способ плазменной термообработки грунта

Формула изобретения

1. Способ плазменной термообработки грунта, включающий послойную отсыпку грунта и оплавление поверхности каждого слоя после его отсыпки низкотемпературной плазмой посредством перемещения плазмотрона, отличающийся тем, что оплавление первого слоя грунта осуществляют при температуре 5000-8000°С, скорости перемещения плазматрона 100 300 мм/мин, а последующе слои отсыпает толщиной 15-25 мм и их оплавление производят при скорости перемещения плазмотрона 300-600 мм/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оплавление поверхности слоя совмещают с отсыпкой на него грунта последующего слоя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность первого слоя грунта перед оплавлением модифицируют с помощью микрошпуров или гребенок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть применено для термического укрепления верхнего слоя грунта.

Известны способы термической обработки грунта, использующие для устройства дорожных конструкций грунт земляного полотна [1, 2]

Данные способы характеризуются недостаточной эффективностью использования теплового потока и невысоким качеством укрепленного грунта, хотя температура может достигать температуры плавления грунта, оплавления последнего не происходит.

Известен способ получения дорожной конструкции с применением традиционной технологии, совмещенной с технологией производства тонких прослоек термообработанного грунта (плазменная обработка слоя [3]

Недостатком способа является невысокая эффективность использования высокопрочного стекловидного материала, который используется как изоляционная прослойка. К недостаткам способа относится также невысокая эффективность использования теплового потока.

Целью изобретения является повышение эффективности использования теплового потока, повышение прочности и долговечности основания дорожной одежды.

Поставленная цель решается тем, что в известном способе плазменной термообработки грунта, включающем послойную отсыпку грунта и опавление поверхности каждого слоя после его отсыпки низкотемпературной плазмой посредством перемещения плазмотрона оплавление первого слоя грунта осуществляют при температуре 5000-8000^oС при скорости перемещения плазмотрона 100-300 мм/мин, а последующие слои отсыпают толщиной 15-25 мм и их оплавление производят при скорости перемещения плазмотрона 300-600 мм/мин.

Поставленная цель решается также тем, что оплавление поверхности слоя совмещают с отсыпкой на него грунта последующего слоя.

Поставленная цель решается также тем, что поверхность первого слоя грунта перед оплавлением модифицируют с помощью микрошпуров или гребенок для увеличения теплопередачи.

При нагреве грунта низкотемпературной плазмой чяерез 5-7 сек начинается его оплавление, в результате чего меняются свойства и структура материала по его глубине: верхняя часть расплава представляет собой пористое стекло, за ним идет слой плотного стекла, обладающего большой прочностью. При образовании следующих слоев толщиною 15-25 мм количество пор в верхнем слое расплава предыдущего слоя уменьшается и граница между слоями плотного стекла исчезает, отчего сдвоенный слой имеет плотную и прочную структуру (R_сж. 100 МПа). При увеличении рыхлого слоя более 25 мм между слоями образуется граница из шлакового стекла толщиной 1-2 мм. Уменьшение толщины слоя менее 15 мм ведет к нерациональным затратам энергии.

Скорость плазмотрона должна составлять не менее 100 мм в мин, т.к. она должна быть соизмерима с температурным воздействием на грунт в течение 0,2-1,0 мин, после чего интенсивность образования стекловидного материала падает. При скорости плазмотрона, повышающей 600 мм/мин слой грунта не будет проплавлен полностью.

Для получения равномерного по толщине слоя расплава след плазмотрона должен перекрываться на 10-20% т.к. толщина слоя стекла под центром электродов в 1,5 раза больше толщины слоя стекла по краям полосы. Общая толщина стекловидного слоя зависит от требуемого модуля упругости основания. Расчет количества слоев стекловидного покрытия ведется по ВСН 197-83.

Пример. Грунт отсыпают, планируют, например, автогрейдером, производят модификацию поверхности в виде канавок (гребенок) шириной 15 мм, глубиной 30 мм на расстоянии 20 мм друг от друга. Плазмотрон мощностью не менее 90 кВт устанавливают на высоте 10 мм над поверхностью грунта, запускают на "стартовой" площадке, выдерживают 15-20 сек до стабилизации энергетических параметров и перемещают вдоль полотна с помощью экспериментальной установки шириной захвата 1,5 м и поперечным движением плазмотрона со скоростью 300 мм/мин. Ширина захвата плазмотрона 12 см. Следующий захват проводят с перекрытием следа на 2 см. В первую очередь оплавляют агрегаты грунта, выступающие над поверхностью грунта и расплав стекает на дно канавок, освобождая поверхность гребенки для дальнейшего нагревания, после чего происходит выравнивание поверхности расплава и его кипение. В расплавленный грунт из бункера, расположенного соосно с плазмотроном и имеющего 2 выходных отверстия для грунта, отсыпают следующий слой грунта толщиной 20 мм. Тепло расплава предыдущего слоя сокращает расходы электроэнергии для плавления последующего слоя на 30-40% Плавление грунта всех последующих слоев идет при повышенных скоростях плазмотрона (480 мм/мин). Рыхлый грунт, расплавляясь, оседает на 5-10 мм и проплавляется полностью. Границы между слоями плотного стекла нет. Сдвоенный слой стекловидного покрытия имеет толщину до 20 мм и плотную структуру. Общая толщина стекловидного покрытия расчитывается в зависимости от требуемого модуля упругости основания. Для дороги III технической категории толщина стекловидного основания должна составлять не менее 10 см. По основанию укладывается покрытие из традиционных материалов (асфальтобетон, цементобетон и т.п.).

Преимуществом предлагаемого способа является его высокая техническая и экономическая эффективность, т. к. сам грунт служит первичным сырьем, а на его плавление идет незначительное количество энергии: так на получение расплава 1 м³ грунта требуется до 600 кВтч эл. энергии. Удельная энергоемкость процесса с подачей слоя на горячий расплав составляет 4-5 Втч/см³, а КПД 32-38%