ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Конструирование и изготовление строительных материалов (укрепляющие и вяжущие композиции) на местном минеральном сырье.

Рекомендуемая область пременения

Строительство и эксплуатация инженерных сооружений.
-строительство зданий и сооружений,
-усиление дорожного полотна и инженерных сооружений в неблагоприятных природно-климатических, инженерно-геологических и мерзлотно-грунтовых условиях

Назначение, цели и задачи проекта

Стабильность любого грунтового сооружения зависит от устойчивости его конструктивных элементов и основания, на котором оно расположено. Наиболее сложно обеспечить стабильность сооружений, расположенных на неустойчивых склонах, подверженных склоновым процессам: оползням и значительным сплывам грунтов, а также неустойчивых откосов грунтовых сооружений, в частности, на железных дорогах - откосов земляного полотна: насыпей, выемок. Неожиданные сплывы и оползания массивов грунта со склонов приводят к смещению в плане самого пути, а деформации откосов приводят к уменьшению конструктивных расчетных размеров и нарушению относительно устойчивого равновесия земляного сооружения. В обоих случаях это связано с нестабильностью сооружения и влияет на безопасность и бесперебойность движения поездов, эксплутационную надежность инженерных сооружений.

Технология предназначена для улучшения  термовлажностного режима земляного основания под строительство с использованием укрепляющих грунтовых композиций, с помощью которых в короткие сроки и при простой технологии можно будет ликвидировать деформации и дефекты земляного полотна.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Основные деформации земляного полотна это сплывы откосов над водопропускными трубами.  Традиционно, в качестве противодеформационных мероприятий на таких участках применяют контрбанкеты. Отсыпка контрбанкета для насыпи у трубы требует ее удлинения. При высоте средней насыпи 15-20м, как правило, это 2-х ярусный контрбанкет. Стоимость такого контрбанкета с удлинением трубы, в среднем, составляет 2000 тыс. руб./100 п. м. откоса.).  Для отсыпки контрбанкета необходимо, как минимум, 1 месяц (проект + строительство). Таким образом, общая стоимость работ по стабилизации земляного полотна с текущими затратами на ремонт составляет    около 3000 тыс. руб.

     Если стабилизировать насыпь укрепляющими композициями, на это потребуется 300 - 400 тыс. руб. (тема № 3558). При ресурсосберегающей и энергосберегающей технологии с помощью укрепляющих композиций на стабилизацию земляного полотна достаточно 3-4 дня. Таким образом, эксплутационные затраты + капитальные затраты с использованием укрепляющих композиций будут составлять около 400 тыс. руб., что более, чем в 6 раз дешевле традиционного устранения деформаций.

     Если стабилизировать насыпь укрепляющими композициями, на это потребуется 300 - 400 тыс. руб. (тема № 3558). При ресурсосберегающей и энергосберегающей технологии с помощью укрепляющих композиций на стабилизацию земляного полотна достаточно 3-4 дня. Таким образом, эксплутационные затраты + капитальные затраты с использованием укрепляющих композиций будут составлять около 400 тыс. руб., что более, чем в 6 раз дешевле традиционного устранения деформаций.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Укрепляющая грунтовая композиция содержит наполнитель крупной фракции,  вяжущее, фермент-уплотнитель на основе протеинов и сахаров и наполнитель мелкой фракции.

Укрепляющие композиции на основе минерального сырья используют стабилизаторы-осушители и укрепители грунта при строительстве и ремонте автомобильных дорог, укреплении железнодорожного земляного полотна, для устранения пучин под фундаментами зданий и сооружений и на дорожном полотне.

Стабилизаторы - укрепители грунта предполагается также использовать при консервации свалок мусора.

Вяжущие композиции созданы на основе вулканического сырья, карбонатно-магнезиальных пород, кремнесодержащих отходов производства, используются как добавки в строительные растворы, в ячеистые бетоны под общим названием «кондиционеры», позволяющие осушать строительные конструкции (наружные стены, кровли).

Строительная композиция "Кондиционер-грунт" включает вяжущее, представляющее собой неполнообожженные и обожженные отходы содержащие оксиды кальция CaO, магния MgO, кремния SiO, железа Fe₂O₃ и кремнезем содержащую добавку. В качестве вяжущего он содержит отходы бруситового производства, а в качестве кремнесодержащей добавки - отходы производства цеолита. Химико-минералогический состав стабилизаторов "Кондиционер-грунт" подобран для каждого типа грунта с расчетом сорбционного отсоса влаги, создания на основе глинистых составляющих новых кристаллических водостойких структур. Механо-химическая активация стабилизаторов, введение ферментов Perma-zime в состав стабилизаторов в порошковом виде позволяет максимально реализовать активность стабилизаторов при минимальном их расходе.

