использование отходов металлургии для строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием

Пугин Константин Георгиевич

канд. техн. наук, доцент ПНИПУ г. Пермь

Юшков Владимир Сергеевич

аспирант, ПНИПУ г. Пермь

E-mail:

USE waste PRODUCTS METALLURGY FOR CONSTRUCTION of HIGHWAYS About CEMENTCONCRETE COVERING

Konstantin Pugin

Candidate of Technical Sciences , The senior lecturer, Perm national research polytechnical university, Perm

Vladimir Jushkov

The post-graduate student, Perm national research polytechnical university, Perm

Аннотация

В статье рассматривается автомобильная дорога на цементобетонном покрытие с применением отходов промышленности, как альтернатива строительства прочных, надежных и экономически дешевых автомобильных дорог. Представлены преимущества и недостатки данной конструкции, а также приведены экспериментальные данные.

ABSTRACT

In article the highway on cement concrete covering with application waste products of the industry, as alternative construction strong, reliable and economically cheap highways is considered. Advantages and lacks of the given design are submitted, and also experimental data are given.

Ключевые слова: Автомобильная дорога; отходы; шлак; минеральные вещества; транспортное средство.

Key words: The Highway; waste products; slag; mineral substances; vehicle.

В настоящее время актуальность перехода к массовому строительству цементобетонных покрытий в России не вызывает сомнения. 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 [4].

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.

В России построено и успешно эксплуатируется более 6 тыс. км. автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями. В США 60 % межштатных дорог с интенсивным движением транспортных средств имеют бетонные покрытия.

Жесткая 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.

Одним из актуальных направлений в развитии дорожной сети России является применение в качестве заполнителей и вяжущих материалов для снижения себестоимости строительства отходы промышленности.

Наиболее экономичны конструкции с использованием доменных и сталеплавильных шлаков крупностью до 40 мм. В России имеется большое количество предприятий черной металлургии, на которых в зависимости от технологии производства металла, в больших количествах образуются шлаки различного состава и свойств. При эксплуатации модуль упругости слоев в основании медленно возрастает вследствие наращивания прочности. Применение шлаков с активизатором (хлористым кальцием) дает возможность вести дорожные работы в зимнее время.

В Пермском национальном исследовательском политехническом университете на автодорожном факультете были проведены исследования по определению возможности использования в качестве заполнителя для бетонов шлака Чусовского металлургического завода и произведена его проверка на коррозионную стойкость [2]. Основу металлургических шлаков составляют оксиды CaO, SiО₂, MgO и FeO.

Испытания на коррозийную стойкость бетона проводились на основе методики, изложенной в книгах С.Н. Алексеева, Ф.М. Иванова «Долговечность железобетона в агрессивных средах».

Для испытаний были взяты две среды: сульфат натрия с концентрацией 6000 мг/л и органическая среда фенола с концентрацией 10 г/л. Образцы - кубики 10х10х10 см из бетона на шлаковом и природном щебне находились одновременно в каждом виде раствора. Через 1 и 2 месяца из каждого раствора бралось по 4 кубика на шлаковом и по 4 кубика на природном щебне и производилось испытание на сопротивление сжатию. Результаты испытаний приведены в табл. 1 [1, 3].

Таблица 1

Результаты испытаний

По окончании исследования выявлено, что агрессивные среды не разрушают ни тот, ни другой бетон. Напротив, бетон продолжает набирать прочность. Несмотря на то, что прочность бетона на природном щебне увеличивается быстрее прочности бетона на шлаковом щебне, это не мешает заявить о том, что шлаковый щебень стоек к агрессивным средам, а образцы бетона на нем не теряют своей прочности.

Исследования бетона на шлаковом щебне Чусовского металлургического комбината доказывают обоснованность применения шлака при дорожном строительстве, а главное - приобретаемую при этом экономическую выгоду и решая экологическую проблему Пермского края [5].

Немаловажно, что строительство дорог с бетонным покрытием в мире непрерывно возрастает, они становятся основным видом магистральных дорог.

Список литературы:

1.Пугин К.Г., Юшков В.С. Строительство автомобильных дорог на основе вторичных материалов // Приволжский научный вестник. Ижевск: Издательский центр Научного просвещения, 2012, № 4. С. 25—30.

2.Пугин К.Г., Юшков В.С. Тяжелые металлы в отходах черной металлургии // Молодой ученый. Чита: май 2010, № 16, Том I. С. 135—140.

3.Пугин К.Г., Юшков В.С. Строительство автомобильных дорог с использованием техногенных материалов // Вестник ПГТУ «Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности». Пермь: 2011, № 1. С. 35-43.

4.Шейнин А.М., Эккель С.В. Обеспечение качества монолитного бетона для дорожного строительства // II Всероссийская (международная) конференция по бетону и железобетону. Бетон и железобетон – пути развития: 5—9 сентября 2005г., Москва. Труды. Т.5 - с. 148—157.

5.Юшков В.С., Пугин К.Г. Использование твердых отходов черной металлургии в материалах для строительства автомобильных дорог // В мире научных открытий. Красноярск: 2010,№ 5, часть 4. С. 53—57.