С.А. Чудинов
Скачать
№ 1 (53)
Технологии. Машины и оборудование
Чудинов Сергей Александрович – кандидат техн. наук, зав. кафедрой автомобильных дорог, мостов и тоннелей, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», ул. Сибирский тракт, 37, г. Екатеринбург, Российская Федерация, 620100, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4492-8188, e-mail: chudinovsa@m.usfeu.ru.
Решением задачи повышения эффективности технологии укрепления грунтов конструкций лесовозных автомобильных дорог может быть дисперсное армирование цементогрунтовой матрицы волокнами фибры. Получаемый при этом композиционный материал – фиброцементогрунт в условиях лесной зоны обладает повышенными прочностными показателями и трещиностойкостью. В целях исследования структурных прочностных характеристик фиброцементогрунта: угла внутреннего трения и удельного коэффициента сцепления, проведены лабораторные исследования на установке одноплоскостного среза ГТ 0.2.1. Образцы фиброцементогрунта изготовлены на основе природного грунта из земляного полотна лесовозной автомобильной дороги в Свердловской области с содержанием 2 %, 4 %, 6 % портландцемента и 0 %, 0,75 %, 1.5 % фиброволокна на основе отходов производства базальтовых теплоизоляционных плит. Определены структурные прочностные характеристики и установлено, что добавка базальтового фиброволокна в составе фиброцементогрунта влияет при уровне значимости p = 0,000026 на угол внутреннего трения и при p = 0,000016 на удельный коэффициент сцепления в зависимости от содержания портландцемента. При содержании 2 % портландцемента, добавка 1.5 % базальтового фиброволокна снижает удельный коэффициент сцепления на 8 % (10 кПа) и угол внутреннего трения на 1°, в силу недостаточного развития цементогрунтовой матрицы фиброцементогрунта. При содержании 6 % портландцемента, добавка 1.5 % базальтового фиброволокна увеличивает коэффициент сцепления на 43 % (258,7 кПа) и угол внутреннего трения на 2°, в связи с удержанием в цементогрунтовой матрице и восприятием внешних нагрузок фиброволокном за счет осевого растяжения. Полученные показатели удельного сцепления и угла внутреннего трения целесообразно использовать для моделирования и расчета конструкций дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог из фиброцементогрунта методом конечных элементов с учетом нагрузок от лесотранспорта и сложных природных условий лесной зоны.
лесовозная автомобильная дорога, фиброцементогрунт, укрепление грунта, дорожная одежда, угол внутреннего трения, удельный коэффициент сцепления, дисперсное армирование
Чудинов, С. А. Структурные прочностные характеристики фиброцементогрунта в дорожной одежде лесовозных автомобильных дорог Свердловской области / С. А. Чудинов // Лесотехнический журнал. – 2023. – Т. 14. – № 1 (53). – С. 116–133. – Библиогр.: с. 128–132 (34 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.1/7.
1. Восканянц, К. Е. Разработка составов и технологий укрепления и стабилизации грунтов для автодорожного строительства. Научные исследования. 2018; 6: 23-25. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35128618.
2. Катаров, В. К. Ресурсосберегающая методика расчета дорожных одежд лесовозных дорог. Resources and technology. 2020; 1: 1-13. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=42899012.
3. Коновалова Н. А., Дабижа О. Н., Панков П. П., Руш Е. А. Утилизация гидролизного лигнина в составах цементогрунтов. Экология и промышленность России. 2019; 11: 32-37. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41321614.
4. Мохирев, А. П. Факторы, влияющие на пропускную способность лесовозных дорог / А. П. Мохирев, С. О. Медведев, О. Н. Смолина // Лесотехнический журнал. – 2019. – Т. 9. – № 3 (35). – С. 103–113. – Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=40824797.
5. Степанец В. Г., Герасимова С. А. Основания дорожных одежд из укрепленных грунтов повышенной прочности и морозоустойчивости. Молодой ученый. 2020; 22 (312): 148-154. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42932994.
6. Чернышова Е. В., Скрыпников А. В., Самцов В. В., Абасов М. А. Лесовозные дороги в транспортной сети лесопромышленного предприятия. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2019; 2 (368): 95-101. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=37320551.
7. Чудинов, С. А. ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет». Фиброцементогрунтовая смесь. Патент 2785742 Российская Федерация, МПК Е02D 3/12, Е01С 3/04, Е01С 7/36, С04В 28/04, С04В 111/20; Заявл. 05.03.2022: Опубл. 12.12.2022. – 9 с. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49994489.
8. Чудинов, С. А. Совершенствование технологии укрепления грунтов в строительстве автомобильных дорог лесного комплекса : моногр. / С. А. Чудинов. – Екатеринбург : УГЛТУ, 2022. – 164 с. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=53667094.
9. Чудинов, С. А. Укрепленные грунты в строительстве лесовозных автомобильных дорог : моногр. / С. А. Чудинов. – Екатеринбург : УГЛТУ, 2020. – 174 с. – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/
item.asp?id=42927809.
10. Чудинов С. А., Черняк Р. Д., Дмитриев В. Н., Байц О. Н. Опытно-производственные исследования применения золошлаковых отходов в дорожном строительстве. Дороги и мосты. 2022. 2 (48): 254-273. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49855844.
11. Ali M., Aziz M., Hamza M., Madni M. F. Engineering properties of expansive soil treated with polypropylene fibers. Geomech Eng. 2020. 22: 227–236. https://doi.org/10.12989/gae.2020.22.3.227.
