книги из ГПНТБ / Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

песчаному потоку. Эффективность склеивания (битумом может быть повышена введением поверхностно-активных добавок, повы­ шающих адгезию вяжущего к кварцевым зернам.

Таким образом, для противодействия эрозии достаточно соз­ дать тонкую поверхностную пленку. Но она не будет иметь нуж­ ной прочности для прохода людей и проезда машин, которые бы­ стро ее разрушают. Если в известной степени применение слабых защитных пленок может быть допущено в пустынях, на полосах, идущих вдоль аэродромных покрытий и дорог с безусловным за­ прещением движения по этим полосам, то в населенной местности вдоль автомобильных и железных дорог такие пленки могут ис­ пользоваться лишь непродолжительное время, так как предупре­ дить движение по ним практически невозможно.

Второй недостаток этого способа состоит в том, что гладкая поверхность закрепленного песка не препятствует переносу зерен, перемещаемых ветром издалека. Эти зерна, минуя укрепленную зону, будут откладываться на дорожном полотне или аэродром­ ном покрытии.

При строительстве автомобильных и железных дорог рядом с дорогой обычно проходит полоса, по которой движутся строитель­ ные машины и транспортные средства. По развеваемому песку такое движение невозможно. Поэтому для временного пропуска машин на период строительства практикуется укладка слоя связ­ ного грунта поверх песка. Для задержания песка, сдуваемого со стороны, устраивают пескозащитиые щиты или древесно-кустар­ никовые полосы на некотором расстоянии от земляного полотна. Такие преграды аккумулируют песок. По мере заноса щитов их переставляют на прежнем месте на образовавшихся валах.

•Применяющиеся в настоящее время тяжелые типы переходных покрытий и ветрозащит представляют собой плетневые клетки, заполненные камнем, скрытые щиты из камыша, рубашки в виде слоев из камня, щебня или гравия, слои глинобетона или просто глинистого грунта толщиной от 10 до 20 см. Используется и ук­ репление грунта вяжущими материалами на такую же глубину. Все эти способы могут иметь лишь ограниченное применение не­ посредственно рядом с защищаемым покрытием на малых площа­ дях. Это связано прежде всего с отсутствием местных строитель­ ных материалов в песчаных пустынях и необходимостью их под­ воза издалека. Стоимость создания защит этих типов составляет от 3000 до 6000 руб/га.

Не будем рассматривать подобные мероприятия, отсылая чи­ тателя к имеющимся руководствам [74, 76, 101], и ограничимся описанием более дешевых способов закрепления поверхности пес­ ка битумными пастами, битумными и масляными эмульсиями и вязкой нефтью. Именно в этом направлении ведутся в настоящее время наиболее интенсивные разработки. Такие виды защитных слоев и пленок отличаются малой долговечностью. Некоторые из них не допускают создания растительного покрова. Требуется по­ стоянный надзор и периодическое восстановление. Кроме того, для

120

задержания приносимого ветром песка требуется устройство спе­ циальных преград.

Наиболее перспективным способом закрепления развеваемого песка на больших площадях является его удобрение и засев се­ менами засухоустойчивых растений с одновременным созданием на поверхности тонкой проницаемой ветроустойчивой пленки. Эта пленка защищает поверхность песка от выдувания, улучшает вод­ но-воздушный режим верхнего слоя и не препятствует росту рас­ тений, которые пробиваются сквозь нее и образуют со временем сплошной покров. Последний принимает на себя основную роль защиты песка от раздувания, а пленка под действием природных факторов через некоторое время разрушается.

§ 19. СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ РАЗВЕВАЕМЫХ ПЕСКОВ

Закрепление битумной пастой [37]. Битумная паста представ­ ляет собой жидкую сметанообразную массу темно-коричневого цвета, состоящую из битума или вязкой нефти, воды и минераль­ ного порошка (лёсса, суглинка, цемента, извести), которая приго­ тавливается путем интенсивного перемешивания в растворомешал­ ке и распределяется по поверхности с помощью фекальных или штукатурных насосов.

В Казахском филиале Союздорнии разработан следующий со­ став битумной пасты для закрепления развеваемых песков:

Перед нанесением на поверхность паста разбавляется водой в соотношении П : В—И: 1—іі :І10. Разбавленная паста разливается по поверхности из расчета 0,25—0,38 кг битума или нефти на 1 м2 (б—8 л разбавленной пасты на 1 м2) . Она проникает в песок на глубину 10—30 мм, кольматирует песок и обеспечивает создание связей между его зернами. Увеличение дозы нежелательно, так как в этом случае происходит стенание раствора в отдельные по­ нижения и неравномерное отложение битума или порошка на по­ верхности. Через 1,5—2 месяца требуется повторный розлив для ликвидации дефектных мест.

