Применение отходов промышленности в качестве минерального порошка в асфальтобетоне

Под социальными принципами реконструкции понимается такое использование территории, когда сохранение морфотипа исторической застройки, новая застройка (при условии сохранения исторического морфотипа квартала) и открытые озелененные пространства как гарант экологического благополучия территории имеют одинаково высокую значимость

для градостроительной политики в отношении центра г. Иркутска.

Выявленные морфотипы кварталов исторического центра Иркутска на основе конфигурации и плотности ячеек открытых пространств дают возможность оценить степень необходимости преобразований и условий реконструкции пространственных структур кварталов в частности и исторического центра в целом.

Библиографический список

1. Большаков А.Г. Оценка жизнепригодности кварталов городской застройки: метод. указания по выполнению рас-четно-графической работы. Иркутск: Изд-во ИРГТУ, 2007.

2. Гутнов А.Э. Эволюция градостроительства. М.: Стройи-здат, 1984. 256 а

3. Кожаева Л.Б. Морфотипы застройки - в теории и на практике // Архитектурный вестник. 2011. №2 (119), №4 (121).

4. Стадников В.Э. Метод бесконфликтной реновации типо-

вого регулярного квартала исторического российского города [Электронный ресурс] // Архитектон: известия вузов. 2010. №32. URL: http://archvuz.ru/2010_4/5 (дата обращения: 30.10.2013).

5. Шахеров В.П. Иркутск купеческий: история города в лицах и судьбах. Хабаровск: Приамурские ведомости, 2006. 175 с.

6. Щенков А.С. Основы реконструкции исторических городов: учеб. пособие. М., 2008. С.52-53.

УДК 691.16: 678.7

ПРИМЕНЕНИЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В КАЧЕСТВЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПОРОШКА В АСФАЛЬТОБЕТОНЕ

1 9

© Г.В. Василовская1, Д.Р. Назиров2

Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

Рассматриваются вопросы применения отходов промышленности в качестве минерального порошка в асфальтобетоне. Приводятся результаты исследований порошкообразных отходов промышленности г. Красноярска: кеков - отходов завода «Красцветмет» и известняковой муки - отходов «Химико-металлургического завода». Показано, что эти отходы могут быть использованы в качестве минерального порошка в составах дорожного асфальтобетона. Приводятся результаты внедрения разработанных составов асфальтобетона в практику дорожного строительства «Красавтодорстроя». Табл. 7. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: минеральные порошки; дорожный асфальтобетон; битум; порошкообразные отходы промышленности; образцы-вырубки.

APPLICATION OF INDUSTRIAL WASTE AS MINERAL POWDER IN ASPHALT-CONCRETE G.V. Vasilovskaya, D.R. Nazirov

Siberian Federal University,

79 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

The article deals with the problems of using industrial wastes as a mineral powder in asphalt-concrete. It provides the results of studying the powdered waste of Krasnoyarsk industry, in particular "Krastzvetmet" plant waste in the form of cakes, and Chemical and Metallurgical plant waste in the form of chalky flour. This waste is shown to be used as mineral powder in road asphalt-concrete compositions. The results of implementing the developed asphalt-concrete compositions into the road construction practice of Krasavtodorstroi are given. 7 tables. 3 sources.

Key words: mineral powders; road asphalt-concrete; bitumen; powdered industrial waste; road patterns.

Минеральный порошок является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. На его долю приходится 90-95 % суммарной поверхности минеральных зерен, входящих в состав асфаль-

тобетона. Основное назначение минерального порошка состоит в том, чтобы переводить объемный битум в плёночное состояние. В таком состоянии повышается вязкость и прочность битума. Вместе с битумом мине-

1Василовская Галина Васильевна, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов и технологии строительства, тел.: 89039201424, е-mail: vasgv21n@mail.ru

Vasilovskaya Galina, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Building Materials and Construction Technology, tel.: 89039201424, e-mail: vasgv21n@mail.ru

2Назиров Денис Рашитович, инженер кафедры проектирования зданий и экспертизы недвижимости, тел.: 89232832992, e-mail: nazzirovdhot@mail.com

Nazirov Denis, Engineer of the Department of Building Design and Real Estate Expert Examination, tel.: 89232832992, e-mail: nazzi-rovdhot@mail.com

ральный порошок образует структурированную дисперсную систему, которая выполняет функцию вяжущего материала в асфальтобетоне. Другое назначение минерального порошка - заполнение мелких пор между более крупными частицами.

