Исследованиями выявлено, что применение слабых карбонатных пород, пылеватых песков, в строительстве оснований дорог значительно снижает межремонтные сроки службы дорожной одежды. Оптимальным способом укрепления дорожного основания является применение шлакощелочного вяжущего. Оптимальное содержание шлака в композициях варьируется от 12 до 30 %.
Ключевые слова: шлакощелочное вяжущее, заполнитель, суглинки, пески, уплотнение, основание, дороги, отказ, долговечность.
На сегодняшний день высокоразвитая дорожная сеть является предпосылкой развития инфраструктуры общества с высоким уровнем жизни, способствует экономическому росту промышленности регионов.
Пензенская область находится в центральной части России. Её удачное географическое расположение позволяет связать запад и восток единой дорожной артерией. Начиная с 1991 года, произошло деление дорог на собственность федерального уровня и на собственность субъектов Федерации. Перечень федеральных дорог открывает шоссе «Москва-Самара» направление «Урал». Протяженность по пензенской области составляет 370,8 км. Протяженность шоссе «Тамбов-Пенза» -154 км. «Саратов- Пенза» -139,6 км. Подъезд к городу Саранск от дороги М5 составляет -86 км. Общая протяженность дорог федерального подчинения -750,4 км. Такая развитая дорожная сеть подразумевает использование новых материалов и технологий для ведения ремонтных операций и строительства новых участков.
Развитие сети автомобильных дорог и повышение их технико-эксплуатационных качеств вызвано бурным ростом автомобильного транспорта и количеством перевозимого груза меж регионами страны. Быстрое и безопасное движение транспорта во многом зависит от качества дорожного полотна и, прежде всего от деформативности основания линейного сооружения.
Одним из перспективных направлений является укрепление дорожного полотна минеральными вяжущими на основе молотых металлургических шлаков, а также устройства монолитных бетонных покрытий. Для этих целей эффективно применять технологию холодного ресайклинга которая широко используется в Германии и США. С этой целью были разработаны дорожные комплексы дорожной техники которые одновременно разрушают однородность основания на глубину до 500мм и шириной до 2400мм с одновременным введением вяжущего и водных растворов для достижения оптимальной влажности композиционного материала. В комплекс машин входят автогрейдеры по профилированию поверхности и катки для последующего уплотнения.
В условиях строгого соблюдения всех технологических регламентов производства дорожных работ по укреплению грунтов дорожного основания вяжущими «Граунд» и «Граунд-М» [1,2]» обеспечивается высокое качество строительных работ и долговечность автомобильных дорог.
Асфальтобетонные покрытия дорог федерального уровня и городских улиц являются на сегодняшний день основным типом. Эти покрытия недостаточно устойчивы и долговечны, на них появляются сдвиги, трещины, выбоины, и другие дефекты которые приводят к отказам дорожного полотна. Все это обуславливает проведение дорогостоящих ремонтных работ, особенно в зимнее — весенний и осеннее — зимние периоды.
Не случайно в последние годы дорожники обратили пристальное внимание на соответствие качества дорог качеству используемых строительных материалов. Особенно это касается тех регионов, где нет своих высокопрочных горных или обломочных пород, где нет крупных песков. Как показывает практика, применение слабых карбонатных пород, пылеватых песков, значительно снижает межремонтные сроки службы таких покрытий.
Для полного удовлетворения этих требований целесообразно использовать наряду с кондиционными материалами и современными технологиями ведения работ побочные продукты металлургического и химического производства. Которые, в сою очередь, позволят расширить номенклатуру выпускаемых изделий и снизят технико-экономические показатели по устройству дорог.
Грунты, укрепленные шлакощелочным вяжущим — «Граунд», представляет собой новый строительный материал. Обеспечение необходимых структурно-механических свойств требуемой плотности и высокой прочности этого материала невозможно без максимального уплотнения системы на основе грунта, молотого гранулированного доменного шлака, воды и щелочных компонентов. Количество раствора щелочных компонентов должно иметь оптимальное значение. Это необходимо для получения максимальной плотности при уплотнении, а также для нормального протекания основных и вторичных процессов структурообразования в данной системе.
