Стабілізатори дорожніх мас для будівництва та ремонту автомобільних доріг

Развитие дорожного строительства начиналось с использования естественных материалов: гравийно-песчаных смесей, почв и бутового камня, для сооружения дорожных одежд. Этого было достаточно для гужевого транспорта. Но с развитием автомобилестроения требования к качеству автомобильных дорог претерпели существенные изменения. Это положение вещей выставило требование создания для дорожных одежд монолитных покрытий из органоминеральных и бетонных смесей. Их составляющие - битум и цемент, весьма дорогие компоненты. С целью уменьшения необходимого количества вяжущих и повышения прочности и качества органо-минеральных и цементобетонных смесей начали использовать разные примеси типа поверхностно – активных веществ и катализаторов. За счет использования активных примесей наблюдался процесс уменьшения количества необходимых вяжущих без снижения качества изготовленных материалов. И, наконец, наступил такой период, что расходы активного вяжущего для изготовления асфальтобетонных и цементобетонных смесей были сведены к минимуму с сохранением условий по качеству и прочности. 

Подобная ситуация происходила и в технологии использования грунтов. В настоящее время известно, что для их укрепления целесообразно использовать соответствующие активные примеси - стабилизаторы. [1-8] 

В связи с достижением минимальных расходов, как битума, так и цемента, при изготовлении асфальтобетонных и цементобетонных смесей, благодаря целенаправленному использованию разных активных примесей и оптимизации технологических процессов, возникает вопрос: не могут ли активные примеси быть самодостаточными компонентами в плане повышения прочности и стабильности, как дорожно-строительных материалов, так и грунтов? 

Опытные работы показали, что обработка минеральных материалов, и, прежде всего, грунтов, водным раствором разных активных примесей приводит к формированию крепких структур, как грунтов, так и минеральных материалов, особенно в тех случаях, когда минеральные смеси и грунты имеют не меньше 15% по массе тонкодисперсной фракции частиц. На этой основе производители разных веществ, которые активизируют структурообразующий процесс, назвали их стабилизаторамиминеральных смесей и грунтов. 

Каждый конкретный стабилизатор имеет свое индивидуальное, часто не обычное, название. Так, американский ЕН – 1 и SPP – производства Южно- Африканской Республики и России называют Roadbond, что в переводе - “дорожные кандалы”, RRP-235 Spesial производства Германии, в переводе - «королевский специальный дорожный продукт”, Terrastone - производства Германии переводится как “крепкий (твердый) камень”. Дорзин – производства Украины - «дорожный энзим (фермент)”. По своим качествам Дорзин превосходит все другие известные нам стабилизаторы [1-8]. 

Стабилизаторы - это очень широкий класс разных по составу и происхождению веществ, которые в малых дозах положительно влияют на формирование свойств дорожно-строительных материалов, как за счет активизации физико-химических процессов, так и за счет оптимизации технологических процессов. Эти вещества могут использоваться почти на всех технологических этапах строительства автомобильных дорог, начиная от сооружения земляного полотна и заканчивая строительством твёрдых покрытий, искусственных инженерных сооружений и обустройством дорог. 

Стабилизаторы могут быть различного происхождения, они отличаются по свойствам, но всех их объединяет то, что они увеличивают прочность, влагостойкость и морозоустойчивость. Стабилизаторы можно рассматривать как “витамины”, которые стимулируют не только физико-химические процессы как катализаторы, но и улучшающие качество и эффективность механо - технологических процессов. 

Опыт использования стабилизаторов дорожных масс показал, что большинство грунтов, обработанных только стабилизатором, не водостойки и не выдерживают стандартных испытаний по действующим в Украине нормам. Экспериментальные работы также показали, что стабилизаторы в комплексе с малыми дозами неорганических вяжущих дают возможность получать крепкие и водостойкие композиции, которые отвечают действующим стандартам. 

Использование стабилизаторов для улучшения состояния и качества грунтов без применения неорганических вяжущих типа цемента, или известки целесообразно только при условии, когда на обработанную почву не будет активно действовать вода. Область использования грунтов, улучшенных только стабилизаторами в связи с вышеизложенными рационально ограничить районами с первым типом местности по увлажнению, а также главным образом третьей дорожно-климатической зоной Украины. Грунты со стабилизатором и вяжущими, типа цемента, можно использовать практически в любых климатических зонах с любым типом местности по увлажнению. 

Перечень, известных в Украине стабилизаторов, которые были использованы в экспериментальных исследованиях, приведенные в Таблице. Сравнительные данные представлены на Рис.1. Таблица. 

