CC BY
141
Оригинальная статья/ Original article УДК 504.054
DOI: https://d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2019-3-510-521
Использование отходов бурения в составе дорожно-строительных материалов
© А.С. Власов3, К.Г. Пугина,ь, К.Ю. Тюрюханов3, И.С. Глушанкова3, Л.В. Рудакова3
аПермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Россия ьПермский государственный аграрно-технологический университет им. акад. Д.Н. Прянишникова, г. Пермь, Россия
Резюме: Цель работы - изучить возможность утилизации буровых отходов в строительстве дорог и возможность использования бурового шлама в качестве минерального порошка в асфальтобетонной смеси, а также цементогрунта, полученного на основе бурового шлама. В работе отображено негативное воздействие бурового шлама на объекты окружающей среды. Проведены лабораторные исследования, определяющие наличие тяжелых металлов и физико-химические показатели в образцах бурового шлама. Были сформованы образцы асфальтобетона с применением бурового шлама в качестве минерального порошка, а также приготовлены и выдержаны в течение 28 суток образцы цементогрунта на основе бурового шлама. Были установлены физико-механические показатели асфальтобетонных образцов и образцов цементогрунта. В ходе исследований выяснилось, что содержание тяжелых металлов в подвижной форме не превышает установленных норм, физико-химические показатели имеют превышения допустимых нормативов. Физико-механические показатели асфальтобетонных образцов соответствуют требованиям нормативных документов, один из физико-механических показателей образцов цементогрунта - морозостойкость - не соответствуют требованиям нормативных документов. Таким образом, была изучена возможность использования ресурсного потенциала бурового шлама в качестве минерального порошка в асфальтобетонной смеси. Буровой шлам возможно применять в качестве минерального порошка в асфальтобетонной смеси. Изучена возможность применения цементогрунта на основе бурового шлама. Исследуемый цементогрунт имеет достаточную прочность, но характеризуется недостаточной морозостойкостью. Применение такого цементогрунта возможно лишь в зонах тропического и субтропического климата.
Ключевые слова: буровой шлам, окружающая среда, утилизация, строительство дорог, асфальтобетон, цементогрунт
Информация о статье: Дата поступления 17 июня 2019 г.; дата принятия к печати 01 августа 2019 г.; дата онлайн-размещения 30 сентября 2019 г.
Для цитирования: Власов А.С., Пугин К.Г., Тюрюханов К.Ю., Глушанкова И.С., Рудакова Л.В. Использование отходов бурения в составе дорожно-строительных материалов. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019;9(3):510-521. DOI: 10.21285/2227-2917-20193-510-521.
Use of drilling waste as road construction materials
Anton S. Vlasov, Konstantin G. Pugin, Kirill Yu. Tyuryukhanov, Irina S. Glushankova, Larisa V. Rudakova
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia
Perm State Agro-Technological University named after Academician D.N. Pryanishnikov, Perm, Russia
Abstract: The aim of the work was to study the possibility of utilising drilling waste in road construction, specifically using drill cuttings as a mineral powder in asphalt mix, as well as the production of cement based on drilling mud. The work is also motivated by the need to mitigate negative impacts of drilling mud on the natural environment. Laboratory studies were carried out to determine the presence of heavy metals in drill cuttings along with other physicochemical parameters. Samples of asphalt concrete were formed using drill cuttings as a mineral powder. Cement-modified soil (CMS) samples based on drilling mud were also prepared and cured for 28 days. The physico-mechanical properties of asphalt concrete samples and CMS samples were established. Over the course of research, it was confirmed that the con-
Том 9 № 3 2019
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 510-521 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 3 2019 _pp. 510-521
ISSN 2227-2917 510 (prrnt)
510 ISSN 2500-154X (online)
tent of heavy metals in mobile form does not exceed the established norms and that the physicochemical parameters exceed the relevant standards. While the physical and mechanical properties of asphalt concrete samples comply with the requirements of regulatory documents, one of the physical and mechanical properties of cement samples - namely, frost resistance - does not meet the regulatory requirements. Thus, the resource potential applicability of drilling mud as a mineral filler in an asphalt mix was confirmed by the study. Drilling mud can be used as a mineral filler in an asphalt mix. The potential applicability of using drilling mud as a material for cement-modified soil was also studied. The studied CMS has sufficient strength, but is characterised by insufficient frost resistance. Consequently, the use of such a CMS is possible only in tropical and subtropical climatic zones.
Keywords: drill cuttings, environment, utilization, road building, asphalt concrete, cement ground
Information about the article: Received June 17, 2019; accepted for publication August 01, 2019; available online September 30, 2019.