Таким образом, присутствие необходимого количества минерального порошка способствует повышению плотности минерального остова, а, следовательно, и повышению плотности асфальтобетона. В этом смысле недостаточное количество минерального порошка связано с необходимостью увеличения количества битума для заполнения пор. Лучшими свойствами обладают порошки, полученные путем тонкого измельчения карбонатных горных пород. Однако в Красноярском крае и в г. Красноярске отсутствует производство минеральных порошков. Поэтому минеральный порошок является дефицитным компонентом асфальтобетона. С целью расширения сырьевой базы изучались порошкообразные отходы промышленности заводов г. Красноярска.

Исследовались кеки, являющиеся отходами завода «Красцветмет». Порошок кеков получают путем тонкого измельчения в мельницах просушенной пастообразной массы, образующейся в виде отходов при производстве цветных металлов. По классификации ГОСТ [1] его можно отнести к порошкам марки МП-2 -порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошкообразных отходов промышленного производства.

Изучались химический, минералогический составы и физико-механические свойства кеков. В лаборатории физико-химических исследований СФУ определяли состав кеков комплексным методом с использованием рентгенофазового, дифференциально-термического и химического анализов.

На основании этих исследований было установлено, что основными минералами, входящими в состав кека, являются кальцит CaCO3, гипс - полугидрат CaSO4 0,5 Н2О и незначительное содержание кварца SiО2. Химический состав кеков приводится в табл. 1.

Химический

нении с требованиями ГОСТ для минеральных порошков марки МП-2.

Как видно из табл. 2, по показателю битумоемко-сти, по содержанию водорастворимых соединений и по пористости кеки не отвечают требованиям ГОСТ [1]. Однако возможность и необходимость их применения в асфальтобетоне связана с тем, что кеки имеют тонкий зерновой состав, соответствующий требованиям ГОСТ, являются отходами производства цветной металлургии, требующими утилизации, что связано с большими затратами, и, наконец, стоимость кеков намного меньше стоимости стандартных карбонатных минеральных порошков.

Применение кеков в производстве асфальтобетонной смеси позволит расширить сырьевую базу и утилизировать кеки, сократить расходы на производство минерального порошка, являющегося дефицитным компонентом асфальтобетона.

С целью снижения содержания оксида железа Fе2О3 и улучшения физико-механических свойств, проводили корректировку кеков путем разбавления их отходом производства Красноярского химико-металлургического завода (ХМЗ) - известняковой мукой.

Изучался химический состав известняковой муки. Химический состав известняковой муки приводится в табл. 3.

Как видно из табл. 3, основным минералом известняковой муки является кальцит СаСО3, что должно обеспечить хорошее сцепление битума с минеральным порошком и позволит отнести известняковую муку к карбонатным порошкам марки МП-1.

Также проводился рентгенографический анализ известняковой муки, на основании которого было установлено, что основным минералом известняковой муки является кальцит, что подтверждает результаты химического анализа.

Физико-механические свойства известняковой му-

Таблица 1

состав кеков

Химический состав, % массы

SiО2 А12О3 Fе2Оз СаО МgО SОз ^О С1

0,4-3,5 0,2-1,5 11,5- 21,5 20,0-35,0 1,0-3,5 4,5-7,5 1,0-2,3 0,02-10,0

Из табл. 1 видно, что кеки имеют сложный минералогический состав, но на свойства асфальтобетона оказывают влияние, в основном, оксиды железа и алюминия и свободная окись кальция. В соответствии с ГОСТ [1] к минеральному порошку для асфальтобетона предъявляются требования по суммарному содержанию оксида алюминия А12О3 и оксида железа Fе2О3, которое для активированных минеральных порошков должно быть не более 7% и для неактивированных - 1,7%, а содержание свободной активной извести (СаО) должно быть не более 3%. Согласно табл. 1, химический состав кеков не соответствует требованиям ГОСТ по содержанию оксида железа Fе2О3 и оксида алюминия А12О3, а свободной СаО кеки не содержат.

