Применение отходов промышленности ГМК «Норильский никель» в производстве дорожного асфальтобетона

Типографские иконные изображения подходящего размера наклеиваются жидким клеем на влагостойкую фанеру, просохшее изделие покрывается мебельным лаком. Такие иконы, установленные в иконостасе, будут вполне успешно имитировать живописные работы. Указанный способ был применен при восстановлении иконостаса церкви Прутенского погоста (Торжокский район, Тверская область) профессором МАРХИ Л.В. Андреевым. Для иконостаса подобной конструкции церковной общине потребуются средства на металлический профиль (его возможно заменить деревянным брусом), влагостойкую фанеру, антисептики и лакокрасочные материалы, типографские иконы. В пиломатериалах, которых потребуется небольшой объем, в сельской местности, как правило, недостатка не бывает. Таким образом, любая церковная община, затратив минимум средств на материалы, сможет по разработанному проекту своими силами выполнить капитальный иконостас.

На рубеже XX и XXI вв. мы становимся свидете-

лями все более и более глубокого забвения истории, традиций и методик, бывших наиболее употребительными в недалеком прошлом. В связи с этим предложенная методика определения стилистически-временных модулей, основанная на очевидном для архитектуры историзма приеме обращения к различным временным периодам при проектировании, является весьма актуальной. Ее применение возможно не только для рассмотренного в настоящей статье создания иконостасов, но и при проектировании любых традиционных типов зданий. Доступность данной методики позволяет адаптировать ее для архитекторов, впервые обращающихся к проектированию убранства православных храмов, что увеличивает круг специалистов в области храмового строительства, способствуя расширению спектра творческих идей и возможному разнообразию архитектурных решений, столь необходимому в настоящее время.

Статья поступила 29.11.2014 г.

Библиографический список

1. Архиепископ Нижегородский и Арзамасский Вениамин. Новая скрижаль или Объяснение о церкви, о литургии и о всех службах, и утварях церковных // Православные Храмы. Т. 1. Идея и образ (к СП 31-103-99). М.: АХЦ «Арххрам», 2005. С. 31-35.

2. Борисов С.В. Европейская стилистика XVIII—XIX веков в современном российском храмостроении // Вестник ТГАСУ. 2014. № 2. С. 38—52.

3. Борисов С.В. О критериях оценки объемной композиции православных храмов // Региональная архитектура и строительство. 2014. № 2 (19). С. 169-177.

4. Борисов С.В. Православные мобильные храмы: история и современность // Вестник ИрГТУ. 2014. № 3 (86). С. 79—85.

5. Борисов С.В. Традиционные планировочные решения

православных приходских храмов: актуальность современного применения // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3 (17). С. 168-173.

6. Бусева-Давыдова И.А. К проблеме канона в православном храмостроении // Христианское зодчество. Новые материалы и исследования / отв. ред. И.А. Бондаренко. М.: Едитори-ал УРСС, 2004. С. 61-72.

7. Виппер Б.Р. Архитектура русского барокко. М.: Б.С.Г.-Пресс, 2008. 298 с.

8. Памятники архитектуры Московской области: иллюстрир. науч. каталог. В 2 т. // под общ. ред. Е.Н. Подъяпольской. М.: Искусство, 1975.

9. Путятин И.Е. Образ русского храма и эпоха Просвещения: монография. М.: Гнозис, 2009. 416 с.

УДК 691.16: 678.7

ПРИМЕНЕНИЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ГМК «НОРИЛЬСКИЙ НИКЕЛЬ» В ПРОИЗВОДСТВЕ ДОРОЖНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА

1 л 4

© Г.В. Василовская1, В.А. Шевченко2, В.П. Киселёв3

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

Рассматриваются вопросы использования промышленных отходов Красноярского края при изготовлении дорожного асфальтобетона. Приводятся результаты исследований отвальных хвостов нейтрализации и гранулированных шлаков медно-никелевого производства Надеждинского завода г. Норильска. Показано, что отвальные хвосты нейтрализации могут быть использованы в качестве минерального порошка, а гранулированные шлаки - в качестве мелкого заполнителя в составах дорожного асфальтобетона. Разработаны составы дорожного асфаль-

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

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

2Шевченко Валентина Аркадьевна, кандидат технических наук, профессор кафедры строительных материалов и технологии строительства, тел.: 89135292928, e-mail: kafsmi/@tmail.ru

Shevchenko Valentina, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Construction Materials and Building Technology, tel.: 89135292928, e-mail: kafsmi/@tmail.ru

3Киселёв Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры химии, тел.: 89620721805, e-mail: Wkiselev001@yandex.ru

^е^ Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Chemistry, tel.: 89620721805, e-mail: Wkiselev001@yandex.ru

тобетона на основе отходов промышленности. Проведены испытания полученных составов как в лабораторных, так и в натурных условиях на опытных участках. Приводятся расчеты экономической эффективности применения промышленных отходов в асфальтобетоне.