Имеются сведения о том, что битумная паста не препятствует росту растений, в связи с чем при обработке битумной пастой воз­ можен предварительный засев территории.

Закрепление методом грануляции. Чем крупнее зерна, тем большее сопротивление они оказывают ветровой эрозии. Поэтому объединение мелких зерен развеваемых песков в крупные грану­ лы может использоваться в целях создания защитного слоя из таких гранул на поверхности песка. В работе [92] приводятся дан­ ные об экспериментах по созданию гранул путем склеивания пес­ чаных зерен сырой Мангышлакской нефтью и полученными из нее битумами БН-П, III, IV, V.

121

пленка легко рвется. В связи с этим рекомендуется разбавлять эмульсию водой так, чтобы содержание битума в ней было не более 10—(15%. Целесообразно применять и менее вязкие битумы, например БН-1. Норма розлива составляет 0,6—1,0 кг/м2, прони­ кание в песок— 30 мм.

Семена следует высевать осенью или ранней весной. В течение1 первого лета после посева трав нужно провести один-два допол­ нительных розлива эмульсии с половинной нормой расхода. В по­ следующие годы повторять розливы не нужно.

Для розлива используются навесные дождевальные машины типа ДДН-45, ДДН-50, ДДА-69 на базе гусеничных тракторов. В комплекте с ними используются подвижные емкости по 6—8 ж3 для приема концентрированной эмульсии, воды и рабочего раз­ бавленного раствора, а также насос для перекачки эмульсии иэ приемной в расходную емкости. Разбавление эмульсии происхо­ дит самопроизвольно на ходу заполнения емкости.

Закрепление сырой нефтью. Данные о результатах закрепле­ ния песка сырой вязкой нефтью противоречивы. По одним сооб­ щениям нефть токсична и подавляет развитие растительности [37]. По другим данным растительность все же пробивается сквозь за­ крепленную корку и со временем образуется покров [90].

По данным работы [90] сырая Мангышлакская нефть с вязко­ стью C 6Q—4,1° по Энглеру (температура +70°С) хорошо распре­

деляется в песке, температура которого должна составлять при­ мерно 45—60° С. Укрепленная корка допускает рост травы. Стои­ мость укрепления составляет около 500 руб/га.

В работе [93] описаны полевые опыты на железной дороге ли­ нии Мангышлак—Узѳнь. Местные грунты были представлены су­ песями, толща которых составляла 45—50 см. Ниже лежали мел­ кие пески. Насыпь железной дороги подвергалась заносам до го­ ловок рельс. Закрепление производилось Мангышлакской нефтью,, розлив которой осуществляли с помощью установки на железно­ дорожном ходу — пескозакрепительного поезда. Оборудование состояло из трех цистерн по 50 ,м3 и дождевальной системы с на­

с каждой стороны пути. Работы проводились летом при темпера­

По данным Туркменского института пустынь ветровая эрозия при использовании нефтей прекращается после формирования тонкой корочки, появляющейся в результате окисления и прохож­ дения фотохимических реакций в нефти. Толщина корочки состав­ ляет всего 0,2—0,5 мм, а прочность на продавливание — 1— 2 кГ/см2.

1 2 $

Применение чистых нефтей целесообразно только при большом количестве в них смолистых и аефальтеновых веществ. Если та­ ких веществ мало, то целесообразно добавлять гудроны и кре­ кинг-мазуты. Мангышлакскад нефть не нуждается в добавках. Хорошими свойствами для закрепления песков обладает также высокоомолистая Джармургацская нефть.

В работе [93] приведены результаты испытаний закрепленного песка ветропесчаным потоком со скоростью от 5 до 20 м/сек и продолжительностью воздействия от '2 до 5 ч, согласно которым потерн на износ песка, закрепленного Джаркурганской нефтью, были равны 9,7%, а Мангышлакской — 24%.

Закрепление синтетическими полимерами и латексами. В свя­ зи с освоением массового производства относительно дешевых синтетических продуктов, пригодных для поверхностного закреп­ ления песков, были произведены эксперименты в лабораторных и полевых условиях. Эти эксперименты доказали, что при исполь­ зовании синтетических полимеров может быть получен достаточно высокий эффект при затратах денежных средств и труда пример­ но таких же, какие требуются для закрепления песков битумной эмульсией. Главное преимущество в данном случае состоит в не­ токсичности образуемой пленки для растений и возможности сни­ жения расхода привозных материалов.

