Ресурсосбережение при строительстве транспортных тоннелей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

БУД1ВНИЦТВО, РЕКОНСТРУКЦИЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦШ КОНСТРУКЦШI СПОРУД ЗАЛВНИЧНОГО

ТРАНСПОРТУ

УДК 624.19.002.8:625.42

Дружко Е.Б., д.т.н., профессор (ДонбНАСА) Шарабарин Л.Г., к.т.н., доцент (ДонбНАСА) Белашенко К.Г., инженер (ДКТ) Самойлов В.В.,шженер (ДонИЖТ)

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Использование отходов производства и вторичного сырья является стратегическим направлением развития и дальнейшего прогресса строительной индустрии, в том числе и транспортном.

Одним из видов постоянных и временных обделок при сооружении транспортных тоннелей и перегонных тоннелей метрополитенов является обделка из металлических арочных или кольцевых рам и межрамного ограждения, в качестве которого, обычного, используется железобетонная шахтная затяжка сечением 50x200 мм и длиной от 0,5 до 1,2 м [1]. При этом на межрамное ограждение 1 п.м. тоннеля диаметром 5^-10 м расходуется от 0,8 до 1,6 м железобетона или в пересчете на вяжущее от 0,25 до 0,5 т портландцемента марки 500.

Перспектива экономии дефицитных компонентов строительных растворов и бетонных смесей связана с использованием при их приготовлении различных заменителей цемента (пробужденных шлаков, отходов производства, обладающих вяжущими свойствами). Целью настоящей работы являлась разработка шахтной затяжки, в которой в качестве компонента вяжущего, заменяющего дефицитный портландцемент, являлась доломитовая пыль, улавливаемая при обжиге металлургического доломита [2].

Методика выполнения работы включала в себя: изучение доломитовой пыли на различных этапах газоочистки; исследование вяжущих свойств доломитовой пыли; подбор состава и исследование свойств бетонной смеси с заменой цемента доломитовой пылью; изготовление и испытание в заводских условиях затяжек с использованием подобранных составов бетона.

С целью охраны окружающей среды производство металлургического доломита включает в себя систему газоочистки, состоящую из пылевых камер, котла утилизатора, батарейных циклонов и электрофильтров. Исходным сырьем для обжига служат доломиты химического состава СаСОзМ^СОз с примесями БЮг и ЯгОз фракцией до 14 мм.

Химический состав и количество улавливаемой пыли по установкам газоочистки (Докучаевский доломитный комбинат) представлены в таблицах 1 и 2.

Дисперсный состав улавливаемой пыли распределяется следующим образом: перед электрофильтрами частиц размером < 30 мкм - 70%, 30-60 мкм - 30%; перед циклонами частиц < 60 мкм - 50%, 200 - 60 мкм - 50%.

Анализ гранулометрического состава и результаты исследования вяжущих свойств продуктов газоочистки показали, что в наибольшей мере отвечает требованиями, предъявляемым к вяжущим для приготовления строительных растворов и бетонов, пыль из электрофильтров и в меньшей степени циклонов. Главными ее компонентами являются оксиды кальция и магния, которые при соединении с водой образуют гидраты Са(ОН)2 и М£(ОН)2, поэтому этот продукт можно отнести к гидравлическим вяжущим типа романцемента.

Таблица 1 - Количество улавливаемой пыли по установкам газоочистки

Наименование установки Процент улавливания Количество за сутки, т

Пылевая камера 22,18 20

Циклоны 60,84 54,8

Электрофильтры 13,26 12,0

Котел-утилизатор 3,58 3,2

Выброс в атмосферу 0,14 0,13

Всего пыли 100 90,13

Таблица 2 - Химический состав продуктов газоочистки

Наименование Процентное содержание

продукта потери при прокаливании К^Оз БЮ MgO СаО 803

Пыль из пылевой камеры Пыль из котла утилизатора Пыль из циклонов Пыль из электрофильтров 15,8-19,7 16-18 14,7 9-10 7-9 8-9 7-8 7-10 7-9 8,1^9,1 6,6-9 18-25 18,^21 38-39 21,6-22,3 17-18,5 36,8-41 20-23 40,4-43,4 17,8-20,8 2,0-2,2 4,2-5 3-4 7-10

