Нові матеріали в дорожньому будівництві, публікація в журналі «молодий вчений»
Ключові слова: металургійний шлак, шлакомінеральная суміш, питома поверхня, активизатор, грунт, міцність, структуроутворення, водостійкість, віброущільнення.
Значення автомобільних доріг важко переоцінити, вони є головною транспортною артерією, яка забезпечує сполучення між регіонами країни. Розвиток мережі автомобільних доріг і підвищення їх техніко-експлуатаційних якостей викликано бурхливим зростанням автомобільного транспорту, кількістю перевезеного вантажу і економічним підйомом. Швидкий і безпечний рух транспорту багато в чому залежить від якості дорожнього полотна і, перш за все від деформативності підстави лінійного споруди.
Асфальтобетонні покриття доріг федерального рівня і міських вулиць є на сьогоднішній день основним типом. Ці покриття недостатньо стійкі і довговічні, на них з'являються зрушення, тріщини, вибоїни, і інші дефекти які призводять до відмов дорожнього полотна. Все це обумовлює проведення дорогих ремонтних робіт, особливо в зимовий - весняний та осінній - зимові періоди.
Не випадково в останні роки дорожники звернули пильну увагу на відповідність якості доріг якості використовуваних будівельних матеріалів. Особливо це стосується тих регіонів, де немає своїх високоміцних гірських або уламкових порід, де немає великих пісків. Такою є і Пензенська область. У Пензенській області проходить автодорога федерального значення Київ-Челябінськ. Для її ремонту та реконструкції використовується привізною гранітний щебінь Уральського регіону. У Пензенській області лише в Іссінском районі добувають вапняний щебінь, який йде на будівництво місцевих доріг. Його заявлена марка коливається 600-400, хоча за нормами min необхідна 800. Тому дороги побудовані на такому щебені не задовольняють техніко-експлуатаційних параметрів.
У зв'язку з цим гостро постало питання, як підвищити якість дорожньої основи та не на шкоду екології замінити дорогі матеріали (привізною гранітний щебінь), необхідні для будівництва автодороги більш дешевими.
Метою нашого дослідження була розробка нових матеріалів для використання в дорожньому будівництві, при цьому вирішуючи такі проблеми як зниження техніко-економічних показників по влаштуванню доріг, вирішення екологічної проблеми, утилізація відходів хімічної і металургійної промисловості.
Для повного задоволення цих вимог доцільно використовувати поряд з кондиційним матеріалами і сучасними технологіями ведення робіт побічні продукти металургійного та хімічного виробництва. Які, в свою чергу, дозволять розширити номенклатуру виробів, знизять техніко-економічні показники по влаштуванню доріг в два рази і вирішать екологічні проблеми регіонів.
Одним з перспективних напрямків є зміцнення дорожнього полотна мінеральними в'яжучими на основі мелених металургійних шлаків, а також пристрої монолітних бетонних покриттів.
Що таке шлак [1,2] - це відходи металургійного виробництва, яких в процесі переробки залізної руди утворюється величезна кількість, виникають проблеми його утилізації, зберігання. Шлаки займає величезні площі, які могли б використовуватися в с / г цілях, під будь-які споруди. Крім того, існує чисто психологічна проблема: жити і працювати в регіоні, який є звалищем відходів металургійної промисловості. Таке сусідство не приносить задоволення нікому.
Ми ж пропонуємо простий дешевий і безпечний спосіб утилізації шлакових відходів. На підставі раніше проведених досліджень, був зроблений висновок, що в якості в'яжучого виступає тонкоподрібненого фракція гранульованого шлаку, питома поверхня якого повинна бути не менше 280 м 2 / кг і максимально не більше 500 м 2 / кг. Подрібнення гранульованого шлаку понад 500 м 2 / кг економічно не вигідно.
Хотілося б зупинитися на особливостях процесів гідратації і твердіння шлакових в'яжучих, т. К. Все бачили, що таке шлак, але в якості в'яжучого уявити його спочатку складно.
Фазовий склад шлакових в'яжучих в значній мірі відрізняється від клінкерних цементів. Якщо до складу портландцементу входять легко гидратирующие мінерали С2 S, C3 S, C3 A і C4 AF, то доменні шлаки містять стеклофазой і мінерали зі зниженою гідравлічної активністю. Здатність до гідравлічного твердненню у більшості шлаків знаходиться у відкритому стані [3]. Для прискорення процесів гідратації в тверднуть шлаках застосовуються такі способи:
- введення активізують добавок;
- тонший помел шлаку;
- пробудження шлаків на бігуна;
З перерахованих способів підвищення гідравлічної активності шлаків прийнятні всі, крім гідротермальної обробки при використанні його в якості в'яжучого для зміцнення основ доріг.