Ключевые слова: минеральные порошки; шлаки; дорожный асфальтобетон; битум; порошкообразные отходы промышленности.

APPLICATION OF 'NORILSK NICKEL' MINING-METALLURGICAL COMBINE INDUSTRIAL WASTE IN ROAD

ASPHALT CONCRETE PRODUCTION

G.V. Vasilovskaya, V.A. Shevchenko, V.P. Kiselev

Siberian Federal University,

79 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

The paper deals with the issues of using Krasnoyarsk territory industrial waste for road asphalt concrete production. It presents the results of studying neutralization final tailings and granulated slag of copper-nickel production of Norilsk Nadezhdinsky plant. It is shown that the final tailings of neutralization can be used as mineral powder while granulated slag can be used as fine aggregate in the composition of the road asphalt concrete. The industrial waste-based compositions of the road asphalt concrete have been developed and tested both in laboratory and in-situ experimental conditions. Economic efficiency of industrial waste application in asphalt concrete is calculated. Keywords: mineral powder; slag; road asphalt concrete; bitumen; powdered industrial waste.

В настоящее время наблюдается непрерывный рост цен на сырьевые и энергетические ресурсы, что приводит к повышению стоимости производства новых строительных материалов. Поэтому актуальной задачей является замена традиционного дорогостоящего сырья на более дешевое, распространенное в данном регионе, или на отходы промышленности. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью, из них можно получить новые качественные строительные материалы.

Сегодня использование промышленных отходов для потребностей строительной индустрии составляет меньше 20% ежегодного объема их образования. Например, в черной металлургии для изготовления строительных материалов разного назначения используется незначительная часть расплавленных шлаков, а большая часть отвальных шлаков не нашла применения. Накопление промышленных отходов приводит к нарушению экологического равновесия и резкому загрязнению окружающей среды. Кроме того, для хранения отходов необходимо отводить огромные земельные участки, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве или в строительной области.

Цель данной работы заключалась в изучении промышленных отходов одного из предприятий Красноярского края при изготовлении дорожного асфальтобетона. Изучались отвальные хвосты нейтрализации Надеждинского металлургического завода г. Норильска, получаемые при очистке жидкой фазы пульпы отходов серосульфидной флотации медно-никелевого сульфидного концентрата от железа и цветных металлов, представляющие собой тонкодисперсный порошок со следующим химическим составом (табл. 1).

Результаты химического анализа показали, что основными составляющими отвальных хвостов нейтрализации являются соединения оксидов железа

и кремния, зафиксированы относительно малые концентрации различных соединений с кальцием и серой. Термические исследования показали, что хвосты являются стабильными до температуры 300°С.

Данные отходы предполагалось использовать в качестве минерального порошка в асфальтобетоне. Для этого проводились исследования этого порошка в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52129-2003 [1]. Для сравнения был исследован стандартный минеральный порошок, полученный путем измельчения известняка Торгашинского карьера г. Красноярска. Свойства этих порошков в сравнении с требованиями государственного стандарта для минеральных порошков марки МП-2 (порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства) приводятся в табл. 2.

Как видно из данных, представленных в табл. 2, по всем показателям отвальные хвосты отвечают требованиям ГОСТ [1].

Изучался зерновой состав отвальных хвостов. Зерновой состав этого порошка в сравнении с требованиями ГОСТ [1] приводится в табл. 3.

Как видно из табл. 3, по зерновому составу отвальные хвосты отвечают требованиям указанного стандарта.

В качестве мелкого заполнителя для асфальтобетона исследовались гранулированные шлаковые пески - отходы медно-никелевого производства Надеждинского завода г. Норильска. По данным химического анализа, изучаемый шлак состоит из следующих соединений, выраженных в мас. %: Fe2Oз (56,94), SЮ2 (30,78), А1203 (0,72), CaO (3,72), MgO (2,12), S (0,42), СиО (0,462), CoзO4 (0,163), NiO (0,082), Na2O (1,06), K2O (0,83). Таким образом, шлаки состоят преимущественно из силиката железа, имеются также примеси оксидов кремния, кальция, магния, алюминия и др.

