CC BY
59
К Б. Бектуров, Р. Ю. Зарипов, А. С. Медведев, Д. Ж. Каербеков
ЖYк вагонын к^растырудагы композиттж материалдарды колдану
перспективасы
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университетi, Павлодар к.
Материал 11.06.17 баспаFа TYCTi.
K. B. Bekturov, R. U. Zaripov, A. S. Medvedev, D. Z. Kayerbekov Prospects of application of composite materials in the cargo building
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 11.06.17.
Бул мацалада автор композщиялъщ материалдарды крлдану арцылы темiржол вагондары мен техникасын негiзгi вндiрушi елдерте талдау жасап, олардъщ констукциялыц цасиеттерi, артыцш^1лыцтары мен кемштктерт аныцтады. АКЩ, Жапония, Еуропалыц одац елдерi мен Казацстан Республикасыныц вагон курастырушы вндiрiстерi багдарламалар мен урдютерге бвлшп, жаца буыт вагондарын куруда негiзгi багыттары айкртдалды.
The work analyzed the use of composite materials in the construction of railway cars by the major manufacturers of railway equipment, revealed their structural properties, advantages and disadvantages. Highlighted the programs and trends in railcar production in the US, Japan, the European Union and the Republic of Kazakhstan. Defined the main directions on creation of new generation cars with the use of composite materials.
УДК 625.7:66.046.581.2
Д. Т. Кусайынов1, К. Т. Саканов2
'магистрант, 2к.т.н., профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар e-mail: 1damyar_masalimov@mail.ru
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БОКСИТНЫХ ШЛАМОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
В настоящей статье авторы дают анализ возможности применения бокситных шламов при строительстве автомобильных дорог.
Ключевые слова: бокситовый шлам, руда, основание автомобильные дорог.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных причин образования деформаций на поверхности асфальтобетонных покрытий (трещины, просадки, волны, колеи) является недостаточная жесткость основания. Увеличение жесткости дорожной одежды за счет повышения толщины слоя асфальтобетонного покрытия малоэффективно и не всегда возможно.
Дорожные основания из щебня, укрепленного в верхней зоне на глубину 5-10 см цементно-песчаной смесью состава 1:10, отличаются высокой жесткостью
и значительной несущей способностью. Кроме того, они обладают способностью сопротивляться сдвигу, благодаря тому, что пространство между щебенками заполнено структурообразующим материалом.
Однако при обследовании ранее построенных участков дорог с асфальтобетонным покрытием на основаниях укрепленных минеральными вяжущими наблюдалось на покрытии большое количество трещин. Установлено, что трещины в покрытии возникают в тех местах, где они имеются и в основании. Повышенное трещинообразование таких оснований также снижает однородность конструкции по прочности и уменьшает надежность дорожной одежды.
В качестве структурообразующего материала возможно применение некондиционных материалов, одним из которых является бокситный шлам [1, с. 2].
Основными компонентами бокситового шлама после извлечения алюминие-содержащих компонентов являются непрореагировавшие оксиды металлов. Процентное содержание этих оксидов, произведённых конкретным алюминиевым заводом, будут зависеть от качества и происхождения конкретной бокситной руды и условий добычи. Диапазон состава может сильно варьироваться, типичные значения: Fe2O3 5-60 %, А1203 5-30 %, ТЮ2 0.3-15 %, СаО 2-14 %, SiO2 3-50 % и Ш20 1-10 %.
Минералогический состав бокситового шлама:
Содалит (3№20-3А1203 ■ 6SiO2 №^04) 4-40 %; Алюмогетит (оксид железа с примесью алюминия) 10-30 %; Гематит (оксид железа) 10-30 %; Кремнезём (диолксид кремния), кристаллический и аморфный 5-20 %; Трёхкальциевый алюминат (3СаО А1203 6Н20)2-20 %; Бемит (А10(0Н)) 0-20 %; Диоксид титана 2-15 %; Мусковит (К20- 3А1203 ■ 6SiO2• 2Н20) 0-15 %; Карбонат кальция 2-10 %; Гиббсит (А1(ОН)3) 0-5 %; Каолинит (А1203 ■ 2Si02 '2Н20) 0-5 %. По химическому составу нефелиновый шлам занимает промежуточное положение между доменным шлаком и портландцементным клинкером.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Шлам представляет собой влажный сыпучий пескообразный материал, имеющий крупность 0-5 мм. Модуль крупности - 1,6-2,2, плотность шлама находится в пределах 2,86-2,98 г/см3, насыпная объемная масса в сухом состоянии 1000-1200 кг/см3.
Химический состав шлама несколько изменяется в зависимости от сроков хранения в отвале. По мере старения отходов шлама происходит частичная гидратация и карбонизация минералов, входящих в состав бокситного шлама. Содержание двухкальциевого силиката уменьшается. В отвальном шламе в результате взаимодействия двухкальциевого силиката с водой образуется тоберморитоподобные гидросиликаты кальция, которые вследствие воздействия углекислого газа воздуха карбонизируются с образованием кальцита [2, с. 36].
