Новости

Технологии стабилизации и укрепления грунтов в инфраструктурном строительстве.  14.11.2024 13:30

Предложение по применению "Технологий стабилизации и укрепления грунтов в инфраструктурном строительстве с применением комплексным вяжущих и наполнителей на основе вторичного сырья и ресурсов, а также местных грунтов" при научно-техническом сопровождении Вы можете прочесть в разделе статьи и пресс-релизы на нашем сайте.

Климатические изменения увеличивают частоту и интенсивность паводковых, штормовых и карстовых явлений, приводящих к разрушению оснований транспортных и инфраструктурных сооружений даже в европейских регионах.

Эти вызовы требуют системных, своевременных и масштабных решений.

Стабилизация оснований и укрепление грунтов – основной сегмент потребления ЗШО и ДГШ 

СТАБИЛИЗАЦИЯ И УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ – это их модификация физико-механическими и химическими методами с целью улучшения структурно механических и других, важных для применения в строительстве, свойств.

 

Технологии стабилизации и укрепления оснований вяжущими повышают устойчивость конструкций к негативным воздействиям и нагрузкам

Эффекты применения технологии стабилизации и укрепления оснований дорог

Основной сферой применения технологии стабилизации и укрепление грунтов является строительство линейных и площадных объектов (автомобильные и железные дороги, аэродромы, промышленные и грузовые площадки, др.) при котором технология позволяет обеспечить необходимые физико механические свойства конструкций при максимальном использовании местных материалов и грунтов

Эффекты применения технологии стабилизации и укрепления оснований дорог

Существенно сокращается стоимость, сроки строительства и объемы перевозок материалов

Актуальность задачи

с 2018 года запрещена эксплуатация лежневых дорог. Необходимы новые экономичные технологии реконструкции и строительства кустовых дорог и площадок

Виды и объемы промышленных отходов, применимых для стабилизации и укрепления грунтов.

В 1988-1994 годах в рамках программы «Развитие дорог в Нечерноземной полосе РСФСР» были построены более 36000 км автомобильных дорог с применением местных и вторичных материалов (крупнотоннажных промышленных отходов).

Переработка металлургических шлаков в РФ (слева) и производство/запасы/объемы переработки золошлаков угольной энергетики в различных странах (справа)

Научный базис и истоки

Петр Александрович Ребиндер (1898–1972 гг.).

Академик, Герой Социалистического Труда, лауреат Государственной премии СССР. Свою научную деятельность посвятил исследованиям в области коллоидной химии. В 1935 г. Ребиндер возглавил отдел дисперсных систем Коллоидоэлектрохимического института (в дальнейшем – Института физической химии) АН СССР. С 1942 г. в течение 30 лет заведовал кафедрой коллоидной химии МГУ. Первые исследования П.А. Ребиндера были посвящены физико-химическим основам поверхностных явлений, адсорбции из растворов, смачиванию, стабилизации дисперсных систем и другим вопросам коллоидной химии. В 1928 г. открыл эффект адсорбционного понижения прочности твердых тел. Исследовал устойчивость дисперсных систем, механизм и кинетику формирования структур различной природы в дисперсных системах. Разработал способы упрочнения грунтов, основы теории твердения цементов и внес усовершенствования в различные другие технологические процессы. Под руководством П. А. Ребиндера была выполнена огромная работа в новой, основанной им области — физико-химической механике. Физико-химическая механика устанавливает определяющую роль физико-химических явлений на границах раздела фаз (смачивание, адгезия, адсорбция, изменение величины межфазного натяжения, образование особых граничных слоев) во всех процессах взаимодействия частиц и структурообразования. На этой основе физико-химическая механика развивает свои ведущие представления о возможности и эффективности управления структурно-механическими свойствами дисперсных систем и материалов при оптимальном сочетании механических воздействий (например, вибрационных, импульсных) и физико-химических факторов, прежде всего состава среды и малых добавок поверхностно-активных веществ.

Михаил Михайлович Филатов (1877–1942 гг.). Доктор геолого-минералогических и технических наук. Организатор и первый заведующий кафедры грунтоведения в Московском университете ( «Грунтовед ение занимается изучением грунтов в виде горных пород и почв, составляющих периферическую часть литосферы, в которой оперирует строительная техника, то есть грунтоведение изучает физико-техническое представление о грунтах»). Среди основных работ:

Почвы и грунты в дорожном деле. Дорожное грунтоведение. М.-Л.: 1932.

О микроструктуре грунтов в связи с деформациями их под влиянием нагрузки. Труды Совещания секции Международной ассоциации почвоведов. Т. 5. 1933. № 3.