Активізують добавки представляють в різних співвідношеннях цемент, вапно, гіпс. Окремо використання цих в'яжучих економічно невигідно.
За кордоном шлаки [2,4] (мелені) використовуються як замінник щебеню. За останні п'ять-шість років у Франції знайшли широке виробниче застосування мелені доменні гранульовані шлаки в якості матеріалу для зміцнення піску, щебеню та гравійно-піщаної суміші. Такі суміші, як правило, готуються в стаціонарних змішувальних установках. Зокрема, на реконструкцію магістральної дороги Нансі-Страсбург (1969р.) В гравелисті кар'єрі була змонтована змішувальне устаткування продуктивністю 350 т / год, яка готувала суміш, що складається з щебеню (гравію) -50%, піску-30%, гранульованого шлаку-20 %, вапна-2%, води 8%. Приготовану суміш транспортували до місця укладання, виставляли на одній стороні розширюються дороги і розрівнювали автогрейдером на ширину 3,5 м, по довжині захватки близько 250-300 м. Суміш ущільнювали одним віброкотком і одним тридцятитонний Пневмокатки. Після п'яти проходів по одному місцю першого катка і 15 проходів другого була досягнута така ж щільність, що і у лабораторних зразків. При цьому товщина шару з шлакомінеральной суміші дорівнювала 25 см в ущільненому стані. Відразу після укочування по укладеній смузі дороги відкривалося рух. Така суміш володіє уповільненими термінами твердіння. Це пов'язано з процесами гідратації доменного шлаку, причому шлак стає активним лише в дрібнодисперсному стані. Набір міцності починається в цих сумішах через 5-8 діб після приготування і ущільнення такої суміші. Міцність підстави за даною технологією через 90 діб становить 5,0-8,0 МПа. Такі суміші мають гарну стійкість, мають високу несучу здатність і низьку деформативність. Вартість шлакомінеральних сумішей в два рази нижче, ніж равнопрочних їм бітумномінеральних.
На підставі літературного огляду можна сказати, що питання використання для зміцнення грунтів гранульованого шлаку у вигляді вапняно-шлакового в'яжучого вивчені досить повно як в лабораторних, так і в виробничих умовах, а використання для зміцнення грунтів, мелених гранульованих доменних шлаків без добавок, за наявними даними , вивчено не в повній мірі.
Нами було встановлено, що глинисті ґрунти, укріплені шлаколужне в'язким (ШЩВ), являють собою композиційні матеріали, в яких грунт є активною складовою, яка надає позитивне чи негативне (гальмує) дію на процеси кристалізації структуроутворення в шлакогрунте.
Оптимальні умови твердіння шлакового в'яжучого і формування процесів структуроутворення в шлакогрунте створюються при надлишку іонів в суміші, наявності гідрату окису кальцію, а, отже, і лужного середовища.
Виявлено, що використання комплексного активізатора - силікату натрію і лугу в співвідношенні 1: 1, грає позитивну роль, яка проявляється в зниженні термінів схоплювання і водопотребности суміші. В цілому ряді випадків необхідно мати універсальний активизатор твердіння. Дослідним шляхом ми отримали, що оптимальне співвідношення компонентів в активізаторами становить 50% NaOH + 50% Na2 SiO3 (1: 1).
При дозуванні 30% меленого Новолипецького шлаку в 28 добовому віці на супісках міцність зразків становить 48,0 МПа на комплексному активізаторами, а на NaOH-45,0 МПа.
При тих же дозах, але на електротер шлаку (ЕТФ), міцність на комплексному активізаторами становить 40,0 МПа, а на NaOH-34,0 МПа.
Зіставлення отриманих даних свідчить, що при введенні комплексу NaOH + Na2 SiO3 в співвідношенні 1: 1 ефективність використання в'яжучого складу помітно поліпшується.
При укріпленні грунтів ШЩВ відбувається взаємодія між грунтами, в'язким і лугом, що входить до складу в'яжучого, в результаті чого утворюються хімічні сполуки з високою міцністю і малою розчинністю у воді.
Основні терміни (генеруються автоматично). гранульованого шлаку, в якості в'яжучого, Активізація шлаку, дорожнього полотна, привізною гранітний щебінь, Подрібнення гранульованого шлаку, грунтів гранульованого шлаку, фракція гранульованого шлаку, шлакових в'яжучих, влаштуванню доріг, автомобільних доріг, гідратації доменного шлаку, питома поверхня, питомої поверхні, меленого Новолипецького шлаку, твердіння шлакового в'яжучого, тонкого подрібнення, and environmental sciences. - у вигляді вапняно-шлакового в'яжучого, влаштуванню доріг в два.
Ключові слова
міцність. структуроутворення. водостійкість. металургійний шлак, шлакомінеральная суміш, питома поверхня, активизатор, грунт. віброущільнення