В настоящей работе рассмотрены вопросы применения щебеночно-песчаных смесей металлургических шлаков для устройства монолитных оснований дорожных одежд. Монолитные основания щебеночно-песчаных смесей металлургических шлаков в большей степени соответствуют функциональному назначению оснований дорожных одежд, чем основания из дискретных (щебеночных, гравийных и т.п.) материалов. Представлены результаты лабораторных исследований физико-механических свойств образцов щебеночно-песчаной смеси металлургических шлаков Первоуральского новотрубного завода фракции 0-20 мм, укрепленной цементом ЦЕМ IIIА 32,5Н производства ООО «Уралцемент». Результаты исследований показывают, что марке по прочности М60 для устройства слоев оснований дорожных одежд капитального типа соответствует шлаковая щебеночно-песчаная смесь с добавкой 4% цемента по массе смеси в возрасте 28 суток твердения. Морозостойкость шлаковой щебеночно-песчаной смеси с добавкой 4% цемента по массе смеси в возрасте 28 суток твердения соответствует марке F25.
Переработка металлургических шлаков
2. Отчет о НИР «Разработка и внедрение рекомендаций по использованию техногенных отходов предприятий Свердловской области в слоях дорожной одежды на автомобильных дорогах: «обход г. Невьянска» и «Серов-Ивдель». ФГУДП «Омский Союздорнии» – Омск, 2003. – 75 с.
3. Отчет по НИР «Технико-экономический анализ использования шлаковых материалов при строительстве автомобильных дорог Свердловской области». НТФ «Металлоконсалтинг». – Екатеринбург, 1998. – 84 с.
4. Тулаев А.Л., Корошев М.В., Исаев В.С. Дорожные одежды с использованием шлаков. – М.: Транспорт, 1986. – 221 с.
5. Чудинов С.А. Исследования влияния технологических факторов на прочность цементогрунтов//Вестник Марийского государственного технического университета. Серия «Лес. Экология. Природопользование». – 2010. – № 1 (8). – С. 46–52.
Использование в строительстве местных материалов, переработка техногенных образований является важной народно-хозяйственной межотраслевой задачей. Значительную часть техногенных отходов составляют металлургические шлаки. На сегодняшний день, только на Урале шлаковые отвалы черной металлургии занимают площадь свыше 280 тыс. гектаров и в них находится около 70 миллионов тонн шлаков [2]. Разработка и совершенствование технологий применения металлургических шлаков в дорожном строительстве является актуальной задачей.
Цель исследования
Изучить физико-механические свойства щебеночно-песчаной смеси на основе металлургических шлаков, укрепленной цементом, для использования в строительстве монолитных слоев оснований дорожных одежд.
Материал и методы исследования
Для проведения исследований использовались образцы щебеночно-песчаной смеси металлургических шлаков Первоуральского новотрубного завода фракции 0-20 мм, укрепленной цементом ЦЕМ IIIА 32,5H производства ООО «Уралцемент». Лабораторные испытания физико-механических свойств материала проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94: Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.
Международный опыт использования металлургических шлаков
Результаты исследования
Металлургический шлак представляет собой отвердевшее камневидное вещество, образующееся при выплавке металлов. Основу металлургических шлаков составляют оксиды CaO, SiO2, MgO и FeO. Благодаря такому химическому составу металлургические шлаки обладают гидравлической активностью и способностью к самоомоноличиванию [2, 3].
В настоящее время металлургические шлаки используются преимущественно в дорожном хозяйстве в виде фракционированного щебня и отсевов дробления. При этом получаемые отсевы шлаков фракции 0-10 мм остаются без внимания потребителей и накапливаются в отвалах. Кроме того, фракционированные щебеночные материалы металлургических шлаков слабо проявляют гидравлическую активность и способность к самоомоноличиванию.
Несущие слои оснований дорожных одежд обеспечивают совместно с покрытием перераспределение и снижение на расположенные ниже дополнительные слои или грунт земляного полотна давления от автотранспорта и веса дорожной одежды, не вызывающего предельных деформаций в подстилающем грунте, а при пучинистых грунтах еще и предохраняют их от морозного пучения. Поэтому и материалы, используемые для устройства оснований дорожных одежд должны обеспечивать выполнение этих функций в течение всего периода эксплуатации дороги при минимальных эксплуатационных затратах.
