СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ДОРОЖНОГО ОСНОВАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E01C3/04 

Область техники

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепление грунтов при создании оснований автомобильных и железных дорог.

Уровень техники

Известен способ получения стабилизированного дорожного основания, раскрытые в RU 2645316 С1, опубл. 20.02.2018. При этом стабилизированное дорожное основание содержит связный грунт, комплексное вяжущее, воду и химическую добавку "Чимстон" для обеспечения требуемой влажности, при этом в качестве основного компонента комплексного вяжущего используется сталеплавильный конвертерный шлак Новолипецкого металлургического комбината, активатора твердения - портландцемент или шлакопортландцемент марок по прочности не ниже М300. Способ получения дорожного основания (укрепленного грунта) включает добавление суспензии на основе химической добавки и воды в предварительно подготовленный грунт, последующее добавление.

Недостатком раскрытого выше технического решения является низкий срок службы стабилизированного дорожного основания из-за не пластичности стабилизированного дорожного основания.

В качестве прототипа выбран способ раскрытый в патенте RLJ 2703034 С1, опубликованный 15.10.2019 в котором раскрыт способ получения стабилизированного дорожного основания в виде монолитного слоя, включающий следующие этапы: снятие растительного грунта; нанесение слоя отсева щебня фракции 0-5 мм сталеплавильного шлака конвертерного производства на уплотненное грунтовое основание толщиной 40-60% от толщины стабилизируемого дорожного основания, с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя указанного отсева щебня; получение слоя шлакогрунта путем перемешивания отсева щебня фракции 0-5 мм сталеплавильного шлака конвертерного производства и грунта на глубину 20-50 см при одновременном или последующем увлажнении слоя шлакогрунта до влажности 15-30%; последовательное распределение модификатора АКРОПОЛ ГСМ и портландцемента на слое шлакогрунта, при расходах модификатора 1,5-2,5 кг/м3, портландцемента 40-120 кг/м3; получение слоя стабилизированного дорожного основания путем перемешивания распределенных на этапе компонентов со шлакогрунтом, с последующим получением уплотненного дорожного основания путем уплотнения указанного перемешенного слоя и последующим проливом уплотненного дорожного основания в течение 3 суток.

Недостатком указанного способа является - использование сталеплавильного шлака, поскольку количество предприятий производящих отход в виде сталеплавильного шлака небольшое. Сталь получают из чугуна. При плавке чугуна так же образуется шлак уже другого химического и минералогического состава. При сжигании угля образуется зола, так же отличающаяся по минеральному составу от сталеплавильного шлака. В нашем случае ми используем отходы в основном после сжигания угля. Количество накопленной золы после сжигания угля измеряется миллиардами тонн. Количество ТЭЦ, работающих на угле и приводящих золошлаковые отходы многие сотни. И они разбросаны по всей стране, поэтому эти отходы требуют минимальной перевозки.

Задачей заявленного изобретения является разработка укрепленного дорожного основания, обладающего повышенной морозостойкостью, высоким модулем упругости и пластичностью при высокой механической прочности, повышение доступности сырья, сокращение времени и средств на транспортировку необходимых компонентов для строительства дорожного полотна методом укрепления грунтов. Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности, морозостойкости, пластичности укрепленного дорожного основания, сокращение времени и средств на транспортировку необходимых компонентов для укрепления дорожного полотна.

Указанный технический результат реализуется за счет следующих приемов способа, которые включают определенный порядок выполнения действий, по этапам.

На первом этапе выполняют снятие растительного грунта. Затем наносят слой золошлаковых отходов после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за исключением конвертерного шлака на предварительно уплотненное грунтовое основание толщиной 5-100% от толщины укрепляемого дорожного основания, с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя с применением дорожных катков как с вибрацией, так и без; получение слоя золошлаковогогрунта путем перемешивания золошлаковых отходов и грунта на глубину 20-40 см при одновременном или последующем увлажнением слоя золошлакогрунта до влажности 15-25%. Затем распределяют модификатор АКРОПОЛ ГСМ и портландцемента на слое золошлакогрунта, при расходах модификатора 1,8-2,5 кг/м³, портландцемента 80-160 кг/м³ После чего получают слой укрепленного дорожного основания путем перемешивания распределенных компонентов с золошлакогрунтом, с последующим получением уплотненного дорожного основания путем уплотнения указанного перемешенного слоя и последующим поливом уплотненного дорожного основания в течение 2 суток для предотвращения пересыхания укрепленного грунта и обеспечения оптимальной влажности.

Укрепленное дорожное основание в виде монолитного слоя, полученное выше указанным способом, содержащего сырьевую смесь компонентов, содержащих грунт, или смесь грунта с золошлаковыми отходами после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за исключением конвертерного шлака Новолипецкого металлургического завода, портландцемент и модификатор АКРОПОЛ ГСМ, при следующем соотношении компонентов в мас. %:

грунт - 10-60;

золошлаковые отходов после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за

исключением конвертерного шлака - 10-60;

портландцемент, 7-12;

указанный модификатор - 0,11-0,15.

