CC BY
91УДК 625.8
В.М. ГОРИН, канд. техн. наук, генеральный директор, С.А. ТОКАРЕВА, директор, М.К. КАБАНОВА, канд. техн. наук, вед. науч. сотр., ЗАО «НИИКерамзит» (Самара)
Высокопрочный керамзит и керамдор для несущих конструкций и дорожного строительства
Современный уровень развития автодорожной сети в России не соответствует растущим потребностям государства и заметно отстает от уровня передовых зарубежных стран. Почти треть федеральных автомобильных дорог работает в системе хронической перегрузки. Это не только прямые экономические потери, но и одна из причин высокого уровня аварийности.
На сегодняшний день страна нуждается в сети современных автомагистралей и скоростных дорог, требуется реконструкция 26 тыс. км автомобильных дорог федерального значения.
В федеральной-целевой программе «Развитие транспортной системы в России (2010—2015 гг.)» заложены планы на реконструкцию действующих и строительство новых автодорог, для чего необходимо обеспечить среди прочих факторов применение качественных строительных материалов. Следует отметить, что многие регионы страны не имеют природных каменных материалов либо характеристики их не соответствуют необходимым требованиям.
Чрезвычайно актуальным является получение строительных материалов высокого качества для современного дорожного строительства.
С учетом вышеизложенного закономерным является возрастающий интерес к керамдору (керамзит дорожный — разновидность керамзита, обладает повышенной средней плотностью и высокой прочностью), что также объясняется необходимостью прокладывать дороги к новым месторождениям нефти и газа в целом ряде регионов страны, где отсутствуют месторождения качественных каменных материалов, которые требуются для возведения современных автомобильных дорог.
НИИКерамзит располагает обширным опытом использования технологии керамзитового производства для получения высокопрочного гравия либо щебня [1, 2]. Этот опыт послужил серьезной базой, на основании которой разрабатывалась технология керамдора.
Известно, что конструкционные легкие бетоны дают технико-экономическую эффективность при изготовлении несущих конструкций в жилищном, гражданском, промышленном строительстве, а также в дорожном строительстве и в мостостроении.
Получение высокопрочного заполнителя для конструкционных легких бетонов было важнейшим направлением в работах института НИИКерамзит. На основе высокопрочного керамзита получают легкие высокопрочные бетоны марок М300—400—500. Модернизация технологии производства керамзита позволяет повысить его прочность Яц до 10 МПа и получать керам-зитобетон марки 600.
В рамках этого направления особое место занимали работы по керамдору. С 1967 г. проводились разработки технологии получения керамдора. Ряд работ выполнялись в содружестве с Союздорнии (Ленинградским филиалом).
Проводилось изучение различных видов сырья, разработка и оптимизация технологических параметров получения керамдора. Было установлено, что на базе технологии керамзитового производства может быть получен материал для дорожного строительства с плотной, спеченной керамической структурой, высокой прочностью и низким водопоглощением. Были разработаны специальные технологические приемы и оборудование для того, чтобы получать керамдор с оптимальными характеристиками.
Проведенные испытания показали, что разработанные материалы соответствуют требованиям, предъявляемым к гравию и щебню для дорожного строительства. Испытания свойств керамдорового гравия проводились по ГОСТ 8269.0—97 «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний».
Свойства керамдора
.....................1,8-2,3
Плотность зерен, кг/см3 ......................
Насыпная плотность, кг/м3 .....................850-1300
Водопоглощение, % .......................3 (не более 5)
Прочность при сжатии в цилиндре, МПа.........6-7 (до 9-10)
Дробимость
(потери массы при сжатии в цилиндре), % . . . .не более 10-15; Показатели износостойкости
(истираемость), % .........................не более 25-30;
Марка по морозостойкости .......................F 100-300;
Коэффициент размягчения...........................0,9.
В 1988 г. специализированным проектно-конструк-торским бюро (СПКБ) института НИИКерамзит была разработана документация на строительство цеха дорожного заполнителя в Омской области.
В Омске проводились работы по получению из местных суглинков высокопрочного керамзита (дорзит). Дорзит успешно использовался в асфальтобетонных смесях для дорожных покрытий [3].
Большой эффект дает применение высокопрочного плотного заполнителя типа керамдора при строительстве аэродромных полос, а также дорог в районах со сложными климатическими условиями.
Известен весьма впечатляющий зарубежный опыт по использованию высокопрочного гранулированного керамического материала (аналог тяжелому керамзиту) для строительства дорог, мостов в США, Японии, Норвегии, Германии, Финляндии и других странах [4, 5].
