УДК 625.7:628.447.7
Применение золы – уноса при строительстве автомобильных дорог
*****@***ru
Научный руководитель –
Ухтинский государственный технический университет, г. Ухта
В последние годы огромное количество денежных средств выделяется на строительство дорог, а материалы для строительства постоянно только дорожают.
В России около 70% всей электроэнергии вырабатывается при сжигании твердого топлива - углей, сланцев, торфа, в результате чего образуется около 50 млн. тонн в год отвалов золошлаковых смесей. Утилизация данных отходов составляет 10%.Но во многих странах, в том числе и в России нашли применение данному виду отходов [3]. Золу и шлак используют, как в народном хозяйстве, так и при строительстве дорог. Золы и золошлаковые материалы активно используются при строительстве земляного полотна и дорожной одежды. Там они используются, как в сочетании с другими вяжущими материалами, так и в виде самостоятельного вяжущего при укреплении грунтов.
Классификация золошлаков
Состав и свойства золошлаков зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа улавливания и удаления, места отбора золошлаков в улавливающих установках или в золоотвале [1]
1.Золошлаки по виду сжигаемого угля подразделяют на:
– антрацитовые, образующиеся при сжигании антрацита, полуантрацита и тощего каменного угля (АУ);
– каменноугольные, образующиеся при сжигании каменного, кроме тощего угля (КУ);
– буроугольные, образующиеся при сжигании бурого угля (БУ).
2.По химическому составу золошлаки делятся:
– на высококальциевые
– низкокальциевые
3.По содержанию горючих (потеря массы при прокаливании – п. п.п.) золошлаки подразделяют в соответствии с требованиями, указанными в таблице 2.
Таблица 2 – Требования к золошлакам
Наименование показателя | Величина потерь при прокаливании золошлака (п. п.п.), % по массе, по виду сжигаемого угля | ||
антрацитовый | каменноугольный | буроугольный | |
Низкое содержание горючих (НГор) | меньше 7 | меньше 5 | меньше 3 |
Среднее содержание горючих (СГор) | от 7 до 15 | от 5 до 10 | от 3 до 7 |
Высокое содержание горючих (ВГор) | более 15 | более 10 | более 7 |
4.По способу улавливания, удаления и месту отбора золошлаки подразделяются:
Золошлаки подразделяются:
 |
Золу-уноса шлак топливный золошлаковые смеси
(ЗУ) (ШлТ) (ЗШС)
Рисунок 1 – Золошлаки по способу улавливания
Зола-унос (ЗУ): Тонкодисперсный материал, размером менее 0,315 мм, образующийся из минеральной части твердого топлива, сжигаемого в пылевидном состоянии, и улавливаемый золоулавливающими устройствами из дымовых газов тепловых электростанций.
Шлак топливный (ШлТ): Грубодисперсный материал размером от 0,315 мм и более, образующийся из минеральной части твердого топлива, агрегирующийся в топочном пространстве котлоагрегатов, и удаляемый снизу топки.
Золошлаковая смесь (ЗШС): Полидисперсная смесь из золы-уноса и шлака топливного, образующаяся при их совместном удалении на тепловых электростанциях.
Подробнее рассмотрим ЗУ [1].
В зависимости от типа золоулавливающих устройств ЗУ может улавливаться во влажном (ЗУВл) или сухом состоянии (ЗУСух).
По технологическим причинам ЗУВл потребителю не поставляется, а ЗУСух отгружают потребителю с помощью специальных золоотборных систем.
Золошлаки могут применяться при обработке материалов и укреплении грунтов в качестве:
- гранулометрической добавки для корректировки состава грунтов или каменных материалов;
- самостоятельного медленнотвердеющего вяжущего (только высококаль-циевая зола-унос, см. таблицу 1);
- активной минеральной добавки смешанного вяжущего в сочетании с цементом или (и) известью.
Высококальциевая ЗУ, применяемая как самостоятельное вяжущее, должна обеспечивать равномерность изменения объема при дополнительном испытании образцов обработкой в автоклаве [1].
ЗУ - это зольная составляющая крупнозернистой и среднезернистой ЗШС, а также мелкозернистая ЗШС, применяемые в качестве активной минеральной добавки, должны обеспечивать в смеси с портландцементом равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде.
ЗУ сухого улавливания, соответствующая требованиям, предъявляемым к порошкам марки МП-2 по ГОСТ Р 52129 может отбираться на специальных золоотборных установках ТЭС, транспортироваться цементовозами (золовозами) и подаваться в расходные бункеры для минерального порошка на асфальтобетонных заводах для приготовления асфальтобетонных или органоминеральных смесей [1].