Исследовались физико-механические свойства кеков. В табл. 2 представлены свойства кеков в срав-

ки определялись по методикам, приведенным в ГОСТ [1]. Свойства муки в сравнении с требованиями ГОСТ представлены в табл. 4. В таблице приводятся среднеарифметические значения при испытании трех образцов известняковой муки.

Как видно из табл. 3 и 4, известняковая мука отвечает требованиям ГОСТ [1] для минеральных порошков марки МП-1.

Количество известняковой муки и кеков в минеральном порошке можно подсчитать по формуле

тисх. _ _ тизв.муки I ^ ^

тконеч. О) ткеков

где mисх. - суммарное процентное содержание в исходных кеках оксидов ^е2О3+ А12О3); mкOнеч. - конечное процентное содержание оксидов ^е2О3+ А12О3) в сме-

Таблица 2

Физико-механические свойства кеков

Наименование показателя Свойство Требование ГОСТ

1. Истинная плотность, г/см3 2,42 -

2. Средняя плотность, г/см3 1,19 -

3. Пористость, % 50,8 Не более 40

4. Набухание из смеси порошка с биту- 2,8 Не более 3,0

мом, %

5. Водостойкость образцов из смеси порош- 0,65 Не менее 0,7

ка с битумом, %

6. Показатель битумоемкости, г 107, 6 Не более 80

7. Содержание водорастворимых соедине- 23,58 Не более 6

ний, %

Таблица 3

Химический состав известняковой муки_

Химический состав, %

СаСО3 СаО ЫО2 Свободная щелочь Сумма

98,16 1,4 0,24 0,2 100

си кеков с известняковой мукой; тизв.нуки - масса (кг, г ) известняковой муки, которую необходимо добавить к кекам для получения требуемого содержания оксидов (Ре2О3+ А12О3); ткеков - масса (кг, г) исходных кеков.

На минеральном порошке скорректированного состава была приготовлена асфальтобетонная смесь. Приготовление асфальтобетонной смеси проводили на Красноярском асфальтобетонном заводе ДСУ-2. Для приготовления асфальтобетона применялись: щебень, приготовленный в карьере «Торговый дом», отсев дробления фракции 0-10 мм, изготовленный в ОАО «Краснокаменский рудник», природный песок, изготовленный в карьере «Торговый дом», корректированные известняковой мукой кеки и битум марки БНД 90/130 Уфимского нефтеперерабатывающего завода.

С использованием вышеперечисленных минеральных заполнителей и скорректированных известняковой мукой кеков был подобран состав мелкозернистого, горячего, плотного асфальтобетона типа Б, марки II, который обычно применяется для укладки верхнего слоя дорожных асфальтобетонных покрытий. Для сравнения результатов был приготовлен состав

асфальтобетона на одной известняковой муке. Подбор составов асфальтобетонов проводился в соответствии с ГОСТ [2] по предельным кривым для плотных смесей. Количество битума подбиралось опытным путем с учетом получения наилучших показателей по прочности и водопоглощению. Сумма минеральной части асфальтобетона принималась за 100%, а количество битума принималось сверх 100% минеральной части асфальтобетона. Рассчитанные составы асфальтобетона приводятся ниже:

Состав 2:

щебень - 25%; отсев дробления - 50%; песок природный - 20%; известняковая мука- 5%;

битум БНД 90/130 - 6%.

Состав 1: щебень - 25%; отсев дробления - 50%; песок природный - 20%; кеки скорректированного состава - 5%; битум БНД 90/130 - 6%.