Осуществление изобретения

На первом этапе выполняют снятие растительного грунта. Затем нанося слой золошлаковых отходов после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за исключением конвертерного шлака на предварительно уплотненное грунтовое основание толщиной 5 -100% от толщины укрепляемого дорожного основания, с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя с применением дорожных катков как с вибрацией, так и без; получение слоя золошлаковогогрунта путем перемешивания золошлаковых отходов и грунта на глубину 20-40 см при одновременном или последующем увлажнением слоя золошлакогрунта до влажности 15-25%.

Затем распределяют модификатор АКРОПОЛ ГСМ и портландцемента на слое золошлакогрунта, при расходах модификатора 1,8-2,5 кг/м ³, портландцемента 80-160 кг/м³ После чего получают слой укрепленного дорожного основания путем перемешивания распределенных компонентов с золошлакогрунтом, с последующим получением уплотненного дорожного основания путем уплотнения указанного перемешенного слоя и последующим поливом уплотненного дорожного основания в течение 2 суток для предотвращения пересыхания укрепленного грунта и обеспечения оптимальной влажности.

Укрепленное дорожное основание в виде монолитного слоя, полученное выше указанным способом, содержащего сырьевую смесь компонентов, содержащих грунт, или смесь грунта с золошлаковыми отходами после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за исключением конвертерного шлака Новолипецкого металлургического завода, портландцемент и модификатор АКРОПОЛ ГСМ, при следующем соотношении компонентов в мас. %:

грунт - 10-60;

золошлаковые отходов после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за

исключением конвертерного шлака - 10-60;

портландцемент, 7-12;

указанный модификатор - 0,11-0,15.

Укрепленное дорожное основание в виде монолитного слоя, полученное выше указанными способами, содержащего сырьевую смесь компонентов, содержащих смесь грунта с золошлаковыми отходами, портландцемент и модификатор АКРОПОЛ ГСМ, при следующем соотношении.

Получить укрепленное дорожное основание можно на любом существующем грунте (связные, несвязные, техногенные), кроме торфа или ила.

Модификатор АКРОПОЛ ГСМ позволяет снизить сроки набора характеристик укрепленного дорожного основания, позволяет повысить уплотняемость и снизить коэффициент запаса на уплотнение до 1,25, повышает водонепроницаемость, что в свою очередь повышает морозостойкость, улучшает показатель деформативности (коэффициента жесткости).

Кроме того, заявленное укрепленное дорожное основание за счет пластичности позволяет не использовать деформационные швы, которые применяют в жесткой дорожной одежде, примером которой является прототип заявленного изобретения.

При содержании модификатора АКРОПОЛ ГСМ ниже заявленного интервала приведет к ухудшению физико-механических показателей, а выше - к удорожанию укрепленного дорожного основания, без значительного увеличения физико- химических показателей.

Предварительное перемешивание грунта, позволяет получить однородную смесь, а после добавления портландцемента и модификатора АКРОПОЛ ГСМ позволит получить равномерность физико-механических и химических показателей укрепленного дорожного основания по всей его толщине за счет равномерного воздействия модификатора на отсев фракции 0-5 мм золошлака и портландцемент, что позволяет при увеличенных сроках твердения, получить укрепленное дорожное основание в виде пластичного монолитного слоя, имеющий высокие показатели прочности по всей длине, толщине и ширине укрепленного основания.

Кроме того цемент необходимо распределять по поверхности для обеспечения равномерной концентрации в перемешиваемом грунте.

Распределение цемента требуется при выполнении работ с применением ресайклеров или грунтовых фрез. Глубина зависит от нагрузок и лежит в диапазоне 18-30 см. После чего производится выравнивание грейдером и уплотнение катком.

В случае применения грунтосмесительных или бетоносмесительных установок цемент вводится в необходимом количестве непосредственно в установку. После чего готовая смесь грунт/цемент/модификатор выкладывается для получения дороги. Для укладки такой смеси можно использовать, например, асфальтоукладчик.

Использование золошлаковых отходов после сжигания угля или доменного шлака фракции 0-5 мм за исключением конвертерного шлака имеет следующие преимущества:

- прямое снижение воздействия на экологию, благодаря утилизации накопленных золошлаковых отходов;

- утилизация накопленных отходов предприятий горнодобывающей, металлургической, энергетической отрасли посредством их применения в строительстве долговечных дорог и площадок;

- снижение вреда, наносимого окружающей среде и экономике пылением;

- снижение стоимости дорожного строительства, благодаря использованию легкодоступных материалов;

- отсутствие необходимости в использовании дорогостоящих труднодоступных фракционных материалов (щебень, песок).

- благодаря использованию фракции 0-5 мм обеспечивается необходимая равномерность характеристик укрепленного грунта по всему объему и площади строительства;

- использование золошлаковых отходов фракции 0-5 мм, снижается коэффициент запаса на уплотнение до 1,25, повышается плотность укрепленного грунта, повышается морозостойкость.

