авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

БЕШЕНОВ МАКСИМ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ОРГАНОМИНЕРАЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ПРОДУКТА УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМА ДЛЯ

ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ В ДОРОЖНОМ

СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Казань – 2015

- ДОБРОВ Эдуард Михайлович,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ

ВПО «Московский автомобильно - дорожный

государственный

технический

университет

(МАДИ)»,

профессор

кафедры

«Аэропорты,

инженерная геология и геотехника»

Ведущая организация:

ФГБОУ

ВПО

«Сибирская

государственная

автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

г. Омск.

Защита состоится «15» июня 2015 г. в 15:00 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.077.01 на базе Казанского государственного

архитектурно-строительного университета по адресу: 420043, г. Казань, ул.

Зеленая, д.1, ауд.3-203 (зал заседаний Ученого совета).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке

Казанского государственного архитектурно-строительного университета и на

сайте http://diss.kgasu.ru.

Автореферат разослан «___» _________ 2015 г.

Работа

выполнена

в

Федеральном

государственном

бюджетном

образовательном

учреждении

высшего

профессионального

образования

«Казанский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:

- кандидат технических наук, профессор

ХАБИБУЛЛИНА Ильвера Нигматовна

Официальные оппоненты: - МЕРЕНЦОВА Галина Степановна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ

ВПО

«Алтайский

государственный

технический университет им. И.И. Ползунова»,

заведующий

кафедрой

«Строительства

автомобильных дорог и аэродромов»

Ученый секретарь

диссертационного совета

2

Абдрахманова Ляйля Абдулловна

вследствие морозного пучения глинистых грунтов

влекущих за собой снижение несущей способности

свойств автомобильной дороги.

земляного полотна,

и эксплуатационных

В

настоящее

время

существует

множество

методов

борьбы

с

пучинообразованием, которые зачастую малоэффективны в глинистых грунтах

с преобладающим содержанием пылевато-глинистой фракции. Известно, что

пылевато-глинистая

фракция

характеризуется

значительной

степенью

влагонакопления и водоудержания, что способствует миграции влаги в теле

земляного

полотна

под

воздействием

отрицательных

температур.

Существующие мероприятия по борьбе с явлением криогенного пучения

зачастую не имеют комплексного подхода к выполнению прямой задачи и не

решают

косвенные,

такие

как

утилизация

отходов

промышленности.

Использование добавки «ПУН» (продукт утилизации нефтешлама) на основе

нефтяного шлама позволит решить обе задачи, при этом конечный результат

проведенных мероприятий будет в значительной степени отличаться от

традиционных способов предотвращения морозного пучения грунтов.

В связи с вышесказанным, изучение влияния добавки «ПУН» на природу

и свойства пылевато-глинистой фракции связных (пучинистых) грунтов, как

мероприятий по снижению морозного пучения, представляется актуальной

задачей.

Цель работы. Обоснование и разработка рационального состава

органоминеральных композиций на основе продукта утилизации нефтяного

шлама, для исключения или снижения морозного пучения при строительстве

дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо

рассмотреть следующие задачи:

- изучить минеральный, гранулометрический составы глинистых (пучинистых)

грунтов,

а

также

состав,

свойства

отходов

нефтедобывающий

промышлености (нефтяного шлама) и продукта утилизации нефтешлама

«ПУН»;

- исследовать степень влияния нефтяного шлама на свойства и структуру

комплексного вяжущего, а также на процесс стабилизации пучинистых

грунтов;

- изучить

механизм

действия

комплексного

вяжущего

на

физико-

механические, реологические и криогенные свойства пучинистых грунтов;

- разработать рациональные составы грунтовых композиций, содержащих из

пылевато-глинистые частицы и комплексное вяжущее, для устройства

конструктивных слоев дорожной одежды и земляного полотна;

- разработать технологию строительства конструктивных слоев с применением

стабилизированных грунтов,

с последующим внедрением результатов

работы;

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Значительная часть автомобильных дорог Российской

Федерации, независимо от типа местности, по условиям увлажнения и

дорожно-климатической

зоны

подвержена

образованию

деформаций

- дать

санитарно-гигиеническую

оценку

влияния

нефтяного

шлама,

применяемого в качестве вяжущего при строительстве автомобильных дорог;

- определить экономическую оценку эффективности использования грунтов,

обработанных комплексным вяжущим.

Объект исследования: Глинистые грунты, обработанные комплексным

вяжущим на основе нефтяного шлама, для дорожного строительства.

Предмет исследования: Структура, свойства пучинистых грунтов и грунтовых

композиций, а также факторы, влияющие на процесс морозного пучения в

конструктивных слоях дорожной одежды и земляного полотна автомобильных

дорог.

Научная новизна заключается в следующем:

- выявлен механизм структурообразования органоминеральной композиции,

который основан на ионной сорбции органических катионов поверхностью

алюмосиликатов с образованием гидрофобной оболочки на поверхности

грунтовых частиц и агрегатов и на кольматации пор, создавая плотную

структуру под воздействием уплотняющей нагрузки;

- установлено, что введение в грунт добавки «ПУН» способствует снижению

массы конституционной и адсорбированной воды, что свидетельствует о

переходе воды в более связное состояние за счет возникновения водородных

связей между молекулами воды и полярными группами органической части

вяжущего (С=О и S=O);

- выявлено, что в результате термоокислительной реакции, происходящей в

процессе приготовления добавки «ПУН», происходит увеличение смолисто-

асфальтеновых компонентов по сравнению с исходным сырьем (нефтяным

шламом) в 5.7 раза и 1.9 раза соответственно. Участвующих в формировании

адсорбционно-сольватного слоя на поверхности частиц и агрегатов;

- установлено, что при внесении в грунт комплексной добавки «ПУН» и

цемента происходит снижение коэффициента теплопроводности в 2 раза с 1.1

Вт/(м·К) до 0.45 Вт/(м·К), обусловленное изменением микроагрегатного

состава грунта и образованием гидрофобных оболочек между агрегатами из

смол, асфальтенов и парафино-нафтеновых углеводородов.

Практическая

значимость

работы.

Грунты,

обработанные

комплексным

вяжущим

на

основе

нефтешлама,

позволят

расширить

номенклатуру дорожно-строительных материалов. Грунтовая композиция в

зависимости от состава может быть использована при строительстве оснований

и дополнительных (противопучинных) слоев дорожной одежды и земляного

полотна.

Утилизация

нефтяных

шламов

способствует

улучшению

экологической обстановки и освобождению значительных территорий земли

для сельскохозяйственного назначения.

