Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 92710 10.20295/1815-588X-2024-04-775-786 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем The use of man-made waste in strengthening the soils of highways Применение техногенных отходов при укреплении грунтов автомобильных дорог Слободчикова Надежда Анатольевна Slobodchikova Nadezhda Anatol'evna Nslobodchikova@rambler.ru Клюев Сергей Васильевич Klyuev Sergey Vasil'evich klyuyev@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Плюта Ксения Викторовна Plyuta Kseniya Viktorovna kv_plyuta@mail.ru Клюев Александр Васильевич Klyuev Aleksandr Vasil'evich klyuyevav@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 ИРНИТУ Иркутск Россия ISTU Irkutsk Russian Federation Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова Россия Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov Russian Federation Российский университет дружбы народов Россия RUDN University Russian Federation Иркутский национальный исследовательский технический университет Россия Irkutsk National Research Technical University Russian Federation Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова Россия Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov Russian Federation 27 12 2024 27 12 2024 21 4 775 786 25 12 2024 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/92710/view

Цель: анализ возможности использования техногенных отходов для укрепления и стабилизации грунтов дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог. Результаты: в статье отражены объемы накопления техногенных отходов и рассмотрены способы применения различных их видов для укрепления грунтов слоев автомобильных дорог. Наиболее исследованы золошлаковые отходы ТЭЦ. Также представляют интерес сельскохозяйственные отходы, такие как зола кофейной шелухи, зола багассы, целлюлоза. При этом имеющиеся исследования выполнены в достаточно узких областях. Недостаточно изучено влияние на долговечность укрепленных грунтов таких факторов, как увлажнение, высыхание, замерзание, оттаивание, динамическая нагрузка от транспортных средств, накопление пластических деформаций и т. д. Мало исследований в области оценки влияния материалов на окружающую среду. Во многих работах отмечается, что некоторые виды отходов, такие как зола рисовой шелухи, доменный шлак и зола-унос, нуждаются в дополнительных исследованиях с точки зрения повышения прочности. Практическая значимость: данный обзор может помочь в создании методов укрепления и стабилизации грунтов, которые были бы эффективными и долговечными при минимизации воздействия техногенных отходов на окружающую среду. Применение техногенных отходов в составах грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими материалами, позволяет снизить стоимость строительства и утилизировать отходы. Необходимы дополнительные исследования, чтобы расширить область применения техногенных отходов в дорожном строительстве в зависимости от вида грунта, конструктивного слоя автомобильной дороги климатических условий района строительства.

Purpose: analysis of the possibility of using man-made waste to strengthen and stabilize the soils of road surfaces and the roadbed. The use of man-made waste in soil compositions reinforced with inorganic binders makes it possible to reduce the cost of construction and dispose of man-made waste. Objective: to review the available literature for a comprehensive understanding of the possibility of using man-made waste to strengthen and stabilize the soil. Results: the article discusses the ways of using various types of man-made waste to strengthen soils. The ash and slag wastes of the CHP are the most studied. Agricultural wastes such as coffee husk ash, bagasse ash, and cellulose are also of interest. At the same time, the available research has been carried out in rather narrow areas, there is not enough research in the field of assessing the durability of materials under the influence of various factors (moisture-drying, freezing-thawing, dynamic load from vehicles, accumulation of plastic deformations, etc.), there is not enough research in the field of assessing the impact of materials on the environment. Many studies have noted that some types of waste, such as rice husk ash, blast furnace slag and fly ash, need additional research in terms of increasing strength. Practical significance: this review can help in the creation of methods for strengthening and stabilizing soils that would be effective and durable while minimizing the impact of man-made waste on the environment. Additional research is needed to expand the scope of man-made waste in road construction, depending on the type of soil, the structural layer of the highway and the climatic conditions of the construction area.

