Побочные продукты металлургического производства как стабилизатор оснований дорожного полотна

ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК СТАБИЛИЗАТОР ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА

И.И. Романенко, канд. техн. наук, доцент И.Н. Петровнина, канд. техн. наук, доцент К.А. Еличев, канд. техн. наук, доцент М.И. Романенко, соискатель

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Аннотация. Применение молотого шлака и шелочных активаторов твердения позволяют стабилизировать грунтовое основания за счет гомогенизации, достижения оптимальной влажности и плотности. Прочность полученного грунтобетона составляет 7,59,0 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 фре-

зерованного 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 % (рис.) [6, 7, 8].

Рисунок 1. Распределение минерального вяжущего и гомогенизация смеси

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

Процесс деструкции алюмокремнекис-лородного каркаса минералов молотых шлаков обусловлен каталитическим действием щелочей на разрыв ковалентных связей 81 - 0- 81 и А! - О - 81.

Этот процесс аналогичен процессу перехода кремнезема и глинозема в гидрат-ные 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 мини-

мальной амплитудой 0,8-1,5 мм и макси- достижения прочности не менее 70 % от мальной частотой колебаний (30-50 Гц). проектной марки.

При глубоком фрезеровании от 20,0 см Производится нарезка деформационных

до 50,0 см, уплотняющие катки устанавли- поперечных швов с целью предотвраще-вают в режим вибровоздействия на уло- ния образования неконтролируемых усаженный на укрепляемое основание и пред- дочных трещин. Швы нарезают с шагом, варительно уплотненный материал с мак- равным ширине уложенного слоя (ширина симальной амплитудой и минимальной дорожного основания), глубина шва от 0,5 частотой колебаний (1,5-2,0 мм, 25-30 Гц), до 0,7 толщины слоя (5-50 мм). Швы наре-а затем уплотняющие катки устанавлива- заются фрезами после достижения грунто-ют в режим вибровоздействия с мини- бетоном прочности на сжатие не менее 2,5 мальной амплитудой- 0,8-1,5 мм и макси- МПа.

мальной частотой колебаний-25-50 Гц. Герметизация поперечных швов произ-

С целью создания благоприятных усло- водится герметиками после достижения вий набора прочности, после окончатель- грунтобетоном прочности 85% от проектного уплотнения грунтобетона по поверх- ной марки.

ности распределяют 50% раствор латекса Предлагаемый способ позволяет полу-

или битумную эмульсию [10, 12]. Темпе- чить дорожное основание с высокой проч-ратурно-влажностный баланс грунтобето- ностью, морозостойкостью и долговечно-на поддерживается в течение 7 суток до стью, 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. II. -1997.

BY-PRODUCTS OF METALLURGICAL PRODUCTION AS A STABILIZER OF THE

GROUNDS OF THE ROADWAY

I.I. Romanenko, candidate of technical sciences, associate professor I.N. Petrovna, candidate of technical sciences, associate professor K.A. Elichev, candidate of technical sciences, associate professor M.I. Romanenko, applicant

Penza state university of architecture and construction

Abstract. The use of ground slag and chulochnyi of hardening activators stabilize the soil base due to the homogenization, the optimum moisture and density. The strength of the received grantable is 7,5-9,0 MPa. The presence of a permanent high-alkaline environment in gruntovedenie, as well as the presence of the admixture of clay particles and create conditions for the education thermoreceptors low-basic calcium hydrosilicates of SN, hydrogarnets, alkaline hydroalumination, which are characterized by poor solubility. Resulting in a solid Foundation for the creation of the roadway with high performance properties.

Keywords: road base, grantable, chemical reagent, stabilizer, frost, hydrated particles of slag.