УДК 625.7.066/.068
Е.И. Андреев, Е.А. Вдовин
Казанская государственная архитектурно-
строительная академия
В Республике Татарстан, как и в некоторых других регионах, весьма актуальным является использование при устройстве оснований дорожных одежд разнообразных по составу карбонатных пород. В Татарстане эти породы представлены, как правило, известняками, доломитами и магнезитами средней прочности.
Однако при разработке большинства месторождений для нужд сельского хозяйства и дорожного строительства в карьерах в значительном количестве остаются отходы камнедробления. Это, как правило, породы относительно низкой прочности, в пределах 1-5 МПа. Такие малопрочные известняки, хотя и используются в отдельных случаях для устройства дорожной одежды, не могут обеспечить достаточной прочности и долговечности оснований. Однако известно, что низкопрочные известняки и доломиты после их укладки в основания дорожных одежд с течением времени упрочняются. Их прочность в основаниях увеличивается за счет процессов самоцементации без какой-либо обработки вяжущими и может возрастать за 4-5 лет эксплуатации от 2 до 3 раз. На это указывают работы зарубежных и отечественных ученых.
Ускорить процесс самоцементации низкопрочных известняков и доломитов можно, если обработать их небольшими дозами извести (2-3%) или портландцемента (1-2%). Для такой обработки можно также использовать и некоторые техногенные продукты: фосфогипсы, золу-уноса ТЭЦ, активные молотые доменные шлаки и др. Однако, наиболее интересным является упрочнение способом обработки укладываемого слоя низкопрочных карбонатных пород газообразной углекислотой или углекислотой в виде водного раствора. Объясняется такой процесс упрочнения тем, что при воздействии углекислоты на карбонат кальция на поверхности породы образуется тонкий слой бикарбоната кальция, который впоследствии, переходя в карбонат кальция и кристаллизуясь, способствует самоцементации частиц породы. Если же после обработки углекислотой вводить малые дозы цемента, то образующийся при его гидратации гидрат окиси кальция связывает неустойчивый и легко растворимый бикарбонат кальция в карбонат. Аналогично идет процесс, если вводятся малые дозы извести. Кроме того, упрочнение идет и за счет гидратации самих вяжущих.
Обработку низкопрочных известняков углекислотой можно вести несколькими способами. По одному из таких способов можно, перемещая по основанию, из малопрочных карбонатов с помощью специальной гребенки-рыхлителя загонять в упрочняемый слой продукты сгорания, вырабатываемые в специальной газогенераторной установке, а затем уплотнить его.
По другому способу обработку карбонатного щебня для достижения его упрочнения ведут углекислотой в специальной установке. При этом в бункер-смеситель вводится щебеночная смесь, куда подаются газы, обраэующиеся при сгорании топлива. При этом масса подогревается и доводится до определенной оптимальной влажности, после чего готовая масса укладывается в основание и уплотняется. Однако рассмотренные выше способы имеют общие недостатки, которые состоят в том, что воздействие углекислотой в них носит кратковременный характер, а отсюда достигается незначительный упрочняющий эффект.
Нами изучен новый, более эффективный способ обработки карбонатных щебеночных оснований с целью упрочнения. По этому способу предлагается в щебеночную массу вводить самораспадающиеся с течением времени соли угольной кислоты. Эти соли вводятся в карбонатно-щебеночную массу при перемешивании ее в смесителях и последующей укладкой в основание или могут вводиться в готовое основание на месте посредством одновременного рыхления и перемешивания фрезами.
По данному способу упрочнение происходит в течение длительного времени, пока распадутся соли угольной кислоты, и тем самым может достигаться более существеннное упрочнение основания дорожной одежды, что и подтверждено результатами экспериментальной работы.
Был проведен следующий эксперимент. Готовились 3 серии образцов по схеме:
1. образцы контрольные без каких-либо добавок;
2. образцы с добавкой углекислой соли.
В качестве карбонатного компонента использовали доломитовый песок с киндерского карьера. Карбонатная соль – это углекислый аммоний, который добавлялся в виде 10% раствора из расчета 0.5% от массы карбонатной породы. Формовочную смесь готовили, перемешивая данные компоненты при влажности массы 7%, затем формовали при давлении 40 МПа. После расформовки образцы выдерживают в нормальных условиях в течение 3-х суток, 28 суток, 3-х месяцев.
Результаты представлены на гистограмме (см рисунок). Из нее видно, что введение углекислой соли ведет к существенному увеличению прочности, особенно при длительном выдерживании образцов.
Упрочнение от введения в состав массы карбонатной соли объясняется тем, что эта соль постепенно разлагается, выделяющийся углекислый газ образует бикарбонат, а затем переходит в карбонат. Образующийся карбонат кальция приводит к упрочнению структуры.
Эти результаты могут найти применение в дорожном строительстве при устройстве оснований автодорог из слабых карбонатных пород.