Среди полимеров, в первую очередь, исследовали полиакрил­ амид [90]. Это — линейный полимер, формула которого имеет вид:

(—СН,—СН—)„

I

с = о

I

N H 2

Он растворяется в горячей воде при интенсивном перемешива­ нии, а также может быть растворен при помощи эмульсификатора ТашИИТ. При этом получается раствор концентрации 0,6—4,0% с вязкостью С 6ц—3,5 сек. Глубина пропитки таким раствором со­

6000 руб., что делает этот материал на ближайшее время некон­ курентоспособным с битумом и нефтями.

Более перспективными материалами являются синтетические латексы. Опыты с латексами производились в СССР и за рубе­ жом.

Английская фирма производила закрепление песчаных дюн на северном берегу графства Норфолк и в Сауспорте в Великобри­ тании. По опубликованным данным1 расход латекса составил

! Брошюра английской фирмы Ай-Си-Ай на выставке «Химия». Москва, 1964.

124

8 г/м2. Латекс образует поверхностную корку, которая может про­ тивостоять действию дождя интенсивностью 50—70 мм[ч и про­ должительностью до 80 ч, т. е. может противостоять размываю­ щему действию слоя осадков около 4800 мм, выпадающего на про­ тяжении этого времени.

Фирма применяла масляно-латексную эмульсию, которую рас­ пыляли с помощью ранцевых и тракторных опрыскивателей после того, как производился рассев семян травы. Пленка не мешала росту растений, которые со временем образовали густой защит­ ный покров.

Известно также, что плотная поверхностная корка, которая образуется в песчаных пустынях после выпадения небольших дождей, путем обработки латексом может быть сделана водоне­ проницаемой.

Агрофизическим институтом ВАСХНИЛ проводились лабора­ торные и полевые эксперименты с дивинилстиролыіыми латексами СКС-50, СКС-65 ГП и латексами других типов (СКД-1, СКС-30 ПХ, СКС-65 П). Латексы применяли в чистом виде и в смеси с техническими маслами: вазелиновым (ГОСТ 1840—51) и веретен­ ным (ГОСТ 1707—51). Из латексов и масел приготавливали эмульсию следующего состава: масла— 100, воды— Г5—30, олеи­

Опыты показали, что нанесение латекса на поверхность почвы не меняет существенно пористости. После образования укреплен­ ного слоя водопроницаемость грунта и впитывание воды остаются достаточно высокими. Резкое возрастание ветроустойчивости на­ блюдается при повышении дозы до 10—20 г/м2. Нанесение латек­ сов может успешно производиться с помощью опрыскивателя типа ГАН-15 на тракторе «Беларусь».

Лабораторные опыты по закреплению песка чистым и разбав­ ленным латексом проводились также в МИСИ им. Куйбышева в 1966—1967 гг. [103 *].

В предварительных опытах по выбору наилучшей технологии обработки песка латексом были испытаны три метода введения

.латекса в грунт: чистый латекс в сухой песок; латекс, разбавлен­ ный водой, в сухой песок; чистый латекс в предварительно увлаж­ ненный песок.

В этих сериях опытов песок перемешивали с жидкими компо­ нентами вручную. Смесь затем укладывали в металлическую форму диаметром 61 мм и утрамбовывали до отказа на приборе стандартного уплотнения. После этого из утрамбованной смеси вырезали цилиндрический образец, который помещали в термо­ стат с температурой +'80° С или выдерживали 30—40 суток на открытом поддоне при комнатной температуре. Для получения

* Применялся латекс «Индекс-103», описание которого приводится ниже.

125

сопоставимых результатов образцы, обработанные разными сме­ сями, проходили одинаковый цикл уплотнения и сушки.

Предварительные опыты показали, что применение чистого латекса дает наилучшие результаты при дозе 5% от веса грунта с последующей сушкой в термостате. Прочность при сжатии в су­

100 г воды брали от 2 до 20 г латекса), значительно упростило процесс изготовления уплотнения и вырезки образцов. Оптималь­ ная влажность смеси получилась около 10%. Однако образцы бы­ ли непрочными и неводостойкими. Способ был забракован.

