المصدر/السياق
تحتوي المقالة على ملخص مترجم بشكل تقريبي ومقتطفات من التقرير العلمي: ف. بريخودكو وإ. كوتليارسك، "إنشاء قسم تجريبي من الأساس من التربة، مدعم بأسمنت بورتلاند باستخدام المادة المضافة رينوليث في القاعدة التعليمية والعلمية مادي (جامعة العلوم والتكنولوجيا)"، وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي، موسكو، 2008
- اللغة الأصلية – الألمانية: Bau von einer Ver suchsstrecke des Untergrundes aus dem mit Portlandzement verfestigten Boden، mit Einsatz von Renolith auf der Unter suchungsstation von MADI (STU)
- الإنجليزية، ترجمة آلية بواسطة جوجل: إنشاء قسم اختبار للتربة التحتية من التربة المدعمة بأسمنت بورتلاند، باستخدام رينوليث في محطة التحقيق MADI (STU).
ملخص
تم إجراء التحقيق وأعمال البناء على طبقات الرصف المصنوعة من التربة المدعمة بأسمنت بورتلاند ومادة رينوليث المضافة في يونيو ويوليو من عام 2008 في ميدان الاختبار التابع لمعهد موسكو لبناء السيارات والطرق (MADI) التابع لجامعة موسكو التقنية الحكومية (STU).
كانت الأهداف كالتالي:
- الموافقة على تقنية تحضير خلطة الأسمنت بالتربة باستخدام مادة رينوليث المضافة في محطة الخلط المتنقلة "بيرتولي"؛;
- تحديد الخصائص الفيزيائية والميكانيكية التكنولوجية لخليط الأسمنت والتربة والأسمنت في الطبقات الإنشائية لأساسات الطرق.
مقدمة
نظراً للزيادة المستمرة في حركة النقل الثقيل في روسيا والدول المجاورة، بات من الضروري التكيف السريع مع حجم المرور المتزايد وتوسيع شبكة الطرق. ويمكن حل هذه المشكلة بفضل التقنيات الحديثة التي تستخدم التربة المحلية في البنية التحتية للطرق، مما يقلل بشكل كبير من الاعتماد على المواد الأجنبية في بناء الطرق. ويتزايد استخدام التربة المُثبّتة بمواد رابطة متنوعة في بناء الطرق. كما أن تثبيت التربة المحلية يتيح استخدام نطاق أوسع من المواد في هذا المجال. وتساهم إعادة تدوير التربة المحلية واستخدامها في تقليل كمية المواد المطلوب توريدها (مثل الحصى والرمل الخشن والناعم)، وبالتالي خفض تكاليف النقل ورسوم بناء الطبقات الأساسية للطرق.
يمكن استخدام التربة الموجودة، مع إضافة الأسمنت ومادة مضافة خاصة (رينوليث)، لإنشاء البنية التحتية للطريق وتحقيق الخصائص الفيزيائية والميكانيكية اللازمة (مقاومة الضغط والتشوه، ومقاومة الصقيع). كما يمكن تحقيق قدرة تحمل عالية للبنية التحتية للطريق. وتتمثل أكبر ميزة لاستخدام هذه المادة الرابطة في إمكانية تحضير الخلطات مباشرة في الموقع. ويتطلب ذلك محطات خلط خاصة مثل آلات طحن الطرق ومحطات الخلط الثابتة. وبشكل عام، تُعدّ هذه الطرق فعّالة من الناحية الفنية والاقتصادية في إنشاء الطرق. ومع ذلك، فإن طرق تثبيت التربة التقليدية لها عدد من العيوب الهامة:
- يقتصر استخدامها في بناء الطرق حيث لا يمكن تثبيت جميع أنواع التربة.
- غالباً ما تتميز المواد المتاحة بمستوى عالٍ من عدم التجانس، وبالتالي فهي غير مناسبة لبناء الطرق التقليدية.
- من الصعب للغاية تثبيت التربة ذات المحتوى المائي العالي وتحقيق القدرة الاستيعابية المطلوبة.
- يميل الأسفلت الموضوع فوق طبقات الأساس التقليدية المصنوعة من التربة المثبتة بالأسمنت فقط إلى تكوين تشققات عرضية، مما يؤدي إلى تدمير سريع.
لتحسين الخصائص البنيوية للتربة المُصلّبة بالأسمنت، تُستخدم إضافات متنوعة محلياً ودولياً. تُسهم هذه الإضافات في جعل التربة والركام طاردة للماء، وزيادة مقاومة المادة للصقيع، أو تحسين التفاعلات الفيزيائية والكيميائية مع جزيئات التربة الدقيقة لتكوين بنية أكثر كثافة وصلابة.