Основные положения, выносимые на защиту:

- влияния особенностей глинистых минералов, на формирование структуры

стабилизированного пучинистого грунта;

- рациональный состав грунтовых композиций на основе пучинистых

глинистых грунтов, модифицирующий добавки «ПУН» и цемента;

- конструктивные решения дорожных одежд и земляного полотна с

применением грунтовых композиций;

4

- влияние технологических факторов на физико-механические свойства

стабилизированных грунтов;

- степень влияния полученного материала на санитарно-гигиеническую

обстановку;

- результаты опытно-промышленного внедрения полученного материала в

активной зоне земляного полотна.

Достоверность

результатов

научных

исследований,

выводов

и

рекомендаций подтверждена сходимостью лабораторных исследований с

результатами,

полученными

при

опытно-экспериментальном

внедрении;

применением

современных

методов

исследований

(методами

ИК

спектроскопии,

термографического

анализа

и

растровой

электронной

микроскопии

и

т.д.)

и

инженерного

оборудования,

прошедшего

метрологическую поверку, а также успешной эксплуатацией опытного участка

внедрения.

Результаты

исследований

обоснованы

критериями

адекватности,

применяемыми при использовании методов математического планирования

эксперимента.

Реализация работы, разработанная органоминеральная композиция

применена в Алексеевском районе Республики Татарстан на автомобильной

дороге «Алексеевское - Альметьевск», относящейся к I технической категории,

в качестве мероприятия для снижения деформаций от воздействий морозного

пучения и улучшения физико-механических свойств грунтов верхней части

земляного полотна. Результаты сезонного мониторинга построенного участка

показали,

что

использование

вяжущего

положительно

влияет

на

эксплуатационные свойства дороги.

Апробация работы. Результаты выполненной научно-исследовательской

работы

доложены

и

обсуждены

на

ежегодных

научно-практических

конференциях

Казанского

государственного

архитектурно-строительного

университета (Казань 2009-2013г.), IV научно-технической конференции

студентов,

аспирантов

и

молодых

ученых

(Волгоград

2010

г.),

VI

Международной

научно-практической

конференции

«Автомобиль

и

техносфера» (Казань, КГТУ им. Туполева 2011г.), II Международной научно-

практической

конференции

"Современные

проблемы

безопасности

жизнедеятельности: теория и практика" (Казань 2012г.), Республиканском

молодежном форуме – 2012 (Казань, 2012г.), Техническом совете ОАО

«ИркутскГипроДорНИИ» (Иркутск, 2014г.); Техническом совете Министерства

строительства и ЖКХ Республики Татарстан (Казань, 2014г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в

9 публикациях, 4 из которых включены в перечень ВАК РФ, а также в патенте

РФ № 2493316 на разработанную композицию для укрепления грунтов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из

введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, списка сокращений и

условных обозначений и приложений. Работа содержит 148 страниц

машинописного текста, в том числе 40 таблиц, 56 рисунков, а также 5

приложений представленных на 24 страницах. Список литературы включает

110 наименований российских и зарубежных авторов.

5

За оказанную помощь автор благодарит кафедру «Строительства и

эксплуатации автомобильных дорог» Института транспортных сооружений

КазГАСУ, лабораторию переработки нефти и природных битумов (ПНПБ)

Института органической и физической химии им. А.Е.Арбузова, ФГУП

«ЦНИИгеолнеруд», а также доцента кафедры «Оснований, фундаментов,

динамики сооружений и инженерной геологии» КазГАСУ, к.г-м.н. Л.К.

Згадзай.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены исследования, касающиеся водно-тепловых

процессов, протекающих в земляном полотне автомобильных дорог. Одним из

наиболее

ощутимых

проявлений

водно-тепловых

процессов

являются

пучинные деформации. Пучины – следствие промерзания грунта и миграции

влаги из нижних слоев в зону активного охлаждения. На интенсивность

пучинообразования влияют скорость промерзания грунта активного слоя и

интенсивность

поступления

влаги,

наличие

значительного

количества

пылеватой фракции в грунтах.

Изложен анализ факторов, влияющих на процесс морозного пучения

исследуемых грунтов. Одним из важнейших физических показателей пучения

является дисперсность грунтов, характеризуемая формой и размером частиц,

образующих поверхность раздела между физическими фазами грунтовой

системы. Наибольшее количество связной (пленочной) воды содержится в

тонкодисперсных

глинистых

грунтах,

имеющих

значимую

удельную

поверхность минеральных частиц. Следовательно, наиболее морозоопасными

являются пылевато-глинистые фракции с размером минеральных частиц от 0,05

до 0,005 мм. Преобладание в составе грунта частиц указанного размера,

номенклатурно представляющих фракции пыли, обеспечивает наиболее

благоприятные условия криогенной миграции влаги.

Значительное влияние на миграцию влаги в зону отрицательных

температур оказывает генезис, состав, состояние грунта, а также степень его

уплотнения. Уплотнение грунта приводит к снижению объемов воздушных пор

влагосодержания и оптимизации упаковки частиц, препятствующей работе

пленочного механизма миграции воды. Как следствие этого уменьшается

интенсивность пучения грунта.

Вопросами исследования морозного пучения и обеспечения устойчивости

земляного полотна автомобильных дорог в различных условиях, его

эксплуатации посвящены исследования многих ученых, таких как Н.Н. Иванов,

Н.А. Пузаков, А.Я. Тулаев, В.М. Безрук, В.М. Сиденко, В.М. Соколов, И.А.

Золотарь, М.Б. Корсунский, И.А. Тютюнов, З.А. Нерсесова, Н.В. Орнатский,

А.И. Ярмолинский и др. Большое количество работ свидетельствует, что для

образования пучин на дороге выделяют три характерных условия: 1) земляное

полотно возведено из пучинистых (пылеватых) грунтов; 2) земляное полотно

(грунт) переувлажнено; 3) медленное и глубокое промерзание земляного

полотна.

Приведены сведения об условиях формирования, составах и методах

утилизации

нефтешламов.

Рассмотрены

различные

методы

утилизации

нефтяного шлама (НШ). К наиболее часто используемым можно отнести:

6

выделение нефтепродуктов, сжигание, физико-химическое разделение и др.

Исходя из того, что НШ содержит схожие компоненты с компонентами битума

(смолы, асфальтены и др.), было решено использовать их в качестве

гидрофобизаторов для грунтов.

Опыт применения

различных

вяжущих для

повышения

физико-

механических

и

водно-физических

свойств

грунтов

разного

генезиса

насчитывает десятки лет. Большой вклад в создание теории укрепления и

стабилизации грунтов различными веществами и химическими добавками

внесли такие ученые, как А.А. Бируля, В.М. Безрук, Л.И. Гурячков, Э.М.

Добров, С.И. Дубина, А.С. Еленович, И.А. Золотарь, Н.И. Иванов, В.М.

Кнатько, Н.С. Колбас, Р.Г. Кочеткова, Г.П. Левчановский, А.В. Линцер, Т.П.