Внесение чистого латекса в предварительно увлажненный грунт дало лучшие результаты. При влажности смеси 4% и содер­

щенном, но образцы получались очень неоднородными по проч­ ности. Характер разрушения был хрупкопластичный или хрупкий. Ввиду получения сомнительных результатов и этот метод не был принят для дальнейших опытов.

Наилучшие результаты в предварительных опытах были полу­ чены с применением масляно-латексной эмульсии. Они привели к получению вязкопластичной смеси, вполне пригодной для борьбы с ветровой эрозией поверхности песка при минимальных расходах латекса.

Укрепление песка масляно-латексной эмульсией. Работы в этом направлении велись в МИСИ им. Куйбышеза в 1966—1969 гг. [96, 103] и распались на два этапа. Первый этап включал в себя приготовление лабораторных цилиндрических образцов обычных размеров путем перемешивания песка с масляно-латексной эмуль­ сией, формования, уплотнения и сушки с последующими испыта­ ниями на сжатие в сухом и водонасыщенном состояниях. Второй этап состоял в нанесении масляно-латексной эмульсии на поверх­ ность песка путем пульверизации с созданием защитной корки и испытаниях последней.

Для экспериментов был применен дивинилетирольный синтети­ ческий латекс фирмы «Интернэшнл Синтетик Раббср» «Ин­ декс-103». Латекс представляет собой водную дисперсию каучукоподобного полимера, полученного в результате эмульсионной по­ лимеризации. Размеры частиц полимера в дисперсии колеблются

в пределах 730—1200 А. Они несут отрицательные электрическиезаряды. Формула использоватмо-го латекса такоіва:

(—СН2—С Н = С Н -С Н 2—СН(СеН5)—СН2—),,.

Молекулярный вес латекса — около 92 000. Латекс производит­ ся из мономеров дивинила (75%) и стирола (25%) в присутствий

126

эмульгатора (мыльные хлопья), регулятора (лоромеркаптан) под действием инициатора, которым служит персульфат калия. Про­ цесс протекает в водной среде при температуре +60° С в течение

12ч.

Дивинил СНг —СН—СН = СН2 обладает наилучшими свойства­

ми как материал для синтетических каучуков, которые в этом случае приобретают высокую морозостойкость и хорошую эла­ стичность. Стирол СбН5—СН = СН2 способствует повышению плас­ тичности каучука, прочности на разрыв и снижает морозостой­ кость. Оба мономера производятся в больших количествах и ла­ тексы на их основ'е являются доступными. Дивинилстирольный латекс «Индекс-103» содержит сухого вещества 65%, его удель­ ный вес у —0,95 г/см3, pH = 10—11: В СССР выпускаются анало­ гичные дивин,илстирольиые латексы марок СКС-10, СКС-'ЗО,

С Н К Д 8 .

Пленка, полученная из латекса, отличается большим относи­ тельным удлинением — до 6-,кратной первоначальной длины, хо­ рошо склеивает между собой частицы песка и придает обрабо­ танному песку высокую связность и эластичность, которых трудно достичь при обработке другими препаратами.

В основе применения масляно-латексной эмульсии (МЛЭ) ле­ жало стремление облегчить процесс распределения малых доз ла­ текса по большим грунтовым поверхностям и одновременно при­ дать образуемой пленке высокую пластичность. На основании консультации, полученной у М. С. Силоновой в Научно-исследо­ вательском институте резиновых и латексных изделий и много­ численных поисковых опытов было установлено, что наилучший способ приготовления МЛЭ состоит в том, чтобы сначала сделать водную эмульсию вазелинового масла, а затем смешать ее с ла­ тексом «Индекс-103» в соотношении одну часть латекса на пять частей эмульсии. Состав эмульсии вазелинового масла был принят следующий:

эмульгатора и стабилизатора. Смешение производится электро­ мешалкой при +20° С в течение 15 мин. Последующее смешение с латексом осуществляется в той же мешалке при той же темпе­ ратуре в течение 30 мин. Полученная масляно-латексная эмуль­

Опыты МИСИ проводились на четырех различных песках: пе­ сок А из Люберецкого карьера под Москвой, пески Б и В из дви­ жущихся дюн с побережья Балтийского моря и песок Г из Сирии с побережья Средиземного моря (табл. 33). Трое песков А, Б, В

')1Й7

были кварцевыми, однородными по гранулометрическому составу, один Г — неоднородный — известково-ракуішечинкоьый. Песок В относился к мелким, остальные были средней крупности.

