С каждым годом нагрузка на российские дороги возрастает, в среднем количество транспортных средств увеличивается на 2 млн единиц. Поэтому повышаются и требования к дорожной инфраструктуре. На строительство и реконструкцию автомобильных дорог сильно влияют условия местности. Например, во многих регионах России большинство грунтов — глинистые, и для повышения их прочности необходимы дополнительные мероприятия. Улучшить структуру грунта можно с помощью хлорида натрия и хлорида калия. Однако такой способ невыгодно сказывается на бюджете строительства дорог. Ученые Пермского Политеха предлагают использовать для укрепления глинистых грунтов галитовые отходы с калийных предприятий, которые содержат в своем составе нужные химические соединения. Такая технология снижает себестоимость строительства за счет использования альтернативных материалов и эффективно уменьшает объем промышленных отходов.
Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Проекты строительства автомобильных дорог зависят от гидрогеологических условий местности. Это показатели, характеризующие особенности подземных вод, их мощность и глубину залегания. Так, слабые глинистые грунты сильно подвержены изменению своих свойств под воздействием внешних факторов окружающей среды, в том числе высокому водонасыщению. Такой вид почвы характерен для многих регионов России, особенно для средней полосы.
Для укрепления грунта эффективно применение цемента, но это товарный продукт, который в настоящее время резко возрос в цене. Улучшить стабильность почвы и устойчивость к воздействию воды помогают также и химические соединения. Существующие исследования доказали, что хлорид натрия и хлорид калия меняют физико-механические характеристики глинистых грунтов. С их помощью можно повысить его плотность, из-за чего частицы будут менее подвержены влаге.
Чтобы снизить финансовые затраты на хлорид натрия и калия, ученые Пермского Политеха предлагают применять промышленные отходы, имеющие эти соединения в своем составе.
— По нашим исследованиям, наиболее подходящие оказались галитовые отходы, которые образуются при производстве минеральных удобрений. Объем их накоплений на калийных предприятиях в год составляет более 270 млн тонн, что позволяет реализовать крупнотоннажную технологию их переработки для укрепления глинистых грунтов, — поделился доктор технических наук, профессор кафедры автомобилей и технологических машин ПНИПУ Константин Пугин.
Политехники отмечают, что глинисто-солевые шламы и галитовые отходы не представляют опасность для окружающей среды. Это означает, что использовать их в качестве строительных материалов можно без ограничения.
Эти промышленные отходы содержат до 91,2 % хлорида натрия и до 13,8 % хлорида калия, что позволит разрабатывать с их помощью технологии стабилизации грунтовых конструктивных слоев различного назначения. Улучшение характеристик глинистых грунтов заключается в комплексных физико-химических реакциях, например, благодаря ионному обмену и коагуляционным процессам, когда происходит сцепление мелких частиц друг с другом и образование одной общей структуры.
Предварительные исследования ученых ПНИПУ показали, что укрепление глинистых грунтов галитовыми отходами возможно. Его устойчивость к вертикальным нагрузкам возрастает на 10-30%. Это зависит от исходного предела текучести грунта, его химического состава и влажности. Такая технология позволит снизить затраты на строительство автомобильных дорог, а также уменьшить объем промышленных отходов от калийных предприятий.