книги из ГПНТБ / Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

В поисках эффективных отвердителей было исследовано боль­ шое количество солей .и кислот (главным образом солей серной и соляной кислот). Наилучшие результаты были получены при ис­ пользовании сернокислого окисного железа, применение которога ^обеспечило достижение наиболее высокой прочности и хорошей водоустойчивости материалов.

При производстве опытных работ было установлено, что проч­ ность укрепленного материала в большой степени зависит от вре­ мени обработки его реагентами. Так, если время обработки мате­ риала составляет '2 мин, прочность образцов из укрепленного пес­ ка при 2-еуточ,ном хранении в воздушновлажной среде и суточ­ ном водонасыщении достигает 60 кГ/см2, при обработке же песка в течение 4 ч прочность снижается до 5 кГ/см2.

Эти данные показывают, что, укрепляя песок карбамидной смолой при использовании в качестве отвердителя сернокислого окисного железа, в короткое время можно получить высокую прочность и водоустойчивость. При расходе омолы в количестве 8%* прочность укрепленного песка в водонасыіщанноім состоянии через 3—7 суток может достигать 70—80 кГ/см2.

Однако процесс отверждения смолы протекает очень быстро, по существу в первые 5 мин после внесения отвердителя. Поэтому в реальных условиях формирование образцов фактически проис­ ходит после затвердевания смолы, что ведет к разрушению струк­ туры и потере прочности. Уменьшить скорость отверждения смолы можно путем снижения количества отвердителя до 0,15—0,25% от веса укрепляемого материала. Однако прочность последнего при этом существенно понижается.

Эксперименты показали, что для достижения высоких и ста­ бильных показателей прочности укрепления грунтов и скелетных материалов карбамидными смолами требуется выполнение двух условий: назначение сравнительно больших норм расхода отвер­ дителя (при песке 0,5—1,0% от веса грунта) и применение специ­ альных добавок — замедлителей процесса отверждения с целью производства обработки грунта в течение 2—3 ч, (т. е. в сроки, достаточные для выполнения всех технологических операций на рабочем участке при использовании современных средств меха­ низации) . Поэтому были проведены специальные исследования с целью выявления веществ, способных выполнять роль замедлите­ лей процесса отверждения.

Опыты показали, что наилучшие результаты получаются при использовании в качестве замедлителя тиомочевины Она добав­ лялась к смоле в количестве 2,5—25% (от веса смолы), а коли­ чество сернокислого окисного железа принималось равным 1 % от веса песка, поскольку такая дозировка обеспечивала макси­ мальную прочность образцов при их укреплении смолой без тио­ мочевины.

* Здесь и ниже расход смол и других вяжущих веществ приводится в про­ центах от веса обрабатываемого материала.

101'

Ко/ЦсчВСш8р omßepdum'Влр,%ат Веса, грунта

Опытные работы подтвердили правильность выбора дозиро­ вок. Из графика (рис. 26) видно, что и в случае использования тиомочевины наиболее высокие показатели прочности достигают­ ся при доібавке сульфата окиси железа в количестве 0,75—'1,0%. Добавка тиомочевины в количестве 15—20% (рис. 27) обеспечи­ вает не только замедление процессов отверждения, но способству­ ет более быстрому нарастанию прочности в раннем возрасте (в первые 3—7 дней) и достижению более высоки« конечных проч­ ностей. Максимальная прочность укрепленногб песка при исполь­ зовании тиомочевины на седьмые сутки достигает 120—140 кГ/см2, что примерно в 2 раза больше по сравнению с образцами без тиомочевины.

Рис. 27. Прочность песка, обработан­ ного карбамидной смолой М-19-62 с добавкой тиомочевины, в зависимос­ ти от ее количества и времени обра­ ботки. Количество смолы — 8 %, ко­ личество отвердителя сульфата оки­ си железа— 1%. Образцы испытыва­ ли через 3 суток в водонасыщенном состоянии. Цифры на кривых пока­ зывают количество тиомочевины в

процентах от веса смолы

№

Исследования также показали, что существует оптимальное предельное содержание тиомомѳвины в смеси, при повышении ко­ торой прочность укрепленного материала существенно снижается. Из рис. 28 видно, что оптимальное количество тиомочевииы при укреплении песка колеблется в пределах 15—20% от веса карба­ мидной смолы или 1,2% от веса песка. При этом чем быстрее тре­ буется получить необходимую прочность материала, тем большее количество тиомочевииы необходимо добавить к смоле (в преде­ лах оптимальных значений).