Но при этом следует учитывать и особенности условий работы оснований, которые заключаются в том, что в процессе эксплуатации на них действуют не постоянные нагрузки, а непрерывно возрастающие. Это обусловлено как систематическим увеличением интенсивности движения по дорогам и грузоподъемности автомобилей, так и увеличением количества циклов попеременного замораживания и оттаивания, действующих разрушительно на материал основания на всем протяжении срока службы дороги.
Поэтому, для обеспечения надежной сопротивляемости дорожной конструкции возрастающим разрушающим нагрузкам в течение всего срока службы необходимо, чтобы энергия структурных связей в материале несущего слоя также постоянно увеличивалась. При этом в идеале нарастание прочности несущего слоя должно быть сопоставимо с увеличением разрушительных нагрузок, действующих на него. Только при этих условиях с минимальными эксплуатационными затратами возможно обеспечить надежную и долговременную работу дорожных конструкций. Это должно быть одним из основных требований к свойствам материала применяемого для устройства оснований дорожных одежд [1, 4, 5]. С этих позиций монолитные основания щебеночно-песчаных смесей металлургических шлаков в большей степени соответствуют функциональному назначению оснований дорожных одежд, чем основания из дискретных (щебеночных, гравийных и т.п.) материалов.
Для изучения возможности применения щебеночно-песчаных смесей металлургических шлаков для устройства монолитных оснований дорожных одежд на примере щебеночно-песчаной смеси Первоуральского новотрубного завода, были проведены лабораторные исследования. Характеристика используемой шлаковой щебеночно-песчаной смеси Первоуральского новотрубного завода представлена в табл. 1. В качестве активной добавки в щебеночно-песчаной смеси использовался цемент ЦЕМ IIIА 32,5H.
Характеристика шлаковой щебеночно-песчаной смеси Первоуральского новотрубного завода
Источник: science-education.ru
Отходы черной металлургии для дорожных одежд жесткого типа
Пугин, К. Г. Отходы черной металлургии для дорожных одежд жесткого типа / К. Г. Пугин, В. С. Юшков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2012. — № 6 (41). — С. 45-49. — URL: https://moluch.ru/archive/41/4948/ (дата обращения: 09.10.2022).
Для сооружений современных автострад, строительства аэродромов, портовых и складских территорий, городских улиц применяются покрытия преимущественно из цементного бетона и железобетона. Цементный бетон по сравнению с асфальтобетоном имеет много положительных свойств – он более прочен, менее подвержен действию повышенных температур в жаркое время года, обладает необходимым сопротивлением трению, возникающему при интенсивном движении транспорта, светлый, это повышает безопасность движения ночью. Он относительно мало истирается (0,1 мм в год), толщина покрытия из него не превышает 16-22 см.
Срок службы цементобетонных покрытий в США, в среднем, 26 лет, асфальтобетонных – 16 лет, в Германии, соответственно, – 26 лет и 18 лет (по данным, приведенным Б.С. Радовским), за рубежом ставится реально выполнимая задача обеспечить срок службы цементобетонных покрытий 50 лет и более. Указанные типы покрытий отличаются также по кинетике разрушения: интенсивность разрушение асфальтобетонных покрытий существенно возрастает уже после 5 лет эксплуатации, цементобетонных – после 20 лет. Уместно вспомнить, что сети автомобильных дорог в США (известные «хайвэи») и в Европе («автобаны») создавались именно на основе цементобетонных покрытий или, например, что в настоящее время в Казахстане покрытие магистрали (в направлении север-юг) строят из цементобетона.
В России проектируемый срок службы цементобетонных покрытий составляет 20-25 лет, асфальтобетонных – 16-20 лет. Для цементобетонных покрытий фактический срок службы соответствует этим расчётным цифрам или превышают их (примером могут служить действующие автомобильные дороги и аэродромы с цементобетонными покрытиями). В то же время, фактический срок службы асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог в России составляет, по данным РосдорНИИ, 5-8 лет, по данным Росавтодора – ещё меньше, 2 года [1].