 укрепление грунтов стабилизация грунтов техногенные отходы составы укрепленных грунтов soil strengthening soil stabilization man-made waste reinforced soil compositions

Безрук В. М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве. М.: Транспорт, 1971. 247 с. Bezruk V. M. Ukreplenie gruntov v dorozhnom i aerodromnom stroitel'stve. M.: Transport, 1971. 247 s. Филатов М. М. Основы дорожного грунтоведения. М.: Гострансиздат, 1936. 233 с. Filatov M. M. Osnovy dorozhnogo gruntovedeniya. M.: Gostransizdat, 1936. 233 s. Информация о количестве техногенных отходов. URL: https://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/ index.php?title=Waste_statistics#Total_ waste_generation (дата обращения: 15.07.2024). Informaciya o kolichestve tehnogennyh othodov. URL: https://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/ index.php?title=Waste_statistics#Total_ waste_generation (data obrascheniya: 15.07.2024). Fabrication of superhydrophobic soil stabilizers derived from solid wastes applied for road construction: A review / J. Lu [at al.] // Transportation Geotechnics. 2023. P. 40. DOI: 10.1016/j.trgeo.2023.100974 Fabrication of superhydrophobic soil stabilizers derived from solid wastes applied for road construction: A review / J. Lu [at al.] // Transportation Geotechnics. 2023. P. 40. DOI: 10.1016/j.trgeo.2023.100974 A systematic review of strategies for identifying and stabilizing dispersive clay soils for sustainable infrastructure / A. H. Vakili [et al.] // Soil and Tillage Research. 2024. 239 р. DOI: 10.1016/j. still.2024.106036 A systematic review of strategies for identifying and stabilizing dispersive clay soils for sustainable infrastructure / A. H. Vakili [et al.] // Soil and Tillage Research. 2024. 239 r. DOI: 10.1016/j. still.2024.106036 Tanyıldızı M., Uz V. E., Gökalp İ. Utilization of waste materials in the stabilization of expansive pavement subgrade: An extensive review // Construction and Building Materials. 2023. 398 р. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2023.132435 Tanyıldızı M., Uz V. E., Gökalp İ. Utilization of waste materials in the stabilization of expansive pavement subgrade: An extensive review // Construction and Building Materials. 2023. 398 r. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2023.132435 Utilization of fly ash with and without secondary additives for stabilizing expansive soils: A review / S. Ahmad [et al.] // Results in Engineering. 2024. 22 р. DOI: 10.1016/j.rineng.2024.102079 Utilization of fly ash with and without secondary additives for stabilizing expansive soils: A review / S. Ahmad [et al.] // Results in Engineering. 2024. 22 r. DOI: 10.1016/j.rineng.2024.102079 Vijayan D. S., Parthiban D. Effect of Solid waste based stabilizing material for strengthening of Expansive soil: A review // Environmental Technology & Innovation. 2020. 20 р. DOI: 10.1016/j.eti.2020.101108 Vijayan D. S., Parthiban D. Effect of Solid waste based stabilizing material for strengthening of Expansive soil: A review // Environmental Technology & Innovation. 2020. 20 r. DOI: 10.1016/j.eti.2020.101108 Сокорнов А. А., Коньков А. Н., Лейкин А. П. Проведение стабилометрических испытаний дисперсных грунтов как строительных материалов // Путевой навигатор. 2021. № 46 (72). С. 28–36. Sokornov A. A., Kon'kov A. N., Leykin A. P. Provedenie stabilometricheskih ispytaniy dispersnyh gruntov kak stroitel'nyh materialov // Putevoy navigator. 2021. № 46 (72). S. 28–36. Оптимизация гранулометрического состава песчаного грунта при устройстве основания дорожных одежд из цементогрунта / С. А. Куюков [и др.] // Путевой навигатор. 2021. № 46 (72). С. 44–52. Optimizaciya granulometricheskogo sostava peschanogo grunta pri ustroystve osnovaniya dorozhnyh odezhd iz cementogrunta / S. A. Kuyukov [i dr.] // Putevoy navigator. 2021. № 46 (72). S. 44–52. Семенова Т. В., Долгих Г. В., Полугородник Б. Н. Применение калифорнийского числа несущей способности и динамического конусного пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ. 