For citation: Vlasov A.S., Pugin K.G., Tyuryukhanov K.Yu., Glushankova I.S., Rudakova L.V. Use of drilling waste as road construction materials. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2019;9(3):510-521. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-2917-2019-3-510-521.
Введение
Отходы, получаемые при деятельности промышленных предприятий, при своем длительном размещении формируют техногенную нагрузку на объекты окружающей среды. Для того чтобы снизить негативное воздействие необходимо проводить совершенствование технологических процессов для получения целевых продуктов и модернизировать методологии обращения с отходами [1, 2]. Уменьшение объема образования отходов и минимизация их негативного воздействия достигаются за счет использования ресурсного потенциала отходов в технологии получения востребованных на рынке материалов.
Проведенные ранее исследования показывают, что отходы различных производств по своим физико-механическим свойствам не уступают природным сырьевым материалам [3, 4].
Одним из примеров таких отходов является буровой шлам (далее БШ), который образуется при деятельности нефтедобывающих предприятий. БШ представляет собой водную суспензию, твёрдая часть которой состоит из продуктов разрушения горных пород забоя и стенок скважины, продуктов истирания бурового снаряда и обсадных труб, глинистых минералов (при промывке глинистым раствором). БШ образуется при бурении скважин и при этом является источником значительного загрязнения окружающей среды не только в нашей стране, но и во всем мире [5, 6].
В России активно ведутся буровые работы во многих регионах: Оренбургская область, Ханты-мансийский автономный округ, Ямало-ненецкий автономный округ и т.д. Ежегодно образуется около 300 тыс. т такого от-
хода и накоплено свыше 95 млн т БШ. Минералогический состав БШ зависит от литологи-ческого состава разбуриваемых пород и изменяется по мере углубления скважины и места добычи полезных ископаемых. Гранулометрический состав БШ определяется типом и диаметром породоразрушающего инструмента, механическими свойствами породы, свойствами промывочной жидкости [7].
В общий состав БШ входят следующие компоненты: вода - 25%; выбуренная порода
- 60%; хлориды - до 0,5%; тяжелые металлы
- 6%; реагенты бурового раствора - 8%; прочие соединения - 0,5%. БШ по классификации ФККО (Федеральный Классификационный Каталог Отходов) относится к IV классу опасности. Степень загрязняющих агентов зависит от вида бурового раствора, который добавляется при бурении. Буровой раствор представляет собой сложную многокомпонентную дисперсную систему суспензионных, эмульсионных и аэрированных жидкостей, применяемых для промывки скважин в процессе бурения. На практике применяют буровые растворы на водной (техническая вода, растворы солей и гидрогеля, полимерные, полимер-глинистые и глинистые растворы) и углеводородной (из-вестково-битумный раствор, инвертная эмульсия) основах. Ранее применялся раствор на маслянистой основе, но ввиду своей большой токсичности был запрещен практически во всех странах [8].
Хранение буровых шламов осуществляют амбарным или безамбарным методом. Для их размещения изымаются земельные участки, при этом уничтожается флора и фауна вокруг хранилищ. В настоящее время ответственность за утилизацией буровых шла-мов лежит на самих нефтегазодобывающих компаниях. Но зачастую бывает, что компании
Том 9 № 3 2019 ISSN 2227-2917
с. 610-621 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) 511 Vol. 9 No. 3 2019 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X 611 pp. 610-621_(online)_
нарушают требования безопасного хранения БШ и размещают отход на неподготовленных площадках окружающей среды (карьеры, овраги), что формирует негативное воздействие.
Оценка воздействия на окружающую среду
Анализ научной литературы показал, что основное негативное воздействие приходится из-за входящих в состав БШ нефтепродуктов, реагентов бурового раствора и соединений тяжелых металлов. Вследствие этого оказывается комплексное негативное влияние на человека и природные экосистемы, связанное по большей мере с их токсичностью [9, 10].
На рис. 1 отображено техногенное воздействие на объекты окружающей среды. Негативное воздействие буровых шламов приводит к целому ряду последствий: токсикологическое воздействие на человека и природные экосистемы, нарушение продукционных и деструкционных процессов в экосистемах, появление различных патологий в организмах рыб и беспозвоночных. В России ситуация осложняется сложными географическими условиями: из-за большого количества болот и плохих дорог качество проведения природоохранных мероприятий снижается, на разных месторождениях наблюдается разный компонентный состав БШ.
Часто в буровой шламовый амбар попадают посторонние отходы: древесина, металлолом, различные химические жидкости. Поэтому приходится подстраивать технологию и подготавливать БШк переработке в индивидуальном порядке, что может быть сложно для некоторых компаний. Кроме того, предпочтение отдается более дешевым технологиям с низкими удельными затратами на единицу веса бурового отхода.
