Концепция технологии устройства укрeпленных цементом оснований дорожных одежд с применением материалов от сноса зданий и сооружений

Федор Матвиенко, к.т.н., доцент кафедры «Строительства и эксплуатации автомобильных дорог» ВГТУ

В настоящее время в требованиях нормативно-технической документации недостаточным образом проработан вопрос о возможности применения материалов от сноса зданий и сооружений для повторного использования при устройстве конструктивных элементов дорожных одежд автомобильных дорог. В существующих нормативных требованиях прямым образом указано на возможность повторного применения в дорожном строительстве асфальтогранулята и материалов от разборки дорожных одежд. Искусственные материалы от сноса зданий и сооружений, в случае их захоронения в геологической среде, попадают под категорию антропогенный грунт. Данная категория может включать огромный спектр строительных материалов, применение которых возможно повторно в дорожном строительстве, но при этом должным образом не отражена их четкая классификация с физико-механическими характеристиками и областью применения, а также отсутствуют поправки на технологию производства конкретных видов дорожных работ. В частности недостаточным образом отражены технические требования к возможному применению материалов в виде боя каменных материалов, бетона и кирпича при устройстве укрепленных цементом оснований.

В связи с проведением специальной военной операции образуется большое количество отходов от сноса зданий и сооружений в виде боя камня, бетона и кирпича, которые необходимо утилизировать на специальных полигонах, либо необходимо рассмотреть возможность их переработки и повторного применении в дорожном строительстве, c соответствующим технико-экономическим обоснованием.

Применение материалов от сноса зданий в конструкциях дорожных одежд из укрепленных цементом материалов на дорогах III – V категории позволит снизить стоимость дорожных работ, а также уменьшить антропогенную нагрузку человека на окружающую среду в виде снижения необходимости утилизации отходов строительного производства на специализированных полигонах. Одним из экономически обоснованных инженерных решений по использованию материалов от сноса зданий для строительства оснований дорожных одежд является технология холодного ресайклинга, с применением в качестве вяжущего цемента – рис.1.

Особенностью данной технологии является возможность использования в устраиваемом слое дорожной одежды материалов разрушенного дорожного покрытия и основания. При этом на сегодняшний день актуальным становится вопрос рассмотрения возможности применения переработанных отходов –материалов от сноса зданий и сооружений в качестве гранулометрических добавок, классифицируемых, как антропогенные грунты.

Для решения задачи по оценке возможности применения материалов от сноса зданий и сооружений и частичному замещению ими щебеночных материалов при устройстве укрепленного цементом дорожного основания проведен комплекс лабораторных исследований. Для укрепления материалов цементом по технологии «холодной регенерации» произведен отбор проб материалов щебеночного основания на автомобильной дороге «Сватово-Новопсков-Меловое» в Луганской Народной Республике РФ, а также отобран материал от разборки стен разрушенного жилого дома.

В дорожной лаборатории кафедры «Строительства и эксплуатации автомобильных дорог» Воронежского государственного технического университета проведены испытания отобранных проб вышеуказанных материалов в целях определения их исходных физико-механических характеристик и возможности применения в укрепленном цементом основании дорожной одежды.

Проведенные лабораторные испытания показали, что отобранный щебеночный материал дорожного основания соответствует по прочности марке М 1400. Материал от разборки стен здания представляет собой старую разрушенную кладку с марочной прочностью М 200.

Для лабораторных испытаний подготовлены 3 состава смесей минеральных материалов, укрепленных цементом, в том числе с химической добавкой «MADOR» - табл.1. Добавка «MADOR» - разработка специалистов кафедры «Строительства и эксплуатации автомобильных дорог» ВГТУ, разработанная для повышения физико-механических характеристик укреплённых цементом грунтов и материалов.

