Побочные продукты металлургического производства как стабилизатор оснований дорожного полотна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Побочные продукты металлургического производства как стабилизатор оснований дорожного полотна

И.И. Романенко

Аннотация

Применение молотого шлака и шелочных активаторов твердения позволяют стабилизировать грунтовое основания за счет гомогенизации, достижения оптимальной влажности и плотности. Прочность полученного грунтобетона составляет 7,5-9,0 МПа. Наличие постоянной высокощелочной среды в грунтобетоне, а также наличие примеси глинистых частиц создают условия для образования тоберморитоподобных низкоосновных гидросиликатов кальция СН, гидрогранатов, щелочных гидроалюмосиликатов, для которых характерна малая растворимость. В результате чего образуется прочное основание для создания дорожного полотна с высокими эксплуатационными свойствами.

Ключевые слова: дорожное основание, грунтобетон, химический реагент, стабилизатор, морозостойкость, гидратированные частицы шлака.

В Пензенской области произведено пробное устройство грунтобетонного основания дорожного полотна. В качестве основных материалов выбрано старое дорожное полотно из грунтощебеночного слоя толщиной 20 см стабилизированного молотым гранулированным металлургическим шлаком в количестве 5-30 % от фрезерованного грунта. В качестве химических реагентов использовали раствор соды и акрилвиниловый сополимер [5, 9]. Такая технология исключает использования дополнительных инертных материалов и сокращает в 10-15 раз транспортные расходы, что позволяет снизить себестоимость работ на 40-50 % дорожное полотно щелочный шлак

Наличие постоянной высокощелочной среды в грунтобетоне, а также наличие примеси глинистых частиц создают условия для образования тоберморитоподобных низкоосновных гидросиликатов кальция СН, гидрогранатов, щелочных гидроалюмосиликатов, для которых характерна малая растворимость.

Процесс деструкции алюмокремнекислородного каркаса минералов молотых шлаков обусловлен каталитическим действием щелочей на разрыв ковалентных связей Si -- 0- Si и Аl -- О -- Si.

Этот процесс аналогичен процессу перехода кремнезема и глинозема в гидратные формы с образованием тиксотропных структур, являющихся основой развития в твердеющей системе конденсационно-кристаллических процессов.

Особенностью процессов гидратации и твердения грунтобетонов с молотыми граншлаками является то, что щелочной активатор взаимодействует со всеми алюмосиликатами, а также с пылеватыми глинистыми частицами грунта. В результате чего синтезированные новообразования совместно с негидратированными частицами играют роль в образовании связующего вещества и образования прочного каркаса [3, 4].

Молотый граншлак до удельной поверхности 1800-3500 см²/г обладает большим количеством активных центров и способностью к быстрой гидратации по сравнению с частицами граншлака размером 0-5 мм или 0-20 мм, т.к. первоначально гидратация шлакового стекла протекает у частиц граншлака размером 0-10 мкм [2, 11].

Молотый граншлак дозируют, в зависимости от вида грунта и его гранулометрии, влажности, наличия глинистых и органических примесей, в количестве 2-30 % от массы фрезерованного материала.

Способ укрепления грунтового основания и получения грунтобетона с заданными физико-механическим и эксплуатационными свойствами заключается в том, что выполняются технологические операции в следующей последовательности [1].

Предварительно подготавливается основание (удаляется растительность, деревья, кустарник, срезается плодородный слой грунта, обеспечиваются проектные отметки, уклоны и плотность основания). Работы по устройству укрепленных слоев грунта методом смешения на месте начинают только после установления постоянных среднесуточных положительных температур воздуха в районе строительства не менее + 10 ⁰С.

Распределение молотого граншлака, увлажнение, введение активаторов и гомогенизация грунтовой смеси осуществляется в один проход. Оптимальная скорость производства и укладки смеси составляет 4,0 м/мин. Толщина обрабатываемого грунта 15-50 см.

При этом возможно поверхностное распределение щебня, песка, побочных продуктов от дробления горных пород или «формовочные горелые земли» в соответствии с заданной пропорцией и гранулометрии материала, рыхление, измельчение, распределение, перемешивание минеральной смеси на заданную глубину осуществляют путем фрезерования подготовленной поверхности, например, ресайклером, содержащим фрезерный барабан с большим количеством резцов из твердого сплава, причем фрезерованный материал равномерно и одинаковой толщиной распределяют по ширине рабочей зоны фрезерного барабана. В зону фрезерования вводится молотый граншлак по пневмо магистрали ресайклера через дозатор из цементовоза. В качестве активатора твердения шлака дозируют в рабочую зону фрезерного барабана водный раствор жидкого стекла плотностью 1,05-1,15 г/см³, причем, количество водного раствора жидкого стекла должно увлажнить грунто-минеральную смесь до оптимальной влажности (8-18 %). Гомогенизированная грунтобетонная смесь равномерно распределяется по ширине прохода рабочего органа машины и предварительно уплотняется колеблющей плитой ресайклера.