Луканина, В.М. Могилевич, В.М. Ольховиков, В.В. Охотин, М.Н. Першин, А.П.

Платонов, П.А. Ребиндер, С.Г Фурсов, Т.В. Шеина, Н.Г. Ягудин, Л.Н.

Ястребова и др.

На основании анализа литературных источников, сформулирована

рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что за счет консолидирующего и

гидрофобизирующего

действия

дисперсных

минеральных

частиц,

обработанных органическим веществом (нефтяным шламом) (в количестве от

5% до 35% от массы), на алюмосиликатную слоистую составляющую грунта,

произойдет укрупнение пылевато-глинистой фракции грунта с 0.001-0.005мм

до ≥ 0,05мм, а также снижение водонасыщения и уменьшение коэффициента

пучения.

Во

второй

главе

приведены

характеристики

исходных

данных

материалов, а также методов и методик проведения исследований.

В качестве минерального материала использовались пылевато-глинистые

грунты с содержанием 50-70 % пылеватой и 10-30 % глинистой фракций

(суглинок тяжелый пылеватый, четвертичного периода), относящиеся к сильно

и чрезмерно пучинистым, которые широко распространены на всей территории

Российской Федерации, в том числе и Республики Татарстан. Минеральный

состав

грунтов

представлен

минералами

группы

монтмориллонит

(Na,Ca)0,33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O (45-50%), кварц SiO2 (20-30%), иллит

(K0.75(H3O)0.25)Al2(Si3Al)O10((H2O)0.75(OH)0.25)2 (7-10%) и кальцит CaCO3 (4-8%).

Для

проведения

исследований

были

отобраны

пробы

твердого

нефтешлама из шламонакопителей

ООО «Промышленная

экология»,

расположенных

в

Бугульминском

районе Республики Татарстан вблизи

населенного пункта Карабаш. Нефтешлам представляет собой неоднородную

смесь твердопластичной консистенции темно-бурого цвета со специфическим

запахом следующего состава: асфальтены – 1,5-4,0%; смолы – 10-40%; парафин

– 10,0-30,0%; непредельные углеводороды – 6,0-20,0%; вода – 2,0-10,0%;

механические примеси – 20,0-40,0%.

В качестве активных добавок использовали

продукт утилизации

нефтешлама

«ПУН»

(модификатор)

ТУ

5716-004-1185815-2000,

портландцемент М400-Д20 «Ульяновскцемента» ГОСТ 31108, негашѐную

известь среднегасящуюсю кальциевую 2 сорта ОАО «Угловский известковый

комбинат»

ГОСТ

9179, шлаковую муку с удельной поверхность Sуд =

3000…5000 см2/г из металлургического шлака ОАО "Ижсталь" с содержанием

оксидов кальция 45-47% и магния 4-12%, модуль основности Мо = 1,17.

7

Продукт

утилизации

нефтешлама

«ПУН»

представляет

собой

однородный по цвету и составу рыхлый, гидрофобный, морозоустойчивый и

негорючий материал. Зерна материала представляют гранулы гидрооксида

кальция с нефтешламом, равномерно адсорбированным на поверхности с

удельным

весом 2.18г/см3

и

насыпной

плотностью 350-600

кг/м3

с

преобладающим размером частиц мельче 0.071мм. Минеральная часть ПУН

представлена кварцем SiO2 (16%), кальцитом CaCO3 (12%), портландитом

Са(ОН)2 (22–25%), глинистыми минералами (до 20%), полевым шпатом

CaAl2Si2O8 (до 4%), а также органическими веществами (10%).

Исследование структуры материалов и процессов, происходящих при

получении комплексного вяжущего, а также с введением его в грунт

осуществлялось: методом ИК – спектроскопии, термографического анализа и

растровой электронной микроскопии. Для определения водно-физичекских,

физико-механических,

теплотехнических

свойств

грунтов

и

грунтовой

композиции использовались методы и методики испытаний, приведенные в

ГОСТ 25100, ГОСТ 30491, ГОСТ 12801, ГОСТ 23558, ГОСТ 28622, ГОСТ 7076.

В

работе

использованы

методы

оптимального

планирования

эксперимента, основанные на применении математического аппарата при

получении

и

обработки

результатов

измерений.

Адекватность

экспериментальных результатов оценивалась по критерию Фишера, а их

статистическая обработка в программных комплексах

«Microsoft Excel»

и

«Mathcad».

Описание математической модели процессов оптимизации состава

вяжущего и грунтовой композиции, а также технологических факторов

приготовления смесей, выполнено с применением полного трехфакторного

анализа и графоаналитического метода В.Клеймана, на основании которого

построены уравнения регрессии.

В третьей главе приведены результаты исследований физико-химических

свойств добавки «ПУН» и исходного сырья нефтешлама. С помощью прибора

Сокслета получены экстракты нефтяного шлама и «ПУН». Исследования

компонентного состава полученных экстрактов проведены в таблице 1.

Таблица 1 - Компонентный состав экстрактов

Содержание, мас.%

Асфальтены

Смолы

Углеводороды (масла)

№ п/п

Объект

1

Нефтешлам

3,1

32,5

64,4

2

ПУН

17,7

61,7

20,6

Полученные результаты компонентного состава экстрактов нефтешлама и

«ПУН» показывают существенное различие. В экстракте «ПУН» фиксируется

значительно большее содержание асфальтенов и смол, что по компонентному

составу

соответствует

окисленным

битумам.

Увеличение

содержания

асфальтенов связано с новообразованиями в процессе термоокисления масел и

смол

при

получении

«ПУН».

Одновременно

с

этим,

методом

ИК-

спектроскопии

зафиксировано

увеличение

доли

высокомолекулярных

парафинов и церезинов, за счет улетучивания легкокипящих углеводородов при

термическом воздействии.

Сравнение ИК-спектрограмм исходного грунта (суглинок тяжелый

пылеватый) (рис. 1, б ) и после внесения добавки «ПУН» (рис. 1, в ), а также с

8

п/п

1

2

3

Потери веса (%) (числитель)

в температурных интервалах (знаменатель)

6,4

1,4

1,2

0,8

4,9

20-185oC

185-400oC

400-550oC

550-616оС

700-900оС

5,4

2,2

2,3

6,7

20-185oC

185-409oC

400-580oC

700-900оС

7,2

2,3

2,3

6,1

20-185oC

185-406oC

400-581oC

700-900оС

Наименование образца

Грунт (суглинок)

Грунт с добавкой «ПУН»

Грунт с добавками «ПУН» и цемента

внесением добавок «ПУН» и цемента (рис. 1, г) выявило их сходство, а именно:

широкую, растянутую полосу в интервале от 3100 до 3500 см-1 и 1620-1630

см-1, которые соответствуют валентным и деформационным колебаниям

свободной и связанной воды. Во всех трех образцах в области 1100-1200 см-1

присутствует пик, соответствующий колебаниям S=O.