Результаты экспериментальных исследований дали возможность сделать следующие заключения: 

* Стабилизаторы грунтов характеризуются как многокомпонентные системы, которые имеют, преимущественно, кислую среду, обладают свойствами поверхностно-активных веществ, в их состав входят, как правило, суперпластификаторы, гидрофобизаторы, сложные органические соединения, которые включают сложноэфирные группы и ионогенные комплексы. 

* Стабилизаторы рекомендуют применять в виде разбавленного водяного раствора. В результате растворения стабилизатора в воде, последняя, активизируется за счет ионизации (Н+, ОН¬, Н3О¬). Раствор стабилизатора активно влияет на состояние, в первую очередь, глинистых и коллоидных частиц грунта. Он изменяет заряд глинисто – коллоидных частиц за счет энергичного обмена электрическими зарядами между ионизированной водой и частицами почвы, которая подтверждается исследованиями рН среды раствора стабилизатора и рН водяной вытяжки грунта. Обменявшись зарядами с ионизированной водой, между грунтовыми частицами нарушаются естественные связи с капиллярной и пленочной водой. Она легко отделяется от частиц грунта, тем самым, создавая благоприятные условия высокого уплотнения грунтовой смеси при сжатии. * Кроме обмена между электрическими зарядами водяного раствора стабилизатора и грунтовыми частицами происходит процесс ионного обмена между компонентами стабилизатора и поглощающим комплексом глинисто - коллоидной фракции, на что указывает уменьшение величины оптимальной трамбовочной влажности. 

Многовалентные ионы стабилизатора и грунта, которые освободились в результате перезарядки грунтовых частиц, проникают в поглощающий комплекс глинисто - коллоидной фракции и выжимают одновалентные ионы Li, Na, K и H. Этот процесс приводит к коагуляции глинистых и коллоидных частиц, и как следствие, к изменению гранулометрии и структуры почвы. То есть происходит искусственное образование в грунте частиц (агрегатов), типа песчаных. Грунт из категории глинистого или суглинистого стремится к переходу в категорию легкосуглинистого или супещаного. Оптимальная трамбовочная влажность такого грунта заметно уменьшается и благодаря этому повышается максимальная плотность стандартного уплотнения. Это приводит к повышению несущих свойств грунта. 

* Стабилизаторы также исполняют роль пластифицирующей примеси, что позволяет при меньшей оптимальной влажности достигать более высоких показателей плотности [1.3]. 

* Стабилизаторы способствуют повышению плотности грунта и прочности в неводонасыщенном состоянии, но не обеспечивают для большинства грунтов высокой водостойкости, которая требует введения специальных мероприятий, ликвидирующих источники активного увлажнения земляного полотна или добавок в грунт, типа цемента [1]. 

* При использовании стабилизаторов достигается уплотнение в 1.1-1.2 раза большее, чем при уплотнении без стабилизатора. 

* Стабилизаторы показывают позитивные результаты от совместного их использования с традиционными вяжущими, что подтверждено практическими результатами при капитальном ремонте асфальтобетонных покрытий по технологии холодного ресайклинга, например, на дороге Харьков – Сумы. Там был использован стабилизатор ЕН-1, цемент, 3% глинистый грунт и фрезерная крошка старого асфальтобетонного покрытия. 

* Некоторые стабилизаторы позволяют получать композиции, не уступающие цементобетону. 

На использование в дорожно-строительной отрасли Украины стабилизаторов ЕН-1 и Perma-Zyme 11x в ГосдорНИИ разработаны технические условия на “Органо-минеральные смеси и почвы, обработанные цементом и стабилизатором ЕН-1” ТУ В.2.7.3450778.097-98 и на “Почвы и смеси органо-минеральные, обработанные ферментом Perma-Zyme 11x и цементом” ТУ в 2.7-45.1-3450778-196-201. 