Состав №1 является эталонным относительно составов №1 и №2. Ввиду того, что состав №1 на 80% состоит из высокопрочной щебеночно-песчаной смеси М 1400 оптимального гранулометрического состава С5, на нем возможно добиться максимальных прочностных физико-механических характеристик при укреплении его тем же количеством цемента, что на составах №2 и №3. Состав №2 и №3 имитирует замену 50% щебеночного высокопрочного материала фракции 5-20 мм М1400 из основания дороги на бой из малопрочного кирпича М 200 от сноса здания. В состав №3 внесена химическая добавка «MADOR», с целью определения ее влияния на физико-механические показатели и достигаемый эффект от его применения.

Для получения составов лабораторных смесей из минеральных материалов, укреплённых цементом, подготавливались лабораторные образцы в соответствии с требованиями ГОСТ 23558.

Лабораторные образцы помещались в камеру нормального твердения на 28 суток, после проводились их испытания на физико-механические характеристики - табл.2.

Проведенные исследования по укреплению цементом минеральных материалов, для устройства оснований дорожных одежд, c применением материалов от сноса зданий показали марочную прочность выше М40 и тем самым доказали возможность их использования в основаниях дорожных одежд. При этом применение химической добавки «MADOR» позволили увеличить прочность по показателю растяжение при изгибе на одну марку. Проведенные исследования минеральных материалов, укрепленных цементом в комплексе с химической добавкой «MADOR» (состав №3), показали возможность применения материалов, образующихся от сноса зданий в объеме до 50% от замещаемого объема щебеночных материалов без увеличения содержания цемента, с одновременным увеличением прочностных характеристик.

Основными технологическими операциями при выполнении ремонтных работ по восстановлению автомобильных дорог методом холодной регенерации по предлагаемой технологии являются:

1) Выполнение разбивочных и подготовительных работ;

2) Распределение цемента, с возможным применением химической добавки, и материалом от сноса зданий для заполнения выбоин, колеи и других дефектов разрушенного дорожного покрытия. При глубине регенерации 20 см, распределение по покрытию переработанных материалов от сноса зданий составляет 10 см и на глубину 10 см осуществляется переработка существующих слоев основания и покрытия дороги;

3) Выполнение работ по ресайклингу - переработке разрушенных слоев покрытия и основания с материалом от сноса зданий, с последующей профилировкой, уплотнением и получением укреплённого цементом основания;

4) Уход за устроенным слоем;

5) Выполнение работ по устройству вышележащих асфальтобетонных слоев покрытия.

Применение, а равно утилизация материалов от сноса зданий и сооружений в виде боя каменных материалов, бетона и кирпича при устройстве укрепленных цементом оснований дорожных одежд позволит снизить стоимость выполняемых дорожных работ не менее чем на 15-20%.

Для практического внедрения в дорожное строительство выше приведенных инженерных решений по замене высокопрочных щебеночных материалов М 1000 - М 1400 на низко прочные материалы от разборки и сноса зданий и сооружений для устройства оснований автомобильных дорог из укрепленных цементом материалов потребует решения различных инженерных задач:

1) Механическая разборка, сортировка и переработка до требуемого состояния материалов от сноса зданий;

2) Разработка классификатора получаемых материалов от сноса зданий;

3) Разработка методов испытаний физико-механических характеристик получаемых материалов от сноса зданий;

4) Внесение изменений в существующие нормативные документы по использованию получаемых материалов от сноса зданий с рекомендациями по технологии устройства законченных конструктивных элементов дорожных одежд.

В проведенных исследованиях доказана принципиальная возможность применения материалов от сноса зданий, при соответствующей доработке технологии дорожного строительства, а также на примере добавки - модификатора «MADOR» показана эффективность химических добавок для повышения качества укреплённых цементом оснований дорожных одежд. Применение материалов от сноса здания и сооружений в основаниях дорожных одежд, укрепленных цементом, позволит снизить стоимость при ремонте и строительстве автомобильных дорог, а также решить вопрос утилизации строительных отходов.

Данное техническое решение будет являться крайне важным направлением в решении экономической задачи по восстановлению транспортной инфраструктуры на новых территориях РФ после завершения специальной военной операции.