Основы дорожного грунтоведения: уч. пособие. - М.-Л.: 1936. 538 с.

Стабилизация дорожных грунтов и ее теоретическое обоснование. // Дорога и автомобиль. 1937. № 3. Стабилизация дорожных грунтов прогревом, солями, битуминозными дегтевыми и другими материалами // Сб.:

Стабилизация грунтов. М.: Изд-во Гушосдор, 1938.

Источник: Мамулат С.Л., Устойчив ли базис развития регионов?// Автомобильные дороги. – 2013. - № 9 (982), стр. 48-51 (98-101) . - ISSN 0005-2353

Основные цели, задачи и стадии реализации проектов внедрения

Цели и задачи: Основываясь на результатах многолетних НИРиОКР по ранее выполненным контрактам, предлагается к рассмотрению возможность реализации проекта «ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТАБИЛИЗАЦИИ И УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ В ИНФРАСТРУКТУРНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ ВЯЖУЩИХ И ШЛАКОВОГО ПЕСКА НА ОСНОВЕ ЗОЛОШЛАКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ» с научно техническим сопровождением данного проекта.

*В ходе ряда ранее выполненных НИРиОКР были разработаны составы композиционных вяжущих с активностью свыше 100 Мпа (зола уноса угольных ТЭС, молотый доменный гранулированный шлак и щелочной активатор) и апробировано их применение для стабилизвции и укрепления грунтов:

Реализация проекта позволяет увеличить объем эффективного применения местных грунтов и золошлаковых материалов , отработать и согласовать все технологические процессы при строительстве транспортных объектов, обеспечивая существенное снижение стоимости строительства за счет максимального применения местных грунтов и золошлаковых материалов, создать задел для широкого внедрения технологии.

Основные стадии проекта предполагают:

1. Участие в научно-техническом сопровождении процесса (рабочего) проектирования дорожных объектов.

2. Научно-техническое сопровождение создания опытного производства составных вяжущих на площадке строительства по контракту с подрядчиком, привлеченным для земляных работ.

3. Участие в научно-техническом сопровождении строительства дорожных объектов.

4. Разработку нормативно-технической документации, а также образовательной и инжиниринговой инфраструктуры, необходимой для широкого промышленного внедрения разработанной технологии и материалов на других строящихся объектах, расположенных вблизи шламохранилищ.

Эффекты применения технологии стабилизации основания

Целенаправленный и системный подход к обеспечению необходимых физико-механических свойств конструкций позволяет не только максимизировать использование местных материалов и грунтов, но и добиваться повышенной надежности сохранения свойств.

Временные и внутризаводские дороги металлургического завода ЗАО "Северсталь - Сортовой завод Балаково", построенные по технологии стабилизации и укрепления грунта, выдержали не только разрушительный паводок, но и транспортировку крупнотоннажного оборудования прокатных станов

Механические параметры укрепленных и стабилизированных слоев исследованы на различных ответственных объектах

Успешно проходят опытные полевые испытания технологии на гидротехнических сооружениях

На гидротехнических сооружениях в русле реки Большая Инта Двинско-Печорского бассейнового округа в черте г.Инта проводится подбор составов вяжущих для укрепления береговых сооружений с применением грунта (донных отложений реки).

Использование золошлаковых материалов обеспечивает «плавный» набор прочности стабилизированных слоев (без растрескивания и суффозии) за счет микро-структуры частиц золошлаковых материалов.

Результаты укрепления грунта комплексными вяжущими с ЗШМ

Модуль динамической деформации определенный методом динамического нагружения на аэродроме ЛИИ им. М.М.Громова в г. Жуковский (с применением дробленого бетона и ЗШО)

Экспертные оценки взаимных эффектов национальных проектов транспортного, экологического и строительного блоков РФ

Эффекты применения технологий стабилизации и укрепления грунтов в дорожном строительстве.

В дорожном строительстве – огромный потенциал повышения эффективности за счет применения новых (в том числе –цифровых) технологий с вовлечением вторичных ресурсов и местных грунтов.

«Развитие на платформе ORIS информационной системы о применимых в дорожном строительстве вторичных ресурсах и технологиях их применения за ряд лет стало самым дорогим активом компании LAFARGE-HOLCIM»*

*Источник: Nicolas Miravalls “How to plan, build and manage for current and future challenges” Presentation at the IRF Webinar “Resilient Road Infrastructure”, 28th April 2020

Предпосылки и нормативная база для внедрения технологии

Анализ результатов исследования свойств золошлаковых отходов ряда ГРЭС и металлургических комбинатов (в т.ч. – Каширской и Черепетской ГРЭС, Новолипецкого и Череповецкого металлургических комбинатов и д.), опыта производства земляных работ с применением новых видов строительной техники и действующих нормативно-технических документов позволяет говорить о возможности эффективного применения золошлаковых песков и молотых ДГШ при производстве щебеночно-песчано-гравийных смесей и работ по устройству закрепленных массивов оснований и земляных сооружений при надлежащем научно-техническом сопровождении**.

