2535

относят к упруго-пластичным. Для нахождения модуля деформации при компрессионных испытаниях рассматривают как упругую, так и упругопластичную зону деформации, характеризующуюся модулем общейдеформации (в дальнейшем компрессионный модуль деформации) соответствующую диапазону давлений на образец грунта в пределах от 0,1 до 0,2 МПа.

Отличительной особенностью грунтов является то, что грунты одного сложения в пределах одного геологического элемента, представляют анизотропную структуру и по глубине имеют неоднородную прочность, плотность, влажность и пр. Например, влажность глин г.Астаны варьируют в пределах

10,2 – 27,7%, плотность 1,84 – 2,09, коэффициент пористости 0,51– 0,68.

Столь рознящиеся характеристики грунтов не дают однозначного значения модуля деформации в пределах одного геологического элемент.

Рис. 2. График стандартного уплотнения

Поскольку образцы суглинистых грунтов находятся в ограниченном диапазоне влажности и плотности свойственной только исследованной строительной площадке, а именно (14,4-18,7%, согласно инженерногеологическим изысканиям), то данные исследования могут быть применены для суглинистых грунтов ограниченного диапазона влажности и не могут быть применены для суглинистых грунтов того же сложения, но другой влажности и плотности.

Поэтому, исследованию были подвергнуты образцы грунта как в ненарушенном состоянии, так и в нарушенном, при различной влажности и плотности образца, при этом результаты образцов нарушенной структуры применялись для определения закономерности изменения модуля деформации от влажности широкого диапазона присущего суглинистым грунтам г. Астаны, а результаты испытаний образцов в ненарушенном состоянии (в результате ограниченного диапазона влажности площадки) были применены для корректировки заниженных значений модулей деформаций образцов в нарушенном состоянии.

4. Результаты компрессионных испытаний.

На рисунке 3 показана зависимость модуля компрессионной деформации от влажности, полученная при испытаниях образцов суглинистого

194

грунта нарушенного сложения. На рисунке 4 представлены результаты компрессионных испытаний 18 испытаний образцов суглинистого грунта природной структуры.

Для определения связи между компрессионным модулем деформации и влажностью грунта была определена линейная функциональная зависимость. Для нахождения уравнения искомой прямой методом наименьших квадратов поступим следующим образом: проведем ординаты точек Ei до их пресечения с искомой прямой. Значения этих ординат будет kEi b .

Расстояние по ординате от точки Ei до прямой равно kwi b Ei . Тогда ос-

новную идею регрессии можно выразить следующим уравнением:

Ei f wi 2 kwi b Ei 2 min , (1)

Предполагается, что прямая будет наилучшей, если сумма квадратов всех расстояний имеет наименьшее значение. Минимум этой суммы ищется по правилам дифференциального исчисления, и в результате для определения k и b получаются уравнения:

Теперь необходимо сделать поправку на структурную прочность грунта природного сложения, залегающего на глубине 2 м (так как образцы грунта были взяты на глубине 2 м). Для корректировки (поправки) введем среднее отклонение (несоответствие) значений компрессионных модулей деформаций нарушенной структуры от значений компрессионных модулей деформаций природной структуры в ранее найденную линейную зависимость, решив следующую систему уравнений:

Ei kwi b с

f e m

с

3

Ee

kwm b

m

Em

где Ei – частное значение компрессионного модуля деформации, с учетом поправки, кПа;

wi – частное значение влажности грунта, %;

195

k,b–константылинейнойфункции, равные-280,7и8241соответственно; Ef = 5177 кПа – значение компрессионного модуля деформации образ-

ца природного сложения, при влажности wf=14,4%;

Ee = 4113 кПа – значение компрессионного модуля деформации образца природного сложения, при влажности we =18,7%;

Em = 4435 кПа – значение компрессионного модуля деформации образца природного сложения, при влажности wf=16,6%.

Результаты компрессионных модулей деформаций с учетом поправки на структурную прочность грунта представлены в таблице 3.

