CC BY
63
Таблица 4
Физико-механические свойства органоминеральных смесей_
Физико-механические показатели Требования ГОСТ 30491-97 (основание) Требования ГОСТ 30491-97 (покрытие) Эмульсия на основе БНД90/130 Эмульсия на основе ПБВ
Средняя плотность Не нормируется 2,25 2,31
Предел прочности на сжатие, МПа
При 20°С не менее 1,4 1,6 1,42 1,51
При 50 °С не менее 0,5 0,8 0,54 0,81
Водостойкость Не менее 0,6 0,75 0,65 0,77
Длительная водостойкость Не менее 0,5 0,65 0,45 0,67
Водонасыщение, %, не более 10 от 2,0 до 6,0 9,5 5,72
Набухание, %, не более 2 2 0,09 0,32
Таким образом, полимерно-битумные эмульсии на основе ПБВ в сочетании с новыми технологическими приемами при устройстве поверхностных обработок, а возможно и при устройстве покрытий, как холодные смеси, позволят увеличить срок эксплуатации асфальтобетонных покрытий, как минимум, на полтора, два года.
Библиографический список
Кроме того, применяя новые ресурсосберегающие, менее энергоемкие, более экологически чистые технологии, можно добиться уменьшения недоремон-та сети автомобильных дорог с наименьшими экономическими затратами.
1. Алферов В.И. Повышение эксплуатационных свойств слоев износа и качества ремонтных работ на основе катион активных битумных эмульсий: дис. ... канд. техн. наук. Воронеж: ВГАСУ, 2001.
2. Быкова Н. Дороги прослужат дольше // Автомобильные дороги. 2006. №5. С. 33 -37.
3. Горелышева Л. А. Битумные эмульсии в дорожном строительстве. Обзорная информация. Информационный центр по автомобильным дорогам. М.: 2003. Вып.7.
4. Немчинов М. В. Устройство шероховатых слоев износа // Наука и техника в дорожной отрасли. 2001. №5. С.84.
5. Никишина И. Г. Опыт устройства поверхностной обработки дорог на объектах ДООФ // Техника и технология дорожного хозяйства. 1998. №3. С.39 - 41.
6. Панькин С. В.,Геймор В.Ф., Шевченко В.И. Опыт работы
федеральной дирекции автомобильной дороги Воронеж -Ростов-на-Дону по применению эффективных материалов и прогрессивных технологий // Автомобильные дороги. Информационный сборник. 1998. №3.С.9-13.
7. СНиП 23.01.99 Строительная климатология.
8. Третий международный конгресс по эмульсиям. Лион, 2002. Сентябрь.
9. Bibette J., Leal - Calderon F., Schmitt V., Poulin P., Emulsion Science, Basic Principles. An Overview. - S. Springer Tracts in modem physics. 2002. Vol. 181. 140 p.
10. Masson, J. F., Collins, P., Margeson, J.C., Polomark Analysis of bituminous crack sealants by physicochemical methods and its relationship to field performance. // G.M A version of this paper is published in Transportation Research Record, 2002, pp. 1-25 NRCC-45015.
УДК 691.16:541.6
КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ В УКАТЫВАЕМОМ БЕТОНЕ
1 9
В.Б.Балабанов1, В.Л.Николаенко2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проведён краткий анализ проблемы долговечности существующих асфальтобетонных покрытий в РФ. Кроме того, рассматривается зарубежный опыт строительства перспективных покрытий из укатываемого бетона с использованием отходов промышленного производства. Рассмотрены пути решения указанных проблем для Восточно-Сибирского региона и Республики Бурятия, приведены результаты экспериментальных исследований укатываемого бетона с применением золы-уноса и асфальтобетонного гранулята. Установлено, что совместное применение золы-уноса и асфальтобетонного гранулята не снижает прочностных характеристик укатываемого дорожного бетона и удешевляет его стоимость. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 10 назв.
Ключевые слова: асфальтобетонный гранулят; бетон; зола -уноса; класс бетона; покрытие; укатываемый бетон; утилизация.
1Балабанов Вадим Борисович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильных дорог Института архитектуры и строительства, тел.: 89025161302
Balabanov Vadim, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Department of Automobile Roads of the Institute of Architecture and Building, tel.: 89025161302.