Для устройства закрепленных массивов грунта в зависимости от их назначения и инженерно-геологических условий применяют разнообразное современное оборудование для инъекционного, виброинъекционного, буросмесительного и струйного («jet grouting) способов закрепления, а также – мобильные грунтосмесительные установки и установки для смешения «на месте».

Позитивный опыт технологий применения получил соответствующее отражение в актуализированных нормативно технических документах национального и ведомственного уровня:

• СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87»

• СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83»

• ГОСТ 23558-94. «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия».

• СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85»

• ГОСТ 25607-2009 «Смеси гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия»

• ГОСТ 3344-83 «Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия»

• ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных попрод и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний».

Примечания:

* - На различных этапах работ возможно привлечение, соисполнителей из числа специализированных организаций (СИБАДИ, УГНТУ и др.)

** - Научно-техническое сопровождение представляет собой «комплекс работ научно-аналитического, методического, информационного, экспертно-контрольного и организационного характера, осуществляемых в процессе изысканий, проектирования и строительства в целях обеспечения надежности сооружений с учетом применения нестандартных расчетных методов, конструктивных и технологических решений» (выдержка из п.4.14 СП 22.13330.2011).

Научно-техническое сопровождение на разных этапах проекта

1. На этапе оценки применимости золошлаковых материалов и других вторичных ресурсов региона для производства комплексных вяжущих с определением основных видов и перспективных областей их применения

Анализ актуальных программ транспортного строительства и ресурсной обеспеченности региона. Определение вещественного состава и физико-химических свойств вторичных ресурсов. ЗШО и ТДГШ, в том числе - с активирующими добавками. Определение физико-механических свойств (кинетика набора прочности, сроки схватывания, водоотделение, равномерность изменения объёма, дифференциально-термический анализ и др.) в том числе – модифицированных активирующими добавками. Определение структуры зерен и кристаллических фаз (соединений) при рентгеноструктурном анализе, оценка содержания стеклофазы цементно золо-шлаковых растворов при различных концентрациях и удельных поверхностях. Определение влияния состава активирующих добавок и тонкости помола на процессы и сроки схватывания, набора прочности. Оценка физических, механических и гидравлических свойств. Разработка программы опытно-промышленных испытаний составных вяжущих в транспортном строительстве.

2. На этапе внедрения и разработки рабочей и нормативно-технической документации

Разработка и согласование регламента производства работ, лабораторных подборов составов укрепленных грунтов, проведения операционного и приемо-сдаточного контроля и мониторинга качества работ. Разработка и сопровождение согласования Стандарта организации в ФДА «Росавтодор» и ГК «Автодор». Разработка и сопровождение согласования сметных нормативов на производство и применение составных вяжущих. Обучение и консультирование персонала проектных, подрядных и эксплуатирующих организаций.

3. На этапе опытного применения шлакового песка и составных вяжущих на основе молотых ДГШ и золошлаков угольных ТЭЦ при проектировании и строительстве транспортных объектов и сооружений

Экспертиза и, при необходимости, корректировка программы инженерно-геологических изысканий для оценки применимости песков и вяжущих из ЗШО и ДГШ при строительстве оснований, земляных сооружений и фундаментов. Оценка применимости песков и вяжущих из ЗШО и ДГШ при строительстве оснований, земляных сооружений и фундаментов с учетом результатов инженерно-геологических изысканий и проектных требований к конструктивам. Лабораторные подборы составов укрепленных грунтов с применением составных вяжущих с молотыми ЗШО и ДГШ, а также щебеночно песчано-гравийных смесей оптимальных и неоптимальных составов с применением шлакового песка из ДГШ при устройстве слоев оснований и земляных сооружений дорог. Проведение расчетов механических и эксплуатационных параметров различных вариантов конструкций оснований и земляных сооружений с применением песков и вяжущих из ЗШО и ДГШ с выбором оптимальных вариантов с соответствующими технико экономическими обоснованиями. Разработка соответствующих разделов ППР и ПОС земляных работ и проектов соответствующих производств.