2014. № 1 (35). С. 59–66. Semenova T. V., Dolgih G. V., Polugorodnik B. N. Primenenie kaliforniyskogo chisla nesuschey sposobnosti i dinamicheskogo konusnogo penetrometra dlya ocenki kachestva uplotneniya grunta // Vestnik SibADI. 2014. № 1 (35). S. 59–66. Heukelom, W., Klomp, A. J. G. Dynamic Testing as a Means of Controlling Pavements During and After Construction // Proc. of 1st International Conference on Structural Design of Asphalt Pavements. 1962. Heukelom, W., Klomp, A. J. G. Dynamic Testing as a Means of Controlling Pavements During and After Construction // Proc. of 1st International Conference on Structural Design of Asphalt Pavements. 1962. Green J. L., Hall J. W. Nondestructive Vibratory Testing of Airport Pavements. Vol. I: Experimental Test Results and Development of Evaluation Methodology and Procedure // Federal Aviation Administration Report No. FAA-RD-73-205-1. 1975. 214 р. Green J. L., Hall J. W. Nondestructive Vibratory Testing of Airport Pavements. Vol. I: Experimental Test Results and Development of Evaluation Methodology and Procedure // Federal Aviation Administration Report No. FAA-RD-73-205-1. 1975. 214 r. Witczak M. W., Qi X., Mirza M. W. Use of Nonlinear Subgrade Modulus in AASHTO Design Procedure // Journal of Transportation Engineering. 1995. No. 3. P. 273–282. Witczak M. W., Qi X., Mirza M. W. Use of Nonlinear Subgrade Modulus in AASHTO Design Procedure // Journal of Transportation Engineering. 1995. No. 3. P. 273–282. Suitability of Using California Bearing Ratio Test to Predict Resilient Modulus / B. Sukumaran [at al.] // Proceedings: Federal Aviation Administration Airport Technology Transfer Conference. 2002. 9 р. Suitability of Using California Bearing Ratio Test to Predict Resilient Modulus / B. Sukumaran [at al.] // Proceedings: Federal Aviation Administration Airport Technology Transfer Conference. 2002. 9 r. Puppala A. J. Estimating Stiffness of Subgrade and Unbound Materials for Pavement Design // NCHRP Synthesis 382, Transportation Research Board, National Research Council. Washington, 2008. 139 р. Puppala A. J. Estimating Stiffness of Subgrade and Unbound Materials for Pavement Design // NCHRP Synthesis 382, Transportation Research Board, National Research Council. Washington, 2008. 139 r. Munirwan R. P., Jaya R. P., Munirwansyah R. Performance of eggshell powder addition to clay soil for stabilization // Int. J. Recent Technol. Eng. 2019. No. 8. P. 532–535. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2021.123648 Munirwan R. P., Jaya R. P., Munirwansyah R. Performance of eggshell powder addition to clay soil for stabilization // Int. J. Recent Technol. Eng. 2019. No. 8. P. 532–535. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2021.123648 Optimization of fly ash based soil stabilization using secondary admixtures for sustainable road construction / Renjith R. [at al.] // Journal of Cleaner Production. 2021. 294 р. Optimization of fly ash based soil stabilization using secondary admixtures for sustainable road construction / Renjith R. [at al.] // Journal of Cleaner Production. 2021. 294 r. Лунев А. А. Обоснование расчетных значений механических характеристик золошлаковых смесей для проектирования земляного полотна: дисс. … канд. техн. наук. Омск, 2019. 192 с. Lunev A. A. Obosnovanie raschetnyh znacheniy mehanicheskih harakteristik zoloshlakovyh smesey dlya proektirovaniya zemlyanogo polotna: diss. … kand. tehn. nauk. Omsk, 2019. 192 s. Сиротюк В. В. Особенности свойств золуноса Экибастузских углей в связи с их применением в дорожном строительстве // Строительство и эксплуатация дорог: межвуз. сб. Новосибирск: НИСИ, 1977. С. 78–86. Sirotyuk V. V. Osobennosti svoystv zolunosa Ekibastuzskih ugley v svyazi s ih primeneniem v dorozhnom stroitel'stve // Stroitel'stvo i ekspluataciya dorog: mezhvuz. sb. Novosibirsk: NISI, 1977. S. 78–86. Сиротюк В. В. Стандартизация и перспективы использования золошлаков энергетики для дорожного строительства в России // Золошлаки ТЭС: удаление, транспорт, переработка, складирование: мат-лы III науч.