Reducing dustiness of agricultural roads

Дороги сельскохозяйственного назначения играют важную роль в развитии и обеспечении бесперебойной работы агропромышленного комплекса, обеспечивая транспортировку продукции, движение сельскохозяйственной техники и доставку необходимых ресурсов и удобрений. Как правило, дороги данного типа имеют грунтовое или щебеночное покрытие и рассчитаны на относительно небольшую интенсивность движения техники специального назначения. Спецификой дорог данного типа является их малая несущая способность, долговечность и большое пылеобразование в сухую погоду

Дорожная пыль является одним из основных негативных факторов, которые могут повлиять на качество и количество продукции

Дороги сельскохозяйственного и промышленного назначения проектируются относительно годового объема перевозок согласно СП 37.13330.2012 Промышленный транспорт. Дорожные покрытия устраивают облегченного или переходного, в основном, типа из грунтов и каменных материалов, реже из материалов обработанных вяжущим (органическим, неорганическим или комплексным) или асфальтобетонов.

Исключительной особенностью дорог данного типа является минимизация объемов земляных работ и строительство земляного полотна и дорожной одежды преимущественно в нулевых отметках или насыпях высотой до 1 м с пологими откосами, для обеспечения безпрепядмтвенного проезда сельскохозяйственной техники

1. Переувлажнение земляного полотна и основания дорожной одежды в следствии застоя воды в кюветах, так как сельскохозяйственные угодья, как правило, располагают в равнинной местности.

2. Деформации дорожного покрытия в виде колейности и волн, связанные в первую очередь с малой прочностью грунтовых покрытий и оснований, эксплуатируемых в условиях периодического переувлажнения.

3. Пучение земляного полотна в зимний и весенний периоды, связанные с неравномерным водно-тепловым режимом земляного полотна в течение года.

Переувлажнение земляного полотна и основания дорожной одежды никак не влияет на проблемы экологического воздействия дороги на окружающую среду, основным фактором которого является образование пыли при проезде транспортного средства. Это связано с тем, что верхняя часть покрытия, в теплый период времени достаточно быстро нагревается и просыхает, под воздействием солнечной радиации.

В настоящее время для обеспыливания дорог применяют следующие технологии:

1. Полив покрытия водой.

Один из самых простых и доступных методов, так как вода помогает связывать мелкие частицы грунта, предотвращая их подъем в воздух колесами транспортных средств. Этот метод хорошо подходит для дорог с низкой интенсивностью движения, но его эффективность уменьшается по мере просыхания покрытия.

2. Применение химических веществ.

Достаточно долговечный способ обеспыливания дорог. Как правило, для обеспыливания применяют хлориды кальция, известковые растворы и битумные эмульсии, но данные материалы могут оказать прямое (попадание на растения) и косвенное (через почву и воду) негативное воздействие на растения и не рекомендуются для применения на дорогах сельскохозяйственного назначения.

3. Укрепление дорожных покрытий.

Самый долговечный и эффективный способ обеспыливания и параллельного усиления дорожных покрытий, требующий специализированной техники. Оказывает минимальное воздействие на окружающую среду, а получившиеся покрытия обладают высокой прочностью и водонепроницаемостью.

Метод укрепления грунтов является одним из наиболее эффективных и долговечных способов борьбы с пылеобразованием на грунтовых дорогах, а также для повышения их прочности и устойчивости к внешним воздействиям. Укрепление позволяет создать более прочное и износостойкое дорожное покрытие, которое лучше сопротивляется воздействию внешних факторов, таких как движение большегрузных транспортных средств, специальной техники и изменения водно-теплового режима земляного полотна

Технологию производства работ можно разделить на 4 этапа:

1. Подготовительный этап, предназначен для проектирования состава укрепленного грунта, исходя из вида и состава грунта, условий эксплуатации дорожного покрытия.

2. Приготовление смеси может осуществляться либо на заводе, либо на дороге в бункере грунтосмесительной машины. Открытый способ смешения на дороге навесными дорожными фрезами не рекомендуется, так как в процессе смешения неизбежно образование пыли.

3. Уплотнение смеси должно осуществляться последовательно легкими, средними и тяжелыми катками для обеспечения оптимальной плотности смеси и предотвращения образования излишних пустот.

4. Формирование и уход за покрытием необходим в случае применения органических вяжущих, для набора прочности цемента. Уход необходим для поддержания оптимальной влажности слоя на протяжении первых 14 суток и заключается в перекрытии дорожного покрытия слоем из песка или геосинтетическим материалом, препятствующим испарению влаги из покрытия.

Исследуемым грунтом дорожного покрытия низшего типа является супесчаный грунт, обогащённые 10% щебня фракцией 5–10. В ходе исследования было испытано 3 состава укреплённого грунта:

- состав № 1 — супесь укрепленная 7% цемента М400;

- состав № 2 — супесь укрепленная 7% цемента М400 в сочетании с 5% битума нефтяного дорожного БНД 100/130;

- состав № 3 — супесь укрепленная 7% цемента М400 в сочетании с 5% битумом БНД 100/130 и 1% резиновой крошки.

Состав №1 является контрольным, а составы № 2 и № 3 — экспериментальными.

В лабораторных условиях в соответствии с требованием ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийнопесчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства»

- прочность на сжатие;

- прочность на растяжение при изгибе;

- прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии.

Для проведения испытаний на сжатие изготовлены образцы-цилиндры диаметром 70 мм и высотой 70±2 мм, а для испытания на растяжение при изгибе изготовлены образцы-балочки 40х40х160 мм. Испытания проводились на прессе с предельной нагрузкой 100 кН. Результаты исследований представлены в таблицу 1.

Результаты исследования по пределам прочности на сжатие и растяжение при изгибе сопоставимы с результатами отечественных и зарубежных авторов

Укрепление грунтов является важным методом для борьбы с пылеобразованием на грунтовых дорогах и повышения их прочности. Этот процесс основан на сочетании физических, химических и механических процессов, которые обеспечивают длительный и эффективный результат.

Физические процессы играют ключевую роль в укреплении грунтов и снижении пылеобразования. Один из важнейших этапов — это уплотнение грунта. Во время этого процесса частицы грунта сближаются друг с другом, уменьшая пространство между ними. Это снижает вероятность подъема мелких частиц пыли в воздух при движении транспорта. Более плотная структура грунта также способствует улучшению его водостойкости, что предотвращает проникновение воды внутрь и снижает риск размывания и разрушения дорожного покрытия.

Еще одним физическим-химическим процессом является образование плотной структуры после добавления стабилизаторов, таких как цемент или известь. При взаимодействии частиц неорганического вяжущего с водой происходит реакция цементации с образованием прочных кальциевых соединений. Кроме этого, при добавлении органического вяжущего, создаются прочные оболочки вокруг сцементированных частиц грунта, что повышает водонепроницаимость укрепленного грунта. В итоге формируется единая монолитная структура, которая гораздо менее подвержена разрушению под действием внешней нагрузка, а, за счет органического вяжущего, пылимость данного типа покрытия практически нулевая.

В результате выполненного исследования, в качестве наиболее эффективного способа обеспыливания грунтовых дорог сельскохозяйственного назначения, можно рекомендовать способ укрепления грунта цементом в сочетании с битумом. Предложенный способ не только уменьшит пылимость дорог, но и значительно повысит их прочности и водонепроницаимость, что является эквивалентом их долговечности.