Содержание и виды работ по научно-техническому сопровождению

• Оценка применимости добавок из золошлаков и других вторичных ресурсов в качестве компонентов комплексных вяжущих и минерального наполнителя на объектах транспортного строительства.

• Разработка программы опытно-промышленных испытаний комплексных вяжущих с использованием доменных гранулированных шлаков (ДГШ), золошлаков угольных ТЭЦ (ЗШО) и других отходов в строительстве.

• Экспертиза программы предпроектных инженерно-геологических изысканий и разработка рекомендаций для оценки применимости песков и вяжущих из ДГШ, ЗШО при строительстве оснований, земляных сооружений и фундаментов.

• Оценка применимости песков и вяжущих из ДГШ и ЗШО при строительстве оснований, земляных сооружений и фундаментов с учетом результатов инженерно-геологических изысканий и проектных требований к конструктивам.

• Лабораторные подборы составов укрепленных грунтов с применением составных вяжущих с молотыми ДГШ, ЗШО, а также щебеночно-песчано-гравийных смесей оптимальных и неоптимальных составов при устройстве слоев оснований земляных сооружений и дорог.

• Проведение расчетов механических и эксплуатационных параметров различных вариантов конструкций оснований и земляных сооружений с применением песков и вяжущих из ДГШ и ЗШО с выбором оптимальных вариантов с соответствующими технико-экономическими обоснованиями.

• Разработка регламентов и технологических карт для ППР и ПОС земляных работ, а также соответствующих разделов рабочей документации.

• Обучение персонала заказчика и подрядчиков методам организации и проведения строительного контроля при производстве земляных работ.

• Обобщение и анализ результатов мониторинга с разработкой и согласованием стандартов организации и сметных нормативов на производство земляных работ с применением шлаковых песков и составных вяжущих из ДГШ и ЗШО.

Целесообразность научно-технического сопровождения

Применение технологии требует большого количества лабораторных и полевых испытаний Алгоритм проектирования составов цементогрунтов

Нормативная база для научно-технического сопровождения на этапе проектирования и строительства

СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83:…

4.14. При проектировании оснований и фундаментов уникальных зданий и сооружений или их реконструкции, а также сооружений I уровня ответственности, в том числе реконструируемых, в условиях окружающей застройки необходимо предусматривать научно-техническое сопровождение строительства. Научно-техническое сопровождение представляет собой комплекс работ научно аналитического, методического, информационного, экспертно-контрольного и организационного характера, осуществляемых в процессе изысканий, проектирования и строительства в целях обеспечения надежности сооружений с учетом применения нестандартных расчетных методов, конструктивных и технологических решений…

4.15. Состав работ по научно-техническому сопровождению инженерных изысканий, проектирования и строительства оснований, фундаментов и подземных частей сооружений должен определяться генеральным проектировщиком и согласовываться заказчиком строительства.

N384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений"

Статья 48.1. Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты (введена Федеральным законом от 18.12.2006 N 232-ФЗ)

1.К особо опасным и технически сложным объектам относятся: …

2) гидротехнические сооружения первого и второго классов, устанавливаемые в соответствии с законодательством о безопасности гидротехнических сооружений;

11) опасные производственные объекты, на которых:

а) получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества в количествах, превышающих предельные. Такие вещества и предельные количества опасных веществ соответственно указаны в приложениях 1 и 2 к Федеральному закону от 21 июля 1997 года N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов"

2. К уникальным объектам относятся объекты капитального строительства, в проектной документации которых предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик: …

2) пролеты более чем 100 метров;

3) наличие консоли более чем 20 метров;

4) заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на 10 метров;

5) наличие конструкций и конструкционных систем, в отношении которых применяются нестандартные методы расчета с учетом физических или геометрических нелинейных свойств либо разрабатываются специальные методы расчета.

Практика и стандартизация в Германии

Стандартизация технологий и материалов в Российской Федерации

ГОСТ 31108-2016 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ЦЕМЕНТЫ ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНЫЕ. Технические условия

ГОСТ Р 55224- 2020 ЦЕМЕНТЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

Технические условия

6.3 Вспомогательные компоненты цемента… При изготовлении других видов цементов для транспортного строительства допускается применять любые вспомогательные компоненты вещественного состава цементов, соответствующие требованиям ГОСТ 31108.

6.5 Специальные и технологические добавки Требования к специальным и технологическим добавкам — по ГОСТ 31108. Информация о наличии, виде и концентрации специальных и технологических добавок в цементах для транспортного строительства должна быть указана в документе о качестве продукции. Согласие потребителя на введение специальных добавок должно быть указано в договорах (контрактах) на поставку цемента для транспортного строительства.