المادة المضافة التي سيتم فحصها - رينوليث - يمكن أن تتيح استخدام التربة غير المناسبة في قواعد الطرق.
حقل الاختبار #1
تم إنشاء أول حقل اختبار في 5 يونيو 2008. وكان تركيب خليط التربة المتصلب كما يلي:
- رمل 100%
- أسمنت بورتلاند 8%
- مادة رينوليث المضافة – 10% من كتلة الأسمنت
كانت نسبة الرطوبة في التربة الرملية 10%. تم الحصول على 500 متر مكعب من الرمل ذي الحبيبات الكبيرة من حفرة بالقرب من موسكو، بكثافة ظاهرية تبلغ 1.5 جم/سم³.
تخزين الرمال في ميدان اختبار مادي
صُنعت أسمنت بورتلاند من النوع 400 في تركيا ووُردت في أكياس كبيرة. وبسبب سوء التخزين و/أو النقل، فقد الأسمنت بعض فعاليته. كما تراكمت فيه كتل، مما تسبب في أعطال جزئية في جهاز الجرعات وأثر على تجانس الخلطات.
تم تحضير التركيبة المذكورة أعلاه باستخدام خلاط من ماركة بيرتولي. تبلغ طاقة إنتاج هذا الخلاط 100 متر مكعب في الساعة.
مصنع خلط بيرتولي
لم تتجاوز مسافة توصيل الخليط إلى موقع التركيب 200 متر. وتم النقل باستخدام شاحنات كاماز ذات سعة تحميل 15 طنًا.
تم تطبيق ذلك باستخدام بلاط رصف من ماركة Vogele بسماكة طبقة تبلغ 18 سم.
نقل خليط التربة الإسمنتية بالشاحنة وتفريغه في مخزن السفينة. تطبيق قسم الاختبار على ممر فرقة الإطفاء في ميدان اختبار MADI
تم دكّ الرصيف باستخدام مدحلة اهتزازية ذات بكرتين وزنها 12 طنًا من ماركة DU 82 بسرعة تشغيل تبلغ 1.3 كم/ساعة. تطلب الأمر من 5 إلى 6 تمريرات على كل مسار لتحقيق الدك الكامل.
ضغط الخليط باستخدام أسطوانة كبيرة
خلال عملية العمل، تم استخدام مختبر MADI المتخصص لتحديد خصائص المكونات والخلطة. تم تصنيع عينات مرجعية من 20 كجم من الرمل، و5 كجم من أسمنت بورتلاند، و2 لتر من مادة رينوليث المضافة.
أثناء عملية التركيب، تم فحص كثافة الطبقة وسمكها وعرض الخليط المطبق، بالإضافة إلى عدد مرات المرور بالدرفلة.
تم حفر 9 مجموعات من عينات اللب (إجمالي 63 أسطوانة) بعد 28 يومًا من المعالجة.
مخطط مسار الاختبار في ميدان اختبار MADI مع توضيح الأماكن التي تم فيها أخذ عينات خليط التربة الأسمنتية (9 أماكن).
أُجريت الاختبارات المعملية وفقًا لـ GOST 23558-94.
حقل الاختبار #2
تم إنشاء حقل الاختبار الثاني في 15 يونيو 2008. وكانت تقنية بناء قاعدة الطريق هذه بالإضافة إلى الآلات والآليات ومزيج التربة هي نفسها المستخدمة في حقل الاختبار #1.
تم أخذ عينات أساسية من القاعدة المركبة بعد 28 يومًا من المعالجة. وكان مخطط أخذ العينات الأساسية مشابهًا لمخطط حقل الاختبار #1.
حفر عينات لبية
عينة لبية محفورة
تم تحضير عينات مرجعية وتخزينها لمدة 28 يومًا في غرفة ذات تحكم مناخي. وتم تحديد الخصائص الفيزيائية والميكانيكية لعينات اللب والعينات المرجعية.
