Экологичная модификация подъездных путей к селам может предоставить практичный и недорогой способ улучшения дорожного полотна. Ученые протестировали «глинобанану».
Дорожную инфраструктуру часто приходится строить на проблемных экспансивных глинах, где земляное полотно создает большие проблемы в ответ на транспортную нагрузку. Очень много дорог в сельской местности представляют собой глинистое полотно, склонное к усадке, набуханию во время дождей, образованию трещин и износу нежестких дорожных покрытий.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей международной группы ученых из Инженерно-технологического университета Пакистана и Исследовательского центра Университета будущего в Египте, в которой рассказывается о новом приложении для агропромышленных отходов: «Цемент и известь обычно используются при строительстве дорожной инфраструктуры для стабилизации грунтов земляного полотна, что приводит к выбросам CO 2 в окружающую среду. Кальций и глинозем в цементе и извести реагируют с сульфатами в расширяющихся глинах, в результате чего образуются расширяющиеся минералы, т.е. эттрингит. Кроме того, это дорого.
Альтернативой могут стать натуральные волокна из остатков агропромышленности в качестве недорогих дорожных стабилизаторов – это современная тенденция в области устойчивой геоэкологической инженерии.
Добавление натуральных волокон вызывает улучшение эластичных свойств глин, что является требованием для эффективного проектирования земляного дорожного полотна, позволяет повысить прочность на сдвиг и несущую способность, а также уменьшить проблему расширения и оседания слабых глинистых пластов.
В комбинацию включаются также остатки полиэфирных волокон от текстильной промышленности, которые обычно отправляются на свалку. Полиэфирные волокно выступают скрепкой для эрозии почвы и растрескивания глины. И полиэфирные, и банановые волокна действуют по комбинированному принципу, благодаря чему глина демонстрирует силы сцепления между глиной и волокнами. Помимо сцепления частиц глины, увеличивается прочность глины на неограниченное сжатие.
В этом исследовании в качестве материалов в этом использовались глина (C), полиэфирные (P) и банановые (B) волокна.
Банановые волокна были приготовлены из отходов псевдостеблей банановых растений, которые изначально гидрофильны, тогда как гидрофобные характеристики волокон в основном необходимы при стабилизации грунта, особенно во влажные сезоны.
Волокна сушили на воздухе в течение трех дней при средней температуре 18°С. Чтобы изменить природу банановых волокон с гидрофильной на гидрофобную, химически обрабатали NaOH. На первом этапе банановые волокна погружали в 2%-ную смесь моющего средства и воды, полностью промывали и сушили на воздухе для обеспечения плавного процесса сушки. На следующем этапе волокна погружали примерно на один час в водный раствор, приготовленный на основе 5% NaOH, что приводило к повышению механической прочности и термической стабильности банановых волокон.
Наконец, волокна промывали путем погружения в дистиллированную воду и сушили на воздухе.
Отделение волокон друг от друга, укладка в глину и равномерное перемешивание — важнейшие процессы, требующие точности для достижения требуемых свойств глиноволокнистой смеси. Волокна глины, полиэстера и банана, использованные в экспериментах, представлены на фото 1.
Фото предоставлено группой авторов статьи, указанной ниже.
Перед классификационными испытаниями полученный глинистый материал сушили на воздухе. Глина, использованная в экспериментах, была классифицирована как CH (высокопластичная глина).
Вы видите типичные образцы глины (C), глины-полиэстера (CP), глины-банана (CB) и глины-банана-полистера (CBP) до разрушения в трехосном испытании. Фото предоставлено группой авторов статьи, указанной ниже.
По итогам теста (в том числе моделировались очень влажные условия), сформованные образцы высокопластичной глины (C), улучшенные оптимальными дозами 1,2% полиэстера (P) и 0,9% банана (B) показали устойчивость по всем параметрам, включая секущий модуль упругости, пиковую прочность, индекс сжатия, потенциал разбухания и так далее. Анализ затрат и выгод на производство волокна для стабилизации земляного полотна указал на экономическую выгоду. Таким образом, включение растительных остатков от агропромышленного комплекса в отрасль дорожного строительства способно принести множественные преимущества».
По статье группы авторов (Аиша Зубайр, Зайнаб Фарук, Халид Фарук, Зубайр Масуд, Хасан Муджтаба, Абдулла Мохамед), опубликованной в журнале Sustainability 2023 на портале www.mdpi.com.
Автор заглавного изображения: Анна Медведева, AgroXXI.ru.