В спектре «в» и «г» в областях частот 1750-2000 см-1 и 2700-2900 см-1

содержатся более интенсивные полосы поглощения по сравнению с исходным

объектом, что указывает на увеличение числа следующих активных групп

C=O и C=S, которые фиксируются в спектре органической части вносимой

добавки «ПУН» (рис. 1, а). Исходя из этого можно предположить, что

вносимые функциональные полярные группы C=O и C=S, характерные для

органической части, при взаимодействии с группами минеральной части S=O

приводят к возникновению водородных и ван-дер-ваальсовых связей.

Рис. 1. ИК-спектрограмма:

а) - добавка «ПУН»; б) - естественный грунт (суглинок, с преобладающим содержанием

минерала монтмориллонит); в) – грунт, стабилизированный добавкой «ПУН»; г) – грунт,

укреплѐнный комплексным вяжущим.

Для установления физического состояния грунта при его взаимодействии

с добавкой «ПУН» и «ПУН» + цемент был проведен термографический анализ

(ТГА).

Таблица 2 - Результаты термографического анализа

По

данным

ТГА

в

исходном

образце

грунта

присутствует

адсорбированная вода в количестве 6,4% (потери веса при 20-185°C),

9

Содержание, мас.%

С

О

Mg

Al

Si

S

K

Ca

Fe

п/п

1

2

3

4

5

Объект

Добавка ПУН – точка 1

21,03

Добавка ПУН – точка 2

11,52

Грунт - суглинок

8,61

58,12

0,95

2,25

50,61

-

1,40

54,43

3,81

9,04

49,15

2,24

3,90

54,80

1,26

4,48

3,25

1,58

2,58

0,48

18,54

-

14,30

1,29

16,55

0,87

0,28

11,67

0,86

0,56

31,95

0,53

0,42

1,86

3,28

0,81

10,65

3,43

1,22

15,61

2,52

Грунт, обработанный добавкой

ПУН

Грунт, обработанный добавкой

ПУН совместно с цементом

14,24

10,57

конституционная вода - 0,8% (потери веса при 550-616°С), карбонат кальция –

порядка 6% (потери веса в температурном интервале 700-900°С обусловлены

выделением СО2). При введении в грунт добавки «ПУН», в грунте снижается

содержание адсорбированной воды до 5,4% и исчезает конституционная вода,

что свидетельствует о переходе воды в более связное состояние за счет

возникновения водородных связей между молекулами воды и полярными

группами органической части вяжущего (С=О и S=O). Установлено, что

внесение цемента приводит к увеличению адсорбированной воды до 7,2%.

Предположительно это связано с наличием на поверхности вносимых частиц

цемента слоя адсорбированной влаги.

Посредством ИК-спектроскопии были определены химические составы

добавки «ПУН», исходного грунта, а также органоминеральных композиций

(табл. 3 и рис.3). Следует обратить внимание на тот факт, что внесение добавки

«ПУН» и цемента в природный грунт приводит к увеличению органических

веществ (С) с 8.61% до 14.27 (10.57)%, а также кальция (Са) с 1.86% до 10,65

(15,61)%. В органоминеральной композиции фиксируется появление серы (S) в

количестве 1,29 (0,87)%.

Таблица 3 – Химический состав добавки ПУН и органоминеральных композиций

В глинистых частицах связных грунтов преобладают минералы групп

монтмориллонита и гидрослюд. В.И. Осиповым установлено, что при рН более

7, базальные плоскости данных минералов в основном имеют отрицательно

2–

заряженных ионы О

и (ОН), на

боковых

сколах

в

двойном

электрическом

слое

имеется

некоторое

количество

положительно заряженных ионов,

однако преобладающими являются

анионы. При внесении в грунтово-

коллоидную

систему

с

доминированием

отрицательных

зарядов и органических катионов,

происходит

ионная

сорбция,

приводящая

к

уменьшению

поверхностной энергии системы.

Катионы

под

влиянием

электрического

поля

минерала

ориентируются

своей

полярной

частью

к

его

поверхности,

а

неполярной частью – во внешнюю

среду, вытесняя при этом воду

а)

б)

в)

г)

Рис.2. Микроструктуры добавки «ПУН»,

обработанных и необработанных грунтов:

а)

добавка

«ПУН»;

б)

природный

грунт

(суглинок); в) природный грунт, обработанный

добавкой

«ПУН»;

г)

природный

грунт,

обработанный добавками «ПУН» и цементом

(органоминеральная композиция)

10

агрегатов (Рис.3. б, в).

Этот

процесс

объясняет

снижение

коэффициента

теплопроводности

за

счет

изменения

микроагрегатного

состава

грунта

и

образование

вокруг микроагрегатов пленок из

полярных

смол

и

асфальтенов,

способствующих

дополнительной

термической стойкости. Изменение

микроагрегатного состава грунта и

повышение гидрофобных свойств

способствуют

также

снижению

степени пучинистости.

(подтверждено

результатами

ТГА)

и

нейтрализуя

заряды.

При

этом

гидрофильная поверхность грунта становится гидрофобной.

Органические катионы обладают большим объемом и молекулярным

весом, в результате чего они более энергично и прочно сорбируются грунтом и

удерживаются

на

поверхности

минерала,

посредством

механизма

межмолекулярного взаимодействия по типу связей Ван-дер Ваальса.

Принимая во внимание ионообменные процессы, протекающие в грунте

после внесения добавки «ПУН» и органоминеральной композиции, можно

наблюдать формирование коагуляционной структуры, где вносимые добавки

упорядочено располагаются на поверхности грунтовых агрегатов и в

межпоровом

пространстве.

Этот

эффект

позволяет

создать

на

поверхности грунтового минерала

гидрофобное

покрытие,

не

допускающее молекулы воды в

зону контакта минеральных частиц

грунта, а также добиться более

плотного

пакета

грунтовых

Рис.3. Микроструктуры обработанных и

необработанных:

а) природный грунт (суглинок); б) природный

грунт, обработанный добавкой «ПУН»; в)

природный грунт, обработанный добавками

«ПУН»

и

цементом

(органоминеральная

композиция);

г)

природный

грунт,

обработанный

добавкой

«ПУН»

(после

вымачивания в бензине).

В

четвертой

главе

подробно

изложена

технология

получения

комплексного вяжущего на основе ТНШ, анализ факторов, а также дан анализ

водно-физических, физико-механических, теплофизических и реологических

свойств модифицированных грунтов.

В рамках данной работы был подобран оптимальное соотношение

компонентов входящих в добавку «ПУН» в качестве варьируемых факторов

приняты: содержание твердого нефтяного шлама (ТНШ), негашеной извести

(НИ) и жидкой фазы в виде воды (Ж).