В нашей стране имеется многосторонний опыт применения высокопрочного керамзитобетона при строительстве автодорожных мостов, аэродромных покрытий (легкие бетоны М300—500), сборных плит для автомобильных дорог, что дает экономический эффект 12-15% [6, 7].
В настоящее время на Новочебоксарском индустриально-строительном комбинате - ОАО «ИСК» отрабатывается производство дорожных плит из высокопроч-
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® январь 2010 9
ного керамзитобетона. Плиты прошли успешную проверку и могут использоваться в дорожном строительстве (рис. 1, 2).
Преимущества легких конструкционных бетонов на плотном высокопрочном керамзите, в том числе керам-дорбетона, состоят в их высокой морозостойкости, тре-щиностойкости. Кроме того, они имеют более высокую стойкость в условиях пожара по сравнению с аналогичными бетонами на тяжелых заполнителях. Это обусловлено близкими значениями коэффициентов термического расширения у заполнителя и бетонной матрицы. В результате достигается повышенная эксплуатационная надежность и долговечность.
Большой объем исследовательских и опытно-экспериментальных работ, выполненных в НИИЖБ, МИСИ, НИИСтром и др., показал, что конструкционные ке-рамзитобетоны марок прочности М300—500 средней плотностью 1500—1800 кг/м3 обладают повышенной де-формативностью (по сравнению с тяжелыми бетонами), высокими показателями ударной вязкости, повышенной предельной нагрузкой трещинообразования, пониженной теплопроводностью и равными с тяжелыми бетонами показателями истираемости [6].
Конструкционный керамзитобетон обладает высокой морозостойкостью. Проводили испытания морозостойкости путем периодического замораживания (—20оС) и оттаивания образцов, насыщенных обычной и морской водой. Даже после 300—400 циклов образцы из легкого керамзитобетона высоких марок сохранили свой первоначальный вид (без разрушений); потеря прочности не превышала 15 % (работы В.Г. Батракова, Л.И. Карпиковой и др.)[8].
Известны также результаты работ НИИЖБ, где исследован конструкционный керамзитобетон М300—350. После 600 циклов замораживания-оттаивания прочность бетонов возросла (на протяжении данного испытания в бетоне преобладали конструктивные процессы, связанные с продолжающейся гидратацией вяжущего и явлениями самозалечивания).
За счет введения в керамзитобетонную смесь специальных добавок можно повысить морозостойкость керамзитобетона в 2—3 раза.
Проводились натурные испытания конструкционного керамзитобетона в условиях Дальнего Севера (в естественных условиях на Кольском заливе на специальном стенде). В результате испытания в зоне переменного уровня моря керамзитобетон выдержал более 1000 циклов переменного замораживания и оттаивания.
Рис. 1. Керамзитобетонная плита для дорожного покрытия (керамзитобетон М 400)
Примечателен факт, опубликованный компанией «Джорджиа» (США): судно «Сэлма», построенное из бетона на керамзитовом заполнителе во время Первой мировой войны и затопленное в Техасской гавани, было обследовано через 34 года. Бетон при этом хорошо сохранился и арматура не испортилась; прочность керамзи-тобетона за это время увеличилась с 300 до 100 МПа [4].
Таким образом, большой объем исследований опытных и промышленных испытаний свидетельствует, что высокопрочный керамзитобетон обладает высокими эксплуатационными качествами при работе в сложных условиях, что является важным обстоятельством для использования в дорожном строительстве. Теплоизолирующая способность и низкотемпературная трещино-стойкость дают этому материалу преимущество в районах с жесткими климатическими условиями.
Целесообразность применения высокопрочного ке-рамзитобетона в аэродромных покрытиях была подтверждена исследованиями, выполненными в НИИЖБ, МАДИ, Союздорнии. Они дали основание для строительства первого в отечественной и зарубежной практике монолитного аэродромного покрытия из конструкционного керамзитобетона М300.
Конструкционный керамзитобетон марок М300—400 в сборных аэродромных предварительно напряженных плитах покрытия дает положительную эксплуатационную и технико-экономическую эффективность благодаря повышенной трещиностойкости, морозостойкости, долговечности (при этом уменьшаются изгибающие моменты на 18—20%; снижается количество стержневой арматуры на 12—15%) [9].
Известен длительный положительный опыт эксплуатации отечественных мостов из керамзитобетона. Примером тому служит спроектированный и построенный в нашей стране по предложению МАДИ первый в Европе предварительно напряженный балочный пятипролет-ный мост из керамзитобетона марок М300—500.
С применением керамдора изготавливали опытные участки дорог, которые успешно эксплуатировались в течение длительного времени.
