Ученые ПНИПУ узнали, как удешевить строительство надежных автодорог

Более эффективный состав и простую технологию пропитки дорожного щебня раствором лигносульфоната для более качественного и дешевого строительства дорог разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 1 марта сообщает пресс-служба вуза.

При строительстве автомобильных дорог расходуются большие объемы щебня, свойства и состав которого разнятся в разных карьерах. Поскольку в России карьеров с высокопрочными каменными материалами не так уж много, то существуют логистические проблемы по доставке прочного щебня, которые значительно удорожают строительство.

Так, транспортные расходы в случае отдаленного местонахождения нужного карьера могут достичь 20–35% от стоимости щебня. Решить проблему можно, пропитав менее прочный материал некоторыми растворами. Однако из известных таких растворов одни слишком дороги, а другие не обеспечивают достаточную прочность.

На устойчивость дороги к внешним нагрузкам и воздействию окружающей среды сильно влияет структура поверхностного слоя щебня. Находящиеся в нем поры и трещины снижают его прочностные характеристики. Химические растворы, которые используют для упрочнения щебня, или создают на его поверхности защитные слои, или повышают плотность и однородность структуры за счет ее преобразования, или просто «забивают» существующие поры и трещины.

Укрепить щебенку можно также, например, пропитав ее водным раствором лигносульфоната — побочным продуктом переработки древесины, и для территорий, где располагаются такие производства, метод очень перспективен.

Но для получения нужного результата нужно при изготовлении раствора соблюсти точную дозировку. Ученые ПНИПУ разработали оптимальный по эффективности состав и технологию пропитки дорожного материала для промышленного применения.

Для исследования своей разработки пермские ученые взяли щебень из осадочных пород фракции 20–40 мм, который используется при строительстве дорог, и сухой лигносульфонат из ели и пихты.

Пропитку проводили в течение шести часов при температуре 20 и 60 °C в растворе, содержащем одну часть лигносульфоната на семь частей воды. После чего щебень сушили при температуре 105 °C. Далее ученые установили основные показатели полученного продукта — прочность, истираемость и водопоглощение.

Профессор кафедры автомобилей и технологических машин ПНИПУ доктор технических наук Константин Пугин рассказал об итогах проделанной коллективом работы:

«Результаты испытаний показали, что пропитка работает хорошо, а повышение температуры раствора позволяет добиться большего эффекта. Это можно объяснить тем, что при нагреве снижается вязкость лигносульфоната, и он может попасть в более мелкие дефекты структуры щебня. Увеличение температуры способствует раскрытию трещин, что позволяет их частично заполнить и склеить».

Материалы по исследованию прочности щебня, пропитанного по методике ученых Пермского Политеха, даны в статье «Улучшение свойств щебня из карбонатных горных пород за счет модификации его поверхности раствором лигносульфоната», опубликованной в журнале «Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика» № 4 за 2023 год.

Технология приготовления раствора для пропитки щебня на основе лигносульфоната, разработанная пермскими учеными, является наиболее эффективным — экологичным и дешевым, способом повышения прочности, водостойкости и морозоустойчивости строительного щебня, уверены ее авторы.

Внедрение этого метода в масштабах России, где в настоящее время производство щебня достигает около 200 млн кубометров в год, во-первых, увеличит использование местных малопрочных каменных материалов, а во-вторых, существенно снизит стоимость строительства дорог.