Определение прочности укрепленных песчаных образцов в за­ висимости от количества карбамидной смолы производилось при добавке 0,2-5 и 1% отвердителя. Образцы формовались через 2 ч после внесения отвердителя. Из полученных данных (рис. 29) можно сделать следующие выводы:

нарастание прочности образцов с добавками тиомочевииы про­ исходит пропорционально количеству смолы: 4% смолы обеспе­ чивает прочность в пределах 30—40 кГ/см2, 6% — 50—60 кГ/.см2, 8% —05—86 кГ/см2 и 10%— 85—И05 кГ/см2. Следовательно, для укрепления песка можно ограничиться 4% карбамидной смолы с добавкой 0,6% тиомочевииы. В этом случае достигается прочность, равная 30—40 кГ/см2, что достаточно для практический целей;

при небольшом количестве смолы норма расхода отвердителя (0,2'5 или 1%) сравнительно мало отражается на прочности ма­ териала. Однако при большем содержании отвердителя скорость нарастания прочности в ранние ершей-существенно увеличивается; добавки тиомочевииы при небольшом количестве смолы (4%)

и отвердителя (0,25%) оказывают меньшее влияние на прочность, чем при максимальном количестве смолы (особенно при 8—Ю%).

Эффективность составов для связных грунтов исследовали на

103

Рис. 29. Прочность песка, укреплен­ ного карбамидной смолой М-19-62, в

формовали через 2 ч после внесения отвердителя:

-------- — прочность образцов при 6 - суточиом хранении в воздушновлаж­ ной среде и суточном водоиасыще-

кой тномочевшіы в количестве 15% от веса

примере укрепления песчано-грунтовых смесей и глинистых грун­ тов. Смеси составляли из песка и глинистого грунта № 54. При­ готовленные смеси по гранулометрическому составу соответство­ вали характерным видам грунтов: супесям, суглинкам и глинам.

.Как и следовало ожидать, при одном и том же расходе смолы (в пределах 10—12%) наибольшая прочность достигалась при укреплении песка, затем супеси, суглинка и глины (рис. 30).

Если прочность укрепленного песка в 7-дневном возрасте при 8% смолы принять за 1,0, то прочность супеси составит 0,95, су­ глинка— 0,50 и глин — 0,15. Для достижения прочности, равной 25—30 кГ/см2, расход реагентов должен быть равным: для песков и супесей 3—4%, для суглинков и глин 7—8%.

Рис. 30. Прочность песчано-грунтовых смесей, укрепленных карбамидной смолой М-19-62, в зависимости от ко­ личества грунтовых добавок. Смо­ лы—8 %, тномочевнны—'15% от веса смолы, отвердителя (сульфата окиси железа)—1%. Образцы формовали

через 2 ч после внесения смолы:

-------- — при 6 -суточном хранении в воздушновлажной среде и суточном водонасышеиии;-----------------при 2 - суточном хранении в той же среде и суточном водонасыщении

Глина Суглинок Суглинок Супесь Песок тяжелый

Состав грунтовой смеси., %

104

При значительном расходе смолы (1'2—14%) прочность ук­ репленных суглинков может превышать прочность укрепленных песков. Например, при 12% смолы прочность суглинка через шесть суток выдерживания в воздушно-влажной среде и суточ­ ного водонасыщения достигает 160—180 кГ/см12, а прочность песка при одинаковы« условиях лишь ПО—115 кГ/см2 (рис. 31).

На грунтовой смеси состава 1:1, соответствующей суглинку, определяли количество тиомочевины, необходимое для достиже­ ния максимальной прочности. Оказалось, что оптимальное коли­ чество тиомочевины, как и для песка, при укреплении суглинка составляет 16—20% от веса смолы. Оптимальное количество от­ вердителя для суглинка при добавке 15% тиомочевины находится в пределах 0,75—!1,0% от веса грунта, т. е. является таким же, как и при укреплении песка.

Длительные наблюдения за нарастанием прочности образцов показали, что песок, укрепленный карбамидной смолой в присут­ ствии сернокислого окисного железа и тиомочевины, набирает до 75% максимальной прочности за первые два-три дня, а к 14—15 суткам грунт набирает полную прочность. В дальнейшем проч­ ность грунта не уменьшается.

Для проверки лабораторных данных летом 1969 г. были устро­ ены опытные участки дорог (площадки), на которых местный пе­ сок был укреплен карбамидной смолой в соответствии с разрабо­ танными рекомендациями Для сравнения часть площадок была устроена обычным методом с использованием в качестве отверди-

1 Полевые опытные работы с карбамидными смолами выполнялись Г. Д. Ки­ риным.

106

теля щавелевой кислоты. Прочность укрепленного грунта оцени­ вали при помощи гиревого ударника. Описание площадок и ре­ зультаты их использования приведены в табл. 26.

