Модернизация технологий устройства оснований дорожных одежд из укреплённых цементом грунтов и материалов

ООО «Научно-производственный центр «ВиаТехСервис» является ключевым партнером «Воронежского государственного технического университета» в производственной, инновационной и научно-исследовательской деятельности.

Сферой научно-производственной деятельности организации является развитие и совершенствование технологии «холодного ресайклинга» — современной технологии, применяемой при ремонте и строительстве автодорог. Для этих целей ООО «НПЦ «ВиаТехСервис» разработан химический препарат — модификатор «MADOR», добавка к цементу, применяемая в дорожном строительстве при устройстве дорожных оснований из грунтов, щебеночно-гравийно-песчаных и органоминеральных смесей, укрепленных цементом.
Что же собой представляет модификатор «MADOR» —это тонкодисперсный порошок, применяемый совместно
с цементом и повышающий физико-механические характеристики укрепленного цементом грунта или щебеночно-гравийно-песчаной смеси.
В состав модификатора входят комплекс поверхностно-активных веществ, противоморозных компонентов, микро-пористых кристаллических алюмосиликатов. На применение модификатора получен патент на изобретение, а его эффективность и область применения подтверждена лабораторными и опытно- экспериментальными исследованиями.
Для применения модификатора «MADOR» имеется полный комплект технической документации: стандарт организации (СТО), сертификат качества, товарный знак, лабораторные заключения и акты внедрения, подтверждающие эффективность и область применения разработки.
 

На фото слева представлена аморфная микроструктура черноземного глинистого грунта, укрепленного цементом, имеющая низкую прочность. На фото справа представлена микроструктура черноземного глинистого
грунта, укреплённого цементом и модификатором «MADOR», в которой имеются новообразования друзы – сростки гидроалюмосиликатов кальция, имеющие повышенную прочность и водостойкость.

 Модификатор «MADOR», внесенный в укрепленный цементом грунт или материал, повышает показатели прочности, морозостойкости и водостойкости конструктивного слоя дорожной одежды, которые невозможно достигнуть при применении одного цемента в качестве вяжущего. Модификатор снижает образование трещин и, как следствие, повышает несущую способность дорожного основания, увеличивая долговечность, срок службы и межремонтные сроки автодороги.
Исследования химического состава песчаных грунтов, укрепленных цементом, выполненные на кафедре «Химии и химических технологий материалов» Воронежского Государственного Технического Университета, показали, что основными структурообразующими элементами, обеспечивающими прочность получаемого конгломерата,
являются: кальций, кремний, алюминий, магний, железо.
В образцах, обработанных цементом в комплексе с модификатором их содержание на 15–20% больше, чем
в образцах без модификатора. Увеличенное содержание основных структурообразующих элементов позволяет увеличить прочностные показатели, укрепляемого цементом грунта или материала.
По результатам химических исследований можно сделать заключение, что:
• у образцов материала, обработанных цементом без модификатора, преобладает каркасная кристаллическая структура с наличием игольчатых кристаллов, которые обуславливают хрупкость и ломкость материала при наложении на него внешней нагрузки;
• у образцов материала, обработанных цементом и модификатором «MADOR», преобладает монолитная структура, что обеспечивает однородность структуры материала, его стабильные физико-механические свойства.

Для визуальной оценки влияния модификатора на свойства, укрепляемых цементом грунтов и материалов, на
фото представлен вид образцов укрепленного цементом песка из отсевов дробления после двух суток нахождения образцов в воде.
Слева распил образца песка из отсева дробления,
укрепленного цементом, после 2 суток нахождения
образца в воде на половину его высоты.
Справа распил того же образца, укрепленного цементом
комплексе с модификатором «MADOR».

ООО «НПЦ «ВиаТехСервис» стремится к дальнейшему развитию технологии устройства, укрепленных цементом оснований дорожных одежд, с учетом отечественного и зарубежного опыта дорожного строительства.

Для новых регионов РФ, где необходима утилизация материалов от сноса зданий и сооружений, разработана и апробируется технология устройства оснований дорожных одежд, укрепленных цементом, с применением малопрочных материалов от сноса зданий — бетона и кирпича. Возможность применение данной технологии указана в разработанном патенте на изобретение.
Для нужд временных и подъездных дорог к объектам капитального строительства, объектам газовой и нефтеперерабатывающей промышленности, сельскохозяйственных дорог с низкой интенсивностью движения, а также для решения специальных задач, например для устройства грунтовых дорог в зоне СВО, где имеются гумусированные грунты — черноземы, с содержанием гумуса, превышающими нормируемое значение для их укрепления цементом —4%, разработана и апробируется технология их укрепления цементом и разработанной химической добавкой.
В основе разработанной технологии по укреплению глинистых гумусированных грунтов лежит принцип их предварительного закрепления –стабилизации с помощью цемента, технологического перерыва, последующей деструкции и окончательного укрепления цементом и модификатором.
Уже доказана эффективность модификатора «MADOR», применяемого в качестве химической добавки для органо-минеральных смесей с использованием вторичного асфальтобетона, обработанного битумной эмульсией и цементом.
Модификация минеральных систем, укрепленных битумной эмульсией и цементом, с помощью химических добавок, является инновационным и перспективным направлением и требует дальнейшего развития в требованиях, разрабатываемых нормативных документов. Эффективность модификатора подтверждена испытаниями, проведенными в семи независимых научно-исследовательских и производственных лабораториях, патентом на изобретение и строительстве опытных участков автодорог в условиях Крайнего Севера РФ.
В 2022 году на опытном участке автодороги Сургут —Салехард км 1188+150 — км 1188+300 при выполнении работ по методу холодного ресайклинга проведено устройство опытного участка основания без перекрытия слоем асфальтобетона.

На фото слева – участок основания с цементом и модификатором, На фото справа - участок с цементом без модификатора, после выхода автодороги из зимнего периода.
Работы выполнены на опытном участке автодороги Сургут — Салехард км
1188+150 — км 1188+300

В апреле 2025-го завершены лабораторные исследования по возможности совершенствования технологии устройства дорожных оснований при отрицательных температурах воздуха. На лабораторных образцах щебеночно-песчаной смеси, обработанной цементом и модификатором удалось достигнуть марочной прочности М40 и морозостойкости при периодичном твердении образцов в течении 8 часов при температуре  -15 °С и 16 часов при +20 °С в нормальных условиях.
Проведенные исследования подтвердили возможность внедрения в дорожную практику устройства дорожных оснований из укрепленных цементом материалов, в условиях отрицательных ночных температур, что позволит значительно продлить сезон дорожно-строительных работ на осенний период, тем самым увеличить объемы выполняемых работ.
По результатам проведенных ООО «НПЦ «ВиаТехСервис» научно-исследовательских разработок, с участием профессорско-преподавательского состава кафедры Строительства и эксплуатации автомобильных дорог ВГТУ
и специалистов Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени
профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» подготовлены восемь научных работ, подтверждающие эффективность разработанной химической добавки и предлагаемых технологий. В целях эффективности расходования бюджетных средств, повышения качества выполняемых работ и увеличения срока службы, укрепленных цементом дорожных оснований, ООО «НПЦ «ВиаТехСервис» предлагает химическую добавку модификатор «MADOR», а также оказывает полный комплекс инжиниринговых услуг в области технологии укрепления грунтов и материалов «методом холодного ресайклинга», включая лабораторный и технический контроль выполняемых работ.

Федор Матвиенко, к. т. н., доцент кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог ВГТУ