Нефть и ее фракции считаются главным токсическим агентом в составе буровых шламов, которые образовываются в процессе бурения при контакте с сырой нефтью.
Авторы [8, 9] в своих работах отобразили, что негативное влияние на растительный и животный мир происходит из-за способности нефтяных углеводородов накапливаться в органах животных и тканях растений.
При попадании нефтепродуктов в водоем, происходит нарушение азотного баланса донных почв, и затем нарушается питание корневой системы водяных растений. Это влияет на жизнь всех живых существ и микроорганизмов местной экосистемы. При их попадании в водные среды происходит изменение физико-химических показателей воды. Под воздействием солнечных лучей происхо-
дит испарение легких фракций углеводородов, загрязняя атмосферу.
Как выяснили авторы [11, 12], опасность представляют токсичные вещества, добавляемые в буровой раствор в виде разных химических реагентов.
Реагенты нужны, чтобы понизить водоотдачу пласта, снизить вязкость раствора, обеспечить способность термостабилизации. Среди реагентов можно выделить пеногаси-тели, ингибиторы, поглотители сероводорода, стабилизаторы. Токсины мигрируют в грунт из-за атмосферных осадков и, затем, подземными водами выносятся в реки. Вследствие этого происходят гибель живых организмов в водной среде и изменение состава биоценозов.
Как отмечают авторы [13, 14] в БШ содержатся химические соединения тяжелых металловв виде хлоридов, сульфатов, нитратов (СгС1, МпС1, СоС1, №С1, ZnCL, CdCL,
\ 2 2' 2' 2' 2' 2'
2Си^О3)2, PbSO4). Эти химические соединения, способны растворяться в воде, в следствие чего тяжелые металлы попадают в гидросферу, формируя негативное воздействие. Тяжелые металлы в больших количествах оказывают негативное воздействие на живые организмы за счет своей способности накапливаться в органах животных. Таким образом, БШ оказывают комплексное негативное воздействие на человека и природные экосистемы.
В связи с этим, в последнее время нефтегазодобывающие предприятия ориентированы на переход к безамбарному бурению. При этом, БШ не размещается в шламовом амбаре, а утилизируется - используется в технологиях получения целевых продуктов [15, 16].
Экономическая выгода заключается в получении прибыли от продажи полученных продуктов, и в том, что не нужно размещать БШ в амбарах и платить штрафы за негативный ущерб окружающей среде.
Отечественными и зарубежными учеными были проведены многие опыты по возможности переработки шлама [17-20].
Исходя из научных работ, посвященных данной проблеме можно заключить, что из отходов бурения возможно получить: тротуарную плитку; бордюрные ограждения; бетонные смеси; компоненты для автодорожного покрытия; шлакоблоки, использующиеся в строительстве подсобных помещений; орга-номинеральные смеси, использующиеся в строительстве; почвенно-аграрные смеси для применения в сельскохозяйственных целях; керамический кирпич и др.
ISSN 2227-2917 Том 9 № 3 2019 512 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 510-521
5 12 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 3 2019 _(online)_pp. 510-521
3 §
Ф
О
3
is у
о §
vo
0 ф
3
1 с о. ф Ф -с
Ü J5 О 0
tu ©
с о
€
ti ф
is
ч.
о
■¡2 ф ■с ю о
(С I
а
щ
ф
3
со
£
о
>3 ф
р>
о
со ф
0
1
I
ф
<V>
0
1
о
Q
ч.
о
(J (С
t
о
с ф
а о
t
is с
(С ф
if:
о а
ш
W
Том 9 № 3 2019 ISSN 2227-2917
с. 610-621 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) 613 Vol. 9 No. 3 2019 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X 6 1 3 pp. 610-621_(online)_
Материалы и методы исследования
Для того, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду были предложены следующие направления утилизации БШ: использование БШ в качестве минерального порошка в асфальтобетонной смеси и получение на основе БШ цементогрунта для дорожного строительства. Для проведения исследований были отобраны образцы БШ на нескольких месторождений Российской Федерации:
- №1 - Ханты-мансийский автономный
округ;
- №2 - Оренбургская область;
- №3 - Ямало-ненецкий автономный округ. На этих месторождениях активно эксплуатируется большое количество скважин.
Для оценки влияния БШ на окружающую среду нужно определить содержание тяжелых металлов и физико-химические показатели.
Содержание тяжелых металлов проводится в соответствии с «Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства». Физико-химические показатели выражаются в определении водородного показателя, химического потребления кислорода (ХПК), нефтепродуктов, сухого остатка, жёсткости, ионов кальция и магния, хлоридов.
Определение физико-химических показателей воспроизводится в соответствии с известными методиками лабораторных исследований.
Для установления соответствия получаемых материалов требованиям установленных нормативных документов необходимо определить физико-механические параметры полученных образцов.