Получены следующие описания математических моделей:

Rсж =1.588-0.188· ТНШ +0.113·НИ - 0.388Ж+0.288ТНШ·НИ, МПа

Rизг =0.363+0.088· ТНШ -0.063·НИ +0.063·ТНШ·НИ, МПа

ρ =2.033-0.423·ТНШ +0.03·НИ - 0.05Ж+0.15·ТНШ·НИ+0.15· ТНШ·Ж+0.075·НИ· Ж, г/см3

W =1.088+0.163·ТНШ - 0.113·НИ+0.188·Ж- 0,088· ТНШ·НИ-0.063·НИ· Ж, %

Анализируя полученные уравнения, можно сделать вывод, что прочность

при сжатии (Rсж) и при изгибе (Rизг) укрепленных грунтов в наибольшей

11

увеличением

количества

добавки повышается на 19% и

80%, соответственно. Наиболь-

шие изменения свойств грунта

наблюдается

с

дозировкой

добавки «ПУН» от 10% до 25%.

Рис.4. Зависимость физико-механических

свойств грунта от содержания добавки «ПУН»

(1)–прочность

при

сжатии,

МПа;

(2)–

водонасыщение грунтов, %; (3)–прочности на

растяжение при изгибе, МПа; (4)–плотность, г/см3.

Таким образом, прочность в исследованном диапазоне добавок возрастает

в 1.8 раз, водонасыщение уменьшается в 2,5 раза. Дальнейшее увеличение

содержания «ПУН» в грунтах нецелесообразно.

Таблица 4 - Физико-механические свойства грунтов, модифицированных гидрофобной

известью и негашеной известью

Состав органоминеральных смесей, %.

Грунт

Парафин

Известь

п/п

Плотность,

г/см3

1

100

2

2

1,0

2,6

2,05

2

100

4

4

1,1

2,5

2,08

3

100

6

6

1,3

2,4

2,10

4

100

8

8

1,5

2,2

2,11

5

100

-

2

0,6

3,7

1,97

6

100

-

4

1,0

3,0

2,01

7

100

-

6

1,2

2,7

2,02

8

100

-

8

1,5

2,5

1,92

В работе рассмотрено влияние парафина твердой консистенции на

водостойкость и плотность пылеватых суглинков, отличающихся высокой

степенью пучинистости (табл. 4). Определено, что добавки парафина

способствуют снижению водонасыщения и некоторому увеличению прочности

материала особенно при 2% - 4%-ых добавках извести. Плотность возрастает

вследствие кольматации пор в грунтовых смесях. С увеличением абсолютного

12

степени зависит от количественного содержания извести. Известь способствует

формированию кристаллизационной структуры при взаимодействии с водой.

Нефтешлам, присутствующий в вяжущем, взаимодействуя с известью, в

меньшей степени влияет на прочностные показатели. Помимо этого выдвинуто

предположение, что основной его ролью является кольматация пор, тем самым

повышая плотность и уменьшая водонасыщение образцов. Недостаточное или

избыточное содержание жидкой фазы отрицательно влияет на прочностные и

деформационные

характеристики

грунтов,

являющихся

основными

параметрами их физико-механических свойств, а также плотность материала.

Проведены исследования

влияния добавки «ПУН» на

физико-механические свойства

связного грунта. Из полученной

зависимости (рис.4) следует, что

при увеличении добавок «ПУН»

от 10% до 30% прочность на

сжатие возрастает в 2 раза, а

водонасыщение уменьшается в

3,0 раза. Плотность и прочность

на растяжение при изгибе с

Предел прочности при сжатии

Водонасыщение,

Rвод, МПа при 20°С

%

сж

содержания извести плотность грунтовых смесей снижается. Исходя из этого

следует, что парафиновый компонент гидрофобной извести отвечает за такие

свойства как водонасыщение и плотность материала, приращение плотности в

большой степени связано с присутствием извести.

Происходящие изменения свойств укрепленного грунта при использовании

графоаналитического метода В. Клеймана приведены на рис. 5.

Рис.5. Зависимость прочности при сжатии Rсж, прочности на растяжение при изгибе

Rизг, плотности ρ, и водонасыщение W укрепленного грунта от содержания добавок

цемента и ПУН

Прочности с изменением содержания цемента в грунтовой смеси от 2 %

до 8 %; то есть 4-х кратное увеличение цемента в смеси дает приращение

прочности лишь на 30-40%, что малоэффективно в сравнении с увеличенным

расходом вяжущего. Определена зона минимального водонасыщения грунтов

(W=1,4 %), соответствующая 20%-ой добавке

«ПУН» и 5 %-ой цемента.

Дальнейшее увеличение или снижение содержания цемента приводит к

увеличению водонасыщения, т.е. определена зона оптимальной влажности.

Также выявлено, что повышение добавки «ПУН» приводит к снижению

плотности грунта с 2.00 г/см3 до 1.85 г/см3.

Задачей исследований было получение математической модели процесса

и оптимизации физико-механических показателей материала в зависимости от

количества вносимых добавок ПУН (ПУН), вяжущего (цемента) (ПЦ) и

количество вносимой жидкой фазы (Ж). Получены следующие математические

модели:

Rсж =3.538+0.513·ПУН+1.788·ПЦ-0.213·Ж-0.388·ПУН·ПЦ-0.113·ПЦ·Ж, МПа

Rизг =0.663+0.138·ПУН+0.288·ПЦ-0.113·Ж-0.088·ПЦ·Ж, МПа

ρ =1.88-0.074·ПУН+0.026·ПЦ -0.031·Ж-0.024·ПУН·ПЦ, г/см3

W =1.075-0.225· ПУН + 0.300·ПЦ+0.25·ПУН·ПЦ+0.125·ПУН·Ж+0.15·ПЦ·Ж,%

Еупр =739.0-104.5·ПУН+329.8·ПЦ -41.5·Ж -228.8·ПУН·ПЦ -12.0·ПУН·Ж -0.75·ПЦ·Ж, МПа

Полученные

уравнения

свидетельствуют,

что

добавка

ПУН

положительно

сказывается

на

прочности

при

изгибе,

плотности,

водонасыщении

материала.

Прочность

и

модуль

упругости

образцов

обусловлены расходом цемента и практически не зависит от содержания

добавки ПУН в грунтовой смеси. Излишнее количество жидкой фазы

в

органоминеральной смеси отрицательно сказывается на прочности при изгибе и

плотности и практически не оказывает влияния на прочность при сжатии,

водонасыщение и реологические свойства.

13

Ед. изм.

