Стабілізатори дорожніх мас для будівництва та ремонту автомобільних доріг

Розвиток дорожнього будівництва починався з використання природних матеріалів: гравійно-піщаних сумішей, грунтів і бутового каменю, для спорудження дорожніх одягів. Цього було достатньо для гужового транспорту. Але з розвитком автомобілебудування вимоги до якості автомобільних доріг зазнали суттєвих змін. Цей стан речей виставив вимогу створення для дорожніх одягу монолітних покриттів з органомінеральних і бетонних сумішей. Їх складові-бітум і цемент, вельми дорогі компоненти. З метою зменшення необхідної кількості в'яжучих і підвищення міцності і якості органо-мінеральних і цементобетонних сумішей почали використовувати різні домішки типу поверхнево – активних речовин і каталізаторів. За рахунок використання активних домішок спостерігався процес зменшення кількості необхідних в'яжучих без зниження якості виготовлених матеріалів. І, нарешті, настав такий період, що витрати активного в'яжучого для виготовлення асфальтобетонних і цементобетонних сумішей були зведені до мінімуму зі збереженням умов за якістю і міцності.

Подібна ситуація відбувалася і в технології використання грунтів. В даний час відомо, що для їх зміцнення доцільно використовувати відповідні активні домішки - стабілізатори. [1-8]

У зв'язку з досягненням мінімальних витрат, як бітуму, так і цементу, при виготовленні асфальтобетонних і цементобетонних сумішей, завдяки цілеспрямованому використанню різних активних домішок і оптимізації технологічних процесів, виникає питання: Чи не можуть активні домішки бути самодостатніми компонентами в плані підвищення міцності і стабільності, як дорожньо-будівельних матеріалів, так і грунтів?

Досвідчені роботи показали, що обробка мінеральних матеріалів, і, перш за все, грунтів, водним розчином різних активних домішок призводить до формування міцних структур, як грунтів, так і мінеральних матеріалів, особливо в тих випадках, коли мінеральні суміші і грунти мають не менше 15% по масі тонкодисперсної фракції частинок. На цій основі виробники різних речовин, які активізують структуроутворюючий процес, назвали їх стабілізаторами мінеральних сумішей і грунтів.

Кожен конкретний стабілізатор має своє індивідуальне, часто не звичайне, назва. Так, Американський ЕН - 1 і SPP – виробництва Південно - Африканської Республіки і Росії називають Roadbond, що в перекладі - "дорожні кайдани", RRP-235 Spesial виробництва Німеччини, в перекладі - "Королівський спеціальний дорожній продукт", Terrastone - виробництва Німеччини перекладається як "міцний (твердий) камінь". Дорзін-виробництва України - " дорожній ензим (фермент)". За своїми якостями Дорзін перевершує всі інші відомі нам стабілізатори [1-8].

Стабілізатори-це дуже широкий клас різних за складом і походженням речовин, які в малих дозах позитивно впливають на формування властивостей дорожньо-будівельних матеріалів, як за рахунок активізації фізико-хімічних процесів, так і за рахунок оптимізації технологічних процесів. Ці речовини можуть використовуватися майже на всіх технологічних етапах будівництва автомобільних доріг, починаючи від спорудження земляного полотна і закінчуючи будівництвом твердих покриттів, штучних інженерних споруд та облаштуванням доріг.

Стабілізатори можуть бути різного походження, вони відрізняються за властивостями, але всіх їх об'єднує те, що вони збільшують міцність, вологостійкість і морозостійкість. Стабілізатори можна розглядати як" вітаміни", які стимулюють не тільки фізико-хімічні процеси як каталізатори, але і поліпшують якість і ефективність механо - технологічних процесів.

Досвід використання стабілізаторів дорожніх мас показав, що більшість грунтів, оброблених тільки стабілізатором, не водостійкі і не витримують стандартних випробувань за діючими в Україні нормам. Експериментальні роботи також показали, що стабілізатори в комплексі з малими дозами неорганічних в'яжучих дають можливість отримувати міцні і водостійкі композиції, які відповідають чинним стандартам.

Використання стабілізаторів для поліпшення стану і якості грунтів без застосування неорганічних в'яжучих типу цементу, або вапна доцільно тільки за умови, коли на оброблений грунт не буде активно діяти вода. Область використання ґрунтів, поліпшених тільки стабілізаторами у зв'язку з вищевикладеними раціонально обмежити районами з першим типом місцевості по зволоженню, а також головним чином третьою дорожньо-кліматичною зоною України. Грунти зі стабілізатором і в'яжучими, типу цементу, можна використовувати практично в будь-яких кліматичних зонах з будь-яким типом місцевості по зволоженню.

Перелік, відомих в Україні стабілізаторів, які були використані в експериментальних дослідженнях, наведені в таблиці. Порівняльні дані представлені на Рис.1. Таблиця.