Таким образом, длительное хранение шлама приводит к частичной потере его вяжущих свойств. По данным Бейшера Р. В. вяжущие свойства частично
гидратированных и карбонизированных шламов могут быть в определенной степени восстановлены при активизации его добавкой извести и цемента. Исследования Р. И. Бейшера /60-62/ по укреплению грунтов в дорожном строительстве тонкомолотыми вяжущими из бокситового шлама двух составов (шлам 80 %, известь 20 %, гипс 5 % и шлам 75 %, портландцемент 25 %, гипс 5 %) показали, что при расходах вяжущих 10-15 % укрепленный грунт в возрасте 28 суток отвечает только минимальным требованиям III классс прочностии однако к 28 суткам показатели прочности возрастают в 1,5-2 раза. При этом все исследуемые укрепленные грунты выдерживали 15 циклов замораживания-оттаивания, Р. И. Бейшером и А. П. Кузнецовым установлена также возможность применения рядового бокситового шлама в чистом виде и с добавкой 2 % извести или 2 % портландцемента в качестве материала основания и в качестве вяжущего для укрепления каменных материалов. Результаты лабораторных исследований проверены в опытном строительстве и разработаны практические рекомендации для производства [3, с. 15].
Применению бокситового шлама, обработанного нефтяными гудронами и эмульсиями, при строительстве автомобильных дорог посвящены исследования Г. И. Артюхиной /143/, которые показали, что при расходе гудрона 8-9 % или эмульсии 7-8 % (в пересчете на битум) полученный органошламовый материал в зависимости от возраста имеет прочность на сжатие 2-6 МПа, модуль упругости 600-8С00 МПа, коэффициент морозостойкости 0,5-0,95. Результаты экспериментальных исследований и опытного строительства позволили рекомендовать бокситовый шлам, обработанный органическим вяжущим, для устройства дорожных оснований и облегченных покрытий, а также для обработки щебеночных оснований в верхней части.
Модуль упругости оснований, укрепленных бокситовым шламом, возрастает во времени. Объясняется это особенностями бокситового шлама, его гидравлической активностью. По мере повышения срока твердения образуются кристаллизационные структурные связи, что и является одним из факторов, способствующих повышению жесткости и деформативной устойчивости оснований.
В СПбГАСУ на кафедре автомобильных дорог были выполнены лабораторные исследования и опытно-производственные работы, которые показали возможность и экономическую целесообразность применения вяжущих из бокситного шлама и рядового отвального шлама для устройства укрепленных оснований дорожных одежд, и предложен способ возведения дорожного основания, с завершающим фрагментированием (специальной механической обработкой) поверхности при помощи создания ослабляющих поперечное сечение углублений (надрезов, вмятин) заданного рисунка, обеспечивающих расчетные размеры, связи и форму будущих несущих элементов, с последующей обработкой поверхности (битумной эмульсией или разжиженным битумом).
Установление рациональных форм и размеров элементов несущего слоя ограниченных разрезами (при оптимальной жесткости зон разрезов) может
существенно выровнять давления на нижний слой основания и повысить устойчивость самих несущих элементов в процессе эксплуатации и, вместе с выравниванием температурного деформирования в границах зон разрезов, снизить концентрацию напряжений в них и, следовательно, обеспечить необходимую монолитность асфальтобетонного покрытия.
Наиболее устойчивой формой несущего элемента, обеспечивающей примерное равенство продольного и поперечного моментов является круглая, шестигранная, восьмигранная форма. С конструктивно-технологических позиций шестигранная форма, рекомендуемая для применения, удобнее других вписываемых плоскость несущего слоя, обеспечивая перевязку разрезов (швов) в продольном и поперечном направлении.
Из-за технических ограничений может использоваться также квадратная форма несущих элементов, но обязательно с перевязкой разрезов (устройство в разбежку).
Обычно глубина надреза (высота закладной детали для применяемых классов бетона) составляет > 1/3 к
При разработке конструкции дорожной одежды для реальных условий необходимо, чтобы жесткостные характеристики зон рабочих швов находились в интервале 0,05-0,13 Д; зон разрезов - 0,10-0,30 Д (где Д - цилиндрическая жесткость монолитного несущего слоя).
Для повышения надежности работы данной конструкции реальные жесткостные характеристики перед началом строительства следует проверить на опытном участке.
ВЫВОДЫ
Лабораторные исследования и опытно-производственные работы, которые показали возможность и экономическую целесообразность применения вяжущих из бокситного шлама и рядового отвального шлама для устройства укрепленных оснований дорожных одежд, и предложен способ возведения дорожного основания, с завершающим фрагментированием (специальной механической обработкой) поверхности при помощи создания ослабляющих поперечное сечение углублений (надрезов, вмятин) заданного рисунка, обеспечивающих расчетные размеры, связи и форму будущих несущих элементов, с последующей обработкой поверхности (битумной эмульсией или разжиженным битумом).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Боженов, П. И., Кавалерова, В. И. Нефелиновые шламы. - М. : Стройиздат, 1966. - 242 с.
2 Бейшер, Р.В. Исследование бокситового шлама Тихвинского глиноземного завода и его применение при строительстве автомобильных дорог в СевероЗападной части РСФСР. // Кандидатская диссертация. - Л. : ЛИСИ, 1972.