Прочности при сжатии Rсж

МПа

Прочность на растяжение при изгибе Rизг

МПа

Водонасыщение по объему

%

Плотность

г/см3

Коэффициент морозостойкости

%

Испытания грунтовой композиции на морозостойкость в соответствии с

ГОСТ 30491 приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Физико-механические свойства и морозостойкость укрепленных грунтов

Физико-механические свойства укрепленных грунтов

Состав органоминеральных смесей,

масс.ч.

Предел

прочности при

сжатии Rвод,

МПа при 20°С

п/п

1

100

20

2

100

30

3

100

20

4

100

30

Количество циклов

Водонасыщение, %

замораживания-

оттаивания

-

-

5

5

16

16

16

16

1.2

1.0

5

1.9

0.7

10

2.2

0.8

20

2.5

1.4

15

Проведены

исследования

возможности

регенерации

грунта,

обработанного добавкой «ПУН» и цементом. В результате обработки

определены физико-механические свойства материала переформованных

образцов. Смесь из переформованных образцов, доведенную до оптимальной

влажности, заново подвергали уплотнению с последующим хранением в

течение 7 суток – воздушно-влажной и воздушно-сухой среде.

Таблица 6 - Физико-механические свойства (регенерированного) укрепленного грунта

Условия хранения образцов в течение 7 суток

Исходная

укрепленная

смесь

Регенерированная грунтовая смесь

(переформованные образцы)

п/п

1

2

3

4

5

Наименование показателей физико-

механических свойств

в воздушно-

в воздушно-

в воздушно-

влажной среде

влажной среде

сухой среде

2.2

1.6

1.1

0.8

0.5

0.2

1.2

1.0

16.2

2.1

1.9

1.7

0.8

0.7

разруш.

Как показал анализ результатов, повторное применение укрепленных

комплексными вяжущими грунтов допустимо (табл.6), но с учетом снижения

следующих показателей: прочность при сжатии на 27%, на растяжение при

изгибе на 37%. У образцов, хранившихся в воздушно-влажных условиях,

влажность и плотность имеют лучшие показатели в сравнении с образцами

воздушно-сухого хранения, что свидетельствует о необходимости ухода за

уплотненным слоем укрепленного грунта путем обеспечения нормальных

влажных условий структурообразования материалов.

Исследовано влияние добавки «ПУН» на реологические свойства

(модуль упругости) дорожно-строительных материалов.

Таблица 7 - Зависимость прочности и деформационных свойств от состава смеси

Добавка «ПУН»

ТУ 5716-004-

1185815-2000

Цемент М 400-

Д20 ГОСТ

10178

0

0

10

10

0

0

10

10

14

Грунт – суглинок

ГОСТ 25100

№ п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

100

10

100

30

100

10

100

30

100

10

100

30

100

10

100

30

сж

Предел прочности

Модуль

Вода

при сжатии Rвод,

упругости,

МПа при 20°С

МПа

14

1.4

386

14

2.3

591

14

6.0

1437

14

5.3

785

18

1.1

261

18

2.2

476

18

5.2

367

18

4.8

686

сж

величина

теплопроводности

составляет λ=0.45 Вт/(м·К), а плотность 1.83 г/м3.

Естественный грунт вдвое

снизил коэффициент теплопроводности в результате обработки комплексным

вяжущим. Низкая теплопроводность позволяет считать конструктивный слой

дорожной одежды из органоминеральной композиции дополнительным

теплоизоляционным слоем, что для II-III дорожно-климатических зон имеет

большое значение (рис.8).

15

Рис.7.

График

зависимости

теплопроводности

λ

и

плотности

ρ

обработанного грунта от содержания добавок

цемента и «ПУН».

теплопроводность

позволил

определить

зону

оптимального

содержания добавок (ПЦ = 5% и

«ПУН»

20%),

при

которых

Модуль упругости испытанных составов грунтов зависит от содержания

цемента в смеси, при его изменении от 0% до 10% значение модуля

увеличивается 1.2-3.0 раза. При избыточном количестве воды деформационные

свойства ухудшаются, а именно увеличение вносимой жидкости на 2% выше

оптимальной снижает модуль упругости на 5-12%. Как видно из таблицы 7,

деформационные свойства взаимосвязаны с прочностными показателями

смесей.

Таблица 8 - Свойства укрепленного грунта добавками «ПУН» и шлаковой муки

Состав композиции для укрепления

Физико-механические свойства

грунта, масс.ч.

укрепленных грунтов

Вид грунта

В работе рассмотрено воздействие шлаковой муки из металлургического

шлака, с содержанием оксидов кальция 45-47%, магния 4-12% и модулем

основности Мо = 1,17, совместно с добавкой «ПУН» на физико-механические

свойства суглинистого грунта (табл.7). Полученные результаты позволили,

рекомендовать шлаковую муку в качестве альтернативы цемента. Получен

Патент РФ № 2493316 «Композиция для укрепления грунтов».

Исследовано влияние содержания

добавок «ПУН» и цемента на

коэффициент теплопроводности (λ)

укрепленного грунта с различным

содержанием «ПУН» и цемента.

Перед

проведением

измерений

теплопроводности

все

образцы

были

подвергнуты

полному

водонасыщению.

Анализ влияния компонент-

ного состава грунтовых смесей на

Природный грунт -

суглинок

16

10

5

3

1.9

0.81

11

4.1

16

23

5

3

2.2

0.55

15

3.8

16

10

7

5

2.0

0.40

12

3.8

16

23

7

5

2.8

0.32

21

3.2

16

10

9

7

2.3

0.36

20

3.1

16

23

9

7

3.1

0.30

26

3.0

Исследования

коэффициента

пучения

грунта

Кпуч

выполнены

в

соответствии с требованиями ГОСТ 28622, показали, что естественный грунт

(суглинок

тяжелый

пылеватый)

имеет относительную деформацию

пучения εfh - 0.07 % и относится к IV

группе по степени пучинистости

(сильнопучинистый). При внесении

в

грунт

комплексной

добавки

«ПУН» и цемента относительную

деформацию пучения εfh составляет

0.01 % и классифицируется как

непучинистый.

Одновременно с определением

степени пучинистости был выполнен

Грунты, обработанные добавкой «ПУН» рекомендовано использовать для

устройства рабочей зоны земляного полотна дорог I, II, III категории, а также в

качестве временных проездов. При добавлении минерального вяжущего

полученный материал можно применять в качестве несущих слоев оснований в

конструкциях дорог III, IV,V категорий, а также в качестве покрытий

облегченного типа. Основными критериями для расчета в зависимости от

характера и места применения конструктивного слоя дорожной одежды служат:

сопротивление

упругим

прогибам;

морозоустойчивость;

сопротивление

16

I- III

капитальный

Дополни-

тельные

слои

«ПУН» – 20%

Цемент – 5%

«ПУН» – 20%

анализ гранулометрического состава

пылевато-глинистой

фракции

естественных

и

укрепленных

грунтов (рис.8). График изменения

гранулометрического

состава

свидетельствует

об

укрупнении

частиц пылевато-глинистых фракций

и, в дальнейшем, «опесчанивании»

обработанных

грунтов.