2Николаенко Валерий Леонидович, аспирант, e-mail: [email protected] Nikolaenko Valery, Postgraduate, e-mail: [email protected]
COMPOSITE MATERIAL IN ROLLED CONCRETE V.B. Balabanov, V.L. Nikolaenko
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
A brief analysis of the durability problem of current asphaltic concrete pavements in the Russian Federation is carried out. Moreover, a foreign experience in the construction of promising pavements from the rolled concrete with the use of industrial wastes is considered. The ways to solve these problems for the East-Siberian region and the Buryat Republic are examined; the results of experimental studies of the rolled concrete with the use of fly ash and granulated asphaltic concrete are given. It is established that the combined use of fly ash and granulated asphaltic concrete does not reduce the strength characteristics of the rolled road concrete, but decreases its cost. 4 figures. 2 tables. 10 sources.
Key words: granulated asphaltic concrete; concrete; fly ash; class of concrete; pavement; rolled concrete; recycling.
Сегодня в России для реализации приоритетных национальных проектов ключевую роль играют автомобильные дороги. Значимость автомобильных дорог связана с активным участием России в глобальном развитии мировой экономики. На территории нашей страны имеется 34 автомобильных дороги, входящих в европейскую и азиатскую сети международных автомобильных дорог. Одна из них проходит через Восточно-Сибирский регион.
В настоящее время на существующих автомобильных дорогах Российской Федерации сложилась ситуация, когда конструкции дорожных одежд не отвечают требованиям по долговечности и несущей способности. Автомобильные дороги по своим транспорт-но-эксплуатационным характеристикам рассчитаны на нагрузку 6-10 тонн на ось, что не соответствует постоянно растущей интенсивности движения, грузонапряжённости перевозок, появлению новых видов транспортных средств с увеличенными нагрузками на ось 11-13 тонн. Всё это приводит к быстрому разрушению покрытий автомобильных дорог, колееобразованию. При этом приходится чаще ремонтировать покрытия нежёстких одежд, межремонтные сроки сокращаются, что приводит к увеличению затрат на содержание и последующий ремонт дорожных одежд.
С целью уменьшения себестоимости бетона, улучшения его физико-механических свойств использование промышленных отходов особенно актуально. Данное направление позволит решить и экологические проблемы Восточной Сибири и Бурятии. Экологическая и экономическая целесообразность, а также необходимость повторного и многократного использования природных ресурсов путём вовлечения части отходов производства и потребления в хозяйственный оборот в качестве вторичного сырья доказана многолетней практикой во многих странах мира.
Повышенный интерес к использованию вторичных материалов в развитых странах мира определяется наряду с экономическими соображениями также и жёстким экологическим законодательством в отношении переработки отходов производства и потребления.
Полная себестоимость укатываемого бетона подразделяется на следующие составляющие от общих затрат:
• добыча и подготовка сырья - 50%;
• затраты энергии - 30%;
• трудовые ресурсы и капиталовложения - 20%.
Благодаря применению техногенных отходов промышленного производства снижаются затраты на энергию в 1,5 раза и использование природного сырья в 2 раза [2, 9].
Технология укатываемого бетона позволяет использовать вторичное сырьё сразу нескольких отраслей промышленности. Безотходное производство решает 3 задачи:
• экономия энергоресурсов за счёт частичной замены природного сырья техногенными отходами;
• уменьшение стоимости готовой продукции;
• экологическая безопасность.
Одним из путей получения качественного дорожного покрытия является совершенствование технологии строительства автомобильных дорог с применением цементобетона, а также использование отходов промышленного производства (золы-уноса). Поэтому применение особо жёстких смесей является более целесообразным по сравнению с традиционными смесями из-за меньшего расхода цемента. В наибольшей степени этим требованиям отвечает укатываемый бетон.
Применение такого бетона требует незначительной энергоёмкости, при этом обеспечивается меньшая усадка, увеличивается расстояние между деформационными швами, а главное, сокращается срок строительства. Применение данного типа покрытия в конструкции дорожной одежды для Иркутской области и Республики Бурятии решает проблему утилизации отходов промышленности. Таким образом, мы достигаем повышения эффективности дорожного строительства за счёт комплексного использования отходов ТЭЦ (зола-уноса), вторичного сырья (асфальтобетонный гранулят) и современной технологии строительства.
Нестабильность состава удаляемой с ТЭЦ золы-уноса (ЗУ) является сдерживающим фактором использования и эффективной утилизации в дорожном строительстве.