ООО «Днепровская ассоциация – К» потребовалось четыре года для синтеза репликанта (аналога) промышленного ферментного стабилизатора Perma-Zyme 11x производства США. Затем был создан улучшенный вариант препарата под названием Дорзин, который с 2006 года выпускается в Украине. По эффективности он превосходит все известные в Украине стабилизаторы (Рис.1), безопасен и технологичен в применении. Это ферментный препарат, обладающий каталитическими свойствами. Для строительства 1 км твёрдого покрытия шириной 8 метров, толщиной 0,15 м. его требуется всего 37 литров. Цена твёрдого дорожного покрытия в 4-8 раз ниже покрытия, выполненного традиционным способом при одинаковой несущей способности. Дорзин нашел широкое использование в разных странах. Так, в Казахстане Дорзин используют при строительстве автомобильной дороги I категории (Рис.2, 3) от столицы Казахской республики Астаны до Петропавловска (1000 км) через курортный город Боровое (участок 300 км). В 2007 году будет построено 50 км автодороги. Технология настолько хорошо отработана казахскими автодорожниками, что в июле 2007 года они, по их планам, достигнут производительности 1 км готовой дорожной одежды в сутки! Рассматривается использование Дорзина при строительства окружной дороги возле Астаны. 

Дорзін застосовується в Росії, Гаїті, Санта-Лючії, навіть у США - на батьківщині Perma-Zyme 11x, в штаті Флорида будують автодорогу з застосуванням Дорзина, звідки грунт для проведення досліджень надходить у Київ, де і розробляються грунтові суміші і видаються рекомендації по будівництву. Наміри будувати автошляхи з застосуванням Дорзина висловили замовники з Йорданії, Саудівської Аравії, Гани та ін. 

В Україні стабілізатори застосування не знаходять. Навіть Дорзін на своїй батьківщині застосовується дуже обмежено. Як сказав один високий керівник - автошляховик: «Хороша технологія, але обсяги не ті.....». А шкода! 

Висновки: 

1. Стабілізатори дорожніх мас і ґрунтів доцільно використовувати в поєднанні з цементом при спорудженні будь-яких складових дорожніх одягів, особливо для під'їздів до сіл і фермерським господарствам. 

2. Економічно ефективно і технічно доцільно використовувати стабілізатори при ремонті і реконструкції дорожніх одягів за технологією холодного рейсаклинга. 

3. З метою широкого використання вітчизняного стабілізатора Дорзін, який отримав визнання у різних країнах, необхідно розробити рекомендації по використанню Дорзина в дорожній будівельної галузі України. 

Перелік посилань:

1. К. т. н. В. Р. Юмашев, к. т. н. С. Р. Фурсов к. т. н. В. С. Исиев (Союздорнам) "Можливості застосування стабілізаторів, пропонованих зарубіжними фірмами" Автомобільні дороги № 3-4, 1995. 

2. Дослідження можливості отримання поверхнево-активного стабілізатора глин і глинистих грунтів стабілізатора RRP (ФРН) з доступних джерел сировини. Відділення нафтохімії Ін-Фоу АН УРСР, шифр теми 9.11 – Київ, 1985 

3. В. О. Єпішкін. Застосування стабілізаторів грунту. Автомобільні дороги № 7-8, 1995. 

4. Хімічна стабілізація ущільнення ґрунтів в умовах будівництва з низькими витратами. Roadbond SPP TRADEFI INTERNATIONAL LIMITED. Republik of South Africa. 

5. Технологія виробництва робот із застосуванням стабілізаторів грунтів "Roadbond" в дорожньому будівництві. Компанія дорожні технології, Москва, 1996. 

6. Грунти, суміші грунто-щебеневі та піщано-гравійні, оброблені стабілізатором грунтів "Роадбонд" для дорожнього будівництва, технічні умови ТУ 5732-000-40035037-96, Росія. 

7. Roadbond. Перспективи застосування в Росії. Автомобільні дороги №9, 1997. 

8. Roadbond EN-1 “Patented Roudbase Stabilizer. Tested in the Jab. Proven in the Field. Manufactured by: c.s.s Technology", the. P. O. Box 1995. 

Анотація до статті: 

Самойленко Ю. Н. (ТОВ «Дніпровська Асоціація-К»), Сасько М. Ф. (Держдорнді) 

Стабілізатори дорожніх мас для будівництва і ремонту автомобільних доріг. 

У статті в загальному вигляді викладена інформація, яка відтворює джерело виникнення такого поняття як стабілізатори дорожніх мас і грунтів. Наведена таблиця переліку стабілізаторів, які були задіяні в експериментальних дослідах. Розглянуто позитивні дії стабілізаторів на формування структури органо-мінеральних сумішей і грунтів, оброблених стабілізаторами. Наведено дані щодо міцності подрібненого асфальтобетону обробленого різними стабілізаторами і укріпленої цементом. 

Автори: 

Самойленко Юрій Миколайович – Генеральний директор ТОВ «Дніпровська асоціація – К», Герой Соціалістичної Праці.