-практ. семинара (22–23 апреля 2010 г.). М.: Издательский дом МЭИ, 2010. С. 58–59. Sirotyuk V. V. Standartizaciya i perspektivy ispol'zovaniya zoloshlakov energetiki dlya dorozhnogo stroitel'stva v Rossii // Zoloshlaki TES: udalenie, transport, pererabotka, skladirovanie: mat-ly III nauch.-prakt. seminara (22–23 aprelya 2010 g.). M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2010. S. 58–59. Putilova I. V. Current state of the coal ash handling problem in Russia and abroad, aspects of the coal ash applications in hydrogen economy // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. P. 31040–31048. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.04.230 Putilova I. V. Current state of the coal ash handling problem in Russia and abroad, aspects of the coal ash applications in hydrogen economy // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. P. 31040–31048. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.04.230 Effect of using Oil Shale Ash on geotechnical properties of cement-stabilized expansive soil for pavement applications / S.R. Rabab’ah [et al.] // Case Studies in Construction Materials. 2023. 19 р. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e02508 Effect of using Oil Shale Ash on geotechnical properties of cement-stabilized expansive soil for pavement applications / S.R. Rabab’ah [et al.] // Case Studies in Construction Materials. 2023. 19 r. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e02508 Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве / Н. И. Ватин [и др.] // Magazine of Civil Engineering. 2011. № 4. С. 16–21. DOI: 10.5862/ MCE.22.2 Primenenie zol i zoloshlakovyh othodov v stroitel'stve / N. I. Vatin [i dr.] // Magazine of Civil Engineering. 2011. № 4. S. 16–21. DOI: 10.5862/ MCE.22.2 Optimization of fly ash based soil stabilization using secondary admixtures for sustainable road construction / R. Renjith [at al.] // Journal of Cleaner Production. 2021. 294 р. DOI: 10.1016/j. jclepro.2021.126264. Optimization of fly ash based soil stabilization using secondary admixtures for sustainable road construction / R. Renjith [at al.] // Journal of Cleaner Production. 2021. 294 r. DOI: 10.1016/j. jclepro.2021.126264. Слободчикова Н. А., Лофлер M., Плюта К. В. Получение неорганического вяжущего на основе отходов промышленного производства // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость: научный журнал. 2017. Т. 7. № 2. С. 62–67. Slobodchikova N. A., Lofler M., Plyuta K. V. Poluchenie neorganicheskogo vyazhuschego na osnove othodov promyshlennogo proizvodstva // Izvestiya vuzov. Investicii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost': nauchnyy zhurnal. 2017. T. 7. № 2. S. 62–67. Прогнозирование прочностных характеристик укрепленных золошлаковых смесей ТЭЦ неорганическими вяжущими материалами / Ю. Г. Лазарев [и др.] // Путевой навигатор. 2024. № 59 (85). С. 52–58. Prognozirovanie prochnostnyh harakteristik ukreplennyh zoloshlakovyh smesey TEC neorganicheskimi vyazhuschimi materialami / Yu. G. Lazarev [i dr.] // Putevoy navigator. 2024. № 59 (85). S. 52–58. Бирюков Ю. А., Бирюков А. Н., Титеев И. С. Вторичные строительные материалы в транспортном строительстве: анализ их применения и переработки при реконструкции объектов // Строительные и дорожные машины. 2023. № 10. С. 51–62. Biryukov Yu. A., Biryukov A. N., Titeev I. S. Vtorichnye stroitel'nye materialy v transportnom stroitel'stve: analiz ih primeneniya i pererabotki pri rekonstrukcii ob'ektov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. 2023. № 10. S. 51–62. Слободчикова Н. А., Лофлер М. Методики подбора составов грунтов, укрепленных известью, для дорожного строительства // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. Т. 8. № 2. С. 141–147. Slobodchikova N. A., Lofler M. Metodiki podbora sostavov gruntov, ukreplennyh izvest'yu, dlya dorozhnogo stroitel'stva // Izvestiya vuzov. Investicii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost'. 2018. T. 8. № 2. S. 141–147. Geotechnical and engineering properties of expansive clayey soil stabilized with biomass ash and nanomaterials for its application in structural road layers / J. L. Díaz-López [at al.] // Geomechanics for Energy and the Environment. 2023. 