Введение к работе
Актуальность темы. Федеральной целевой программой «Леса России» № 1240 отмечено, что ведение интенсивного лесного хозяйства и организация рационального лесопользования невозможны без развития транспортных путей в лесном фонде. Анализ процессов освоения лесных участков Республики Марий Эл (РМЭ) показал, что функции лесовозных дорог постоянного действия и дорог общего назначения во многом совпадают. Дорожные одежды подвержены воздействию нагрузок при движении большегрузных лесовозных автопоездов и требуют применения дорогостоящих, как правило, привозных материалов повышенной работоспособности. Для районов, где нет месторождений прочного каменного материала, остро стоит проблема использования такого щебня. Резко увеличилась стоимость каменных материалов из-за многократного возрастания тарифов на перевозку. Они в большинстве случаев перекрывают стоимость самого материала, в итоге увеличивается себестоимость строительства объекта.
Наиболее материалоемким и дорогостоящим процессом в строительстве лесовозных дорог является устройство их одежды. Несмотря на постоянное расширение ассортимента строительных материалов, щебень продолжает оставаться одним из основных компонентов дорожных конструкций. Практическое решение этой актуальной проблемы может быть достигнуто применением местного малопрочного щебня, комплексно улучшенного нетрадиционными методами, например, объемной пропиткой жидким натриевым стеклом с последующей обработкой вязким битумом.
Цель работы. Разработка технологии строительства одежд лесовозных дорог с использованием черного объемно-силикати-зированног о щебня, способствующей расширению области применения местных строт ельных материалов и снижению себестоимости объекта.
Объект и предметы исследований. Объектом исследований является консгрукция одежды лесовозной автомобильной дороги. Предметами исследований являются материалы для устройства конструктивных слоев дорожной одежды (малопрочный известняковый щебень, жидкое натриевое стекло, вязкий дорожный битум), их свойства и взаимодействие, і нос. национальная і
{ БИБЛИОТЕКА і
Методы исследований. Для достижения поставленной цели использованы методы математической статистики, теории планирования эксперимента, ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), испытания строительных материалов и расчета нежестких дорожных одежд. При решении задач и обработке результатов экспериментов использованы прикладные проіраммньїе пакеты Microsoft Word, Microsoft Excel, Photoshop, MS Paint, Imaging, Visio Professional, Origin.
Научная новизна. Обоснована работоспособность черного объемно-силикатизированного щебня с учетом термодинамических процессов в зонах контакта жидких вяжущих веществ и известняка. При этом в основу положены теория акад. П.А. Ребинде-ра об адсорбционном снижении твердости камня при воздействии активных жидкостей и гипотеза проф. М.Г. Салихова об адсорбционном повышении прочности камня за счет изменения свойств жидкости в граничных областях. Подтверждена адекватность процесса пропитки пористого известнякового щебня жидким натриевым стеклом под действием избыточных давлений модели на основе диффузионного, фильтрационного, капиллярного механизмов и возникающих при этом внутренних сопротивлений в камне. Разработана методика определения глубины пропитки жидким натриевым стеклом известнякового щебня, отличающаяся возможностью обозначения границы пропитанной части индикатором с установлением значения до 0,05 мм. Разработана методика определения площади удельной поверхности каменного материала до и после объемной силикатизации, базирующаяся на основных принципах теории ЯМР и отличающаяся возможностью изучения структуры дорожно-строительного материала без его разрушения и получения результата в течение 1.. .2 минут. Разработаны методики определения общего модуля упругости дорожной одежды и ровности покрытия дороги. Их преимущественной особенностью является применение высокоточных геодезических приборов (нивелир НА-1, точность 0,05 мм) и компьютерной программы для обработки данных, составленной на основе положений теории упругости, расчета нежестких дорожных одежд и стандартной оценки ровности покрытия дороги.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Методики определения: глубины пропитки и площади удель
ной поверхности известняка в случае его объемной силикатиза
ции, общего модуля упругости дорожной одежды и ровности
у покрытия дороги.
2. Результаты экспериментальных исследований физико-
( механических свойств черного объемно-силикатизированного
щебня и удельной поверхности каменного материала методом ЯМР.
-
Конструкции одежд лесовозных дорог с использованием черного объемно-силикатизированного щебня, технологии его производства и укладки в конструктивный слой.
-
Результаты натурных исследований ровности покрытия и общего модуля упругости дорожной одежды.
5. Способ приготовления черного щебня (Патент РФ № 2204538).
Практическая значимость. Методика прогнозирования изме
нения свойств известнякового щебня может быть использована в
процессе проектирования нежестких одежд лесовозных дорог с ис
пользованием местных материалов. Разработанные конструкции
дорожных одежд и технологии их строительства позволяют снизить
себестоимость строительства автомобильных дорог, сократить по
требность в привозных каменных материалах со значительным эко
номическим эффектом.
Достоверность выполненных исследований. Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы обоснованы и подтверждены положениями теории о термодинамических и адсорбционных процессах на границах раздела фаз карбонатного камня и полярі іьіх жидкостей, анализом литературных источников и изданий периодической печати, использованием современных ме-
I тодов научных исследований и статистической обработки экспери-
ментальных данных, апробацией в производственных условиях.
і Реализация результатов работы. Результаты исследований
внедрены при строительстве автодороги Верх. Субаш - КуиікЄґбаиі в Балтасинском районе Республики Татарстан, а также используются в учебном процессе специальности 291000 «Автомобильные Дороги и аэродромы» строительного факультета МарГТУ.
Личный вклад автора. Автором проверена модель движения жидких вяжущих веществ в каменном материале под избыточными
давлениями для системы «известняк - жидкое стекло», разрабагана методика определения глубины пропитки жидким натриевым стеклом известнякового щебня. Впервые предложено использовать не-разрушающий экспресс-метод ЯМР для изучения процессов струк-турообразования черною объемно-силикатизированного щебня и определения значений площади его удельной поверхности. Спланированы и проведены исследования влияния объемной силикатизации и последующего очернения битумом на физико-механические свойства известнякового щебня, установлен рациональный режим объемной силикатизации. Построен опьнный участок автомобильной дороги и проведены натурные исследования ровности покрытия, установлен общий модуль упругости дорожной одежды. Разработаны конструкции одежд для лесовозных автомобильных дорог постоянного действия, а также технологии производства черного объемно-силикатизированного щебня и его укладки в конструктивный слой дорожной одежды. Проведена оценка экономического эффекта внедрения конструкции дорожной одежды с использованием в верхнем слое основания черного объемно-силикатизированного щебня.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на: научно-технических . конференциях МарІТУ (Йошкар-Ола, 2000...2002 г.г.); международной научно-практической конференции «Рациональное использование лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 2001 г.); Всероссийских , междисциплинарных научных конференциях «Вавиловские чтения» (Йошкар-Ола, 2001...2003 г.г.); представлены на: международных научно-технических конференциях «Композиционные строительные.материалы. Теория и практика» (Пенза, 2000...2001 г.г.), межрегиональнальных научно-технических конференциях (Брянск, Санкт-Петербург, 2002 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано . 10 научных статей. Получено два патента РФ на способ приготовления черного щебня (№ 2200717, №2204538).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 139 наименований и 5 приложений. Основное содержание работы изложено на 180 страницах машинописного текста, иллюстрированного 71 рисунком и 30 таблицами.
