа используют серу производства Салаватского завода органического синтеза с содержанием основного вещества 99,9%, дефекат Буинского сахарного завода с размером частиц менее 50 микрон и содержанием СаСО₃ 75%, песок Волжский с модулем крупности 1,5 и содержанием глинистых веществ 8%, щебень фракции 40-70 мм марки по прочности 600 местного Альдермышского карьера.

Щебень фракции 40-70 мм вывозят автосамосвалами на площадку, распределяют автогрейдером толщиной слоя в 20 см. Приготавливают при 150°С серобетонное вяжущее вещество прочностью на сжатие в 600 кг/см², состоящее по массе из 50% серы, 5% дефеката, 45% песка, которое с использованием автомобильных битумовозов равномерно распределяют методом пролива на всю толщину предварительно уложенного слоя щебеночного дорожного основания с расходом вяжущего из расчета 500 кг на 20 м² основания.

Были проведены испытания основания, сравнительные результаты которых с результатами прототипа приведены в таблице 1.

Таблица 1 Показатели Основание дорожной одежды, устроенное по способу предлагаемому прототипу Глубина проникновения вяжущего, см 20 15 Модуль упругости основания, кгс/см² 8500 6000

Результаты испытаний показывают, что при использовании предложенного способа по сравнению с известным решением увеличивается глубина проникновения вяжущего материала в слой основания, увеличивается прочность основания с увеличением модуля упругости основания относительно прототипа, уменьшается энергоемкость возведения дорожного и аэродромного основания, повышается качество производства работ, предлагаемый способ устройства дорожного и аэродромного основания позволяет, независимо по времени производства работ, разделить операцию по укладке и уплотнению каменного материала основания от операции по введению в него серного вяжущего вещества.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства оснований автодорог и аэродромов из каменных материалов. Технический результат: увеличение прочности основания, уменьшение энергозатрат при укладке основания, повышение качества работ, независимость по времени проведения работ двух технологических операций - укладки каменного материала с его прикаткой в слой дорожного или аэродромного основания и последующей его пропитки вяжущим веществом. Способ возведения дорожного и аэродромного основания включает распределение и укладку в основание каменного материала, введение в каменный материал основания смеси вяжущего вещества и их уплотнение. Фракционированный каменный материал укладывают в слой основания без вяжущего вещества, которое в виде серного вяжущего вещества, в последующем равномерно распределяют в пустотах слоя каменного материала основания методом его пролива сверху, требуемая глубина проникновения серного вяжущего вещества и требуемый процент заполнения им пустот каменного материала по высоте слоя основания регулируют изменением его расхода на квадратный метр основания и вязкости серного вяжущего вещества путем изменения соотношения его составляющих компонентов - серы, мелкодисперсного наполнителя и мелкого заполнителя, при этом минимальное содержание мелкодисперсного наполнителя равно 5% от массы серного вяжущего вещества. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ возведения дорожного и аэродромного основания, включающий распределение и укладку в основание каменного материала, введение в каменный материал основания смеси вяжущего вещества и их уплотнение, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, уменьшения энергозатрат при укладке основания, повышения качества работ, разделения по времени проведения операций по укладке каменного материала основания и введения в него вяжущего вещества, фракционированный каменный материал укладывают в слой основания без вяжущего вещества, которое в виде серного вяжущего вещества в последующем равномерно распределяют в пустотах слоя каменного материала основания методом его пролива сверху, требуемая глубина проникновения серного вяжущего вещества и требуемый процент заполнения им пустот каменного материала по высоте слоя основания регулируют изменением его расхода на квадратный метр основания и вязкости серного вяжущего вещества путем изменения соотношения его составляющих компонентов - серы, мелкодисперсного наполнителя, мелкого заполнителя, при этом минимальное содержание мелкодисперсного наполнителя равно 5% от массы серного вяжущего вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в составе серного вяжущего в качестве мелкодисперсного наполнителя используют карбонатные отходы сахарного производства - дефекат или карбонатный шлам водоочистки электростанций, а в качестве мелкого заполнителя - кварцевый песок.