Химический состав отвальных «хвостов» после нейтрализации

Таблица 1

Содержание оксидов, мас. %

SiO2 AbOa СаО MgO Fe2O3 SO3 Na2O K2O

7,12 2,34 13,66 0,97 42,86 17,56 0,52 0,38

Таблица 2

Свойства минеральных порошков_

Свойства Отвальные хвосты Известняковый порошок Требования ГОСТ

Истинная плотность, г/см3 2,95 2,65 -

Средняя плотность, г/см3 1,82 1,77 -

Пористость, % 38,3 33,21 не более 40

Показатель по битумоемкости, г 75,4 65 не более 80

Содержание водорастворимых соединений, % 3,4 4,5 не более 6

Суммарная удельная эффективная активность естественных радионуклидов, А эфф., Бк/кг 22,7 27 не более 370

Свойства шлаковых песков приводятся в табл. 4, а зерновой состав - в табл. 5.

Измерения удельной эффективной активности естественных радионуклидов показали, что представленные отвальные «хвосты» и шлаковые пески согласно санитарным правилам относятся к I классу опасности и могут быть использованы в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также в дорожном строительстве вне заселенных пунктов.

Для сравнения свойств в качестве мелкого заполнителя применялся песок Березовского карьера г.

Красноярска. В качестве крупного заполнителя в асфальтобетоне использовался щебень того же карьера. Свойства щебня приводятся в табл. 6, а зерновой состав щебня в табл. 7.

В качестве вяжущего для приготовления асфальтобетона использовался битум марки БНД 90/130 Ачинского НПЗ. Свойства битума в сравнении с требованиями ГОСТ 22245-90 [2] приводятся в табл. 8. Как видно из таблицы, по всем физико-механическим показателям битум отвечает требованиям данного стандарта.

Зерновой состав отвальных «хвостов»

Таблица 3

Номер сита Частные остатки, г Частные остатки, % Полные остатки, % Прошло через сито, % Требование ГОСТ

1,25 - - - - не менее 95

0,63 0 0 0 100 -

0,315 0 0 0 100 от 80 до 95

0,16 0 0 0 100 -

0,071 11,2 11,2 11,2 88,8 не менее 60

0 88,8 88,8 100 0 -

Свойства шлаковых песков

Таблица 4

Свойства Показатель

Насыпная плотность, г/см3 2,25

Истинная плотность, г/см3 3,65

Пустотность, % 38,3

Влажность, % 0,2

Суммарная удельная эффективная активность естественных радионуклидов, А эфф., Бк/кг 26,4

Таблица 5

Зерновой состав шлаковых песков_

Номер сита Частные остатки, г Частные остатки, % Полные остатки, % Прошло через сито, %

5 9,8 0,98 0,98 99,02

2,5 158 15,8 16,78 83,22

1,25 315,8 31,58 48,35 51,64

0,63 319,5 31,95 80,31 19,69

0,315 118,2 3,53 95,66 4,34

0,071 23,4 2,34 98 2

0 20 2 100 0

Таблица 7

Таблица 6

Свойства щебня_

Свойства Показатель

Насыпная плотность, г/см3 1,43

Истинная плотность, г/см3 2,66

Пустотность, % 46,2

Дробимость, % 5,32

Содержание зерен лещадной и пластинчатой формы, % 7,5

Зерновой состав щебня

Номер сита Частные остатки, г Частные остатки, % Полный остаток, % Прошло через сито, %

15 343 6,86 6,68 93,14

10 2375 47,5 54,36 45,64

5 2151 43,02 97,38 2,62

2,5 97 1,94 99,32 0,68

1,25 34 0,68 100 0

0 0 0 0 0

Таблица 8

Физико-механические свойства битума_

Показатель Свойства Требования ГОСТ

Водопоглощение, мас. % 0,6 не более 1

Температура размягчения по методу «Кольцо и шар», °С 47 43-47

Глубина проникания иглы в градусах пенетрации:

при 25°С 99 91-130

при 0°С 33 -

Растяжимость, см более 100 65-70

Температура хрупкости по Фраасу, °С -23 не выше -17

С использованием вышеперечисленных минеральных заполнителей был подобран состав мелкозернистого горячего плотного асфальтобетона типа А марки I, который обычно применяется для укладки верхнего слоя дорожных асфальтобетонных покрытий. Подбор составов асфальтобетонов проводился в соответствии с ГОСТ 9128-2013 [3] 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, мас. %:

Состав № 1:

- щебень Березовского карьера г. Красноярска -56,5;

- песок Березовского карьера г. Красноярска -33,8;

- известняковый минеральный порошок - 9,7;

- битум - 4,6.