Рис. 3. Зависимость модуля компрессионной деформации от влажности суглинистого грунта, нарушенного сложения

Рис. 4. Зависимость модуля компрессионной деформации от влажности суглинистого грунта, природного сложения

5. Результаты штамповых испытаний грунтов.

Штамповые испытания грунтов проводятся для определения модуля деформации по графику зависимости горизонтальных перемещений грунта от горизонтального давления на штамп, а также для определения структурной прочности грунта. Испытания проводились плоским круглым штампом площадью 5000 см2.

196

Таблица 2

Результаты значений компрессионных модулей деформаций

Испытания суглинистых грунтов проводились со дна котлована на глубине от 0,2 до 0,4м, на глубине 1, 2 и 3 м. По окончании испытаний были взяты образцы грунта для определения влажности и плотности. В таблице 4 представлены значения влажности грунтов по трем точкам испытаний (рисунок 1) на различных глубинах залегания суглинков. Штамповые модули деформации были определены для линейных участков графиков, в таблице 4 представлены результаты штамповых модулей деформации суглинков в зависимости от глубины залегания грунтов и их природной влажности.

На рисунке 4 представлены зависимости штампового модуля деформаций от влажности грунта с учетом их залегания, а так же линейная функциональная зависимость распределения модуля деформации по влажности грунта, определенная по средним значениям модулей деформаций на различных глубинах залегания.

6. Сравнение результатов компрессионных и штамповых испытаний.

197

Для определения поправочных коэффициентов было произведено сопоставление полученных значений модулей деформаций по глубине залегания и влажности грунта.

В таблице 6 приведены значения полученных поправочных коэффициентов приведения компрессионных модулей деформации к штамповым для суглинистых грунтов.

Рис. 5. Линейная зависимость усредненных значений штамповых модулей деформаций от влажности суглинистого грунта

Таблица 6

Поправочные коэффициенты mk для приведения компрессионных модулей деформации к штамповым (суглинки)

Заключение.

1.Получены зависимости компрессионных и штамповых модулей деформаций от влажности суглинистого грунта, по которым были выявлены поправочные коэффициенты приведений компрессионных модулей к штамповым для глинистых грунтов г.Астана в зависимости от влажности грунта.

2.Полученные поправочные коэффициенты приведения компрессионных модулей к штамповым варьируются в пределах от 1,47 до 2,52 в зависимости от влажности суглинистого грунта. Значения коэффициентов для суглинистых грунтов в 2-3 отличаются от классических, что в свою очередь подтверждает влияние региональныхособенностейгрунтаназначенияданныхкоэффициентов.

Библиографический список

198

1.Болдырев Г.Г., Гордеев А.В., Арефьев Д.В., Определение деформационных характеристик грунтов в полевых и лабораторных условиях;

2.СП-50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;

3.Рекомендации по определению значений модулей деформаций грунтов по результатам компрессионных испытаний с использованием региональных корректировочных коэффициентов. Региональные нормативы градостроительного проектирования Томской области, Томск-2007.

УДК 665.775

СВОЙСТВА КОМПАУНДИРОВАННЫХ БИТУМОВ ИЗ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ НЕФТИ

В.Д. Галдина, канд. техн. наук, доцент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Всвязи с углублением переработки нефти многие НПЗ при производстве

битумов используют тяжелые гудроны с вязкостью, превышающей нормативную вязкость (С580= 20 – 40 с) в несколькораз. Прямым окислением таких гудронов невозможно получить дорожные битумы улучшенного качества. Технология «переокисление – разбавление», внедренная на некоторых отечественных НПЗ, позволяет выпускать дорожные битумы улучшенного качества как из нормативного сырья, так и из утяжеленных гудронов [1– 4].

Вданной работе изучены состав и свойства дорожных битумов, полученных компаундированием переокисленных битумов и строительного битума с исходным гудроном или отработанным смазочным маслом (ОМС)

[5].Физико-химические свойства гудронов и ОМС приведены в табл. 1.