Сложность работы с золой-уноса обусловлена не только тонкодисперсной гранулометрией, но и тем, что её итоговый фазовый состав невозможно точно прогнозировать. Из этого следует, что термические реакции золообразующих элементов в большинстве случаев не достигают равновесия, поскольку время пребывания угля в зоне высоких температур весьма мало. Таким образом, заранее точные выводы о вещественном составе золы-уноса не могут быть выпол-
нены, даже если известна минералогия неорганических компонентов угля. Ситуация дополнительно усложняется тем, что фазовые составы зол-уноса и зол, прошедших стадию влажного удаления, находящихся в отстойниках и отвалах, существенно отличаются из-за активного протекания в водной среде реакций образования вяжущих.
Рис. 1. Микросфера золы-уноса с пористой оболочкой в соединении с мелкими силикатными микросферами
Рис. 2. Микросферы золы-уноса в = 70-170 мкм
Рис. 3. Морфология типичной микросферы золы-уноса ТЭЦ, получаемой на предприятиях ОАО «Иркутскэнерго»
В составе зол можно выделить три группы веществ:
1. Кристаллические.
2. Аморфные (стекловидные).
3. Органогенные.
Количественное соотношение тех или иных веществ зависит от следующих факторов:
1. Вида сжигаемого топлива.
2. Режима сжигаемого топлива.
3. Режима удаления очаговых остатков. Детальное изучение ряда разновидностей зол-
уноса ТЭЦ, получаемых на предприятиях ОАО «Ир-
кутскэнерго», позволит разработать оптимальные схемы их переработки, а также предложить технологию строительства автомобильных дорог с утилизацией основной массы продуктов из золы.
Покрытия из монолитного цементобетона впервые появились за рубежом ближе к середине ХХ века. Толщина цементобетонных покрытий дорог в некоторых европейских государствах составляла 14-18 см, основание укрепляли только в том случае, если модуль упругости основания был менее 50 МПа.
В восьмидесятые годы прошлого века начался второй этап исследований в строительстве дорог с монолитным цементобетонным покрытием. На данном этапе специалисты отмечали, что дорожные одежды с цементобетонным покрытием наиболее перспективны. На протяжении длительного срока службы при минимальных затратах на ремонт и содержание дорог сохраняются высокие транспортно-эксплуатационные показатели [3]. В этот же период впервые появляется термин «укатываемый бетон», или, как его ещё иногда называли, «тощий бетон». В дорожном строительстве под термином «тощий бетон» часто понимают низкомарочные бетоны из жёстких бетонных смесей, уплотняемых методом укатки. Тощие дорожные бетоны предназначаются для устройства оснований под асфальтобетонные покрытия. Укатываемый бетон - это не обязательно «тощий бетон», поскольку последний имеет пониженное содержание цемента и невысокую марку (М75, М100, М200), а укатываемый бетон можно получить марок М300, М400 и более при соответственно более высоком содержании цемента [5, 7, 8].
Большой интерес к применению укатываемого бетона во многих странах обусловлен следующим:
• возможностью снижения толщины и экономией цемента и бетона при устройстве слоёв жёстких дорожных одежд по сравнению со слоями из монолитного цементобетона;
• упрощением традиционной технологии бетонирования, применявшейся при строительстве дорожных одежд автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения и грузонапряжённостью;
• поиском методов строительства дорожных одежд как альтернативы использования битумосо-держащих слоёв в связи с повышением цен на нефтепродукты;
• получением композитных материалов на основе отходов промышленности и развитием способов укрепления грунтов.
Предназначенные для строительства покрытий смеси укатываемого бетона, по сравнению с традиционными цементобетонными смесями, содержат меньше цемента (снижение расхода на 50-115 кг/м3). Бетон за 28 суток достигает прочности при сжатии 25-35 МПа. Широкому применению укатываемых бетонов для строительства дорог может способствовать не только существенное снижение эксплуатационных расходов вследствие высокой прочности и долговечности дорожной одежды, но и то, что поверхность бетонного покрытия отражает свет на 44% больше, чем поверхность асфальтобетона. При этом повышается безопасность дорожного движения.
На золу-уноса в Северной Америке обратили внимание в 50-х годах прошлого века. В 1974 году золу стали частично использовать в строительстве.
В США, только в штате Айова, построено почти 5 тысяч километров дорог с таким покрытием. Этому способствуют высокая экономичность строительства и эксплуатации таких дорог, минимальный расход дорожно-строительных материалов, большой срок службы покрытия (30-40 лет). В течение срока службы це-ментобетонного покрытия (30 лет) на асфальтобетонном покрытии потребуется производить ремонт три раза с интервалом 8 лет, считают австрийские дорожники, поэтому стоимость цементобетонных покрытий составит 50% стоимости асфальтобетонных покрытий. Эффективность устройства цементобетонных покрытий, включая затраты на содержание и ремонт, в Англии оценивают до 75% [4, 5, 10].