36 р. DOI: 10.1016/j.gete.2023.100496 Geotechnical and engineering properties of expansive clayey soil stabilized with biomass ash and nanomaterials for its application in structural road layers / J. L. Díaz-López [at al.] // Geomechanics for Energy and the Environment. 2023. 36 r. DOI: 10.1016/j.gete.2023.100496 Turkane S. D., Chouksey S. K. Design of low volume road pavement of stabilized low plastic soil using fly ash geopolymer // Materials Today: Proceedings. 2022. No. 65. Part 2. P. 1154–1160. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.04.167 Turkane S. D., Chouksey S. K. Design of low volume road pavement of stabilized low plastic soil using fly ash geopolymer // Materials Today: Proceedings. 2022. No. 65. Part 2. P. 1154–1160. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.04.167 Stabilization of alluvial soil for subgrade using rice husk ash, sugarcane bagasse ash and cow dung ash for rural roads / A. K. Yadav [at al.] // International Journal of Pavement Research and Technology. 2017. No. 10. P. 254–261. DOI: 10.1016/j.ijprt.2017.02.001 Stabilization of alluvial soil for subgrade using rice husk ash, sugarcane bagasse ash and cow dung ash for rural roads / A. K. Yadav [at al.] // International Journal of Pavement Research and Technology. 2017. No. 10. P. 254–261. DOI: 10.1016/j.ijprt.2017.02.001 Rahmat M. N., Kinuthia J. M. Effects of mellowing sulfate-bearing clay soil stabilized with wastepaper sludge ash for road construction // Engineering Geology. 2011. No. 117. P. 170–179. DOI: 10.1016/j.enggeo.2010.10.015. Rahmat M. N., Kinuthia J. M. Effects of mellowing sulfate-bearing clay soil stabilized with wastepaper sludge ash for road construction // Engineering Geology. 2011. No. 117. P. 170–179. DOI: 10.1016/j.enggeo.2010.10.015. Utilization of coffee husk ash for soil stabilization: A systematic review / R. P. Munirwan [at al.] // Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 2022. 128 р. DOI: 10.1016/j.pce.2022.103252. 35. Atahu M. K., Saathoff F., Gebissa A. Strength and compressibility behaviors of expansive soil treated with coffee husk ash // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. No. 11, iss. 2. P. 337– 348. DOI: 10.1016/j.jrmge.2018.11.004. Utilization of coffee husk ash for soil stabilization: A systematic review / R. P. Munirwan [at al.] // Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 2022. 128 r. DOI: 10.1016/j.pce.2022.103252. 35. Atahu M. K., Saathoff F., Gebissa A. Strength and compressibility behaviors of expansive soil treated with coffee husk ash // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. No. 11, iss. 2. P. 337– 348. DOI: 10.1016/j.jrmge.2018.11.004. Dhawale A. W., Banne S. P. Laterite soil stabilization using cellulose biopolymer // Materials Today: Proceedings. 2023. DOI: 10.1016/j. matpr.2023.07.062 Dhawale A. W., Banne S. P. Laterite soil stabilization using cellulose biopolymer // Materials Today: Proceedings. 2023. DOI: 10.1016/j. matpr.2023.07.062 Remediation of expansive soils using agricultural waste bagasse ash / H. Hasan [at al.] // Procedia Eng. 2016. P. 1368–1375. DOI: 10.1016/j. proeng.2016.06.161 Remediation of expansive soils using agricultural waste bagasse ash / H. Hasan [at al.] // Procedia Eng. 2016. P. 1368–1375. DOI: 10.1016/j. proeng.2016.06.161 Stabilization of clayey soil using ultrafine palm oil fuel ash (POFA) and cement / S. Pourakbar [at al.] // Transportation Geotechnics. 2015. Vol. 3. P. 24– 35. DOI: 10.1016/j.trgeo.2015.01.002 Stabilization of clayey soil using ultrafine palm oil fuel ash (POFA) and cement / S. Pourakbar [at al.] // Transportation Geotechnics. 2015. Vol. 3. P. 24– 35. DOI: 10.1016/j.trgeo.2015.01.002 Koohmishi M., Palassi M. Mechanical Properties of Clayey Soil Reinforced with PET Considering the Influence of Lime-Stabilization // Transportation Geotechnics. 2022. 33 р. DOI: 10.1016/j. trgeo.2022.10072 Koohmishi M., Palassi M. Mechanical Properties of Clayey Soil Reinforced with PET Considering the Influence of Lime-Stabilization // Transportation Geotechnics. 2022. 33 r. DOI: 10.1016/j. trgeo.2022.10072