Работа колонн из камня в сетчатой оболочке с использованием переработанного бетонного, асфальтового и резинового заполнителей для устойчивой геотехники

Превращая отходы в более прочный грунт

Каждый год города по всему миру производят горы кирпичного и бетонного боя, старого асфальта и изношенных шин. Большую часть этих отходов захоранивают или сжигают, в то время как строители продолжают добывать свежий щебень и гравий, чтобы поддерживать дороги, мосты и здания на слабом или болотистом грунте. В этом исследовании задают простой, но важный вопрос: можно ли безопасно заменить часть природного камня тщательно переработанными отходами и при этом сохранить неподвижность конструкций?

Как каменные колонны помогают зданиям держаться на мягком грунте

Многие современные объекты строят на мягких глинах, которые под нагрузкой обычно сжимаются и деформируются. Одно из популярных решений — установка «каменных колонн» — вертикальных стволов, заполненных уплотнённым щебнем или схожим материалом. Эти колонны действуют как жёсткие столбы внутри грунта: они принимают на себя большую часть нагрузки, уменьшают осадки и создают каналы для отвода воды, благодаря чему грунт быстрее уплотняется. Обёртывание колонн прочной пластиковой или тканевой сеткой даёт дополнительный эффект. Сетка стягивает колонну и препятствует её боковому выпячиванию, позволяя нести большую нагрузку при меньшей деформации.

От строительного мусора — к полезному стройматериалу

Авторы поставили себе задачу проверить, можно ли потоки отходов от строительства и шинной промышленности безопасно использовать вместо части природного щебня в таких колоннах. В работе использовали три основных переработанных компонента: дроблёный бетон из снесённых сооружений, растёртый старый дорожный асфальт и измельчённую шину, нарезанную на мелкие кусочки. В большой стальной испытательной коробке, заполненной мягкой глиной, они построили 34 модельные колонны с разными составами. Некоторые содержали только щебень, бетон или асфальт; другие сочетали эти материалы с 10% или 20% резины по объёму. Все колонны были обёрнуты одинаковой стеноподобной геосинтетической сеткой, имели одинаковое соотношение длины к диаметру и затем нагружались сверху до отказа или значительной осадки.

Что показали испытания о прочности и осадках

Для оценки эффективности исследователи сосредоточились на трёх показателях: максимальном напряжении, которое колонна может выдержать (несущая способность), величине её осадки под этой нагрузкой и соотношении напряжения к перемещению, отражающем жёсткость и управляемость деформации. Оказалось, что выбор материала имел куда большее значение, чем размер колонны. Колонны, заполненные в основном природным щебнем, особенно в смесях с небольшим добавлением переработанного бетона, показали лучшее сочетание высокой прочности и небольшой осадки. В некоторых случаях переработанные смеси немного превосходили чистый щебень — до примерно 2% по несущей способности и заметно более высоким соотношением напряжения к перемещению, то есть они были одновременно прочными и относительно устойчивыми к сдвигам.

Поиск оптимума для резины и асфальта

Измельчённая шина сыграла более деликатную роль. При добавке всего 10% резины в щебневые или бетонные смеси колонна часто улучшала характеристики: становилась более эластичной без существенной потери прочности. Это давало более плавное, контролируемое поведение под нагрузкой и могло повышать соотношение напряжения к перемещению примерно на 16%. Но при увеличении содержания резины до 20% колонны в целом становились слишком мягкими: несущая способность падала, а осадки увеличивались, особенно в смесях, изначально более гибких. Колонны, полностью состоящие из переработанного бетона, как правило, были наименее прочными и имели наибольшие осадки, тогда как колонны из регенерированного асфальта показали лишь умеренные характеристики. Асфальто‑резиновые смеси оказались наименее пригодны в условиях, где требуются высокая прочность и малая подвижность, хотя они могут подойти там, где нагрузки ниже, а приоритет — экологичность.

Что это значит для более экологичных фундаментов

Для неспециалистов вывод прост: при грамотном подборе состава часть подземной системы опор здания можно строить из того, что в противном случае отправилось бы на свалку. Каменные колонны в сетчатой оболочке, заполненные смесью щебня, небольшого количества переработанного бетона и небольшого объёма шинной резины, могут соответствовать или даже немного превосходить по характеристикам традиционные щебневые колонны, одновременно снижая потребность в добыче нового камня. Но если переборщить с резиной, грунт станет слишком мягким. Исследование показывает, что переработанные материалы можно безопасно интегрировать в системы уплотнения грунта, если инженеры соблюдают ограничения и проверяют свои проекты. Выполнено правильно, это превращает вчерашние отходы в опору завтрашней, более устойчивой инфраструктуры.

Цитирование: Hassanzadeh, M., Zad, A., Ramesht, M.H. et al. Performance of wall mesh encased stone columns using recycled rubber concrete and asphalt aggregates for sustainable geotechnics. Sci Rep 16, 6941 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38535-2

Ключевые слова: каменные колонны, переработанные заполнители, резина из шин, улучшение грунта, устойчивая геотехника