Строительство слоёв дорожных одежд из укатываемого бетона получило наибольшее распространение в Швеции и Финляндии. В 1984 году в Швеции построено 10 тыс. м2 покрытий, в 1986 году - 100 тыс. м2. В настоящее время протяжённость покрытий из укатываемого бетона в странах Скандинавии по сравнению с 1986 годом выросла во много раз. Главными требованиями, предъявляемыми к укатываемому бетону как дорожно-строительному материалу, являются высокая износостойкость и морозостойкость.
В России укатываемый бетон находится в процессе изучения и экспериментального апробирования.
В процессе научного исследования возможности применения асфальтобетонного гранулята и зол-уноса в составе бетонной смеси нами предложено уменьшение расхода минеральных заполнителей для приготовления укатываемого бетона и значительное снижение стоимости готового материала.
Проведённый анализ дорожно-строительных и ремонтных работ на территории Иркутской области и Республики Бурятия показал, что в настоящее время бетон с зольной добавкой не применяется. Предлагаемая технология укатываемого бетона с содержанием асфальтобетонного гранулята и зол-уноса имеет научную и практическую новизну.
В состав укатываемого бетона нами введена зола-уноса ТЭЦ-6 г. Братска, химический состав которой приведен в табл. 1.
Асфальтобетонный гранулят (АГ) - искусственный технологичный материал, получаемый путём разрушения и переработки асфальтобетонных (на основе органических вяжущих) слоёв дорожных одежд.
В настоящее время наибольшее распространение получает технология фрезерования старого асфальтобетонного покрытия (метод холодной регенерации, исследования Г.С. Бахраха) с добавлением комплексного вяжущего, чаще всего битумной эмульсии и цемента. По прочностным характеристикам полученная смесь не уступает, а в некоторых случаях даже превосходит асфальтобетон [1, 6].
Фрезерование старого асфальтобетонного покрытия позволяет получать непосредственно на полотне дороги гранулят с требуемым гранулометрическим составом с помощью холодных фрез или ресайклера-
ми. При фрезеровании асфальтобетона в зависимости от размера зёрен толщина фрезерования должна соответствовать данным табл. 2.
Таблица 1
Химический состав золы-уноса ТЭЦ-6 г. Братска
Содержание эле- Нормативный до-
ментов в расчёте на кумент на метод Величина,%
оксиды испытания
П.п.п. ГОСТ 11022-95 Не более 5
SiO2 ГОСТ 10538-87 45.1-52.7
TiO2 ГОСТ 10538-87 0.3-0.4
AI2O3 ГОСТ 10538-87 6.5-11.4
Fe2O3 ГОСТ 10538-87 17.2-9.0
СаО ГОСТ 10538-87 24.5-12.5
MgO ГОСТ 10538-87 5.2-7.2
SiO2 ГОСТ 10538-87 45.1-52.7
K2O Методика № 30-07 0.2-0.1
Na2O СО 34.37.528-94 0.5-0.4
SO3 ГОСТ 10538-87 3.40-0.56
СаО св ГОСТ 23227-78 Не более 10
Таблица 2
Зависимость размера зерен от толщины фрезе_рования асфальтобетона_
Максимальный размер зёрен в фрезеруемом асфальтобетоне Толщина слоя фрезерования, мм, не менее Толщина стружки фрезерования, мм, не менее
Крупнозернистый (40 мм) 45-50 40
Среднезернистый (10-20 мм) 25-30 20
Песчаный (5 мм) 10-15 3
Получение АГ из фрезерованного материала осуществляют также на стационарных, самоходных и передвижных дробилках, куда его доставляют для дробления до требуемых размеров с последующей разгро-хоткой по фракциям. Для этого используют в основном дробилки щёкового и роторного типа. Дробление рекомендуется выполнять при пониженных температурах воздуха.
Свойства бетонных смесей с применением техногенных отходов и бетонов на их основе исследовали комплексными методами, регламентируемыми ГОСТами. Комплексное исследование фазового состава, минералогии и химических особенностей зол-уноса выполнено на материале, предоставленном ЗАО «Ир-кутскзолопродукт» при ОАО «Иркутскэнерго».
При проведении лабораторных экспериментов по добавлению в бетонную смесь золы-уноса и асфальтобетонного гранулята получен новый вид укатываемого бетона для дорожного строительства (рис.4).