Для определения принадлежности бурового шлама к известным минеральным порошкам использовали методику согласно ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей».
Для определения физико-механических показателей полученных образцов асфальтобетона использовали методику ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия».
Для определения прочности и морозостойкости образцов цементогрунта использовался метод рекомендованный в ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства».
Определение физико-химических показателей
Проведены лабораторные исследования БШ для определения физико-химических показателей и содержания тяжелых металлов. Содержание тяжелых металлов в образцах БШ приведено в табл. 1.
Содержание тяжелых металлов в образцах БШ The content of heavy metals in samples of drill cuttings
Таблица 1 Table 1
Наименование Содержание тяжелых металлов, мг/кг
Кадмий Хром Никель Кобальт Свинец Медь Марганец
БШ образец №1 (глинистая основа) Менее 0,2 0,89±0,27 3,6±0,9 1,8±0,4 2,8±0,7 2,3±0,6 Более 100 (207)
БШ образец №2 (нефтяная основа) Менее 0,2 1,8±0,4 0,60±0,18 менее 4 менее 5 2,0±0,5 23±4
БШ образец №3 (глинистая основа) менее 0,2 1, 1 ±0,27 2,3±0,6 0,96±0,29 1,8±0,5 0,62±0,19 112
Величина доп. значения (ПНД Ф 16.1:2.3:3.50-08) 1,0 6,0 4,0 5,0 6,0 3,0 600,0
Анализ результатов лабораторных исследований установил, что превышений нормативов по содержанию тяжелых металлов в подвижной форме нет.
Также были приготовлены водные вы-
тяжки из образцов БШ, высушенных при 1050С до постоянного веса для определения физико-химических показателей. Результаты исследований представлены в табл. 2.
ISSN 2227-2917 Том 9 № 3 2019 514 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 610-621 5 14 ISSN 2600-164X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 3 2019 _(online)_pp. 610-621
Результаты физико-химических показателей Results of physical and chemical indicators
Таблица 2 Table 2
Определяемые характеристики Единицы измерения Результаты анализа ПДК Рыбхоз
БШ образец №1 БШ образец №2 БШ образец №3
рН Ед.рН 7,0 ± 0,05 6,9 ± 0,05 7,8 ± 0,05 6,5-9,0
ХПК мгО2/дм3 580 ± 23,0 1300 ± 65,0 444 ± 22,2 30
Нефтепродукты мг/дм3 1,5 ± 0,30 4,4 ± 0,88 2,70 ± 0,9 0,05
Сухойостаток мг/дм3 620 ± 62,0 1590,0 ± 159,0 1800 ± 180,0 1000
Жёсткость ммоль-экв/дм3 11,5 ± 0,56 60 ± 3,0 23 ± 1,15 10,0
Ионкальция мг/дм3 154 ± 7,7 800 ± 40,0 306 ± 15,3 180,0
Ионмагния мг/дм3 46 ± 2,3 240 ± 12,0 92 ± 4,6 40,0
Хлориды мг/дм3 452,6 ± 25 1411,1 ± 70,6 1650 ± 82,5 300
Физико-химические показатели водной вытяжки из образцов БШ превышают значения ПДК по показателям ХПК, нефтепродуктов, сухого остатка, жесткости, ионов магния и кальция, хлоридов.
Определение физико-механических показателей образцов асфальтобетона
Были определены зерновой состав и содержание пылеглинистых частиц по ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей» для определения принадлежности бурового шлама к известным минеральным порошкам. В результате анализа гранулометрического состава было установлено, что по требованиям ГОСТ Р 52129-2003 в качестве минерального порошка подходят образцы №1 и №2
бурового шлама по классификации МП-2 - порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства.
Далее было проведено исследование по ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия». Были сформованы образцы № 1 и 2 асфальтобетонной смеси с образцами бурового шлама № 1 и 2 соответственно в качестве минерального порошка. Образцы асфальтобетона показаны на рис. 2. Компонентный состав асфальтобетонной смеси: песок - 12%; щебень - 46%; отсев дробления - 38%; буровой шлам - 4%; битум - 5,3% свыше 100%.
Рис. 2. Образцы асфальтобетона Fig. 2. Samples of asphalt concrete
Том 9 № 3 2019 ISSN 2227-2917
с. 610-621 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) 616 Vol. 9 No. 3 2019 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X 6 1 6 pp. 610-621_(online)_
Полученная асфальтобетонная смесь относится к типу Б, II марки, плотная. Были проведены испытания для определения значений средней плотности, прочности на сжатие,
водостойкости, водонасыщения, остаточной пористости, пористости минеральной части асфальтобетонов из горячих смесей. Результаты испытаний приведены в табл. 3.