12.2 Химический состав цемента и материалов, применяемых при его изготовлении, определяют по ГОСТ 5382. Содержание минералов C3S, С3А. C4AF и содержание щелочных оксидов R20 в пересчете на Na20 рассчитывают в процентах на основании результатов химического анализа портландцементного клинкера по формулам:

ЗСаО • Si02 = 4,07 • СаО - 7,60 S i02 - 6.72 • Al20 3 - 1.42 Fe20 3 (1)

ЗСаО • А120 3 = 2,65 • А120 3 - 1.69 • Fe20 3 (2) 4СаО • А120 3 • Fe20 3 = 3.04 Fe20 3 (3)

R20 = Na20 + 0,658 K20 (4)

Дополнительная литература об истории, задачах перспективах нормативно-технического обеспечения технологии: Дамье Е.Л., Душеба В.З., Мамулат С.Л., Марьев В.А., Птичников А.Г., Суворов Д.С., Хайдаров Б.Б./ «Вяжущие из вторичных ресурсов и укрепление грунтов»/ Журнал «Дороги. Инновации в строительстве» №68, март 2018г., стр.80-87 Владимир Душеба, Алексей Кравченко, Александр Морин, Станислав Мамулат 90 – двойной юбилей! Бережное и творческое отношение к знаниям и опыту превращает их в благородный научный капитал/ Статья в Юбилейном издании "СибАДИ - Дорога в будущее"/ РИО ИПК СИБАДИ, сентябрь 2021, стр. 410-419

Проектно-технологическое обеспечение создания производственных мощностей для выпуска необходимых вяжущих (комплекс помола)

Проектно-технологическое обеспечение создания производственных мощностей для выпуска необходимых вяжущих (комплекс помола)

Проектно-технологическое обеспечение создания производственных мощностей для выпуска необходимых вяжущих (комплекс смешения)

Общий вид и основные технологические узлы завода композиционных вяжущих (ВСЕЛУГ)

Новые подходы. Геополимерные бетоны. Виды, свойства и сырье для производства геополимерных вяжущих

Организационные и межведомственные мероприятия для обеспечения ESG подходов в сфере производства строительных материалов и строительной индустрии

1. Национальное объединение производителей строительных материалов и строительной индустрии (НОПСМ) создало Комитет НОПСМ по вопросам устойчивого развития.

2. Представители НОПСМ вошли в рабочую группу (РГ) по разработке Технического регламента безопасности «Безопасность строительных материалов».

3. Для научного, инжинирингового и учебно-методического обеспечения данного направления, при поддержке Исследовательского инновационного центра при Исполкоме КТС СНГ и Международного транспортного альянса «Один пояс и один путь» (BRITA) создан российский консорциум ведущих университетов транспортной, нефтегазовой и горно-металлургической отраслей (СИБАДИ, РУТ МИИТ, УГНТУ, МИСиС) на базе Уфимского Государственного Нефтяного Технического Университета Центром компетенций по технологиям устойчивого развития транспортной инфраструктуры уже ведется, поддержанный Минобрнауки РФ и структурами «ВЭБ.РФ», ряд проектов («Создание реестра материалов и технологий применения вторичных ресурсов для транспортного строительства», «Создание систем для прогноза и планирования поставок», «Зеленая металлургия» и др.), обеспечивающих эффективное применение в транспортном строительстве миллиардов тонн крупнотоннажных отходов промышленности и энергетики – важнейшее звено «Экономики замкнутого цикла».

Примеры проектов и направлений межведомственного научно технического сотрудничества для обеспечения ESG подходов в сфере производства строительных материалов и строительной индустрии

• НИРиОКР по применению технологий в зонах с осложненными природно климатическими и логистическими условиями (РФ-КНР).

• Разработка и гармонизация стандартов в сфере обеспечения экологической безопасности строительных материалов и технологий (в т.ч. – вторичных материалов и сырья, например METHOD 1311 TOXICITY CHARACTERISTIC LEACHING PROCEDUR

• Разработка реестров вторичных ресурсов и материалов, применимых в строительстве, а также технологий их безопасного применения

• Разработка smart стандартов (машиночитаемых и совместимых с библиотеками TIM/BIM/GIS) для включения в системы проектирования и управления проектами

• Разработка экологических деклараций и паспортов безопасности химической продукции The International EPD System, в России – http://epdrussia.org/

• Разработка учебно-методического обеспечения и организация специализированных курсов ДПО

 

Источник:  Мамулат Станислав Леонидович 31.03.2022