По сравнению с обычным бетоном устройство высококачественного укатываемого бетона требует высокой культуры производства на всех стадиях, начиная от приготовления бетонной смеси до её укладки.
Рис. 4. Общий вид образцов укатываемого бетона с применением зол-уноса и АГ
Таким образом, исследования многих зарубежных стран по применению композитных материалов (золы-уноса) в укатываемом бетоне и достигнутый нами результат положительного взаимодействия двух композитов (золы-уноса и асфальтобетонного гранулята) в
бетонной смеси, при котором сохраняются все свойства бетона в соответствии с требованиями ГОСТов, позволят применять ее при устройстве оснований и покрытий в Приангарье и на территории Республики Бурятия. Применение в укатываемом бетоне золы-уноса и асфальтобетонного гранулята на 25% удешевляет стоимость за счёт экономии энергоёмкости, что позволяет при одинаковых экономических показателях увеличить протяженность дорог, а также повысить их эксплуатационные характеристики. Согласно результатам, полученным при проведении лабораторных испытаний, при применении портландцемента М400, золы-уноса и асфальтобетонного гранулята в качестве заполнителя нами достигнут класс бетона В25 и прочность по морозостойкости F100.
Золы-уноса и асфальтобетонный гранулят в укатываемом бетоне снижают использование портландцемента на 20%, крупного и мелкого заполнителя на 49%.
Библиографический список
1. Брахрах Г.С., Лещицкая Т.П. Полужёсткие покрытия и перспективы их применения // Автомобильные дороги. М., 1975. №6. С. 12-13.
2. Долгорев А.В. Вторичные сырьвые ресурсы в производстве строительных материалов: справ. пособие. М.: Строй-издат, 1990. 446 с.
3. Коршунов В.И., Ланге Ю.Г. Асфальтобетон или цементобетон? // Автомобильные дороги. 1995. № 3-4. С. 9-11.
4. Маргайлик Е.И. Строительство дорожных покрытий, площадок и магистралей из укатываемых бетонов // (www.nestor.minsk.by).
5. Маргайлик Е.И. Укатываемый цементобетон - эффективный строительный материал // (www.nestor.minsk.by).
6. Методические рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенирации / ОДМД: Мин-во
ГП
трансп. РФ, Гос. служба дор. хоз-ва (Росавтодор). М «Информавтодор», 2002. 56 с.
7. Самойлова Л.И. Применение тощего бетона в основании дорожной одежды // Сб. научно-исследовательских работ Владимирского государственного университета. Владимир, 2001. С. 20-24.
8. Юмашев В.М., Басурманова И.В. Бетонные покрытия с ранним открытием движения // Автомобильные дороги. М., 1995. № 12. С. 16-17.
9. Ярмолинская Н.И., Лазарева Т.Л. Использование отходов теплоэнергетической промышленности Дальнего Востока в технологии строительных материалов: учеб. пособие. Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2000. 96 с.
10. M. Rafalowski. Fly Ach Facts for Highway Engineers // Federal Highway Administration 400 7th Street, SW Washington, DC 20590. 2003.
УДК 628.356.1
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СТАНЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ г. САЯНСКА
1 9 Я
В.Д.Казаков1, Н.Д.Пельменёва2, В.Д.Можаев3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
По ряду санитарно-химических показателей к очистке бытовых сточных вод предъявляются жесткие требования, связанные с выпуском этих вод в соответствующий тип водоема. Поступление биогенных элементов в водные объекты приводит к нарушению процессов саморегуляции биоценоза. В статье приведен анализ работы канализационных очистных сооружений промышленного города, расположенного в Иркутской области. На основании изучения показателей технологического регламента КОС и отдельных данных аналитической лаборатории опре-
1Казаков Вячеслав Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, проректор по экономике, тел.: (3952) 405400, e-mail: [email protected]
Kazakov Vyacheslav, Candidate of Phisico-Mathematical sciences, Pro-Rector for Economics, tel.: (3952) 405400, e-mail: [email protected]
2Пельменёва Наталья Дмитриевна, доцент, декан факультета среднего профессионального образования, тел.: (3952) 405852, e-mail: [email protected]
Pelmeneva Natalya, Associate Professor, Dean of the Faculty of Secondary Vocational Education, tel.: (3952) 405852, e-mail: [email protected]
Можаев Василий Дмитриевич, аспирант, тел.: 89021781457, e-mail: [email protected] Mozhaev Vasily, Postgraduate, tel.: 89021781457, e-mail: [email protected]
