Стабилизаторы грунтов

Автор С.Г. Фурсов, к.т.н.

Технология укрепления грунтов для устройства рабочего слоя земляного полотна и конструктивных слоев дорожных одежд с использованием большого спектра местных материалов и грунтов, а также вяжущих и добавок, несмотря на более низкую стоимость в сравнении с технологией применения дискретных материалов, сопряжена тем не менее со значительным расходом основных вяжущих.

Прежде всего это цементы, битумы и битумные эмульсии. Альтернативой использования минеральных вяжущих (частичного их замещения) в настоящее время выступают стабилизаторы грунтов. Заманчивость последних в рекламируемой простоте технологии и более низкой стоимости в сравнении с технологией укрепления грунтов вяжущими материалами.

В дорожной терминологии различают две технологии, повышающие работоспособность грунтов:

– стабилизация несущей способности прочных от природы грунтов путем предохранения существующих связей между частицами и агрегатами главным образом от разрушения при действии влаги. Поскольку взаимодействие воды с минеральными частицами происходит на поверхности последних, стабилизация грунта в смысле придания водоустойчивости его природным внутренним связям может быть достигнута в первую очередь путем изменения свойств этой поверхности и придания ей способности отталкивать воду. Это может быть обеспечено применением поверхностно активных гидрофобных веществ;

– укрепление грунтов путем создания новых прочных и водо­
стойких связей между частицами и агрегатами. Создание новых связей приводит в конечном счете к образованию новой структуры или усилению ранее существовавшей структуры грунта. Следовательно, процесс укрепления является процессом структурообразования, а новые связи создаются путем воздействия на грунт структурообразующих веществ.

При стабилизации прочность глинистого грунта (в котором силы внутреннего трения незначительны) обусловлена в основном силами внутреннего сцепления С [1].

При укреплении глинистых грунтов прочность складывается как из сил внутреннего сцепления, так и из сил сцепления, обусловленных создаваемой структурой вводимого вяжущего (С1).

В данной статье рассмотрены стабилизаторы, обеспечивающие стабильность С глинистых грунтов, не содержащие в своем составе химических веществ, создающих дополнительные силы С1, а также технологии стабилизации и комплексного укрепления грунтов с их использованием. Такие стабилизаторы вводят в грунты в водном растворе, что затрудняет (делает невозможным) их применение при влажности грунта, близкой к оптимальной или выше (переувлажненные грунты).

Требования к физико­механическим показателям укрепленных грунтов для конструктивных слоев дорожных одежд в зависимости от используемого вяжущего и марки получаемого материала приведены в соответствующих стандартах: ГОСТ 30491­97 [2] и ГОСТ 23558­94 [3]. ГОСТ 23558­94 не регламентирует рамки содержания вяжущего в укрепленных грунтах, а область их применения рекомендует в соответствии с маркой материала. Для снижения расхода вяжущих материалов, повышения прочности, морозостойкости и улучшения технологических свойств укрепленных грунтов стандарты рекомендуют применять химические добавки (в том числе ПАВ), удовлетворяющие требованиям соответствующих нормативных документов, утвержденных в установленном порядке (см. п. 4.7.7 и п. 4.3.2 соответственно). К таким добавкам следует отнести и рассматриваемые стабилизаторы грунтов. При наличии «Технических условий» и «Методов испытаний» на стабилизаторы и их эффективности они могут быть использованы при укреплении грунтов в качестве добавок. То есть существующие стандарты не запрещают использование новых добавок, в том числе и стабилизаторов.

Эффективность стабилизаторов при обработке грунтов для рабочего слоя земляного полотна оценивается соответствующими стандартами по величине морозного пучения (1–3­я дорожно­климатические зоны), степени набухания и просадочности (4–5­я дорожно­климатические зоны).

В Росавтодоре к вопросу решения проблемы использования стабилизаторов подошли следующим образом: разработана классификация стабилизаторов в дорожном строительстве ОДМ 218.1.004­2011 [4] с учетом того, что контроль за их применением будет осуществляться в соответствии со стандартами организаций на грунты, обработанные стабилизаторами.

В ОДМ 218.1.004­2011 выделены технологии стабилизации, комплексной стабилизации и комплексного укрепления грунтов, приведена классификация современных стабилизаторов и дана область их применения без рекомендаций методов испытаний обработанных ими грунтов и требований к получаемому материалу (ссылки на существующие стандарты). Документ, в частности, разрешает использование любого вида стабилизатора с водородным показателем рН от 2 до 12 (в зависимости от вида грунта по рН) для комплексного укрепления грунтов. Об «эффективности» использования стабилизаторов с рН менее 7 совместно с цементом говорилось автором ранее [5].

Что касается стандартов организаций на грунты, обработанные стабилизаторами, то они, к сожалению, согласуются Росавтодором без наличия «Технических условий» и «Методов испытаний» на стабилизаторы. Отсутствие последних не позволяет потребителям проконтролировать соответствие используемого материала рекламируемому. Зачастую стабилизаторы включают в свой состав экологически не безопасные и вредные для здоровья химические соединения. Так, например, стабилизатор Consolid 444 содержит в своем составе высшие жирные амины и другие химические соединения (не уточняется, какие именно). Амины даже в малых дозах поражают нервную систему. В разделе «Охрана окружающей среды» СТО 98983709­001­2007 [6] отмечено, что концентраты стабилизаторов Consolid 444, Solidry, Conservex токсичны для воды, недопустимо их попадание в питьевую воду, водоемы, канализацию, а также в поверхностные и грунтовые воды.

Низкий расход стабилизаторов (0,1–0,01% от массы грунта) для обработки грунтов часто обусловлен не их оптимальным содержанием, а высокой стоимостью раствора (200–650 руб./л, что равнозначно стоимости цемента при расходе от 2 до 5% по массе грунта). По этой же причине рекомендован заниженный расход минеральных вяжущих при комплексном укреплении грунтов. Так, в соответствии с СТО 98983709­001­2007 ориентировочный расход добавки Solidry, представляющей собой смесь ПАВ, цемента и гашеной извести, составляет 1–2% по массе грунта. ОДМ 218.1.004­2011 также выделяет из технологии укрепления грунтов технологию комплексной стабилизации (с содержанием в смеси вяжущего не более 2%), рекомендуемую для устройства оснований дорожных одежд.

К сожалению, при стабилизации, комплексной стабилизации и комплексном укреплении глинистых грунтов (при рекомендуемых расходах вяжущих материалов) достичь желаемых результатов в большинстве случаев невозможно по следующим причинам:

– глинистые грунты мономинеральны с различными зарядами частиц (в том числе коллоидных) и грунтовых агрегатов. Так, кремнекислота SiO2 nH2O, коллоидные гумусовые вещества (гуминовые кислоты) – отрицательно заряженны, гидрат окиси железа Fe2O3H2O и гидрат окиси алюминия Al(OH)несут отрицательный или положительный заряд в зависимости от заряда среды. В различных глинистых грунтах может преобладать тот или иной заряд, содержание же ионов обмена и ПАВ стабилизаторов неизменно..

Полную версию статьи читайте в номере.

Прочитано 3354 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Заявка на подписку

Заполните это поле.
Введите, пожалуйста, адрес электронной почты!
Укажите версию подписки
Укажите период подписки
Введен недействительный тип данных
Введен недействительный тип данных
Заполняя данную форму, я передаю свои персональные данные в компанию АО "Издательство Дороги" и выражаю согласие на их последующую обработку и хранение в соответствии с ФЗ РФ №152 "О персональных данных"