Благодаря содержанию крупных фракций брусита и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки из отсева и полуобожженных отходов магнезиальных пород происходит цикличное водопоглощение. Первоначально вода, поступающая из оползня, адсорбируется карбонатно-магнезиальными породами и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой, что приводит к осушению поверхности скольжения оползня. При этом адсорбированная вода, постепенно реагируя с термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой, вызывает гидратацию и карбонизацию. Образующиеся при гидратации и карбонизации силикаты Са и Mg оказывает укрепляющее влияние, что упрочняют подпорное сооружение.

Кроме того, катионы Mg, реагируя с подстилающими поверхность скольжения твердыми глинистыми грунтами, образуют прочные кристаллы алюмосиликатов и гидроалюминатов Са и Mg. Образование гидроалюминатов и алюмосиликатов Са и Mg приводит к дополнительному сцеплению оползневого массива с упрочненными грунтами.

Благодаря адсорбционным свойствам карбонатно-магнезиальных пород и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки происходит постоянное осушение поверхности скольжения оползня и упрочнению подпорного сооружения.

Технология укрепления грунтов показана на примерах укрепления основной площадки железнодорожного земляного полотна со снятием и без снятия рельсошпальной решетки.

Пример 1. Реализация способа укрепления грунтов основной площадки земляного полотна и откосов на пучиноопасном участке со снятием рельсошпальной решетки.

С основной площадки земляного полотна снимают рельсошпальную решетку и убирают верхний слой балласта. Бульдозером разравнивают и рыхлят нижний слой балластной призмы и грунты основной площадки земляного полотна на глубину 0,2 м. Разрыхленный слой состоит из смеси грунтов тела земляного полотна и загрязнителя балласта. Разрыхленный слой одновременно обрабатывают водой и компонентами укрепляющей композиции: доломитовой известью, цеолитом и ферментом-уплотнителем и водой. При этом толщина слоя укрепляющей композиции составляет 0,15-0,20 м.

Затем смесь уплотняют катком (на основной площадке) или вибротрамбовками (на откосах). Далее укладывают рельсошпальную решетку, осуществляют балластировку и выправку пути.

Пример 2. Реализация способа упрочнения грунтов основной площадки земляного полотна с помощью путевой машины RM-80 и ВПО-3000 на пучиноопасных участках (горбах).

Сначала снимают верхний слой старого балласта путевой машиной RM-80.

Обработка (перемешивание) грунтов компонентами укрепляющей композиции и водой происходит в путевой машине RM-80. Порошковые компоненты композиции подают через верхний бункер машины (при закрытом верхнем сите) для перемешивания его с грунтами, загрязнителем балласта и щебнем нижней части балластной призмы в количестве 0,10 м³ на 1 м³ грунтов. Одновременно смесь порошковых компонентов с грунтами смачивают 3-5%-ным раствором воды с ферментом-уплотнителем. Смесь всех компонентов композиции и грунта укладывают из бункера с ситами RM-80 обратно непосредственно на основную площадку земляного полотна.

Другая путевая машина ВПО-3000 уплотняет композицию с помощью вибраторов, расположенных на ее поверхности, затем отсыпает и выправляет балластную призму.

Технология по заявляемому способу апробирована на пучиноопасных участках БАМ и ДВЖД в 2000 г.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Укрепляющие композиции прошли экспериментальное внедрение на автомобильных дорогах, для укрепления и осушения оснований, для разрушающихся откосов выемок автомобильных и железных дорог, для укрепления железнодорожного полотна, опор контактной сети на железной дороге, как противопучинные мероприятия в основаниях фундаментов зданий и сооружений.

Эффективность предлагаемых материалов рассмотрим на конкретном примере. Деформации железнодорожного земляного полотна, как правило, связаны с перерывами и ограничениями движения поездов, что связано с дополнительными затратами, в частности, энергопотерями.

Для стабилизации таких мест и обеспечения безопасности движения поездов необходимо использовать такие конструкции и материалы, с помощью которых в короткие сроки и при простой технологии можно будет ликвидировать деформации и дефекты земляного полотна.

Дальневосточным государственным университетом путей сообщения экспериментально внедрены такие ресурсосберегающие технологии на основе местного минерального сырья на 3-х дистанциях пути, на 2-х – прошли успешную трехлетнюю проверку.

Технико-экономическое обоснование рассмотрим на конкретном примере.