Минеральный порошок содержал: кеков 30% и известняковой муки 70%. Состав минерального порошка подсчитан на основании данных по химическому анализу кеков с учетом суммарного содержания в них оксидов железа и оксида алюминия (Ре2О3+ А12О3) по формуле (1). Физико-механические свойства кеков скорректированного состава приводятся в табл.5.

Таблица 4

Физико-механические свойства известняковой муки

Наименование показателя Свойство Требование ГОСТ

1. Истинная плотность, г/см3 2,65 -

2. Средняя плотность, г/см3 1,77 -

3. Пористость, % 33,21 Не более 35

4. Набухание из смеси порошка с битумом, % 0,92 Не более 2,5

5. Показатель битумоемкости, г

6. Суммарная удельная эффективная актив- 65 -

ность естественных радионуклидов Аэфф,

Бк/кг 27 Не более 740

Таблица 5

Физико-механические свойства кеков скорректированного состава

Наименование показателя Свойство Требование ГОСТ

1. Истинная плотность, г/см3 2,26 -

2. Средняя плотность, г/см3 1,55 -

3. Пористость, % 31,42 Не более 40

4. Набухание из смеси порошка с битумом, % 2,5 Не более 3,0

5. Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом, % 0,6 Не менее 0,7

6. Показатель битумоемкости, г

7. Содержание водорастворимых соединений, % 77,7 Не более 80

4,78 Не более 6

Из таблицы видно, что по физико-механическим свойствам кеки скорректированного состава отвечают всем требованиям ГОСТ.

Приготовленная асфальтобетонная смесь была уложена на территории этого же асфальтобетонного завода и испытана в лаборатории ДСУ-2. Из покрытия были взяты вырубки и испытаны на основные физико-механические показатели.

Как видно из табл. 6, асфальтобетон на кеках скорректированного состава имеет лучшие показатели по прочности при 20°С и 50°С по сравнению с асфальтобетоном на известняковой муке. По водостойкости и водопоглощению эти составы асфальтобетона имеют одинаковые показатели. Также из табл.6 видно, что по всем показателям эти два состава асфальтобетона не только отвечают требованиям ГОСТ,

Таблица 6

Физико-механические свойства асфальтобетона

Показатель Состав 1 Состав 2 Требование ГОСТ

1. Предел прочности при сжатии, МПа: при 20 °С при 0°С 5,11 3,78 Не менее 2,2

при 50°С 8,45 6,11 Не более 12

1,93 1,07 Не менее 1,0

2. Водопоглощение, % объема 2,56 1,58 1,5-4,0

3. Коэффициент водостойкости 0,98 1,27 Не менее 0,75

Качество асфальтобетона определялось по методикам ГОСТ [3] и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по ГОСТ [2] для Ш-ей дорожно-климатической зоны.

Свойства асфальтобетона на кеках скорректированного состава в сравнении с требованиями ГОСТ для плотного асфальтобетона типа Б, 11-ой марки, III-ей дорожно-климатической зоны приводятся в табл. 6.

но и превосходят некоторые из них, например, по показателям прочности при 20, 50, 0°С и водостойкости.

По результатам исследований составлены технические условия «Минеральный порошок ОАО «Крас-цветмет» для асфальтобетона» ТУ 574 - 005 -196533 - 2010 и технологический регламент на приготовление асфальтобетонной смеси с применением минерального порошка на основе кеков и известняковой муки.