الاختبارات
أُجريت اختبارات على العينات وعينات اللب لتحديد ما يلي:
- قوة الضغط
- امتصاص الماء
- التشوه النسبي
- قوة الانحناء / قوة الشد
اختبار امتصاص الماء الشعري لعينات التربة الأسمنتية
اختبار قوة الانحناء لعينة معالجة لمدة 28 يومًا
تحليل
تُحدد نسبة مقاومة الضغط إلى مقاومة الانحناء، إلى حدٍ ما، مقاومة التشققات في أرصفة الخرسانة الإسفلتية المقامة على قواعد ترابية مُدعمة بمواد رابطة معدنية. وتتراوح نسب مقاومة الضغط إلى مقاومة الانحناء (الشد) المُستخلصة من نتائج اختبار العينات واللب ذات الموثوقية 95% بين 2.38 و2.81. وذلك وفقًا لمتطلبات GOST 23558-94, ، يجب ألا تتجاوز هذه النسب 5.00. تشير النسب التي تم الحصول عليها لقوة الضغط وقوة الشد أثناء الانحناء إلى مقاومة أعلى للتشقق في التربة المدعمة بأسمنت بورتلاند ومادة رينوليث المضافة، مما يزيد من مقاومة التشقق في أرصفة الخرسانة الإسفلتية على قواعد من التربة الأسمنتية.
تم تحديد امتصاص الماء لعينات اللب المختارة من الطبقة الأساسية لموقع الاختبار وفقًا للبند 6.1 من GOST 23558-94. لتحقيق ذلك، وُضعت العينات في حوض مملوء بالماء حتى ثلث ارتفاع الأسطوانة، وبعد ست ساعات مُلئت بالماء بالكامل وحُفظت لمدة 42 ساعة. تجدر الإشارة إلى انخفاض قيم امتصاص الماء [تراوحت القيم المتوسطة بين 0.75 و1.09 مول/لتر]، مما يُهيئ الظروف اللازمة للحصول على مادة ذات مقاومة عالية للماء والصقيع.
الاستنتاجات والتوصيات
- يمكن الحصول على خلطات أساسية مطابقة للمواصفات GOST 23558-94 من العلامات التجارية M10 إلى M75 باستخدام التربة الرملية مع الأسمنت ومادة رينوليث المضافة:
- M10 (1 ميجا باسكال <= قوة الضغط <= 5.00 * قوة الشد)
- M75 (7.5 ميجا باسكال <= قوة الضغط <= 5.00 * قوة الشد)
- تتميز طبقات الأساس بانخفاض قدرتها على امتصاص الماء، مما يعني مقاومتها العالية للماء والصقيع.
- يُتيح استخدام محطات خلط "بيرتولي" خلط التربة المحلية بسرعة وكفاءة. وبفضل استخدام المواد المحلية ومحطات الخلط، أصبح من الممكن إنشاء طرق نقل قصيرة، مما يُقلل تكاليف النقل بشكل كبير، ويُحسّن قدرة مواد الرصف على تحمل الأحمال.
- خلال أعمال التجريب والإنشاء، لوحظ عدم تجانس في خليط قاعدة الأسمنت. قد تحدث هذه المشكلة مع أعمال إنشاء الطرق المستمرة والمتدفقة، ويمكن الوقاية منها تقنيًا. الأسباب هي:
- عدم تجانس المواد المستخدمة (اختلاف حبيبات الرمل ورطوبته)؛;
- انخفاض جودة أسمنت بورتلاند المصنوع في تركيا وفقدان فعاليته أثناء النقل والتخزين؛;
- فقدان التحكم في الجرعات أثناء تحضير خليط الأسمنت والتربة من خلال محطة الخلط بسبب كتل الأسمنت؛;
- جودة التربة التحتية الرطبة بشكل مفرط غير كافية؛;
- نعتبر أنه من المناسب تقييم التحسن الذي تحقق في طبقات الأساس باستخدام رينوليث في أنواع التربة الأخرى.
- من الضروري إضافة المادة المضافة Renolith للحصول على شهادة المطابقة وإصدارها.
- من الضروري في المستقبل وضع تنظيم تكنولوجي لخلطات قواعد الأسمنت مع المواد المضافة لأنواع مختلفة من آلات بناء الطرق.
- تُتيح نسب مقاومة الضغط إلى مقاومة الشد مقاومةً أعلى للتشقق في خلطات التربة المصنوعة من أسمنت بورتلاند مع إضافة مادة رينوليث. وهذا يقلل من خطر التشققات الانعكاسية من الطبقة الأساسية إلى طبقة الأسفلت.
- يمكن تصنيع البنية التحتية للطريق من مواد محلية باستخدام مواد رابطة هيدروليكية ومادة رينوليث المضافة الحديثة والفعالة. وبذلك، يصبح التحكم في الخصائص التقنية والإنشائية للطريق أسهل. وهذا يسمح بإنشاء طبقات أساسية دائمة ذات خصائص نقل وتشغيل مطلوبة.