Керамдор применяется в различных слоях дорожной конструкции:
— керамдор используется в составе асфальтобетонной смеси для верхнего слоя дорожной одежды (водо-поглощение керамдора должно быть не более 5%);
— в качестве минеральной составляющей в битумо-минеральной смеси;
— в составе цементобетона (в цементно-минераль-ных смесях);
— в составе слоя основания (керамдор, укрепленный малыми дозами цемента);
— в качестве основания дорожных одежд в виде неукрепленного керамдора.
Рис. 2. Испытания керамзитобетонной дорожной плиты под нагрузкой
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
10 январь 2010 *
Рис. 3. Гравий для дорожного строительства
Производство керамдора наиболее эффективно развивать в первую очередь в регионах, где отсутствуют природные заполнители для дорожного строительства и требуется дорогостоящая транспортировка на большие расстояния.
Проведенные работы по керамдору показали, что важнейшее значение имеет использование в качестве сырьевой базы техногенного сырья — крупнотоннажных отходов. Необходимо указать, что при этом решается важнейшая экологическая задача обезвреживания и утилизации большого объема отходов. Решается проблема предотвращения загрязнения окружающей среды, а также получения полезных высококачественных материалов — гравия, щебня для дорожного строительства.
НИИКерамзитом были выполнены детальные исследования по нескольким видам техногенного сырья, проведена разработка технологических регламентов по опытно-промышленным и промышленным линиям для выпуска керамдора.
Результаты этих работ настолько перспективны, что в короткие сроки построена опытно-промышленная линия.
Технологическая линия позволяет получать щебень либо гравий. Сырьем служат крупнотоннажные отходы. Фракционный состав выпускаемого гравия можно изменять в широких пределах: 5—10, 10—20, 20—40 мм, а также получать фракцию менее 5 мм (песок). Насыпная плотность для смеси фракций 5—15 мм — 1050 кг/м3, прочность в цилиндре Яц — 5,9 МПа. Гравий соответствует требованиям к материалам для дорожного строительства (рис. 3).
Таким образом, керамзитовая технология является той принципиальной основой, на которой при определенной ее модернизации может быть организовано производство керамдора. При этом:
— может быть использован широкий круг сырьевых материалов, в том числе природное и техногенное сырье (глины, суглинки, отходы разработки полезных ископаемых, золы ТЭС);
— такое производство может быть организовано во многих регионах страны;
— технология позволяет получать материал с заданными свойствами в виде гравия или щебня; можно регулировать показатели плотности, прочности, фракционного состава и таким образом снабжать дорожное строительство керамдором, отвечающим требованиям для использования в различных слоях дорожных конструкций.
Ключевые слова: керамзит, керамдор, легкие бетоны, керамзитобетон.
Список литературы
1. Сб. «Проблемы повышения прочности пористых заполнителей» // Тезисы докладов. НТО «Стройиндустрия», Куйбышев, 1972. 71 с.
2. Горин В.М., Токарева Т.А., Кабанова М.К. Состояние и перспективы производства и применения керамзита и керамзитобетона в стройкомплексе России // Строит. материалы. 2005. № 8. С. 26—27.
3. Прокопец В.С., Галдина В.Д., Подрез Г.А. Асфальтобетоны на основе пористых заполнителей Западной и Восточной Сибири //Строит. материалы. 2009. № 11. С. 26—28.
4. Онацкий С.П. Производство керамзита. М.: Стройиздат, 1987. 330 с.
5. Кондращенко В.И., Ярмаковский В.Н., Гузенко С.В. О применении конструкционных легких бетонов в мостостроении. // Транспортное строительство. 2007 . № 9. С. 10—13.
6. Житкевич Р.К., Кац К.М. Высокопрочный легкий бетон. Всесоюзный семинар «Эффективные конструкции из легких бетонов» // Тезисы докладов. Госстрой СССР, М., 1980. С. 73—75.
7. Исаев В.Ф. и др. Керамзитобетон в мостостроении. Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по легким бетонам. М.: Стройиздат, 1985. С. 146—147.
8. Бужевич Г.А., Горчаков Г.И. Долговечность легких бетонов на пористых заполнителях. Всесоюзная конференция по легким бетонам // Тезисы докладов. Гостройиздат, М.: 1970. С. 61—73.
9. Деллос К.П. Несущие специальные конструкции из легких бетонов. Всесоюзный семинар «Эффективные конструкции из легких бетонов» // Тезисы докладов. Госстрой СССР, М.: 1980. С. 100—103.
научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® январь 2010 11