Влияние влажности на изменение объемной массы скелета, укрепленного грунта и его прочность изучали на различных грунтах: песке, супеси и суглинке. Установлено, что грунты, укрепленные шлакощелочным вяжущим, имеют максимальные значения объемной массы скелета и прочности при оптимальной влажности. Для песков оптимальная влажность равна 10 %-12 %, для суглинка 16–18 %.
На величину оптимальной влажности влияет также и количество шлака. С увеличением количества вводимого молотого шлака оптимальная влажность увеличивается, пропорционально содержания его в смеси.
Изменение удельной поверхности шлака с 3200 до 4000 см2/г, т. е. в интервале, которую можно получать в производственных условиях, не сказывается на величине оптимальной влажности. При дозировках шлака более 24 % величина оптимальной влажности не меняется, но увеличивается прочность укрепленных грунтов.
На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:
1. В грунтах, укрепленных шлакощелочными вяжущими, имеет место оптимальная влажность, т. е. та влажность, при которой обеспечивается максимальная плотность и прочность.
2. Величина оптимальной влажности для разного вида грунтов увеличивается с увеличением дозировок молотого шлака.
3. При строительстве оснований дорожных одежд из грунтов, укрепленных шлакощелочным вяжущим необходим тщательный контроль за влажностью смеси. Отклонения от оптимальной влажности в сторону увеличения или уменьшения ее, вызывает уменьшение плотности, что заметно понижает прочность укрепленного грунта.
4. Величина оптимальной влажности для данного соотношения грунта и молотого шлака позволяет определить потребное количество щелочных компонентов (содощелочного плава или смеси едких щелочей) в зависимости от их плотности, используя данные по содержанию воды в щелочных растворах заданной плотности.
5. 
Увеличение удельной поверхности шлака с 3000 до 4000 см2/г не оказывает влияния на величину оптимальной влажности, но ведет к увеличению прочности укрепленных грунтов.
Установлено, что на свойства предлагаемых композитов оказывает влияние не только влажность смеси, но и плотность щелочного активатора твердения. Изучение влияния плотности щелочных растворов производилась на разных типах грунтов при дозировке молотого шлака с удельной поверхностью 3200 см2/г в количестве 24 %. При укреплении песков, увеличение плотности растворов щелочных компонентов до 1,20 г/см3 приводит к увеличению прочности до 120–130 кгс/см2, дальнейшее увеличение плотности растворов щелочных компонентов до 1,22 г/см2 приводит к падению прочности на 5–7 %. Это связано с реакционной способностью, пылеватой составляющей песков.
При укреплении супеси и суглинка, для которых содержание глинистых частиц значительно больше, увеличение плотности щелочных растворов в интервале от 1,2 до 1,22 г/см3 ведет к увеличению прочности укрепленных грунтов, причем характер зависимости прочности укрепленных грунтов от плотности раствора близок к прямолинейному. Так, увеличение плотности супесчаных грунтов с 1,14 г/см3 до 1,22 г/см3 приводит к увеличению прочности с 39 кгс/см2 до 84 кгс/см2, т.е в два раза.
Нами было установлено, что оптимальное содержание шлака в композициях варьируется от 12 до 30 % и это зависит от укрепляемого грунта
Литература:
1. Пат. 2370465РФ, МКП СО4В 7/153 № 2008120275 21.05.08. Шлакощелочное вяжущее «Граунд-М» и способ его получения. Романенко И. И., Калашников В. И., Шаронов Г. И.
2. Пат.2370466 С1РФ, МКП СО4В 7/153 № 2008120276/03 21.05.2008. Шлак щелочное вяжущее «Граунд» и способ его получения. Романенко И. И., Калашников В. И., Ибрагимов Р. А., Шаронов Г. И.