Таблица 3
Показатели физико-механических свойств асфальтобетонных образцов
Table 3
Indicators of physical and mechanical properties of asphalt concrete samples_
Наименование показателя Требования ГОСТ Асфал ьтобетонн ы й образец №1 Асфал ьтобетонн ы й образец №2
Средняя плотность, г/см3 - 2,39 2,43
Предел прочности при сжатии, при температуре 50 °С, МПа, не менее, для асфальтобетонов 1,0 1,39 1,02
Предел прочности при сжатии, при температуре 20 °С, МПа, не менее, для асфальтобетонов 2,2 2,59 2,59
Водостойкость, не менее: 0,85 0,88 0,96
Водонасыщение, % 1,5-4,0 1,89 0,8
Остаточная пористость, % 2,5-5,0 4,4 3,2
Пористость минеральной части асфальтобетонов из горячих смесей, % 14-19 17 15
По результатам исследования асфальтобетонный образец №1 соответствует требованиям ГОСТ 9128-2013, асфальтобетонный образец № 2 соответствует требованиям ГОСТ 9128-2013, кроме показателя водонасы-щения - значение меньше нижней границы требования.
Определение физико-механических показателей образцов цементогрунта
Цементогрунт - искусственный материал, получаемый преимущественно смешением непосредственно на дороге (с использованием фрез) грунта с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные и промежуточные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.
Проведены исследования по получе-
нию цементогрунта на основе образца БШ №1. Использовался высушенный при 105 С до постоянного веса БШ. Были замешаны смеси с разными содержаниями цемента марки ПЦ-400 и жидкого стекла (разбавленного водой в соотношении 1:5) и с добавлением необходимого количества воды. Был получен оптимальный компонентный состав смеси:26 кг - БШ сухой (76%); 8 кг - цемент ПЦ-400 (24%); 0,8 кг -жидкое стекло натриевое, разбавленное 1:5 (2% сверх 100% смеси); 17,76 кг - вода (52% сверх 100% смеси). Общая масса смеси равна 52,56 кг.
Из полученной смеси были приготовлены образцы цементогрунта и выдержаны в течение 7 сут для определения предела прочности. Образцы цементогрунта показаны на рис. 3.
Рис. 3. Образцы цементогрунта Fig. 3. Cement ground samples
ISSN 2227-2917 Том 9 № 3 2019 516 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 610-621 5 16 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 3 2019 _(online)_pp. 510-521
В соответствии с ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» было проведено определение значения прочности на сжатие образцов цементогрунта, выдержанных в течение 7 суток: Rсж = 2,29 МПа. Исходя из полученного значения предела прочности на сжатие, согласно ГОСТ 23558-94 «Смеси щебе-ночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строи-тельства»,образцы цементогрунта предварительно относятся к марке цементогрунта М20.
Далее были проведены лабораторные исследования на определение прочности на сжатие и морозостойкости образцов цементог-рунта, выдержанных в течение 28 сут.
Значение предела прочности на сжатие образцов, выдержанных 28 сут. составило^« = 3,99 МПа. По значению предела прочности на сжатие образцы цементогрунта относятся к марке М20.
Марка по морозостойкости определя-ласьпо третьему методу в соответствии ГОСТ
10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости». За марку по морозостойкости принимают установленное число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором соблюдается соотношение Х2 ^ 0,9Х1, где Х1- значение предела прочности на сжатие контрольного образца, а Х2 - значение предела прочности на сжатие образца, прошедшего циклы замораживания/оттаивания.
При определении морозостойкости после проведения 3 циклов замораживания/оттаивания получены значения пределов прочности: Х1 = 3,25 МПа, Х2 = 0,88 МПа. Таким образом соотношение Х2 ^ 0,9Х1 не выполняется, и образцы цементогрунта не соответствуют минимальной марке по морозостойкости. Также, образцы видоизменились - произошло шелушение на гранях образцов, что недопустимо согласно нормативному документу (рис. 4).
При проведении испытания на морозостойкость образцы почти сразу разрушились от прилагаемой нагрузки (рис. 5).
Рис. 4. Образцы цементогрунта после циклов замораживания/оттаивания Fig. 4. Cement ground samplesafter freeze/thaw cycles
Рис. 5. Разрушение образца цементогрунта после приложения нагрузки Fig. 5. Destruction of the sample of cement ground after the application of the load
Том 9 № 3 2019
с. 510-521 Vol. 9 No. 3 2019 pp. 510-521
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X _(online)_
Таким образом, использование цемен-тогрунта на основе БШ целесообразно только в том случае, если температура окружающего воздуха не будет переходить через 00С., т.е. в странах, находящихся в зонах тропического и субтропического климата.