199

Гудроны из западно-сибирской нефти окисляли в лабораторной установке периодического действия, оборудованной мешалкой, при температуре 250 – 270 °С и расходе воздуха от 5 до 8 л/мин на 1 кг окисляемого сырья. Продолжительность окисления в зависимости от вязкости окисляемого гудрона составляла 8 – 10 ч.

Переокисленныебитумы и строительный битум смешивали с исходным гудроном или отработанным смазочным маслом в лабораторном реакторе с пропеллерной мешалкой при температуре 180– 190 °С в течение 2 ч. При получении компаундированныхбитумов содержание гудрона изменялось от 10 % до 60 мас. %, отработанного смазочного масла – от 10 % до 30 мас. %.

В табл. 2 даны физико-механические свойства и групповой химический состав переокисленных и компаундированных битумов при содержании исходных гудронов в компаундированных битумах 30 мас. %.

200

Влияние дозировки гудрона (с вязкостью С580 = 21 с) на изменение свойств переокисленного битума с температурой размягчения 70 °С показано на рисунке. Как следует из данных табл. 1, компаундированные битумы соответствуют требованиям ГОСТ 22245 к марке БНД 90/130 (образец № 1) и БНД 60/90 (образец № 2) по всем показателям свойств. Битумы имеют структуру золь-гель и характеризуется достаточно высокими показателями пластичности, теплоустойчивости, трещиностойкости, устойчивости к термоокислительному старению и адгезии к мрамору.

Повышенная устойчивость компаундированных битумов к термоокислительному старению объясняется высокой устойчивостью к старению глубокоокисленного битума и применением для компаундирования неокисленных достаточно стабильных продуктов – гудронов [1, 2].

Рис. Зависимость свойств компаундированных битумов от содержания в переокисленном битуме гудрона с вязкостью С580 = 21 с: Тр и ТФхр – температуры

размягчения и хрупкости, Д – растяжимость; пенетрация при 25 °С (1) и 0 °С (2)

Свойства и состав строительного битума марки БН 90/10 и компаундированных битумов на его основе даны в табл. 3. Образец № 3 компаундированного битума содержал 50 % гудрона, образец № 4 содержал 25 % отработанного смазочного масла. Компаундированные битумы, приготовленные на основе строительного битума марки БН 90/10, имеют структуру, близкую к гелю (образец № 3) и золь-гель (образец № 4). Битумы тепло- и трещиностойкости, пластичны при низких температурах, устойчивы к термоокислительному старению, но имеют низкую растяжимость.

Сравнение свойств компаундированных битумов, полученных из переокисленных и строительногобитумов показывает, что лучшим комплексом физико-механическихсвойств характеризуются образцыбитумов № 1 и № 2.

201

Температура хрупкости образца битума № 2 может быть понижена при использовании в качестве пластификатора облегченного гудрона. Для получения компаундированных битумов с высокой растяжимостью температура размягчения переокисленногобитума должна быть не выше 70 – 75 °С.

Таким образом, дорожные битумы из гудронов западно-сибирской нефти с требуемыми физико-механическими свойствами можно получить их переокислением и компаундированием с исходным сырьем или продуктами масляного производства.

Библиографический список

1.КутьинЮ.А.,ВиктороваГ.И.,ТеляшевЭ.Г.Овзаимосвязимеждукачествомдорожныхби- тумовитехнологиейихпроизводства//Автомобильныедороги.–2010.–№1.–С.58–59.

2.Компаундирование повышает долговечность битумов / Р.Б. Гун и др. // Нефтяник – 1977. – № 9. – С. 13 – 14.

3.Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. – М.: Химия, 1990. – 256 с.

4.Повышение термостабильности дорожных битумов / Н.М. Лихтерова и др. // Химия и технология топлив и масел. – 2008. – № 3. – С. 7 – 16.

5.Галдина В.Д. Дорожные битумы из западно-сибирской и западно-казахстанской нефтей. – Омск: СибАДИ, 2010. – 219 с.

202