В лаборатории МИСИ им. Куйбышева были проделаны ком­ плексные исследования этих песков, результаты которых пред­ ставлены в табл. 33. Все пески были сыпучими, без сцепления между зернами и характеризовались углом внутреннего трения в воздушносухом состоянии в пределах от 29 до 33°. В диапазоне нормальных давлений от 1 до 3 кГ]см2 они отличались малой от­ носительной сжимаемостью, которая характеризуется значениями модуля общей дефорімации £о —260—З'15 кГ/см2. Несмотря на это, благодаря отсутствию связности и большой подвижности в воздушнюсухом состоянии они были труднопроходимыми и легко раз­ рушались іП'Од действием воздушной струи.

Следует отметить, что известково-ракушечный песок Г резко отличался от других своим минеральным и химическим составом и неоднородностью. Можно было ожидать, что он будет отли­ чаться и своей устойчивостью но отношению ч< ветру, а также будет себя вести иначе, чем другие при взаимодействии с хими­ ческими реагентами.

На первом этапе исследований МЛЗ вносили в песок вручную б дозах 2—18% от веса сухого песка, что соответствует дозам чис­ того латекса от 0,33 до 1,3%. Смесь подвергали стандартному уп­ лотнению с последующей сушкой. Часть образцов насыщали во­ дой в течение двух суток.

При изготовлении образцов было замечено, что смесь полу­ чается вязкопластичная, липкая, легкодеформнруемая. Высушитьее до твердого состояния нельзя даже в термостате, так как она

128

содержит много нелетучего и негустеющего вазелинового масла. Испытание на сжатие проводить трудно и предел прочности при: сжатии низкий. Разрушение носит пластичный характер. Водонасыщение снижает прочность примерно вдвое. Под водой образцы сохраняются неограниченно долгое время.

Таким образом, введение масла коренным образом меняет свойства конечного продукта укрепления. Вместо твердой массы с хрупким разрушением получается вязкопластичная масса с плас­ тичным разрушением. Вместо твердой конденсационной структуры возникает пластичная коагуляционная. Способность к водонасы­ щенню говорит о пористости смеси и, следовательно, о возмож­ ности доступа воды и воздуха, необходимых для последующего, выращивания травы.

Наилучшие результаты были получены при дозе МЛЭ 6% от веса сухого песка, что соответствует дозе 1% чистого латекса.

В ходе испытаний определяли коэффициент пористости смеси, сцепление, угол внутреннего треиия и модуль общей доформации при всех дозах внесения МЛЭ. Результаты определений, для оп­ тимальной дозы МЛЭ, равной 6%, приводятся в табл. 33.

Из табл. 33 видно, что все свойства песков претерпели в ре­ зультате обработки МЛЭ коренные изменения. Коэффициент по­ ристости сильно уменьшился, появилось истинное сцепление 0,10— 0,'24 кГ/см2, уменьшился на 3—7° угол внутреннего трения. Мо­ дуль общей деформации снизился в среднем в 2 раза.‘Эти изме­ нения объясняются переходом от двухфазной (скелет—воздух) раздельно-зернистой структуры песка в природном состоянии к трехфазной (воздух—вязкая жидкость—скелет) коагуляционной структуре укрепленного грунта. Наибольшие изменения произо­ шли у неоднородного известкового песка Г, отличающегося от других своим химическим составом.

В целом в результате укрепления сыпучие пески как бы при­ обрели свойства пластичных суглинков. Поскольку пластичные глинистые грунты обладают высокой стойкостью по отношению к ветру, то можно было ожидать, что эффект обработки в смысле предупреждения ветровой эрозии песков должен быть высоким.

Приведенные данные об истинном сцеплении в песках, укреп­ ленных масляно-латексной эмульсией, показывают, что оно с боль­ шим запасом обеспечивает устойчивость песков против ветровой эрозии при указанной выше скорости ветра.

Для экспериментального исследования и проверки эффектив­ ности закрепления песков методом пульверизации МЛЭ были проведены специальные опыты в аэродинамической трубе. Труба имела прямоугольное сечение у входа размерами 15X15 см и в рабочей части 4X2 см. Длина рабочей части — 50 см. У выхода трубы имелся затвор, посредством которого можно было регули­ ровать расход воздуха, высасываемого из трубы вентилятором. Труба была изготовлена из прозрачного оргстекла, что давало возможность наблюдать происходящие в ее рабочей камере про­ цессы эрозии поверхности песка. Она была протарирована с по­

129