Способ устройства основания для автомобильных дорог и аэродромов
Изобретение относится к области строительства, а именно к способу устройства дорожного покрытия. Технический результат: получение прочного, структурообразующего во времени основания, с повышенной и равномерной устойчивостью дорожного полотна в процессе эксплуатации. Способ устройства оснований для автомобильных дорог и аэродромов включает приготовление щебеночной смеси смешением на дороге, раскладку ее в один или два слоя на грунте или дренирующем слое, увлажнение, пропитку битумной эмульсией и уплотнение основания. Причем используют шлакощебеночную смесь с содержанием доменного шлака 30 мас.% и 70 мас.% сталеплавильных шлаков или 70 мас.% доменного шлака и 30 мас.% сталеплавильных шлаков, или при содержании 100 мас.% доменного шлака. Перед уплотнением основания в шлакощебеночную смесь вводят битумно-минеральную эмульсию, содержащую жидкую фазу - карбонаты калия или натрия в количестве 1-10 л/м2, например, методом разлива, перемешивают с последующей механоактивацией полученной смеси последовательно средним и тяжелым катками, а уплотнение основания производят трамбующим катком. 3 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к способу устройства дорожного покрытия.
Из патентной литературы известен способ устройства оснований автомобильных дорог, включающий следующие операции: заготовку грунта, доставку на полотно дороги и введение в него гранулированного доменного шлака, размельчение грунта и перемешивание его со шлаком, введение известково-шлакового вяжущего и перемешивание его с шлакогрунтовой смесью, увлажнение смеси до оптимальной влажности, раскладку и уплотнение ее (см. а.с. СССР №576297, МПК С04В 19/00, Е01С 7/18, бюл. №38, 1977 г.).
Недостатками способа являются технологическая сложность и недостаточная прочность дорожного покрытия.
Известна технология устройства оснований и покрытий из щебеночных, гравийных и песчаных смесей, обработанных органическими вяжущими материалами смешением на дороге (см. СниП 3.06.03-85 c.49). Способ устройства оснований для автомобильных дорог(улиц) и аэродромов включает приготовление щебеночной смеси смешением на дороге, например, с помощью грейдера, раскладку ее в один и/или два слоя на грунт или дренирующий слой, увлажнение (влажность щебеночных и гравийных смесей, обрабатываемых эмульсией не менее 5%), пропитку битумной эмульсией, например, марки ЭБА-3, ЭБК-3), и уплотнение основания катками массой 6-8 тонн, 3-5 проходами по одному следу. Недостатками указанного способа являются недостаточный рост прочности во времени для оснований дорог 1 категории. Как известно, традиционно основание устраивается из природного (известнякового, доломитового) щебня. Эндотермическая реакция, происходящая от солнечной энергии, размягчает битумную пленку в межзерновом пространстве, где асфальтобетонное покрытие приобретает мягкопластическую структуру со значительным снижением модуля упругости. В результате несущая способность покрытия падает и соответствует лишь радиусу отпечатка колеса транспорта.
При этом транспортные динамические нагрузки через ослабленное покрытие воспринимаются щебеночным основанием, где от дезинтеграции фракционный щебень переходит в каменную мелочь и порошок, воспринимающие значительное количество воды (в процессе водно-теплового режима), что из-за льдообразования разрушает структуру не только основания, но и деформирует покрытие с образованием макротрещин.
Задачей создания изобретения является разработка способа устройства дорожного основания, обладающего усталостной прочностью, малым динамическим течением и устойчивостью к деформациям.
Технический результат - получение прочного, структурообразующего во времени основания, с повышенной и равномерной устойчивостью дорожного полотна в процессе эксплуатации. В результате решения вышеуказанной задачи обеспечивается повышение скорости набора прочности основания в течение первого месяца твердения и продолжительный рост прочности основания во времени.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ устройства оснований для автомобильных дорог и аэродромов, включающий приготовление щебеночной смеси смешением на дороге, раскладку ее в один или два слоя на грунте или дренирующем слое, увлажнение, пропитку битумной эмульсией и уплотнение основания, и отличительных, существенных признаков, таких как - используют шлакощебеночную смесь с содержанием доменного шлака 30 мас.% и 70 мас.% сталеплавильных шлаков или 70 мас.% доменного шлака и 30 мас.% сталеплавильных шлаков, или при содержании 100 мас.% доменного шлака, причем перед уплотнением основания в шлакощебеночную смесь вводят битумно-минеральную эмульсию, содержащую жидкую фазу карбонаты калия или натрия в количестве 1-10 л/м2, например, методом разлива, перемешивают с последующей механоактивацией полученной смеси последовательно средним и тяжелым катками, а уплотнение основания производят трамбующим катком.
Новую операцию механоактивации в способе осуществляют согласно формуле изобретения последовательно средним и тяжелым катками, а уплотнение основания - трамбующим катком. Последующая механоактивация основания осуществляется за счет автотранспорта при эксплуатации дороги.