Заключение
БШ, являясь крупнотоннажным промышленным отходом, имеет негативное воздействие на окружающую среду. Основную опасность составляют входящие в БШ нефтепродукты, реагенты бурового раствора и химические соединения тяжелых металлов.
Прогрессивным и экономически выгодным способом обращения с БШ является получение на их основе экологически чистой вторичной продукции, которая может применяться в различных сферах производства.
В ходе лабораторных исследований
БШ была изучена возможность использования ресурсного потенциала БШ в качестве минерального порошка в асфальтобетонной смеси. Полученные образцы асфальтобетона соответствует требованиям ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобе-тонные, асфальтобетон, полимерасфальтобе-тон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия». Таким образом, БШ возможно применять в качестве минерального порошка в асфальтобетонной смеси.
В ходе лабораторных исследований БШбыла изучена возможность получения це-ментогрунта на основе бурового шлама. Получено, что исследуемый цементогрунт имеет достаточную прочность, но характеризуется недостаточной морозостойкостью. Применение такого цементогрунта ограничено зона митро-пического и субтропического климата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тюрюханов К.Ю., Пугин К.Г. Использование отработанного формовочного песка в составе асфальтобетона // Химия. Экология. Урбанистика. 2018. Т. 1. С. 535-539.
2. Kogbara R.B., Dumkhana B.B., Ayotamuno J.M., Okparanma R.N. Recycling stabilised/solidified drill cuttings for forage production in acidic soils // Chemosphere.2017. № 184. P.652-663.
DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.042.
3. Пугин К.Г., Юшков В.С. Отходы металлургических предприятий для создания цветного асфальтобетона // Экология и промышленность России. 2017. Т. 21. №. 5. С. 4-7. DOI: 10.18412/1816-0395-2017-5-4-7.
4. Пугин К.Г.,Калинина Е.В. Использование отходов предприятий химической и металлургической отрасли для изготовления асфальтобетонных дорожных покрытий // Экология и промышленность России. 2011. № 10. С. 28-30.
5. Junttila J., Dijkstra N., Aagaard-Sorensen S. Spreading of drill cuttings and sediment recovery of three exploration wells of different ages, SW Barents Sea, Norway // Marine Pollution Bulletin.2018. № 135. P. 224-238. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2018.06.064.
6. Хаустов А.П., Редина М.М. Охрана окружающей среды при добыче нефти. М.: Дело, 2006. 552 с.
7. Пичугин Е.А. Оценка воздействия бурового шлама на окружающую природную среду // Молодой ученый. 2013. № 9. С. 122-123.
8. Reuben N, Perez P, Josiah M, Abdul M. Towards enhancing sustainable reuse of pre-treated drill cuttings for construction purposes by near-infrared analysis: A review // Journal of Civil Engineering and Construction Technology. 2018. Vol. 9. № 3. P. 19-39.
DOI: 10.5897/jcect2018.0482._
ISSN 2227-2917 518 (prrnt) 5 1 o ISSN 2500-1 _(online)
9. Kujawska J., Pawlowska M. Effects of Soil-Like Materials Mix from Drill Cuttings, Sewage Sludge and Sawdust on the Growth of Trifolium pratense L. and Transfer of Heavy Metals // Journal of Ecological Engineering. 2018. №19. P. 225-230. DOI: 10.12911/22998993/91884.
10. Rossi A, Faria M, Pereira M, Ataide C. Kinetics of microwave heating and drying of drilling fluids and drill cuttings // Drying Technology. 2016. Vol. 35. № 9. P. 1130-1140. D0I:10.1080/07373937.2016.1233425.
11. Васильев А.В., Тупицина О.В. Экологическое воздействие буровых шламов и подходы к их переработке // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 5. С. 308-313.
12. Aboutabikh M., Soliman A.M., El Naggar M.H. Properties of cementitious material incorporating treated oil sands drill cuttings waste // Construction and Building Materials. 2016. № 111. P.751-757.
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.163.
13. Kujawska J., Pawtowska M., Cel W., Pawtowski A. Potential influence of drill cuttings landfill on groundwater quality—comparison of leaching tests results and groundwater composition // Desalination and Water Treatment. 2015. Vol. 57. № 3. P. 1409-1419. DOI: 10.1080/19443994.2015.1030117.
14. Xu T, Wang L, Wang X, Li T, Zhan X. Heavy metal pollution of oil-based drill cuttings at a shale gas drilling field in Chongqing, China: A human health risk assessment for the workers // Ecotoxi-cology and Environmental Safety. 2018. № 165. P. 160-163. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.08.104.
15. Пугин К.Г. Использование отходов металлургии в асфальтобетонах // Строительные материалы. 2011. № 10. С. 26-30.