При

2.2

0.7

-

-

0.45

500

2.0

0.5

-

-

0.70

400

1.3

0.6

34

0.058

0.78

250

1.0

0.4

40

0.042

0.93

200

Суглинок

Супесь

Суглинок

Супесь

Рис. 8.

Изменение гранулометрического

состава

пылевато-глинистой

фракции

естественных и укрепленных грунтов.

(1)–гранулометрический состав естественного

грунта; (2)-гранулометрический состав грунта

с добавкой «ПУН» 20% и 5,0% цемента от

массы грунта; (3)-гранулометрический состав

с добавкой «ПУН» 20% и 5,0% цемента от

массы грунта (после регенерации).

п/п

1

2

Рекомен-

Категория

дуемая

_дороги_

область

Тип

применения

покрытия

IV-V

Основания

облегченный,

переходный

Материал

Составы

конст-

добавок для

руктивного

укрепления

слоя

грунта

сравнении результатов анализа гранулометрического состава исходного грунта

установлено: в регенерированном грунте процессы агрегации пылевато-

глинистых частиц проходят более интенсивно.

Таблица 9 - Рекомендуемые составы для конструктивных слоев дорожной одежды

Расчетные параметры укрепленных грунтов

монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Показатели необходимые для проведения расчета приведены в таблице 9.

В пятой главе исследовано влияние технологических факторов на

свойства грунтовой композиции: предоставлены рекомендации для подбора

оптимальных

параметров

приготовления

грунтовой

смеси.

Разработана

технология производства работ для строительства конструктивных слоев с

использованием грунтовых композиций. Изложены результаты апробации

полученного

материала

при

опытно-производственном

строительстве.

Выполнена санитарно-гигиеническая оценка влияния нефтяного шлама,

применяемого в качестве вяжущего при строительстве автомобильных дорог,

на

окружающую

среду.

Показана

экономическая

эффективность

от

использования разработанного материала при строительстве конструктивных

слоев дорожных одежд.

Для оптимизации технологических факторов, влияющих на физико-

механические свойства материала, был поставлен эксперимент, где за

параметры отклика были приняты: прочность при сжатии и изгибе, плотность и

водонасыщение. В качестве варьируемых факторов приняты: уплотняющая

нагрузка (Р), высота образцов (Н) и содержание жидкой фазы (Ж). Получены

следующие уравнения регрессии:

Rсж = 1.99-0.288· Ж -0.088·H+0.039·P-0.088·Ж·H-0.138·Ж·P, МПа

Rизг = 0.577-0.114·Ж+0.031·P-0.074·Ж·P -0.052·Ж·P, МПа

ρ= 1.839-0.031·Ж -0.029·H +0.019·P -0.049·Ж·H -0.039·Ж·P, г/см3

W = 1.0+0.35·Ж +0.125·H +0.075·P +0.175·Ж·P, %

Анализ полученных зависимостей показал, что повышение прочности при

сжатии, плотность и уменьшение водонасыщения материала связано с

повышением

уплотняющей

нагрузки.

Увеличение

высоты

испытуемых

образцов

вышеуказанные

показатели

значительно

ухудшаются,

т.е.

с

увеличением высоты повышается вероятность образования неоднородностей и

изъянов структуры образца, что негативно сказывается на плотности материала.

Избыточное содержание жидкой фазы в смеси не позволяет получить

максимальную плотность, так как незадействованная в физико-химических

процессах вода концентрируется между грунтовыми агрегатами, создавая поры

и пустоты. Данный фактор негативно отражается на физико-механических

свойствах материала.

Технология строительства конструктивных слоев дорожных одежд и

земляного полотна заключается в приготовлении грунтовой композиции

оптимального состава методом смешения на дороге (холодный ресайклинг) или

в стационарной установке, с последующей профилировкой и уплотнением

полученного слоя. Уход за данным материалом осуществляется путем

распределения пленкообразующего вещества, либо геотекстильного полотна с

последующим увлажнением (в течение 3 суток). После чего производят

устройство вышележащего слоя.

Выполнено строительство участка дороги с применением разработанного

материала. Результаты, полученные в процессе мониторинга опытного участка

строительства, позволили убедиться в работоспособности

разработанного

материала и подтвердили возможность использования добавки «ПУН» для

снижения морозного пучения и модификации свойств слабых грунтов

17

Республики Татарстан.

Экономическое

сравнение

конструкций

дорожных

одежд

приведено в таблице 9 видно, что

наименьшая величина суммарных

дисконтированных затрат соответ-

ствует второму варианту, а именно

на 5% (7345.02 тыс. рублей на

1км) отличается от сравниваемого

Рис.9.

Экономическая

эффективность

от

применения обработанного грунта в активной

зоне земляного полотна:

(1)

-

затраты

на

строительство

базовой

конструкции дорожной одежды; (2) - затраты на

строительство

внедряемой

конструкции

дорожной одежды.

базового варианта.

Таблица 10 - Экономические показатели

Варианты дорожной одежды

п/п

1

2

Наименование показателей

Ед. изм.

применяемых при возведении земляного полотна и строительстве оснований

дорожных одежд дорог с малой интенсивностью.

Установлено, что грунт обработанный добавкой «ПУН», относится к

первому классу по удельной эффективности радионуклидов (Аэфф), при этом

значение Аэфф составило 270 Бк/кг, что в 1.37 раза меньше регламентируемого

ГОСТ 30108 для дорожного строительства. Значение интегрированного

показателя допускает работы с использованием добавки «ПУН» при условии

применения защитных мероприятий по показателям с оценкой «2».

Для обоснования экономи-

ческой эффективности базовой и

внедряемой конструкции дорож-

ной одежды (рис.10) определена

стоимость

строительно-монтаж-

ных работ с помощью базисно-

индексного метода в уровне цен

по состоянию на 01.01.2000 года, с

учетом переводного коэффициен-

та (III кв. 2012г.) для условий

Стоимость строительства дорожной одежды

Стоимость дисконтированных затрат на ремонт и

содержание дорожной одежды на период сравнения

24 года

тыс. руб./км.

78994,479

78487,079

тыс. руб./км.

169335,16

161990,14

Сравнение вариантов по приведенным (дисконтированным) (5% или

7345.02 тыс. рублей на 1км) и прямым затратам (5% или 507.4 тыс. рублей на

1км) показало, что экономический эффект одинаков и в обоих случаях по

причине соизмеримости конструкций и равнозначности сроков службы и

технологий проведения ремонтов и содержания. Исходя из этого следует

отметить,

что

при

сравнении

вышерассматриваемых

конструкций,

экономический эффект наблюдается на этапе строительства за счет снижения

толщин дорогостоящих привозных материалов благодаря использованию в

активной зоне земляного полотна грунта, обработанного добавкой «ПУН».

