CC BY
1УДК 630 384.4; 525 814
Г. А. Бессараб,
кандидат технических наук, доцент Н. А. Суворова,
кандидат технических наук, доцент
ПОЛУЧЕНИЕ ГЛИНИСТО-ЗОЛЬНОЙ СМЕСИ, УКРЕПЛЕННОЙ ИЗВЕСТЬЮ И ЖИДКИМ БИТУМОМ, ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Поиск технологии получения дорожно-строительного материала на основе местных грунтов лесной зоны и отходов промышленности особенно актуален для реалий российской экономики.
Данные исследования посвящены определению технологических параметров и свойств полученного материала на основе смеси суглинка и золы от сжигания осадков сточных вод, укрепленных вяжущими, и включают:
исследование предела прочности на сжатие воздушносухих и водонасыщенных смесей;
исследование водостойкости материала при длительном водонасыщении;
исследование процессов структурообразования при длительном хранении образцов до момента их испытания;
определение оптимальных дозировок вяжущих реагентов (известь, битум) к глинисто-зольной смеси;
определение оптимального соотношения компонентов смеси глина -зола;
оценка свойств полученного дорожно-строительного материала в соответствии с требованиями СНиП 2.05.07-85 и СН 25-74.
Характеристика материалов
Зола - продукт сжигания осадков промышленных бытовых вод. Исследованиями установлено, что проба золы имеет следующий средний химический состав по массе, %: MgO - 1,9; Al2O3 - 0,6; SiO2 - 53,9; P -6,1; CaO - 6,2; TiO2 - 6,3; MnO - 0,2; Fe - 7,5; Cu - 0,12; Zn - 0,3; O - 47.
Установлено, что проба представляет собой конгломерат мелких (от 1-2 до 10-50 мкм) частиц. Насыпная плотность золы равна 0,68 г/см3. Истинная плотность золы от сжигания сточных вод равна 2,26 г/см3.
Кембрийская глина - осадочная горная порода морского происхождения, залегающая в верхних слоях земной коры и покрывающая изверженные горные породы слоями различной толщины. Зерновой состав кембрийской глины по содержанию трех основных фракций: песчаные частицы - 42,97 %, пылеватые частицы - 29,18, глинистые частицы -27,95 %. По дорожной классификации грунтов она относится к тяжелому суглинку.
Известь - гашеная гидратная Ca(OH)2 , получаемая в результате воздействия на негашеную известь CaO расчетного количества воды. В данном исследовании применялась «белая», негашеная, известь с активностью 50-60 % по содержанию (CaO+MgO). Химический состав извести по содержанию окислов, %: SiO2 - 3,1; Al2O3 - 0,85; CaO+MgO - 92,4; CO2 -1,2; MgO - 0,28; Fe2O3 - 0,42; K2O - 0,054.
Битум - органический вяжущий материал для приготовления искусственных дорожно-строительных материалов. Для исследования был взят вязкий битум СГ 90/130 Киришского НПЗУ с разжижителем в соотношении 1:1 по смеси инертных материалов.
Методика исследований
Изготовление образцов диаметром и высотой 3,5 см на гидравлическом прессе при удельном давлении 30 МПа, их хранение в воздушновлажных условиях, водонасыщение при испытании на прочность и водостойкость выполнены в соответствии с СН 25-74.
Испытания образцов с определением показателей прочности при сжатии, водопоглощения и коэффициента водостойкости производили после их хранения в течение 1, 2, 3, 6 и 9 месяцев в воздушновлажных условиях - выдерживания в воде на протяжении 2, 7, 14 и 28 суток.
Были испытаны образцы из смеси глины и золы в составе 1 : 0,5; 1 : 2; 1 : 3,5; 1 : 4, укрепленных свежегашеной известью в количестве 2, 8, 10, 18 % по массе глинисто-зольной смеси с добавлением жидкого битума 2, 4, 6, 8 % и без добавки битума.
Результаты поисковых исследований по параметрам Ясж (МПа), WBJI (%) и Кв (доли ед.) положены в основу оптимизационных исследований глинисто-зольной смеси, укрепленной известью с использованием полно-факторного эксперимента (ПФЭ): первый фактор - состав смеси, второй - дозировка вяжущего (известь свежегашеная).
Обработка полученных результатов ПФЭ выполнена с использованием стандартной программы STATGRAPHIC с выводом уравнений регрессии по основным факторам эксперимента.