16. Wang S., Zheng C., Zhao J., Li X.,
Том 9 № 3 2019
с. 510-521 Vol. 9 No. 3 2019 pp. 510-521
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
Lu H. Extracting and recovering diesel from oil-based drill cuttings using switchable hydrophilic solvents // Chemical Engineering Research and Design. 2017. № 128. P. 27-36. DOI: 10.1016/j.cherd.2017.09.036.
17. Hejna A., Piszcz-Karas K., Filipowicz N., Cies-linski H., Namiesnik J., Marc M., et al. Structure and performance properties of environmentally-friendly biocomposites based on poly (e-caprolactone) modified with copper slag and shale drill cuttings wastes // Science of the Total Environment. 2018. № 640-641. P. 1320-1331. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.05.385.
18. Mostavi E., Asadi S., Ugochukwu E. Feasibility Study of the Potential Use of Drill Cuttings in Concrete. International Conference on
Sustainable Design // Engineering and Construction. 2015. № 118. P. 1015-1023. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.543.
19. Liu D, Wang C, Mei X, Zhang C. Environmental performance, mechanical and microstructure analysis of non-fired bricks containing water-based drilling cuttings of shale gas. Construction and Building Materials. 2018. № 183. P. 215-225.
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.06.107.
20. Дубинецкий В.В. Буровой шлам как источник сырья для производства строительной керамики пластического формования // Инженерный вестник Дона. 2015. № 4. С. 97.
REFERENCES
1. Tyuryukhanov KYu, Pugin KG. Use of forming sand in the composition of asphalt concrete. Khimiya. Ekologiya. Urbanistika = Chemistry. Ecology. Urbanistics. 2018;1:535-539. (In Russ.).
2. Kogbara RB, Dumkhana BB, Ayotamuno JM, Okparanma RN. Recycling stabilized/solidified drill cuttings for forage production in acidic soils. Chemosphere. 2017;184:652-663.
DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.042.
3. Pugin KG, Yushkov VS. Waste of metallurgical enterprises to create colored asphalt concrete. Ekologiya i promyshlennost' Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2017;21(5):4-7. (In Russ.) DOI: 10.18412/1816-0395-2017-5-4-7.
4. Pugin KG, Kalinina EV. Utilization of Waste from Chemical and Metallurgical Industries for Manufacture of Asphalt- Concrete Pavements. Ekologiya i promyshlen-nost' Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2011;10:28-30 (In Russ.).
5. Junttila J, Dijkstra N, Aagaard-S0rensen S. Spreading of drill cuttings and sediment recovery of three exploration wells of different ages, SW Barents Sea, Norway. Marine Pollution Bulletin. 2018;135:224-238.
DOI: 10.1016/j.marpolbul.2018.06.064.
6. Haustov AP, Redina MM. Environmental protection in oil production. Moscow: Delo, 2006; 552 p. (In Russ.).
7. Pichugin EA. Assessment of the impact of drill cuttings on the environment. Molodoi uchenyi = Young Scientist. 2013;9:122-123. (In Russ.).
8. Reuben N, Perez P, Josiah M, Abdul M. Towards enhancing sustainable reuse of pre-treated drill cuttings for construction purposes by near-infrared analysis: A review. Journal of Civil Engineering and Construction Technology. 2018;9(3):19-39. DOI: 10.5897/jcect2018.0482.
9. Kujawska J, Pawtowska M. Effects of Soil-Like Materials Mix from Drill Cuttings, Sewage Sludge And Sawdust on the Growth of Trifolium pratense L. and Transfer of Heavy Metals. Journal of
Ecological Engineering. 2018;19(6):225-230. DOI: 10.12911/22998993/91884.
10. Rossi A, Faria M, Pereira M, Ataide C. Kinetics of microwave heating and drying of drilling fluids and drill cuttings. Drying Technology. 2016;35(9):1130-1140.
DOI: 10.1080/07373937.2016.1233425.
11. Vasilyev AV, Tupitsina OV. Ecological impact of drilling sludges and approaches to it treatment. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Ros-siiskoi akademii nauk = Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014;16(5):308-313. (In Russ.).
12. Aboutabikh M, Soliman A, El Naggar M. Properties of cementitious material incorporating treated oil sands drill cuttings waste. Construction and Building Materials. 2016;111:751-757.
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.163.
13. Kujawska J, Pawtowska M, Cel W, Pawtowski A. Potential influence of drill cuttings landfill on groundwater quality—comparison of leaching tests results and groundwater composition. Desalination and Water Treatment. 2015;57(3):1409-1419.
DOI: 10.1080/19443994.2015.1030117.
14. Xu T, Wang L, Wang X, Li T, Zhan X. Heavy metal pollution of oil-based drill cuttings at a shale gas drilling field in Chongqing, China: A human health risk assessment for the workers. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018;165:160-163.
DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.08.104.
15. Pugin K.G. The use of waste metallurgy in asphalt concrete. Stroitel'nye materialy = Construction Materials. 2011;10:26-30. (In Russ.).
16. Wang S, Zheng C, Zhao J, Li X, Lu H. Extracting and recovering diesel from oil-based drill cuttings using switchable hydrophilic solvents. Chemical Engineering Research and Design. 2017;128:27-36.
DOI: 10.1016/j.cherd.2017.09.036.
Том 9 № 3 2019 ISSN 2227-2917
с. 510-521 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) 519 Vol. 9 No. 3 2019 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2500-154X 5 1 9 pp. 510-521_(online)_
17. Hejna A, Piszcz-Karas K, Filipowicz N, Cieslinski H, Namiesnik J, Marc M, et al. Structure and performance properties of environmentally-friendly biocomposites based on poly (e-caprolactone) modified with copper slag and shale drill cuttings wastes. Science of the Total Environment. 2018;640-641:1320-1331.
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.05.385.
18. Mostavi E, Asadi S, Ugochukwu E. Feasibility Study of the Potential Use of Drill Cuttings in Concrete. Procedia Engineering. 2015;118: 1015-1023. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.543.
19. Liu D, Wang C, Mei X, Zhang C. Environmental performance, mechanical and microstructure analysis of non-fired bricks containing water-based drilling cuttings of shale gas. Construction and Building Materials. 2018;183:215-225. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.06.107
20. Dubineckiy V.V. Drill cuttings as a source of raw materials for the production of building ceramics of plastic molding. Inzhenernyi vestnik Dona = Engineering Bulletin of Don. 2015;4:97. (In Russ.).
Критерии авторства
Власов А.С., Пугин К.Г., Тюрюханов К.Ю., Глушанкова И.С., Рудакова Л.В. имеют равные авторские права. Власов А.С. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сведения об авторах
Власов Антон Сергеевич,
аспирант кафедры охраны окружающей среды,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, Россия,
Ие-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8505-7169
Пугин Константин Георгиевич,
доктор технических наук,
профессор кафедры автомобилей
и технологических машин,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет,
614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29,
Россия,
профессор кафедры технического сервиса и
ремонта машин,
Пермский государственный
аграрно-технологический университет
им. акад. Д.Н. Прянишникова,
614990, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23,
Россия,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1768-8177
Contribution
Vlasov A.S., Pugin K.G., Turuchanov K.Yu., Glushankova I.S., Rudakova L.V. have equal author's rights. Vlasov A.S. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
Information about the authors
Anton S. Vlasov,
Postgraduate student of the Department
of Environmental Protection,
Perm National Research Polytechnic University,
29 Komsomolsky Pr., Perm 614990,
Russia,
He-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8505-7169
Konstantin G. Pugin,
Dr. Sci (Eng.),
Professor of the Department of Cars
and Technological Machines,
Perm National Research Polytechnic University,
29 Komsomolsky Prospect, Perm, 614990,
Russia,
Professor of the Department of Technical
Service and Repair of Machines,
Perm State Agro-Technological University
named after Academician D.N. Pryanishnikov,
23 Petropavlovskaia St., Perm 614990, Russia,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1768-8177
ISSN 2227-2917 Том 9 № 3 2019 620 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 610-621
620 ISSN 2600-164X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 3 2019 _(online)_pp. 610-621
Тюрюханов Кирилл Юрьевич,
ведущий инженер кафедры автомобильных дорог и мостов,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, Россия,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6417-5481
Глушанкова Ирина Самуиловна,
доктор технических наук,
профессор кафедры охраны окружающей
среды,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, Россия,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3376-8000
Рудакова Лариса Васильевна,
доктор технических наук,
профессор, заведующая кафедрой охраны
окружающей среды,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, Россия,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3292-8359
Kirill Yu. Tyuryukhanov,
Leading Engineer of the Department
of Highways and Bridges,
Perm National Research Polytechnic University,
29 Komsomolsky Prospect, Perm 614990,
Russia,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6417-5481
Irina S. Glushankova,
Dr. Sci (Eng.), Professor of the Department
of Environmental Protection,
Perm National Research Polytechnic University,
29 Komsomolsky Prospect, Perm 614990,
Russia,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3376-8000
Larisa V. Rudakova,
Dr. Sci (Eng.), Professor,
Head of the Department of Environmental
Protection,
Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky Prospect, Perm 614990, Russia,
e-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3292-8359
Том 9 № 3 2019 ISSN 2227-2917
с. 610-621 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) 691 Vol. 9 No. 3 2019 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X 621 pp. 610-621_(online)_