Приложения

содержат

протоколы

испытаний,

сметный

расчет,

протоколы апробации и акт внедрения.

18

Традиционная

С применением

технология

обработанного грунта

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Изучен минералогический и гранулометрический состав глинистого грунта и

продукта утилизации нефтешлама «ПУН». Минеральная часть грунта

представлена: монтмориллонит – 45-50%; кварц - 20-30%; иллит - 7-10% и

кальцит - 4-8%. Минеральная часть ПУН представлена кварцем - 16%,

кальцитом - 12%, портландитом - 22–25%, глинистыми минералами - 20%,

полевым шпатом - 4%, а также органическими веществами - 10%

(асфальтены – 17.7%; смолы – 61,7%; углеводороды (масла) – 20,6%).

Гранулометрический состав грунта состоит из 50-70 % пылеватой и 10-30 %

глинистой фракций и относится к суглинку тяжелому пылеватому.

Преобладающим размером частиц добавки «ПУН» является фракция

0.071мм, равная 60-80% от общей массы.

2. Исследования микроструктуры грунта, обработанного добавкой «ПУН»

совместно с цементом и без цемента, посредством электронной микроскопии

позволили определить, что вносимые органические катионы адсорбируются

на поверхности алюмосиликатов, создавая тем самым гидрофобную

оболочку. Выявлен эффект агрегирования глинистой составляющей в

обработанных грунтах, свидетельствующий об уменьшении доли глинисто-

пылеватых

фракций,

что

подтверждено

результатами

ТГА.

Гранулометрический состав укрупняется с фракции 0.001-0.005мм до ≥

0,05мм, а также снижается водонасыщение до 0,8% и коэффициента пучения

до 0.1%.

3. Исследовано влияние комплексных добавок «ПУН» и цемента на физико-

технические свойства грунтов. Установлено, что прочность возрастает до 2.6

МПа, водонасыщение снижается до 1.4%, при этом грунт становится

слабопучинистым или непучинистым, модуль упругости колеблется от

300МПа до 1400МПа, а теплопроводность снижается с 1.1 Вт/(мК) до 0.44

Вт/(мК), количество циклов замораживания-оттаивания от 5 до 20.

4. Для использования в дорожном строительстве разработан оптимальный

состав грунтовой смеси с комплексным использованием добавок «ПУН» и

минерального вяжущего («ПУН»-20% и ПЦ-5% от массы грунта),

обеспечивающих наилучшие физико-механические свойства материала.

5. Разработана технология по стабилизации грунтов с учетом дорожно-

строительных машин применяемых, в настоящее время, что не требует

дополнительных затрат на модернизацию оборудования. Исследовано

влияние технологических факторов на свойства материалов. Проведено

опытно-производственное внедрение разработанного материала в активной

зоне

верхнего

слоя

земляного

полотна

на

автомобильной

дороге

«Алексеевское - Альметьевск», относящейся к I технической категории.

6. Определена удельная эффективность радионуклидов (Аэфф), которая в 1.4

раза меньше регламентируемого значения ГОСТ 30108 (370 Бк/кг). Расчет

интегрированного показателя состояния среды по ОДН подтвердил

возможность

применения

разработанного

материала

в

дорожном

строительстве.

7. Расчет

экономической

эффективности

по

итогам

сравнения

двух

равнопрочных конструкций дорожных одежд: с применением и без

применения грунтов, обработанных добавкой «ПУН», по приведенным

19

(дисконтированным) и прямым затратам показал, что экономический эффект

достигается за счет снижения дорогостоящих привозных материалов и

составляет 5% или 507.4 тыс. рублей на 1км.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В

СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Хабибуллина

И.Н.,

Бешенов М.Е., Гелеверя Т.И. Использование

укрепленных грунтов для устройства противопучинистых слоев на

автомобильных дорогах. Казань, Известия КазГАСУ №2, 2011, с.257-261.

2. Бешенов М.Е., Использование гидрофобизирующих добавок для

снижения пучинообразования на автомобильных дорогах. М.: Дороги и

мосты, Сборник 26/2, 2011, с.100-107.

3. Бешенов М.Е., Брехман А.И., Хабибуллина И.Н., Дорожные одежды из

пучинистых грунтов, укрепленных вяжущими. М.: Наука и техника в

дорожной отрасли, № 3, 2012, с.26-29.

4. Бешенов М.Е., Хабибуллина И. Н., Исследование применения продукта

утилизации нефтешлама в качестве модифицирующей добавки для

пучинистых грунтов М.: Дороги и мосты, Сборник №29/1, 2013, с.42-54.

5. Бешенов М. Е., Качество Российских дорог. М.: Строительная орбита, № 10,

2011, с.16-17

6. Бешенов М.Е., Хабибуллина И.Н, Комплексное вяжущее на основе твердых

нефтешламов

для

укрепления

(стабилизации)

грунтов.

Второй

Всероссийский Дорожный Конгресс: сб. науч. тр. / МАДИ, МОО

«Дорожный Конгресс». М.: 2010, с. 269-272.

7. Бешенов М.Е., Хабибуллина И.Н, Модификация физико-механических

свойств грунтов гидрофобной известью. Сборник VI Международной

научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера». Казань,

изд. КГТУ им. Туполева А.Н.,2011, с. 142-147.

8. Хабибуллина

И.Н.,

Бешенов

М.Е,

Об

использовании

отходов

нефтедобывающей промышленности в дорожном хозяйстве. Сборник II

Международной

научно-практической

конференции

«Современные

проблемы безопасности жизнедеятельности: теория и практика». Казань,

2012, с. 435-439.

9. Бешенов

М.Е.,

Хабибуллина

И.Н.,

Стабилизация

свойств

грунтов

химическими реагентами на дорогах местного значения и логистических

площадках. IV научно-техническая конференция студентов, аспирантов и

молодых ученых. Волгоград, 2010, с. 119-121.

10. Патент РФ № 2493316:

МПК E01C7/36. Композиция для укрепления

грунтов/ И.Н. Хабибуллина, М.Е. Бешенов; ФГОБУ ВПО «КГАСУ», заявл.

11.11.2011 г., опубл. 20.09.2013г.

Подписано в печать: «__»__________2015 г.

Формат 60х84/16

Бумага офсетная № 1

Заказ №

Усл.-печ.л. 1,0

Печать изографическая

Тираж 100 экз

Уч.-изд.л. 1,0

Отпечатано в полиграфическом секторе КГАСУ.

420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1

20



 




 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.