Стабилизация грунта — это общий термин для любого физического, химического, механического, биологического или комбинированного метода изменения естественного грунта для достижения инженерных целей. [1] Улучшения включают в себя увеличение несущей способности, прочности на разрыв и общих характеристик нестабильных подпочв , песков и отходов с целью укрепления дорожных покрытий .
Некоторые возобновляемые технологии включают ферменты, поверхностно-активные вещества , биополимеры , синтетические полимеры, продукты на основе сополимеров , сшитые стирол-акриловые полимеры, древесные смолы, ионные стабилизаторы, армирование волокнами, хлорид кальция , кальцит , хлорид натрия , хлорид магния и т. д. Некоторые из этих новых методов стабилизации создают гидрофобные поверхности и массы, которые предотвращают разрушение дороги из-за проникновения воды или сильных морозов, препятствуя проникновению воды в обработанный слой.
Однако последние технологии увеличили количество традиционных добавок, используемых для стабилизации грунта. Такие нетрадиционные стабилизаторы включают полимерные продукты (например, сшитые стирол-акриловые полимеры на водной основе, которые значительно улучшают несущую способность и прочность на разрыв обработанных грунтов), продукты на основе сополимеров, армирование волокнами, хлорид кальция и хлорид натрия.
Грунт также можно стабилизировать механически с помощью стабилизирующих геосинтетиков , например, георешеток или геоячеек , 3D-механической техники стабилизации грунта. Стабилизация достигается путем ограничения движения частиц для повышения прочности всего слоя. Ограничение в георешетках осуществляется посредством блокировки между заполнителем и сеткой (и натянутой мембраной), а в геоячейках — посредством ограничения стенкой ячейки (кольцевого) напряжения на заполнителе. [2]
Традиционно и широко распространенные типы методов стабилизации грунта используют такие продукты, как битумные эмульсии , которые могут использоваться в качестве связующих веществ для создания дорожного основания. Однако битум не является экологически чистым продуктом и становится хрупким при высыхании. Портландцемент использовался в качестве альтернативы стабилизации грунта. Однако это часто может быть дорогостоящим компонентом и не является экологически чистой альтернативой. Цементная летучая зола , известковая летучая зола (отдельно или с цементом или известью), битум, деготь, цементная пыль (CKD), древесная смола и ионные стабилизаторы являются широко используемыми стабилизирующими агентами. Другие методы стабилизации включают использование местных материалов, включая подпочвы, пески, отходы горнодобывающей промышленности, отходы промышленности по производству натурального камня [3] и измельченные строительные отходы , чтобы обеспечить стабильные, беспыльные местные дороги для полного контроля пыли и стабилизации грунта.
Многие экологически чистые альтернативы имеют по сути ту же формулу, что и мыльные порошки , просто смазывая и выравнивая почву без эффективного связывающего свойства. Многие из новых подходов полагаются на большие объемы глины с присущими ей связывающими свойствами. Битум, смоляные эмульсии, асфальт, цемент и известь могут использоваться в качестве связующих веществ для производства дорожного основания.
Национальное общество профессиональных инженеров (NSPE) исследовало новые типы технологий стабилизации грунта, ища эффективные и безвредные альтернативы. Одна альтернатива использует новую технологию стабилизации грунта, процесс, основанный на сшивании стирол- акрилового полимера. Другая альтернатива использует длинные кристаллы для создания закрытой ячеистой структуры, непроницаемой для воды, мороза, кислоты и соли.
Используя новую технологию стабилизации грунта, процесс сшивания полимерной формулы может заменить традиционные методы строительства дорог/домов экологически безопасным и эффективным способом.
Другой метод стабилизации грунта, называемый методом глубокого смешивания, является неразрушающим и эффективным для улучшения несущей способности слабых или рыхлых слоев грунта. Этот метод использует небольшой инъекционный зонд размером с пенни и минимизирует количество мусора и идеально подходит для повторного уплотнения и консолидации слабых слоев грунта, увеличения и улучшения несущей способности под конструкциями, а также устранения проблем с мелкими и глубокими карстовыми воронками. Это особенно эффективно, когда необходимо поддерживать несовершенную общественную и частную инфраструктуру.