12. Ayeldeen M., Azzam W., Arab M. G. The use of fiber to improve the characteristics of collapsible soil stabilized with cement. Geotech Geol Eng. 2022. 40: 1873–1885. https://doi.org/10.1007/S10706-021-01997-4/FIGURES/12.
13. Cho Y. K., Jung S. H., Choi Y. C. Effects of chemical composition of fly ash on compressive strength of fly ash cement mortar. Constr Build Mater. 2019. 204: 255–264. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2019.01.208.
14. Chudinov S. The use of ash-mineral mixtures for the construction of high-strength coatings of forest roads. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. 574: 012010. https://doi.org/10.1088/1755-1315/574/1/012010.
15. Chudinov S. Improving the physical and mechanical properties of fortified soil for road construction in the forest zone. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. 817: 012007. https://doi.org/10.1088/1757-899X/817/1/012007.
16. De Jesús Arrieta Baldovino J., Dos Santos Izzo R., Rose J. L., Avanci M. A. Geopolymers based on recycled glass powder for soil stabilization. Geotechn Geolog Eng. 2020. 38(4): 4013–4031. https://doi.org/10.1007/s10706-020-01274-w.
17. Elkhebu A., Zainorabidin A., Asadi A. et al. Effect of incorporating multifilament polypropylene fibers into alkaline activated fly ash soil mixtures. Soils Found. 2019. 59: 2144-2154. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2019.11.015.
18. Ghanizadeh A. R., Salehi M., Jalali F. Investigating the effect of lime stabilization of subgrade on the fatigue & rutting lives of flexible pavements using the nonlinear mechanistic-empirical analysis. Geotech Geol Eng. 2022. 41: 1287-1307. https://doi.org/10.1007/s10706-022-02336-x.
19. Ghorbani A., Hasanzadehshooiili H. Prediction of UCS and CBR of microsilica-lime stabilized sulfate silty sand using ANN and EPR models; application to the deep soil mixing. Soils Found. 2018. 58: 34–49. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2017.11.002.
20. Godoy V. B., Tomasi L. F., Benetti M. et al. Effects of curing temperature on sand-ash-lime mixtures with fibres and NaCl. Geotech Geol Eng. 2023. 3: 1–15. https://doi.org/10.1007/S10706-023-02386-9/FIGURES/12.
21. Gong Y., He Y., Han C. et al. Stability analysis of soil embankment slope reinforced with polypropylene fiber under freeze-thaw cycles. Adv Mater Sci Eng. 2019. 2019: 10. https://doi.org/10.1155/2019/5725708.
22. Liu J., Yang K., Gurpersaud N. Tensile strength of cement-treated champlain sea clay. Geotech Geol Eng. 2022. 40: 5467–5480. https://doi.org/10.1007/s10706-022-02226-2.
23. Mazhar S., Guha Ray A. Stabilization of expansive clay by fibre-reinforced alkali-activated binder: an experimental investigation and prediction modelling. Int J Geotech Eng. 2021. 15: 977–993. https://doi.org/10.1080/19386362.2020.1775358.
24. Mousavi F., Abdi E. Unconfined compression strength of polymer stabilized forest soil clay. Geotech Geol Eng. 2022. 40: 4095–4107. https://doi.org/10.1007/s10706-022-02142-5.
25. Muñoz Y. O., de Almeida J. L., Mora A. J. E. V. et al. The Behavior of Stabilized Reinforced Soil for Road Embankments Application. Geotech Geol Eng. 2023. 41: 2599–2628. https://doi.org/10.1007/s10706-023-02416-6.
26. Nezhad M. G., Tabarsa A., Latifi N. Effect of natural and synthetic fibers reinforcement on California bearing ratio and tensile strength of clay. J Rock Mech Geotech Eng. 2021. 13: 626–642. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2021.01.004.
27. Ordoñez Muñoz Y., dos Santos L., Izzo R., Leindorf de Almeida J. et al. The role of rice husk ash, cement and polypropylene fibers on the mechanical behavior of a soil from Guabirotuba formation. Transp Geotech. 2021. 31: 100673. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2021.100673.
28. Shen D., Liu X., Zeng X. et al. Effect of polypropylene plastic fibers length on cracking resistance of high performance concrete at early age. Constr Build Mater. 2020. 244: 117874. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117874.
29. Tiwari N., Satyam N., Singh K. Effect of curing on micro-physical performance of polypropylene fiber reinforced and silica fume stabilized expansive soil under freezing thawing cycles. Sci Rep. 2020. 10: 6724. https://doi.org/10.1038/s41598-020-64658-1.
30. Vijayan D. S. Effect of Solid waste based stabilizing material for strengthening of Expansive soil. A review. Environmental Technology & Innovation. 2020. 20: 54-61. https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.101108.
31. Wei H., Zhang Y., Cui J. et al. Engineering and environmental evaluation of silty clay modified by waste fly ash and oil shale ash as a road subgrade material. Constr Build Mater 2019. 196:204–213. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.060.
32. Yadav J. S., Tiwari S. K., Shekhwat P. Strength behaviour of clayey soil mixed with pond ash, cement and randomly distributed fibres. Transp Infrastruct Geotechnol 2018. 5:191–209. https://doi.org/10.1007/
s40515-018-0056-z.
33. Zainorabidin A., Agustina D. H. Effect of moisture content of cohesive subgrade soil. Matec Web of Conferences. 2018. 195: 1-7. https://doi.org/10.1051/matecconf/201819503010.
34. Zentar R., Wang H., Wang D. Comparative study of stabilization/solidification of dredged sediments with ordinary Portland cement and calcium sulfo-aluminate cement in the framework of valorization in road construction material. Constr Build Mater. 2021. 279: 122447. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122447.