Пример 1.

На первом этапе снимают растительный грунт. Наносят слой золошлаковых отходов после сжигания угля фракции 0-5 мм на предварительно уплотненное грунтовое основание толщиной 5% от толщины укрепляемого дорожного основания, с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя катком. Получают слой золошлакового грунта путем перемешивания золошлаковых отходов и грунта на глубину 20 см при одновременном увлажнении слоя золошлакогрунта до влажности 15%. Затем последовательно распределяют модификатор АКРОПОЛ ГСМ и портландцемент на слое золошлакогрунта, при расходах модификатора 1,8 кг/м ³, портландцемента 80 кг/м³.

Получают слой укрепленного дорожного основания путем перемешивания распределенных компонентов с золошлакогрунтом, после чего осуществляют пролив уплотненного дорожного основания в течение 2 суток.

При следующем соотношении компонентов: золошлаковые отходы (Северсталь) 45%, суглинок легкий пылеватый 46,51%, цемент СЕМ 42.5Б (Holcim) 8,34%, АКРОПОЛ ГСМ -0,15%.

Пример 2

На первом этапе снимают растительный грунт. Затем наносят слой золошлаковых отходов доменного шлака фракции 0-5 мм; на предварительно уплотненное грунтовое основание толщиной 100% от толщины укрепляемого дорожного основания, с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя катком вибрацией. Получают слой золошлаковогогрунта путем перемешивания золошлаковых отходов и грунта на глубину 40 см при последующем увлажнением слоя золошлакогрунта до влажности 25%. Затем последовательно распределяют модификатор АКРОПОЛ ГСМ и портландцемент на слое золошлакогрунта, при расходах модификатора 2,5 кг/м 3, портландцемента 160 кг/м3. Получают слой укрепленного дорожного основания путем перемешивания распределенных компонентов с золошлакогрунтом, после чего осуществляют пролив уплотненного дорожного основания в течение 2 суток.

Перемешивание исходных компонентов заявленного укрепленного дорожного основания на глубину ниже заявленного интервала приведет к ухудшению физико-механических показателей, а выше - к удорожанию укрепленного дорожного основания, без значительного увеличения физико-химических показателей.

Влажность 15-20% обеспечивает необходимый уровень физико-химических свойств укрепленного дорожного основания при твердении смеси исходных компонентов.

Перемешивание компонентов укрепленного дорожного основания с грунтом на глубину меньше 20 см не позволит достичь необходимый уровень физико-химических свойств, а больше 50 см - не позволит получить однородность дорожного основания.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления грунтов при создании оснований автомобильных и железных дорог. Способ получения стабилизированного дорожного основания заключается в том, что снимают растительный грунт и уплотняют для получения грунтового основания, после чего на уплотненное грунтовое основание толщиной 70-100% от толщины укрепляемого дорожного основания наносят слой золошлаковых отходов после сжигания угля фракции 0-5 мм с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя. Далее получают слой золошлакогрунта путем перемешивания нанесенного слоя золошлаковых отходов и грунта основания на глубину 20-40 см при одновременном или с последующим увлажнением слоя золошлакогрунта до влажности 15-25%. Затем последовательно распределяют модификатор АКРОПОЛ ГСМ и портландцемент на слое полученного золошлакогрунта при расходах модификатора 2-2,5 кг/м³ и портландцемента 130-160 кг/м³ с последующим их перемешиванием с золошлакогрунтом с получением слоя укрепленного дорожного основания, после чего осуществляют пролив уплотненного дорожного основания в течение 2 суток для предотвращения пересыхания укрепленного грунта и обеспечения оптимальной влажности. Технический результат состоит в повышении механической прочности, морозостойкости, пластичности укрепленного дорожного основания, сокращении времени и средств на транспортировку необходимых компонентов для укрепления дорожного полотна.

Способ получения стабилизированного дорожного основания, заключающийся в том, что снимают растительный грунт и уплотняют для получения грунтового основания, после чего на уплотненное грунтовое основание толщиной 70-100% от толщины укрепляемого дорожного основания наносят слой золошлаковых отходов после сжигания угля фракции 0-5 мм с последующим профилированием и уплотнением нанесенного слоя; далее получают слой золошлакогрунта путем перемешивания нанесенного слоя золошлаковых отходов и грунта основания на глубину 20-40 см при одновременном или с последующим увлажнением слоя золошлакогрунта до влажности 15-25%; затем последовательно распределяют модификатор АКРОПОЛ ГСМ и портландцемент на слое полученного золошлакогрунта при расходах модификатора 2-2,5 кг/м³ и портландцемента 130-160 кг/м³ с последующим их перемешиванием с золошлакогрунтом с получением слоя укрепленного дорожного основания, после чего осуществляют пролив уплотненного дорожного основания в течение 2 суток для предотвращения пересыхания укрепленного грунта и обеспечения оптимальной влажности.