№ Найменування стабілізаторів
Загальна характеристика
1 Roadbond ЕН-1 (Виробництво США)
Багатокомпонентна рідина, що включає ефірні масла, законсервовані в сірчаній кислоті.
2 Roadbond глин і глинистих грунтів, RRP-235 Spesial-Рейнольде Роуд Паккер (виробництво Німеччини та Канади)
Багатокомпонентна рідина, що включає ПАР, законсервовані в сірчаній кислоті.
3 Roadbon SPP (виробництво пар і Росії)
Багатокомпонентна рідина, поляризуюча глинисті частинки і активно впливає на капілярну і плівкову воду
4 стабілізатори ГРБ-1, ДБР-2, ДБР-3, ДБР-4, ДБР-5 (Виробництво інституту високомолекулярних сполук НАН України)
Розчин силікатних олігомерів лінійної і розгалуженої структури. ТУ 43674272, 008-98
5 Стабілізатор СГ (виробництва НАН України)
Сірчана кислота + 45% -55% паста карбонату кальцію + нафто-ГАСО-газольна фракція
6 Стабілізатор Solitac (виробництва компанії SOILWORKS США)
Емульсія на полімерній основі
7 Стабілізатор Renolit (виробник фірма Альма-2 Австралія)
Полімерна добавка до цементу
8 гідрофобізуючі рідини ГКЖ-ІІБ, ГКЖ-12, КЖ-94 (виробництва Запорізького АТ " кремній полімер”)
ТУ 6-02-5-006-91
9 Стабілізатор грунтів Регма-Zyme 11x (Виробництво США)
Ферментний препарат
10 Стабілізатор грунтів-Дорзін (виробництво ТОВ "ДНІПРОВСЬКА Асоціація-К", Україна)
Ферментний препарат
11 рідке скло ГОСТ 1378-91

12 хлористий кальцій (Са Сl 2)

Результати експериментальних досліджень дали можливість зробити наступні висновки:

* Стабілізатори грунтів характеризуються як багатокомпонентні системи, які мають, переважно, кисле середовище, мають властивості поверхнево-активних речовин, до їх складу входять, як правило, суперпластифікатори, гідрофобізатори, складні органічні сполуки, які включають складноефірні групи і іоногенні комплекси.

* Стабілізатори рекомендують застосовувати у вигляді розведеного водяного розчину. В результаті розчинення стабілізатора у воді, остання, активізується за рахунок іонізації (Н+, ОН, Н3О). Розчин стабілізатора активно впливає на стан, в першу чергу, глинистих і колоїдних частинок грунту. Він змінює заряд глинисто-колоїдних частинок за рахунок енергійного обміну електричними зарядами між іонізованою водою і частинками грунту, яка підтверджується дослідженнями рН середовища розчину стабілізатора і рН водяної витяжки грунту. Обмінявшись зарядами з іонізованою водою, між грунтовими частинками порушуються природні зв'язки з капілярної і плівковою водою. Вона легко відділяється від частинок грунту, тим самим, створюючи сприятливі умови високого ущільнення грунтової суміші при стисненні. * Крім обміну між електричними зарядами водяного розчину стабілізатора і грунтовими частинками відбувається процес іонного обміну між компонентами стабілізатора і поглинаючим комплексом глинисто - колоїдної фракції, на що вказує зменшення величини оптимальної трамбувальної вологості.

Багатовалентні іони стабілізатора і грунту, які звільнилися в результаті перезарядки грунтових частинок, проникають в поглинаючий комплекс глинисто - колоїдної фракції і вичавлюють одновалентні іони Li, Na, K і H. цей процес призводить до коагуляції глинистих і колоїдних частинок, і як наслідок, до зміни гранулометрії і структури грунту. Тобто відбувається штучне утворення в грунті частинок (агрегатів), типу піщаних. Грунт з категорії глинистого або суглинного прагне до переходу в категорію легкосуглинистого або супіщаного. Оптимальна трамбувальна вологість такого грунту помітно зменшується і завдяки цьому підвищується максимальна щільність стандартного ущільнення. Це призводить до підвищення несучих властивостей грунту.

* Стабілізатори також виконують роль пластифікуючої домішки, що дозволяє при меншій оптимальній вологості досягати більш високих показників щільності [1.3].

* Стабілізатори сприяють підвищенню щільності грунту і міцності в неводонасищенном стані, але не забезпечують для більшості грунтів високої водостійкості, яка вимагає введення спеціальних заходів, що ліквідують джерела активного зволоження земляного полотна або добавок в грунт, типу цементу [1].

* При використанні стабілізаторів досягається ущільнення в 1.1-1.2 рази більше, ніж при ущільненні без стабілізатора.

* Стабілізатори показують позитивні результати від спільного їх використання з традиційними в'яжучими, що підтверджено практичними результатами при капітальному ремонті асфальтобетонних покриттів за технологією холодного ресайклінгу, наприклад, на дорозі Харків-Суми. Там був використаний стабілізатор ЕН-1, цемент, 3% глинистий грунт і фрезерна крихта старого асфальтобетонного покриття.

* Деякі стабілізатори дозволяють отримувати композиції, що не поступаються цементобетону.

На використання у дорожньо-будівельній галузі України стабілізаторів ЕН-1 і Perma-Zyme 11x в Держдорнді розроблені технічні умови на "Органо-мінеральні суміші та грунту, оброблені цементом і стабілізатором ЕН-1" ТУ Ст. 2.7.3450778.097-98 і на "Грунту і суміші органо-мінеральні, оброблені ферментом Perma-Zyme 11x і цементом" ТУ у 2.7-45.1-3450778-196-201.