Екатеринбург, Свердловская область, Россия
УДК 630 Лесное хозяйство. Лесоводство
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
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.