Состав № 2:

- щебень Березовского карьера г. Красноярска -56,5;

- шлаковый песок г. Норильска - 35,7;

- отвальные хвосты г. Норильска - 7,8;

- битум - 3,5.

Качество асфальтобетона определялось по методикам [4] и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по стандарту [3] для Ш-й дорожно-климатической зоны. Для определения свойств асфальтобетона использовались образцы-цилиндры с размерами с(=Л=71,4 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98 [4]. Формование образцов проводили в металлической форме с двумя вкладышами, нагретой до температуры 90-100°С. Образцы уплотнялись на прессе при давлении 40 МПа в течение 3 мин.

Свойства полученных составов асфальтобетона в сравнении с требованиями стандарта [4] приведены в табл. 9.

Как видно из табл. 9, асфальтобетон с отходами производства г. Норильска отвечает требованиям стандарта и его свойства сравнимы со свойствами асфальтобетона стандартного состава, а по некоторым показателям, например, прочности при 50оС и трещиностойкости при 0оС, превосходят их. То есть асфальтобетон с применением отвальных хвостов и шлаковых песков более тепло- и морозостойкий. Это объясняется, по-видимому, тем, что шлаковый песок имеет весьма развитую пористую поверхность, где плотно кольматируется тонкодисперсный наполнитель в виде отвальных хвостов нейтрализации. В результате этого повышается плотность, прочность и морозостойкость асфальтобетона.

Таблица 9

Свойства асфальтобетонов_

Показатель Состав № 1 Состав № 2 Требования ГОСТ

Предел прочности при сжатии, МПа, при: 20°С 2,70 2,72 не менее 2,5

50°С 1,03 1,23 не менее 1,0

0°С 6,7 5,64 не более 11

Коэффициент водостойкости 0,96 0,91 не менее 0,85

Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении 0,86 0,89 не менее 0,75

Предел прочности на растяжение при расколе при 0°С, МПа 3,71 4,21 не менее 3,5 не более 6

Водопоглощение под вакуумом, % объема 4,3 3,7 2-5

Длительное водопоглощение, % объема 4,7 5,0 -

На разработанном составе асфальтобетона были проведены опытные работы. В лабораторных условиях был приготовлен асфальтобетон, который укладывали в предварительно очищенные от грязи и пыли выбоины в дорожном покрытии на территории СФУ.

В ходе проведения работ установлено, что асфальтобетонные смеси заполняют выбоины в дорожных покрытиях плотным и однородным слоем и хорошо прилипают к старому асфальтобетону. Наблюдения за опытным участком за истекший период показали отсутствие визуальных изменений в покрытиях.

Был проведен расчет экономической эффективности использования отвальных хвостов и шлаковых песков в составах дорожного асфальтобетона. Расчеты показали, что стоимость 1 т асфальтобетона с использованием шлакового песка и отвальных «хвостов» в 2,3 раза меньше стоимости 1 т асфальтобетона стандартного состава.

Разработанный состав асфальтобетона будет внедряться в практику дорожного строительства Красноярского края.

Статья поступила 06.02.2015 г.

Библиографический список

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

2. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000.

3. ГОСТ 9128-2013. Смеси асфальтобетонные, полимерас-

фальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2014.

4. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. М.: МНТКС, 1998.

УДК 519.6

К ВОПРОСУ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ С ОПТИМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

1 9

© Т.Л. Дмитриева1, Нгуен Ван Ты2

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

Рассматривается оптимальное проектирование железобетонных колонн каркасов многоэтажных зданий в форме задачи нелинейного математического программирования. Приводится решение этой задачи с использованием численных методов оптимизации.

Ключевые слова: расчетная схема колонны; оптимальное проектирование; железобетонной каркас зданий; внецентренное сжатие; нелинейное математическое программирование; метод оптимизации; модификация функции Лагранжа.

TO OPTIMAL DESIGN OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS OF MULTISTOREY BUILDINGS WITH OPTIMAL PARAMETERS

T.L. Dmitrieva, Nguyen Van Tu

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

1Дмитриева Татьяна Львовна, доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов и строительной механики, тел.: 89149136725, e-mail: dmital@istu.edu

Dmitrieva Tatiana, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Strength of Materials and Structural Mechanics, tel.: 89149136725, e-mail: dmital@istu.edu

2Нгуен Ван Ты, аспирант, тел: 89246020079, e-mail: nguyentuad@gmail.com Nguyen Van Tu, Postgraduate, tel.: 89246020079, e-mail: nguyentuad@gmail.com