При строительстве автомобильных дорог находят все более широкое применение основания из грунтов и каменных материалов, укрепленных различными вяжущими. Это связано с тем, что при существующей высокой интенсивности движения на автомобильных дорогах неукрепленные основания уже не могут обеспечить сохранения в течение длительного времени требуемой ровности покрытия и несущей способности дорожной одежды в целом. Основания из материалов, укрепленных специальным вяжущим, не только прочны и долговечны, но и экономичны, поскольку открывают возможность использовать местные грунты, некондиционные каменные материалы и промышленные отходы взамен дорогостоящих привозных материалов.
В настоящее время в качестве вяжущих материалов стали применяться нестандартные отходные материалы, такие как активные золы уноса тепловых электростанций, металлургические шлаки и отходы других производств. Одним из таких материалов является нефелиновый шлам глиноземного комбината, выпускающего глинозем, соду и портландцемент. Из общего количества шлама производства глинозёма лишь небольшая часть используется глинозёмным комбинатом для выпуска портландцемента, остальной шлам поступает в отвал, который можно использовать при строительстве оснований дорожных одежд, как в исходном виде, так и в виде специально приготовленного вяжущего для укрепления местных грунтов.
В дорожном строительстве существует возможность укрепления грунтов следующими материалами: вяжущими, приготовленными из нефелинового шлама и молотым и немолотым нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом. Рядовой отвальный нефелиновый шлам можно применять как в чистом виде, так и в смеси с минеральным заполнителем для устройства монолитных оснований [1].
Нефелиновый шлам является отходом комплексной переработки нефелиновой руды на глиноземном комбинате. Он представляет собой пескообразный продукт с модулем крупности около 2 и влажностью 25 %, содержащий более 80 % b-двухкальциевого силиката в пересчете на сухое вещество. Плотность шлама в состоянии естественной влажности составляет около 1000 кг/м3. При уплотнении во влажном состоянии нефелиновый шлам проявляет способность к конденсации в монолитный водостойкий материал и дальнейшему набору прочности во времени.
Нефелиновый шлам относится к 3 классу радиоактивности может быть использован для дорожного строительства вне населенных пунктах. Использование нефелинового шлама в дорожном строительстве актуально, так как запасы его огромны, является вяжущим материалом, а также позволяет продлить дорожно-строительный сезон при низких температурах. Рядовой нефелиновый шлам, используемый как материал дорожного основания, обладает способностью омоноличиваться в момент уплотнения, приобретая начальную прочность на сжатие 1,0-1,2 МПа; и увеличивать ее со временем до 25 МПа и более в результате продолжающегося процесса гидратации двухкальциевого силиката. Уплотненный и затвердевший нефелиновый шлам морозостоек, обладает теплоизолирующим свойством, повышенной деформативностью и трещиностойкостью по сравнению с цементобетоном [1].
Благодаря содержанию большого количества b-двухкальциевого силиката в нефелиновом шламе обеспечивается возможность приготовления на его основе вяжущего материала, который используется для укрепления местных грунтов в дорожных основаниях, а также возможность использования рядового шлама в качестве материала для устройства из него монолитных оснований. Такой шлам может быть эффективно использован не только в дорожном строительстве, но и для получения цемента, щелочестойких строительных растворов и бетонов, для изготовления автоклавных строительных изделий, огнеупорных материалов, формовочных смесей, для известкования кислых почв и для некоторых других целей.
Вяжущие материалы из нефелинового шлама получают путем совместного помола высушенного нефелинового шлама и активатора твердения. Нефелиновое вяжущее состоит из 80 % нефелинового шлама, 15 % извести и 5 % гипса. Температура высушивания составляет не более 150 °С. В качестве активаторов твердения так же используется гипсовый камень при расходе 7 %, портландцемент или портландцементный клинкер при расходе 15 % массы вяжущего.
Грунты, укрепленные нефелиновыми вяжущими, нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом, и рядовой отвальный нефелиновый шлам рекомендуется применять для устройства верхнего и нижнего слоев оснований под асфальтобетонное и цементобетонные покрытия, а также морозозащитного слоя в районах, не имеющих требуемых дренирующих материалов. Для устройства дорожных оснований из грунтов, укрепленных нефелиновыми вяжущими, разрешается применять все виды и разновидности крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов, за исключением глин с числом пластичности более 20. Нефелиновые вяжущие, предназначенные для укрепления грунтов, должны иметь марку не ниже 100 и прочность при изгибе после 28 суток твердения не менее 3 МПа, при сжатии – не менее 10 МПа.