По данным Энергетической службы ДВЖД, затраты, связанные с уменьшением скорости по нечетному пути до 15 км/час (при установленной 60 км/час), на ПЧ 5 составляют 80 кВт/поезд. При стоимости 1 кВт электроэнергии 1руб. 38 коп и интенсивности движения поездов - 65 поездов/сутки энергозатраты будут составлять 7176 руб./сутки или 215280 руб/месяц.

     Если стабилизировать насыпь укрепляющими композициями, на это потребуется 300 - 400 тыс. руб. (тема № 3558). При ресурсосберегающей и энергосберегающей технологии с помощью укрепляющих композиций на стабилизацию земляного полотна достаточно 3-4 дня. Таким образом, эксплутационные затраты + капитальные затраты с использованием укрепляющих композиций будут составлять около 400 тыс. руб., что более, чем в 6 раз дешевле традиционного устранения деформаций.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Сравнительные характеристики приоритетной технологии с известными

Новые потребительские свойства продукции

«Кондиционеры», позволяют осушать строительные конструкции (наружные стены, кровли). добиваясь снижения теплопроводности основных конструктивных материалов более, чем в 2 раза, и значительно улучшать технологические свойства растворов и бетонов.
Набор активных минералов, способствует: снижению влажности грунта, пластичности; превращению коллоидных глинистых частиц в кристаллические; повышению прочности уплотненного грунта; обеспечению коэффициента размокаемости до 0.8-0.85, обеспечению морозостойкости выше Мрз 100, обеспечению плотности Купл более 1.1.
Расход стабилизатора "Кондиционер-грунт" составляет 4-10% от объема уплотняемого грунта (в зависимости от вида и состояния грунта).Состав стабилизатора "Кондиционер-грунт":
активность по обоженной составляющей CaO + MgO = 20%.
минеральные составляющие: доломит + бруситовый отсев = 80%,
объемная часть = 20%.
Расход на 1 м3 грунта в конкретном случае - 1,5-5%
Стоимость щебеночного покрытия, устраиваемого традиционно по способу заклинки ГОСТ 25607-94, толщиной 20 см -1915,38 руб;
Покрытие из суглинистого грунта, обработанного порошковыми стабилизаторами «кондинционер-грунт) – 290,31 руб.
Основные свойства разработанных строительных материалов:
-высокая экологическая чистота;
-сильный осушающий эффект в конструкциях;
-высокие теплофизические характеристики в ограждающих конструкциях зданий;
-высокая плотность, прочность, водостойкость;
-устранение пучинистости грунтов.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Разработаны Технические условия и Технологические регламенты, идет подготовка к сертификации.

Стадия и уровень разработки

Укрепляющие композиции прошли экспериментальное внедрение на автомобильных дорогах, для укрепления и осушения оснований, для разрушающихся откосов выемок автомобильных и железных дорог, для укрепления железнодорожного полотна, опор контактной сети на железной дороге, как противопучинные мероприятия в основаниях фундаментов зданий и сооружений.
Экспериментально внедрены такие ресурсосберегающие технологии на основе местного минерального сырья на 3-х дистанциях пути, на 2-х – прошли успешную трехлетнюю проверку.
Применение добавок в строительные растворы осуществляется в течение 2-х лет на стройках Хабаровска с высокой технической и экономической эффективностью.
Минеральные стабилизаторы - укрепители грунта используются в течение 5-ти лет при строительстве автодорог, укреплении железнодорожного полотна, откосов выемок и насыпей, внедрены на 3-х железнодорожных. дистанциях пути, и прошли успешную трех - пятилетнюю проверку.
Технология использована при укреплении откосов земляного полотна на пучиноопасном участке км 3258 пк 4 Этыркэнской дистанции пути Дальневосточной ж.д.

Предлагаемые инвестиции

Инвестиции из вне не предлагаются

Рынки сбыта

Предлагаемые к реализации разработки:
-укрепляющая грунтовая композиция для строительства автомобильных и железных дорог;
-противооползневые конструкции для стабилизации откосов и склонов земляных сооружений;
-минерально-химические добавки в растворы и бетоны, корректирующие влажность, теплопроводность, морозо- и теплостойкость конструкций;
-специальные минерально-химические добавки в бетоны для малоэтажного домостроения.
В настоящее время разработка готова к использованию в серийном производстве.
Все предлагаемые материалы широко востребованы при строительстве жилья (особенно в монолитном варианте), производстве ячеистых бетонов, строительстве автодорог (в том числе, внеклассных), ремонте и строительстве железных дорог.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемые в проекте технология и оборудование для ее реализации основаны на использовании местного сырья и традиционных технических средств. Механохимическая активация при производстве предлагаемых материалов предполагает наряду с отечественным использование импортного оборудования.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

26.09.2006