Т а б л и ц а 26

Опытный участок дороги общей длиной 30 м был устроен в конце лета 1969 г. с целью выявления особенностей технологии и механизации работ. При строительстве опытного участка были использованы: автогрейдер Д-144, фреза Д-530, автогудроиатор Д-251. Полевые опытные работы подтвердили результаты лабо­ раторных испытаний и показали возможность выполнения всех ■операций механизированным способом.

Исследование составов из мочевины, формалина, сернокислого

.железа и тиомочевины. Хорошие результаты, достигнутые при укреплении грунтов карбамидной смолой (промышленного произ­ водства) в присутствии сернокислого окисного железа и тиомоче­ вины предопределили исследование карбамидных смол, получае­ мых из мономеров — мочевины и формалина непосредственно на месте работ. При этом учитывалось, что все способы укрепления грунтов, основанные на использовании карбамидных смол про мышленного производства, имеют ряд существенных недостатков: срок годное™ к арбамидаых омол составляет не более четырех месяцев; в процессе хранения физико-химические свойства их из меняются; рецептура и технология изготовления карбамидных

106

Рис. 33. Прочность песка, укреплен­ ного мочевиной и формалином, в за­ висимости от количества добавок тио­ мочевины. Количество добавок—8 % от веса грунта, мочевины и тиомоче- вииы—5,13, формалина—3,87, сульфа­ та окиси железа—3 % • Продолжи­ тельность времени обработки от мо­ мента внесения отвердителя до кон­ ца уплотнения образцов приведены

на кривых:

-------- — прочность образцов при 6 - суточном хранении образцов в воздушновлажнон среде н суточного во- допасыщения;-----------------то же, при 2 -суточпоы водонасыщении

^ 30 35 40 45 50 55 60

Количество тиомочевины, % от общего веси мочевины и тиомочевины

Дальнейшие опытные работы показали, что наиболее интен­ сивное нарастание прочности происходит .в первые 3—7 суток, что выгодно отличает предлагаемый способ от широко 'извест­ ных способов применения карбамидных смол промышленного из­ готовления.

На рис. 34 приведены данные изменения прочности песчаного грунта в зависимости от количества вводимых реагентов. Для

Ряс. 34. Прочность песка, укреплен­ ного мочевиной и формалином, в за­ висимости от количества составляю­ щих. Состав смолы:

формалина—43%. мочевины—31,35, тиомочевины—25,85, отвердителя— сульфата окиси железа— 1 % от веса грунта. Образцы формовали через 2 н после внесения в смесь отверди­

теля:

/ — прочность образцов при 6*суточном хра­ нении в воздушновлажной среде и суточ­ ном водонасыщеннн; 2 — то же, при 2-су­ точном хранении и суточном водонасыще-

нии

108

практических целей обычно достаточна прочность укрепленного грунта в водонасыіщенном состоянии в пределах 25—50 кГ/см2. Следовательно, суммарный расход реагентов для укрепления пес­ чаных грунтов может составлять 3—5% от веса грунта (без уче­ та веса воды, содержащейся в формалине).

Описанный способ пригоден для укрепления не только песча­ ных грунтов. Из рис. 35 видно, что мочевиной и формалином в присутствии сернокислого окисного железа и тиомочевины можно эффективно укреплять супеси и суглинки. Для достижения проч­ ности, равной 25—З'О кГ/см2, расход реагентов соответственно со­ ставляет 5—7 и 8—,10%. іКоличество сульфата окиси железа должно назначаться в пределах 0,75—1,'25% от веса обрабатывае­ мого .материала.

Разработанный способ был проверен летом 1969 г. в Ленин­ градской обл. Местный песчаный, грунт обрабатывали мочевиной и формалином по предлагаемому способу и обычным методом с использованием карбамидной смолы М-19-62 промышленного про­ изводства и щавелевой кислоты в качестве отвердителя.

Испытания на прочность укрепленных грунтов проводились путем определения числа ударов ударником Дор.нии. Данные о расходе и составе укрепляющих добавок приведены в табл. 27, а данные о прочностных показателях — в табл. 28.

На основании выполненных работ можно сделать следующий вывод: укрепление грунтов мочевиной и формалином в присутст­ вии сульфата окиси железа и тиомочевины обеспечивает высокую прочность и водоустойчивость укрепленного материала, отлича-

Рис. 35. Прочность грунтов различ­ ного состава, укрепленных мочевиной и формалином. Общее количество со­ ставляющих—9% от веса грунта (без учета воды в форйллине). Количест­ во добавок (процент от веса смолы): мочевины и тиомочевины—5,13; моче­ вины—2,31; формалина—3,87; суль­

фата окиси железа— 1 %:

J — образцы выдерживались в воздушновлажной среде; 2 — то же, в воздушносу­ хой среде;

-------- — прочность образцов при 6 - суточном хранении и суточном водонасыщении; -------- — прочность образцов при 2 -суточном хранении и суточном водонасыщеи'іш

L09