В качестве верхних слоев оснований под усовершенствованные дорожные покрытия рекомендуется использовать следующие компоненты: цементобетон пониженных марок, каменные материалы, различные грунты, отходы промышленности, укрепляемые минеральными и органическими вяжущими материалами или отходами промышленности, обладающими вяжущими свойствами, например, молотый нефелиновый шлам, щебень [2].
Основные направления использования нефелиновых шламов в дорожном строительстве представлены на рисунке 1.
Рисунок 1– Схема применения нефелиновых шламов в дорожном строительстве
При укреплении грунтов нефелиновыми вяжущими смесь приготавливают двумя способами: в стационарной смесительной установке с последующей вывозкой смеси к месту укладки; грунтосмесительными машинами непосредственно на автомобильной дороге. При устройстве дорожных оснований из укрепленных грунтов смесь приготавливают в карьерной смесительной установке или на бетонном заводе. Смесь после профилирования уплотняют катками на пневматических шинах до требуемой плотности не менее 0,98 стандартной. Если разрыв во времени между устройством дорожного основания и укладкой покрытия составляет не более суток, то уход за свежеуложенным слоем укрепленного грунта не осуществляют.
Для укрепления нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом рекомендуется использовать в зависимости от дисперсности нефелинового шлама следующие разновидности грунтов: несцементированные типа крупнозернистых песков, гравийно-песчаные смеси, различные крупнообломочные каменные материалы, в том числе и малопрочные – при использовании немолотого нефелинового шлама; несцементированные грунты, а также различные средне- и мелкозернистые, в том числе одномерные, пески, супеси легкие, крупные и пылеватые с числом пластичности не более 5 – при использовании только молотого нефелинового шлама. Немолотый нефелиновый шлам для укрепления грунтов применяют как в сухом виде, так и в состоянии естественной влажности. Наиболее эффективно использовать молотый нефелиновый шлам с дисперсностью, близкой к дисперсности портландцемента. Для укрепления грунтов, используют не только портландцемент, а также добавки каустической соды (NаОН), хлористого кальция (СаСl2).
При укреплении крупнозернистых песков, гравийно-песчаных смесей, различных каменных материалов, в том числе и малопрочных, применяют добавку портландцемента в количестве 7 % в сочетании с 15 % немолотого шлама или 5 % цемента с тем же количеством молотого шлама. При укреплении грунтов с использованием немолотого шлама для повышения морозостойкости предусматривают применение добавок легкорастворимых химических веществ типа NaOH или СаСl2 в количестве 1% массы шлама. При этом дозировка шлама в смеси может быть снижена ориентировочно на 5% массы шлама. При использовании молотого шлама влияние добавок NaOH и СаСl2 выражено менее ярко. Однако и в этом случае введение их в количестве 1% массы шлама также обеспечивает повышение морозостойкости укрепленного материала. При использовании молотого шлама в сочетании с портландцементом отношение указанных компонентов при условии их совместного смешения составляет ориентировочно 5 к 1 [3].
Для устройства монолитных дорожных оснований рекомендуется использовать рядовой отвальный нефелиновый шлам в сочетании с минеральным заполнителем или без него [4]. Нефелиновый шлам, используемый для устройства слоев дорожных одежд, должен удовлетворять следующим требованиям. Содержание в шламе комков размером 120 мм не должно быть более 15 %. Влажность шлама, укладываемого в дорожную одежду, не должна превышать 30 %. В качестве минерального заполнителя в смесях с нефелиновым шламом рекомендуется использовать крупнообломочные грунты (гравийные, дресвяные, щебенистые), а также гравийно- и щебеночно-песчаные смеси и крупные и средние пески. При проектировании и подборе составов смесей в случае использования нефелинового шлама без минерального заполнителя для устройства слоев дорожных одежд определяют его гранулометрический состав, оптимальную влажность и максимальную плотность. Оптимальная влажность шлама должна составлять 25 %. Ориентировочно соотношение в смеси шлама и заполнителя составляет 1 к 3 по массе. При устройстве слоя основания из нефелинового шлама в смеси с минеральным заполнителем или без него, необходимо проводить систематический контроль за влажностью материалов, толщиной слоя распределяемого материала и проектными уклонами, степенью уплотнения, ровностью основания и соответствием показателей физико-механических свойств уплотненного материала предъявляемым требованиям.
