Для строительства автомобильных дорог нужны большие объемы щебня разных свойств и фракций. В России карьеров с каменными материалами высокой прочности мало, возникает потребность в их доставке. Это сильно увеличивает стоимость строительства. Транспортные расходы при этом могут достигать 20-35% от стоимости самого щебня. Один из способов решения проблемы – разработка методов, повышающих прочность камня, например, его пропитка различными растворами. Сложность в том, что компоненты либо дорогостоящие, либо недостаточно укрепляют. Ученые ПНИПУ разработали более эффективный состав и технологию пропитки дорожного материала раствором лигносульфоната. Это сделает строительство дорог более качественным и дешевым.

Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика» №4 за 2023 год.  Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Щебень – универсальный строительный материал, который активно применяется в дорожном строительстве. Сейчас его производство в России составляет около 200 млн м3 в год. Структура поверхностного слоя щебня сильно влияет на устойчивость готовой дороги к внешним нагрузкам и воздействию окружающей среды. Поры и трещины на поверхности материала снижают его характеристики. Для упрочнения щебня используют разные химические растворы, которые создают защитные слои или повышают плотность и однородность структуры за счет преобразований или «забивания» в поры и трещины. Так для строительства получают более качественный щебень с устойчивой структурой.

Один из существующих способов «укрепить» материал – пропитать его в водном растворе лигносульфоната. Это вещество – побочный продукт переработки древесины, поэтому на территориях, где есть такие производства, метод очень перспективен. Однако чтобы он сработал, необходимо соблюдать точную дозировку и контроль изготовления раствора. Для этих целей ученые Пермского Политеха разработали более эффективный состав и технологию пропитки дорожного материала.

В исследовании пермские политехники использовали щебень фракции 20–40 мм, который применяется для строительства дорог, и сухой лигносульфонат из ели и пихты. Пропитку ученые проводили при температуре 20 и 60 °С в течение 6 часов. Раствор приготовили в соотношении «лигносульфонат – вода» 1:7. После его введения щебень высушили при температуре 105 °С. Затем политехники рассмотрели основные показатели полученного камня – прочность, истираемость, водопоглощение.

– Результаты испытаний показали, что пропитка работает хорошо, а повышение температуры раствора позволяет добиться большего эффекта. Это можно объяснить тем, что при нагреве снижается вязкость лигносульфоната, и он может попасть в более мелкие дефекты структуры щебня. Увеличение температуры способствует раскрытию трещин, что позволяет их частично заполнить и склеить, – поясняет доктор технических наук, профессор кафедры автомобилей и технологических машин ПНИПУ Константин Пугин.

Ученые Пермского Политеха разработали наиболее эффективную технологию приготовления раствора для пропитки щебня на основе лигносульфоната. Это экологичный и дешевый способ повысить прочность, водостойкость и морозостойкость щебня. Внедрение нового метода в масштабе страны позволит увеличить объемы использования местных малопрочных каменных материалов и снизить стоимость строительства дорог.

Для справки:

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель – формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % – региональные университеты.