Таблица 7

Физико-механические свойства вырубок и переформованных из вырубок образцов

Наименование показателя Образец 1 Образец 2 Среднее Требование ГОСТ

Образцы из покрытия

1. Водопоглощение под вакуумом, % по объему 1,58 1,55 1,57 Не более 4,5

2. Средняя плотность, г/см3 2,53 2,53 2,53 2,5-5,0

Переформованные образцы

3. Водопоглощение под вакуумом, % по объему 1,52 1,55 1,53 1,5-4,0

4. Средняя плотность, г/см3 2,55 2,56 2,56 2,5-5,0

5. Предел прочности при сжатии при 20°С, МПа 3,07 3,38 3,23 Не менее 2,2

6. Предел прочности при 50°С, МПа 1,03 1,04 1,04 Не менее 1,0

7. Предел прочности при сжатии после водонасыщения, МПа 2,66 3,19 2,82

8. Коэффициент водостойкости 0,87 0,94 0,91 Не менее 0,85

9. Коэффициет уплотнения 0,99 0,99 0,99 Не менее 0,99

Асфальтобетон на исследованном минеральном порошке был внедрен на асфальтобетонном заводе ДСУ-2 «Красавтодорстроя». Была приготовлена асфальтобетонная смесь и уложена на территории транспортного цеха этого завода. По истечении трех дней были взяты пробные образцы - вырубки для исследования уже уложенного асфальтобетона. Результаты испытаний вырубок и переформованных из вырубок образцов приводятся в табл. 7.

Как видно из табл. 7, вырубки из покрытия и пе-

реформованные образцы, а также коэффициент уплотнения отвечают требованиям ГОСТ.

Был проведен расчет экономической эффективности применения в асфальтобетоне кеков скорректированного состава. За базовый состав был принят асфальтобетон на одной известняковой муке. За счет снижения стоимости минерального порошка экономический эффект составил 52 рубля на одну тонну асфальтобетонной смеси. По результатам исследований получен патент на изобретение.

Библиографический список

2009.

3. ГОСТ 12801-1998 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний, МНТКС. М., 1998.

1. ГОСТ Р 52129-2003 Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия. М., 2003.

2. ГОСТ 9128-2009 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. М.,

УДК 629.113.004

РАБОЧИЙ ОРГАН АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

© А.В. Захаренко1, С.Т. До, В.Л. Чан2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Предложен новый рабочий орган асфальтоукладчика, который позволяет повысить предварительную степень уплотнения асфальтобетонной смеси за счет силового воздействия в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Предложено видоизменить схему силового воздействия на асфальтобетонную смесь и напряженно -деформированное состояние материала под рабочим органом, вследствие чего улучшится его структура, что позволит готовому покрытию эффективно воспринимать вертикальные и горизонтальные нагрузки от транспортных средств. Это повысит срок службы и снизит затраты на ремонт покрытия. Ил. 3. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: новый рабочий орган асфальтоукладчика; вибрационный ведущий гидрошинный валец; наклонный трамбующий брус; структура асфальтобетонного покрытия.

ASPHALT PAVER WORK TOOL A.V. Zakharenko , X.Th. Do, V.L. Tran

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article proposes a new work tool of the asphalt paver, which enables increased pre-compaction degree of asphalt concrete mix due to the force action in vertical and horizontal planes. It is suggested to modify the scheme of the force impact on the asphalt concrete mix and the stress-strain state of the material under the work tool. It will improve the material structure and allow the finished pavement to receive vehicles' vertical and ho rizontal loads effectively as well as to prolong the pavement service life and reduce its maintenance costs. 3 figures. 6 sources.

Key words: new work tool of asphalt paver; vibratory leading hydraulic tyre roll; inclined tamping beam; structure of asphalt concrete pavement.

Процесс укладки и уплотнения дорожно-строительных материалов является важнейшим в технологии строительства автомобильных дорог, так как полученные при этом значения плотности и ровности дорожного покрытия обеспечивают необходимые уровни прочности и устойчивости всего объекта к воз-

действию эксплуатационных и природных факторов. Поэтому требования нормативных документов, предъявляемые к асфальтоукладчикам, высоки [1].

Современные асфальтоукладчики обеспечивают требуемые показатели уплотнения и ровности покрытия, но в настоящее время этого не достаточно.

1Захаренко Анатолий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры строительных дорожных машин и гидравлических систем, тел.: 89148849742

Zakharenko Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Construction, Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: 89148849742.

2До Суан Тхань, аспирант, e-mail: xuanthanhnb2012@gmail.com Do Xuan Thanh, Postgraduate, e-mail: xuanthanhnb2012@gmail.com

3Чан Ван Лыонг, аспирант, e-mail: tranluong0350@gmail.com Tran Van Luong, Postgraduate, e-mail: tranluong0350@gmail.com