Хранение шлама осуществляется раздельно по видам. Немолотый шлам хранят под навесами в местах, защищенных от влаги, ветра, не допуская загрязнения его посторонними примесями. Молотый шлам хранят так же, как и цементы или другие минеральные вяжущие вещества [3].
По результатам патентного поиска на территории РФ был найден действующий патент на изобретение от 28.05.2007 RU 2352599. В данном патенте предложена композиция для ремонта асфальтобетонных покрытый. Изобретение относится к дорожному строительству и может использоваться при выполнении ремонтных работ асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Изобретение касается композиции для ремонта асфальтобетонного покрытия, включающей вяжущее, наполнитель, добавки и растворитель, в качестве вяжущего предложено использовать минеральные компоненты: высококальциевая зола-унос ТЭЦ и портландцемент, в качестве наполнителя предлагается использовать кварцевый песок, в качестве добавок использовать полимерные добавки и нефелиновый шлам алюминиевого производства. Для затворения предлагается использовать воду при следующем соотношении компонентов: высококальциевая зола-унос ТЭЦ 35 %; портландцемент 4 %; кварцевый песок 35 %; нефелиновый шлам алюминиевого производства 4 %; полимерные добавки 4 %; остальное вода. Применение такой композиции на основе минерального вяжущего позволит расширить сезон дорожно-ремонтных работ, улучшить сцепление ремонтного материала с асфальтобетонным покрытием, повысить срок службы и качество ремонтируемого покрытия [5].
Таким образом, целесообразно применять нефелиновый шлам при строительстве дорожных оснований как в виде специально приготовленного вяжущего для укрепления местных грунтов, так и в исходном рядовом виде в качестве материала монолитного основания. Необходимо так же отметить положительное влияние на прочность и морозостойкость грунтов, укрепленных нефелиновыми вяжущими. Применение таких вяжущих позволяет производить работы по исправлению ровности основания в определенный срок после окончания уплотнения. Использование нефелиновых вяжущих в технологии производства работ позволяет повысить темпы и улучшить качество дорожного строительства. Благодаря достаточной начальной прочности уплотненного нефелинового шлама и наличию у него тиксотропных свойств, движение транспорта по шламовому основанию можно открывать практически сразу после окончания его уплотнения, эксплуатировать основание под движением продолжительное время и, в случае необходимости, исправлять его ровность путем рыхления, повторного профилирования и уплотнения.
Применение нефелиновых шламов позволит сократить дефицит дорожно-строительных материалов, повысить темпы и качество дорожного строительства, увеличить долговечность автомобильных дорог и снизить их конечную стоимости. В виду того, что накопленный в отвалах нефелиновый шлам занимает огромную полезную площадь и создает постоянную опасность загрязнения почвы, атмосферы и окружающих водоемов, использование его в дорожном строительстве помимо достижения технико-экономического эффекта способствует решению задачи охраны окружающей среды.
Список использованной литературы
1 Бескровный В. М. Применение нефелинового шлама для строительства оснований автомобильных дорог в условиях Сибири. Диссертация. Омск, 1983.
2 СНиП 2.05.07-91. Утв. Постановлением Минстроя РФ от 05.03.1996 N 18-15.
3 Методические рекомендации по применению нефелинового шлама Ачинского глинозёмного комбината при устройстве оснований автомобильных дорог в районах Западной и Восточной Сибири. Минтрансстрой. Москва, 1981.
4 Государственный дорожный научно-исследовательский институт. Руководство по строительству оснований и покрытий автомобильных дорог из щебеночных и гравийных материалов. Москва, 1999.
5 Композиция для ремонта асфальтобетонных покрытий: пат. 2352599 РФ / Шевченко В. А., Иванова Л. А., Ширай Л. А., Богданов И. Я. СФУ. Опубл. 20.04.2009.
Количество просмотров публикации: Please wait