Строительство дорог и дамб часто упирается в дорогостоящую логистику: качественный щебень или песчано-гравийную смесь приходится доставлять за сотни километров. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Горного университета предложили способ использовать местные грунты, даже если они считаются непригодными. Их метод позволяет с точностью более 99% рассчитывать оптимальные параметры смесей и получать устойчивое основание прямо на месте. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Современная инфраструктура требует одновременно снижения затрат и высокой долговечности. Однако во многих регионах строители сталкиваются с древними выветрелыми породами — песчаниками и аргиллитами пермского периода. Эти грунты широко распространены в России, а также в Европе, Китае и Америке, и часто залегают прямо в зоне строительства.
Главная проблема — их физические свойства. Такие породы склонны к морозному пучению, набуханию и размоканию, а также обладают низкой прочностью. Из-за этого инженеры обычно выбирают один из двух дорогостоящих вариантов: либо полностью заменяют грунт привозными материалами, либо пытаются улучшить его с помощью цемента, извести и других добавок, что требует сложного оборудования и контроля.
Исследователи предложили альтернативу: подобрать оптимальное соотношение компонентов в смеси самих песчаников и аргиллитов. Для этого они изготовили серию образцов с разными пропорциями пород и уплотняли их по стандарту ГОСТ 22733, моделируя реальные условия строительства. В ходе экспериментов измерялись ключевые параметры — максимальная плотность и оптимальная влажность.
«Результаты показали, что существует оптимальная пропорция, при которой достигается максимальная плотность — при содержании аргиллита от 40% до 50%. Мелкие частицы глины заполняют пустоты между более крупными зернами песчаника, формируя плотную и однородную массу», — пояснила доцент кафедры «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ Евгения Акбулякова.
При таком составе смесь не только становится прочнее, но и требует минимальной дополнительной обработки: ее оптимальная влажность близка к естественной. Это позволяет избежать затрат на увлажнение или осушение грунта при строительстве.
Кроме того, ученые вывели математические зависимости, позволяющие заранее рассчитать свойства смеси. По словам авторов, достаточно знать долю аргиллита, чтобы определить максимальную плотность и оптимальную влажность. Точность прогноза превышает 99%, что дает возможность отказаться от многочисленных лабораторных испытаний для каждого участка.
Разработка позволяет превратить местные «проблемные» породы в полноценный строительный ресурс. Это особенно важно для регионов, где песчаники и аргиллиты залегают близко к поверхности. Новый подход может сократить сроки строительства и снизить стоимость инфраструктурных проектов без ущерба для их надежности.
Ранее в России нашли неожиданное применение древесных отходам.