После обработки укрепляемого грунта выполняется чистовая планировка поверхности слоя автогрейдером. Уплотнение обработанного грунта обеспечивает получение заданной плотности грунтобетона (коэффициент уплотнения должен быть не менее 0,98). Очередность воздействия техники, по уплотнению грунтобетона следующая: легкий каток весом 2,5 т, средний - 8 т и заключительное уплотнение тяжелым 14т катком с вибровоздействием. Уплотнение грунтобетона начинается через 10-15 мин после его укладки и предварительного уплотнения.

При фрезеровании грунта толщиной до 20,0 см уплотняющие катки устанавливают в режим вибровоздействия на уложенный на укрепляемое основание и предварительно уплотненный материал с минимальной амплитудой 0,8-1,5 мм и максимальной частотой колебаний (30-50 Гц).

При глубоком фрезеровании от 20,0 см до 50,0 см, уплотняющие катки устанавливают в режим вибровоздействия на уложенный на укрепляемое основание и предварительно уплотненный материал с максимальной амплитудой и минимальной частотой колебаний (1,5-2,0 мм, 25-30 Гц), а затем уплотняющие катки устанавливают в режим вибровоздействия с минимальной амплитудой- 0,8-1,5 мм и максимальной частотой колебаний-25-50 Гц.

С целью создания благоприятных условий набора прочности, после окончательного уплотнения грунтобетона по поверхности распределяют 50% раствор латекса или битумную эмульсию [10, 12]. Температурно-влажностный баланс грунтобетона поддерживается в течение 7 суток до достижения прочности не менее 70 % от проектной марки.

Производится нарезка деформационных поперечных швов с целью предотвращения образования неконтролируемых усадочных трещин. Швы нарезают с шагом, равным ширине уложенного слоя (ширина дорожного основания), глубина шва от 0,5 до 0,7 толщины слоя (5-50 мм). Швы нарезаются фрезами после достижения грунтобетоном прочности на сжатие не менее 2,5 МПа.

Герметизация поперечных швов производится герметиками после достижения грунтобетоном прочности 85% от проектной марки.

Предлагаемый способ позволяет получить дорожное основание с высокой прочностью, морозостойкостью и долговечностью, а также более дешевое за счет снижения транспортных расходов.

Библиографический список

1. Романенко И.И., Романенко М.И., Петровнина И.Н. Новые материалы в дорожном строительстве / И.И. Романенко, М.И. Романенко, И.Н. Петровнина // Молодой ученый. 2015. - №7. - С. 198-200.

2. Романенко М.И., Хрусталев Б.Б. Ресурсный потенциал как условие создания кластерного образования / М.И. Романенко, Б.Б. Хрусталев // Современная экономика: проблемы и решения. - 2015. - №3 (63). - С. 112-119.

3. Романенко М.И. Анализ инвестиционной привлекательности предприятий строительного комплекса / М.И. Романенко // Экономика и предпринимательство. - 2014. - Т.12. - С. 601.

4. Романенко М.И. Влияние факторов макросреды на функционирование кластерного образования / М.И. Романенко // Экономика строительства. - 2015. - №2 (32). - С. 73-79.

5. Романенко М.И. Организационно-экономические аспекты формирования эффективной системы управления предприятиями строительной индустрии / М.И. Романенко // Бизнес в законе. Экономико-юридический журнал. - 2016. - №3. - С. 66-70.

6. Романенко И.И., Пилясов Б.В. Материал на основе металлургических шлаков для укрепления дорожных оснований / И.И Романенко, Б.В. Пилясов // Строительные материалы. - 2008. - №12. - С. 28-29.

7. Романенко И.И., Пинт Э.М., Романенко М.И. Деформации цементного камня приводящие к образованию поверхностных трещин // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2012. - №4. - С. 32 -36.

8. Пинт Э.М., Петровнина И.Н., Романенко И.И., Еличев К.А. Основы электроники / Э.М. Пинт, И.Н. Петровнина, И.И. Романенко, К.А Еличев // Учебное пособие. - Пенза: Изд. ПГУС, 2013. - С. 207

9. Santoni R.L., Tingling I.S., Webster S.L. Stabilization of Silty Sands with nontraditional additives / R.L. Santoni, I.S. Tingling, S.L. Webster // Transportation research 1787, TRB, national research Council, Washington. - DC. - 2003. - P. 33-41.

10. Пинт Э.М., Петровнина И.Н., Романенко И.И., Еличев К.А. Интегральные микросхемы в системах управления производственными процессами / Э.М. Пинт, И.Н. Петровнина, И.И. Романенко, К.А Еличев // Монография / Пенза, 2014. - С. 140.

11. Романенко М.И., Романенко И.И. Устойчивое экономическое развитие строительного комплекса на основе безотходного использования природного возобновляемого сырья / М.И. Романенко, И.И. Романенко // Экономические аспекты управления строительным комплексом в современных условиях. Электронный ресурс. - Самара, 2016. - С. 100-104.

12. Wilk C.M. Stabilisation of Heavy Metals with Portland Cement: Research Synopsis. Waste Management Information, Public Works Department, Portland Cement Association. Skokie. Il. -1997.

Размещено на Allbest.ru