Ниже приводим причинно-следственную связь между отличительными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом:
- использование в способе шлакощебеночной смеси с содержанием доменного шлака 30-70 мас.%, 70-30 мас.% сталеплавильных шлаков при содержании 100 мас.% доменного шлака позволяет повысить несущую способность основания;
- использование для пропитки смеси битумно-минеральной эмульсии, содержащей жидкую фазу - карбонаты калия и натрия в количестве 1-10 л/м2, например, методом разлива дает возможность активизировать шлаковый порошок для гидратационного твердения основания,
если взять битумно-минеральной эмульсии менее 1 л/м2, не достигается необходимая активация смеси и требуемые твердеющие свойства. Если взять битумно-минеральной эмульсии более 10 л/м2,то образуется слишком много жидкой фазы, отрицательно влияющей на процесс твердения основания во времени. Если жидкая фаза имеет кислотность менее 7, то в смеси преобладает не катионная, а анионная составляющая эмульгатора, т.е. не будет создано условий для активации твердеющего основания;
- введение в процесс новой операций - механоактивации, это новый способ интенсификации физико-химических процессов в смеси. В ее основе лежит изменение реакционной способности твердых веществ под действием механических сил. Активация измельчением широко применяется в производстве фосфоритной муки, используемой для повышения плодородия почв, нашла применение в производстве силикальцита - нового строительного материала. В дорожном и аэродромном строительстве механоактивация предложена впервые.
Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации.
Пример.
Приготовление строительной смеси может осуществляться как в смесителях стационарного типа (менее экономичный способ), так и непосредственно на полотне дороги по технологии, включающей следующие операции: приготовление щебеночной смеси смешением на дороге (например, автогрейдером, в зависимости от объема перемешиваемых материалов), раскладку ее в один и/или два слоя на грунт или дренирующий слой, увлажнение (влажность не менее 5%), пропитку битумной эмульсией и уплотнение основания.
Используют шлакощебеночную смесь с содержанием доменного шлака 30 мас.%. и 70 мас.% сталеплавильного шлака(фиг.3) или с содержанием доменного шлака 70 мас.%. и 30 мас.% сталеплавильного шлака (фиг.2), или с содержанием доменного шлака 100 мас.%. (фиг.1).
Перед уплотнением основания в шлакощебеночную смесь вводят битумно-минеральную эмульсию, содержащую жидкую фазу с катионными эмульгаторами (например, карбонаты калия или натрия; силикатные и не силикатные соли слабых кислот и др.) с рН 10 в количестве 8 л/м2, например, методом разлива, перемешивают с последующей механоактивацией полученной смеси на 1-м этапе последовательно средним и тяжелым катками (масса 8-10 тонн), а уплотнение основания - трамбующим катком (масса свыше 10 тонн), на 2-м этапе в период эксплуатации - транспортными средствами.
Примеры состава строительной смеси приведены на фиг.1, 2, 3. График показывает технический результат от использования изобретения. На фиг.1, 2, 3 показано изменение прочностных показателей дорожной одежды в зависимости от вида щебня и срока службы дорожного полотна. Из кривых 1 графиков следует, что несущая способность дорожной одежды с основанием из щебня доменных шлаков имеет структурообразующую тенденцию. По мере увеличения срока эксплуатации прочностные показатели возрастают до 7 мПа.
С уменьшением в смеси количества щебня доменного производства прочностные показатели дорожной одежды уменьшаются и соответствуют на фиг.2 - 5 мПа, а на фиг.3 - 4 мПа. Основания (фиг.1, 2) выполнены из природных каменных материалов (известняков, гравия), несущая способность (кривые графика 2) к нормативным отвечает лишь в пределах 15 лет. В последующие сроки службы несущая способность основания уменьшается и по критериям прочности и модуля упругости Ет.р. отвечают лишь к 30% от нормативной.
На фиг.3 кривая 2 основанием служит щебень из сталеплавильных неактивных шлаков, где линии графика свидетельствуют о том, что несущая способность сохраняется на уровне нормативной с незначительным снижением после 20 лет эксплуатации. По мере измельчения шлакового щебня под транспортными динамическими нагрузками, шлаковый порошок в композиции с эмульгаторами в растворе приобретает свойства вяжущего вещества гидратационного твердения, преобразующие основание из рыхлой структуры в полужесткую или жесткую плиту.
Прием механоактивации - измельчение шлакового активного щебня при укладке основания и под покрытием транспортными динамическими нагрузками позволяет исключить помол шлакового щебня, дает экономию затрат на топливо, электроэнергию, транспорт и трудовые ресурсы.
По прототипу несущая способность основания 60 кг/см2, а по предлагаемому способу - 75-80 кг/см2.
Вышеприведенные примеры подтверждают возможность осуществления, использования по назначению изобретения, как описано в формуле изобретения.
Способ устройства оснований для автомобильных дорог и аэродромов, включающий приготовление щебеночной смеси смешением на дороге, раскладку ее в один или два слоя на грунте или дренирующем слое, увлажнение, пропитку битумной эмульсией и уплотнение основания, отличающийся тем, что используют шлакощебеночную смесь с содержанием доменного шлака 30 мас.% и 70 мас.% сталеплавильных шлаков, или 70 мас.% доменного шлака и 30 мас.% сталеплавильных шлаков, или при содержании 100 мас.% доменного шлака, причем перед уплотнением основания в шлакощебеночную смесь вводят битумно-минеральную эмульсию, содержащую жидкую фазу - карбонаты калия или натрия в количестве 1-10 л/м2, например методом разлива, перемешивают с последующей механоактивацией полученной смеси последовательно средним и тяжелым катками, а уплотнение основания производят трамбующим катком.