Результаты, полученные на образцах из глинисто-зольных смесей в составе 1 : 4, обработанных 8 %-й свежегашеной известью, представлены на графиках (рис. 1-3).
Длительность водонасыщения, сут.
Длительность водонасыщения, сут.
Рис. 1. График зависимости Лсж = f(W) Лсж Рис. 2. График зависимости Кв =/(T). сухих (1), и водонасыщенных (2) образцов. w„ = 14 / 2849 * Tw'O/ 0122432
1 — Ясж.вод = 1 / (0,0394689 + 0,0243862 / Tw);
2 — Ясж.вод = 1 / (0,05347 + 0,0110615 / Tw)
Анализ изменений величин показателей Ясж (сухих и водонасыщенных), WM и Кв позволяет сделать заключение, что материал достаточно водостоек (Кв > 0,7), прочность при сжатии образцов по разрушающей нагрузке высокая - более 15 МПа, возрастающая при длительной выдержке образцов в воде до 28 суток (Ясж = 27 МПа). Водопоглощение материала возрастает по абсолютной величине до двух раз - с 15 до 28 %. Данное обстоятельство соответствует всем известегрунтам и требует дополнительных технологических решений для снижения уровня водопоглощения.
Рис. 3. График зависимости W = f(T)
Рис. 4. График зависимости Rcx =f(Dg). 1 — R„ = 1 / (0,061818 + 0,00607449 * d);
2 — Rcж = 1 / (0,122622 + 0,0134424 / d)
Задача снижения водопоглощения глинисто-зольной смеси решена добавкой в нее кроме негашеной извести также жидкого битума в количестве 2-8 % по массе смеси. Результаты испытаний образцов из смеси глина-зола в составе 1 : 4 представлены на рис. 4-6.
Рис. 5. График зависимости W^=f(Dg). W„ = 26,78 - 2,439 * d
Рис. 6. График зависимости Кв = f(Dg). К = 0,495 + 0,04 * d6
Анализ графиков Ясж = f(D6) показывает, что добавка битума является оптимальной при значении 4 %, а с ее увеличением прочность образцов снижается в 1,5 раза. Водопоглощение (WM, %) при этом снижается значительно, практически пропорционально дозировке битума, т. е. в четыре раза и по абсолютной величине составляет 5 %.
Коэффициент водостойкости (Кв, %) смеси соответственно повышается с 0,6 до 0,8 по абсолютному значению, что составляет 30 %.
Процессы структурообразования глинисто-зольной смеси, обработанной 8 % извести, изучены на образцах, которые выдерживали в течение длительного времени (1-9 месяцев). Результаты испытаний представлены на графиках рис. 7-9, из которых видно что показатели прочности (Ксж, МПа) образцов возрастают более два раз, т. е. на 100 %. Водопоглощение образцов несколько возрастает в 1,2 раза, т. е. на 22 %. Коэффициент водостойкости образцов (Кв) при этом возрастает прямо пропорционально с 1,04 до 1,18, т. е. в 1,14 раза, что составляет 13,5 %.
Испытания образцов из глинисто-зольной смеси после длительной выдержки в воздушно-влажных условиях показали рост прочности и водостойкости процессов структурообразования материала, обусловленных продолжающимися процессами гидролиза, гидратации кристаллической решетки материала.
Длительность структурообразования, мес.
структурообразования, мес.
Рис. 7. График зависимости Швл = f(T) Рис. 8. График зависимости Лсж = f(T)
сухих (1) и водонасыщенных (2) образцов
Длительность структурообразования, мес.
Рис. 9. График зависимости Кв = f(T)
Рис. 10. График зависимости Rcx = f(Dn) сухих (1) и водонасыщенных (2) образцов
По данным исследований всех смесей получены уравнения регрессии по основным показателям свойств материала с коэффициентом корреляции 0,96-0,99, что указывает на стабильность получения повторно материала с заданными параметрами.
Одним из возможных путей повышения эффективности исследований является использование математической теории планирования эксперимента и применение математических методов для обработки результатов его проведения.
В исследованиях использован трехуровневый двухфакторный эксперимент (ПФЗ) по оптимизации глинисто-зольной смеси и количества вяжущих, при которых выходной параметр принимает экстремальное значение.