В дальнейшем исследовались различные составы бетонных смесей для изготовления затяжек, в которых в качестве вяжущего использовались портландцемент марки 500 и доломитовая пыль (ДП) из электрофильтров в различных количествах и соотношениях. Составы смесей и результаты испытаний бетонных образцов (10x10x10 см ) приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты испытаний бетонных образцов

№ п/п Состав смеси, % Прочность на одноосное сжатие, МПа, в возрасте, сут. Объемная масса бетона, кг/м3

ДП гранш лак цем ент пласти фикатор вода

1 2 28

1 6,8 74,6 6,8 0,4 11,4 23,5 26,5 37,8 2130

2 9,8 74,6 3,3 0,6 11,7 20,2 24,3 30,1 2130

3 15,4 71,5 - - 13,1 9,9 15,3 19,4 2040

4 23,3 65,0 - 0,5 11,2 13,9 17,4 26,7 2040

5 18,5 68,8 - - 12,7 12,0 16,5 22,6 2010

6 34,9 51,4 - - 13,7 23,0 28,0 43,7 2060

Опытная партия затяжек изготавливалась на Торезском заводе ЖБШК по традиционной технологии. В бегуны емкостью 0,5 м загружались граншлак, цемент, доломитовая пыль и добавлялась вода. После пробуждения ингредиентов в течении 12-15 мин. смесь укладывалась в

кассеты, в которые предварительно были установлены арматурные каркасы. Уплотнение бетона проводилось на вибростенде, после чего кассеты помещались в пропарочную камеру, где проводилась термовлажностная обработка затяжки в течении 10-12 часов. Затем затяжки разопалубливались и выдерживались до испытания в воздушной и водной среде. Испытания проводились по стандартной методике сосредоточенной силой, приложенной по средине пролета. Составы и результаты испытаний приведены в таблицах 4 и 5.

Таблица 4 - Составы бетона для затяжек (емкость смесителя 0,5 м )

Состав смеси, %

№ состава цемент доломитовая пыль граншлак (сухой) Вода

1 2 3 4 0 46 76 106,5 152,5 106,5 76,5 46 762,5 762,5 762,5 762,5 По возможности граншлака и удобоукладываемости

Таблица 5 - Результаты испытания затяжек (средние значения разрушающих нагрузок, кН)

Номера составов

№ 1 2 3 4 контр. Примечания

состава Экономия цемента

100 70 50 23 0

1 3,65 - - 4,05 4,76

29 57 112 4,07 3,60 4,43 4,73 4,46 4,47 4,85 4,54 4,96 5Д9 4,81 4,86 5Д1 4,89 замачивание на 52 суток

317 3,96 4,63 5,63 4,96 4,92

Промышленная проверка партии затяжек объемом 80 м , изготовленная на Торезском заводе ЖБШК с заменой 30% цемента на доломитовую пыль, проводилась в подземных условиях шахт "Прогресс" и

"Шахтерская-Глубокая" и показала, что предлагаемые затяжки не уступали по работоспособности затяжкам с обычным составом бетона.

Вывод. Полученные результаты позволяют рекомендовать при изготовлении железобетонных затяжек замену до 30% цемента на доломитовую пыль из электрофильтров. Кроме того, в процессе проведения исследований наметились пути возможного использования других продуктов газоочистки доломитовых заводов. Так, например, перспективными представляются исследования вяжущих свойств продукта из пылевых камер после его дополнительного обжига и измельчения.

Ближайшей перспективой использования выполненных разработок в транспортном строительстве является применение железобетонных затяжек, экономящих до 30% цемента, при сооружении перегонных тоннелей Донецкого метрополитена.

Список литературы

1.Литвинский Г.Г., Гайко Г.И., Кулдыркаев Н.И. Стальные рамные крепи горных выработок. - К.: Техника, 1999. - 216 с.

2. Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок. - М.: Недра, 1989.-256 с.