В настоящее время актуальность перехода к массовому строительству цементобетонных покрытий в России не вызывает сомнения. Именно с помощью строительства долговечных цементобетонных покрытий можно решить проблему «недоремонта», когда выделяемые средства расходуются не на новое строительство, а на ремонт недавно построенных дорог с асфальтобетонным покрытием. Совершенно недопустимо, чтобы доля автомобильных дорог с цементобетонным покрытием составляла менее 2 % всей протяжённости автомобильных дорог в России.
Жёсткая дорожная одежда с покрытием монолитного типа имеет следующие конструктивные слои: покрытие, выравнивающий слой, основание, дополнительный слой основания (рис. 1).
Рис. 1. Поперечные разрезы типовых дорожных одежд с цементобетонным покрытием, устраиваемых комплектами машин: а – со скользящими формами; б – с применением рельс-форм; 1 – покрытие; 2 – выравнивающий слой; 3 – основание; 4 – дополнительный слой основания; 5 – земляное полотно; 6 – укреплённая полоса
За счёт распределения нагрузки от транспортных средств по цементобетонной плите покрытия, остаточные деформации и касательные (сдвиговые) напряжения в нижележащем земляном полотне (морозозащитном слое) существенно ниже, чем в конструкциях дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием, что повышает долговечность всей конструкции дорожной одежды.
При технико-экономическом сравнении цементобетонных и асфальтобетонных покрытий возникает вопрос о деформационных швах. Считается, что цементобетонные покрытия проигрывают в сравнении асфальтобетонными из-за необходимости нарезать деформационные швы и герметизировать их, что увеличивает стоимость строительства и снижает комфортность движения. Однако, как показывает опыт, в России в асфальтобетонных покрытиях через год или два эксплуатации, обычно после зимнего периода, возникают трещины, которые также приходится прорезать (расшивать), образовывать из них шов с пазом для последующей гидроизоляции мастикой, фактически нарезка и герметизация швов в асфальтобетонном покрытии является отложенной технологической операцией, швы в асфальтобетонном покрытии также надо устраивать, но не сразу, не в период строительства, как при строительстве цементобетонных покрытий, а некоторое время спустя. Это также следует учитывать при сравнении вариантов конструкций с цементобетонными и асфальтобетонными покрытиями.
В России стоимость строительства автомобильной дороги с цементобетонным покрытием, считается в 1,5 раза дороже, чем строительство с асфальтобетонным покрытием.
В последние годы наблюдается тенденция создания дорожных бетонов повышенной прочности и долговечности. Это достигается путем модификации структуры бетона химическими добавками: пластифицирующими, воздухововлекающими и газообразующими. В России наилучший эффект получен с комплексной химической добавкой на основе суперплатификатора С-3 и воздухововлекающей добавки СНВ. В зарубежной практике широкое применение находит использование тройной комплексной добавки, включающей сочетание воздухововлекающей, газообразующей и пластифицирующей добавок. Направленная модификация структуры дорожного бетона позволяет создавать бетоны высокой прочности и морозостойкости при низком водоцементном отношении [2].
Природный щебень который применяют – это горные породы из изверженных пород – прочностью не менее 120 МПа, а из осадочных пород – не менее 80 МПа.
Наибольший размер зерен щебня или гравия должен быть не менее: для верхнего слоя двухслойных покрытий – 20 мм, для однослойных и нижнего слоя двухслойных покрытий – 40 мм; для оснований покрытий – 70 мм.
Одним из актуальных направлений в развитии дорожной сети России является применение в качестве заполнителей и вяжущих материалов для снижения себестоимости строительства отходы промышленности.
В ходе работы были исследованы следующие материалы [3, 4]:
— щебень фракции 5-20 карьер; песок природный; песок из отсевов дробления; порошок минеральный. Зерновой состав щебня представлен в табл. 1.
Источник: moluch.ru