Водопоглощающие свойства хлорида магния (расплывающиеся) включают:
Однако ограничения включают в себя
Использование хлорида магния на дорогах остается спорным. Сторонники утверждают (1) более чистый воздух, что приводит к улучшению здоровья, поскольку сдуваемая пыль может вызывать проблемы со здоровьем у молодых, пожилых людей и людей с респираторными заболеваниями; [6] и (2) большую безопасность за счет улучшения дорожных условий, [7] [8] включая улучшение видимости водителя и снижение рисков, вызванных рыхлым гравием, мягкими пятнами, неровностями дороги и летящими камнями. [9] Он уменьшает посторонние отложения в близлежащих поверхностных водах [10] (пыль, которая оседает в ручьях и ручьях), помогает предотвратить задержку роста сельскохозяйственных культур, вызванную засоренными порами в растениях, и сохраняет транспортные средства и имущество чистыми. [11] Другие исследования показывают, что использование солей для борьбы с обледенением дорог или подавления пыли может способствовать значительному количеству хлорид-ионов в стоке с поверхности дорог, обработанных этими соединениями. Соли MgCl 2 (и CaCl 2 ) хорошо растворяются в воде и будут диссоциировать. [12] Соли, используемые на дорожных покрытиях, растворяются во время влажной погоды и переносятся в грунтовые воды через инфильтрацию и/или сток в поверхностные водоемы. [8] Инфильтрация грунтовых вод может быть проблемой, и хлорид-ион в питьевой воде считается проблемой, когда концентрация превышает 250 мг/л. Поэтому он регулируется стандартами питьевой воды Агентства по охране окружающей среды США. Концентрация хлорида в грунтовых или поверхностных водах зависит от нескольких факторов, включая:
Кроме того, концентрация хлоридов в поверхностных водах также зависит от размера или скорости потока водоема и полученного в результате разбавления. В исследовании концентрации хлоридов, проведенном в Висконсине в зимний период борьбы с обледенением, был проанализирован сток из придорожных дренажей. Все исследования показали, что концентрация хлоридов увеличилась в результате мероприятий по борьбе с обледенением, но уровни все еще были ниже ПДК в 250 мг/л, установленного Агентством по охране окружающей среды. [14] [15] [16] [17] [18] Тем не менее, долгосрочный эффект этого воздействия неизвестен.
Хотя Агентство по охране окружающей среды США установило максимальную концентрацию хлорида в воде для бытового использования на уровне 250 мг/л, животные могут переносить более высокие уровни. При чрезмерно высоких уровнях хлорид, как говорят, влияет на здоровье животных. [19] Как заявил Национальный технический консультативный комитет при министре внутренних дел (1968), «соленость может иметь двоякое воздействие на дикую природу: прямое, влияющее на процессы организма вовлеченных видов, и косвенное, изменяющее окружающую среду, что делает сохранение живых видов затруднительным или невозможным». Одной из основных проблем, связанных с использованием соли для борьбы с обледенением, в отношении дикой природы является то, что дикие животные, как известно, испытывают «тягу к соли» и поэтому их привлекают посыпанные солью автомагистрали, которые могут представлять опасность для движения как для животных, так и для автомобилистов.
Что касается накопления хлоридных солей в придорожных почвах, включая неблагоприятное воздействие на придорожные растения, а также физиологию и морфологию растительности, документация восходит к эпохе Второй мировой войны [20] и последовательно продолжается до настоящего времени. [21] Что касается растений и растительности, накопление солей в почве отрицательно влияет на их физиологию и морфологию, увеличивая осмотическое давление почвенного раствора, изменяя минеральное питание растений и накапливая определенные ионы до токсичных концентраций в растениях. ( Что касается преднамеренного применения избыточных солей, см. Засолка земли ).
Дорожные департаменты и частная промышленность могут применять жидкий или порошкообразный хлорид магния для контроля пыли и эрозии на неулучшенных (грунтовых или гравийных) дорогах и пыльных рабочих площадках, таких как карьеры, поскольку его относительно недорого приобрести и применить. Его гигроскопичность позволяет ему поглощать влагу из воздуха, ограничивая количество более мелких частиц (ил и глина), которые попадают в воздух. Самым значительным преимуществом применения средств контроля пыли является снижение затрат на содержание гравийных дорог. [22] Однако недавние исследования и обновления указывают на то, что биологическая токсичность в окружающей среде у растений является постоянной проблемой. [21] С 2001 года водители грузовиков жалуются на «смертельные химикаты» на дорогах, и теперь некоторые штаты отказываются от использования солевых продуктов. [23] [24]
Небольшой процент владельцев крытых арен (например, для верховой езды) может применять хлорид магния к песку или другим материалам «подложки» для контроля пыли. Хотя хлорид магния, используемый в среде конных (лошадиных) арен, обычно называют пылеподавителем, технически точнее рассматривать его как водоудерживающую активность, поскольку его эффективность основана на поглощении влаги из воздуха и всего, что с ним контактирует.
Для контроля или уменьшения пыли хлоридам нужна влага для эффективной работы, поэтому они работают лучше во влажном, чем в засушливом климате. По мере увеличения влажности хлорид вытягивает влагу из воздуха, чтобы поддерживать поверхность влажной, а по мере уменьшения влажности он диффундирует и выделяет влагу. Эти естественные изменения равновесия также позволяют использовать хлориды в качестве дегидратирующего агента, включая сушку, отверждение и консервацию шкур. [25]
В качестве дорожного стабилизатора хлорид магния связывает частицы гравия и глины , не давая им покидать дорогу. Водопоглощающие (гигроскопичные) свойства хлорида магния предотвращают высыхание дороги, что удерживает гравий на земле. Дорога остается постоянно «мокрой», как будто ее только что полила водовозка. [26]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)