Состав глинисто-зольной смеси, натуральные переменные, определен соотношением компонентов 1 : 0,5; 1 : 2; 1 : 3,5, а дозировка извести - 2, 10 и 18 % по массе смеси с девятью плановыми опытами, где откликами будут показатели свойств материала R^, WEJI и Кв. Результаты исследований приведены на графиках рис. 10-13.
Коэффициент водостойкости K в Предел прочности R „, МПа
Дозировка извести, %
Рис. 11. Графики зависимости Ясж = /(D„) сухих (1) и водонасыщенных (2)
образцов
Дозировка извести, %
Рис. 12. График зависимости Кв = /(0и). 1 - глина-зола 1 : 0,5; 2 - глина-зола 1 : 3,5; 3 - глина-зола 1 : 2; 4 - среднее значение
Рис. 13. График зависимости ^вл = /(D„). 1 - глина-зола 1 : 0,5; 2 - глина-зола 1 : 3,5; 3 - глина-зола 1 : 2; 4 - среднее значение
Анализ данных при испытании образцов на предел прочности при сжатии показывает, что дозировка извести повышает его в 3,3 раза, т. е. более чем на 200 %. Оптимальность дозировки извести определяется в данном случае экономической целесообразностью и техническими требованиями к материалу для соответствующих слоев дорожных конструкций.
Анализ данных образцов на водопоглощение показывает, что вес смеси с увеличением дозировок извести плавно повышается в 1,3 раза, при этом дозировка извести в пределах 2-10 % практически не изменяется. В абсолютном значении водопоглощение образцов всех смесей в данном интервале - от 5 до 10 %. Коэффициент водостойкости образцов всех смесей достаточно высок в абсолютном значении - 0,73-0,94 долей единицы. Оптимальное значение данного параметра находится в пределах 2-10 % дозировки извести. Дальнейшее увеличение дозировки для достижения высокого показателя коэффициента водостойкости (т. е. в 1,07 раза) менее эффективно.
Полученные значения показателей свойств ^сж, WEJI и Кв обработаны в программе STATGRAPHIC с получением уравнений регрессии, которые описывают полученные данные опытов с корреляционным коэффициентом выше 0,99.
Выводы
1. Предел прочности при сжатии глинисто-зольной смеси, обработанной известью в пределах 2-10 %, составляет 5,4-10,5 МПа (водонасыщенных образцов), что относит ее к I классу по требованиям инструкции СН 25-74 и делает пригодной для устройства ответственных слоев дорожных одежд лесных дорог.
2. Коэффициент водостойкости материла находится в допустимых пределах (0,73-0,94), что соответствует требованиям инструкции СН 25-74 и СНиП 2.05.07-85.
3. Исследования свойств различных глинисто-зольных композиций, обработанных вяжущими - известью и жидким битумом, определили наиболее пригодный состав глина-зола (1 : 3,5), обработанных 2-10 % извести, что делает его пригодным для лесного дорожного строительства.
1. СН 25-74. Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. М.: Стройиздат, 1975. 125 с.
2. БезрукВ.М., ГурячковИ.Л. и др. Укрепленные грунты. М.: Транспорт, 1982. 231 с.
3. Гончарова Л.В. Основы укрепления грунтов. М.: Транспорт, 1982. 140 с.
4. СНиП 2.05.07-85. Промышленный транспорт. М.: Строиздат, 1986. 68 с.
Приведены результаты поисковых исследований по использованию золы от сжигания осадков сточных вод и глинистых грунтов в дорожном строительстве. Получены положительные результаты при укреплении смеси известью и битумом.
* * *
In the work are given the results of searching on use of ashes from incineration of sediments of drainage waters and ground in road building. The positive takes are received (obtained) on strengthening by a fossil and bitumen.
УДК 621.912.023
А. В. Александров,
кандидат технических наук
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА РЕЗАНИЯ РЕЙСМУСОВОГО СТАНКА С ТОРМОЗОМ
В предыдущих исследованиях [1; 2] было рассмотрено моделирование привода механизма резания рейсмусового станка, в конструкции которого не предусматривалась установка тормоза. Данная статья посвящена целесообразности введения тормоза в привод механизма резания рейсмусового станка. В связи с тем, что тормоз может быть установлен как на валу электродвигателя, так и за ножевым валом, с противоположной стороны клиноременной передачи, рассматриваем оба этих случая.