Приготовление минерального порошка из ЗШС или ЗУ, а также активация этих материалов должна осуществляться путем помола (механической активации) исходных материалов в шаровых мельницах, дезинтеграторах. Химическая активация осуществляется параллельно с механической путем добавления к измельчаемым золошлакам специальных органических веществ или извести. Наилучшие показатели дает активированный порошок из золошлаков с величиной удельной поверхности от 4,5 до 6,0 м2/кг.
В качестве самостоятельного вяжущего высококальцевидная ЗУ применяется при укреплении несцементированных крупнообломочных и песчаных грунтов, щебеночно-гравийно-песчаных смесей. Содержание свободной извести в золах допускается не более 15% по массе золы. При этом содержание ЗУ должно составлять не менее 20% от массы смеси. Если в ЗУ больше свободной извести, то ее следует применять с добавками хлористого кальция (4%-6% от общей массы) - это необходимо для ускорения процессов твердения и повышения прочности показателей грунтов. При укреплении супесей и легких суглинков добавкой ЗУ, содержание в золе свободной извести должно быть не менее 15 % по массе золы. При этом количество золы в смеси должно составлять 20 % - 25 % по массе смеси. Для повышения морозостойкости и улучшения структурообразования грунтов, укрепленных, золой уноса рекомендуется, вводить добавку каустической соды 0,7% - 1% или цемента 4% по массе сухого грунта. Чтобы смесь затвердевала, равномерно и не было замедления гидролиза в высококальциевой золе применяют ряд специальных приемов улучшающих свойства золы, таких как:
– Дополнительный помол;
– Введение химических добавок;
– Предварительная гидратация или карбонация;
– Автоклавирование;
– Пропаривание.
Устройстве укрепленных дорожных оснований
Несцементированные обломочные и супесчаные грунты укрепляют золами уноса или золошлаковыми смесями преимущественно двумя способами:
а) приготавливая смесь непосредственно на дороге с помощью грунтосмесительных машин типа дорожной фрезы Д-530 или грунтосмесителя Д-391Б;
б) приготавливая смесь в карьере или в притрассовом резерве с помощью стационарных установок типа Д-709 либо бетоносмесительных установок цикличного действия типа С-945, С-951, С-773 или непрерывного действия типа С-780, С-543, либо с помощью лопастных вибрационных смесителей.
При укреплении грунтов золами уноса (п. 1.5, а) с использованием отряда машин с ведущей дорожной фрезой Д-530 технологическая последовательность рабочих процессов будет такой:
а) на земляное полотно, подготовленное в соответствии с требованиями СНиП III-Д.5-73 и ВСН 97-63, вывозят различными транспортными средствами грунт, в объеме, необходимом для укрепления. Его профилируют автогрейдером и уплотняют катком на пневматических шинах до плотности 0,80 - 0,85 от максимальной стандартной;
б) по слою спрофилированного грунта распределяют необходимое количество золы уноса распределителем цемента Д-343Б с трактором ДТ-54;
в) перемешивают подготовленный слой с золой уноса фрезой Д-530 на второй или третьей скоростях за 2 прохода по одному месту;
г) смесь профилируют автогрейдером и уплотняют катком на пневматических шинах до плотности 0,80 - 0,85 от максимальной стандартной;
д) далее распределителем цемента Д-343Б дозируют цемент или известь в смесь грунта и золы уноса, после чего смесь перемешивают с цементом либо с известью за 2 - 3 прохода фрезой Д-530 по одному месту. Затем смесь увлажняют до оптимальной влажности через распределительную систему фрезы Д-530 и снова одновременно перемешивают за 2 - 3 прохода по одному месту фрезой Д-530 на второй или третьей скоростях;
е) профилируют, уплотняют и осуществляют уход за готовым укрепленным слоем в соответствии со СНиП III-Д.5-73.
Необходимо учитывать, что схватывание смесей из грунтов, укрепленных золами уноса или золошлаковыми смесями, наступает после увлажнения смеси до оптимальной влажности позже, чем для цементогрунтов, что дает возможность при необходимости удлинить технологический процесс.
Укладка асфальтобетонных смесей регулируется ГОСТ Р 54401-2011, 9128 и СНИП (СНиП 2.05.02-85 и СНиП 3.06.03-85).При устройстве слоев из ОМиУГ с золошлаками, приготовленной на основе щебеночно-гравийно-песчаных материалов обработанных известью или высококальциевой ЗУ, движение построечного транспорта допускается открывать сразу после окончания уплотнения слоя.
Так же ЗУ могут применяться в асфальтобетонной смеси для улучшения качества асфальтобетонных покрытий и в бетоне оснований автомобильных дорог. Для жестких бетонных смесей рекомендуется использовать золы IV вида по ГОСТ 25818, но так же с технико-экономическими обоснованиями допускается использование других зол.
Рекомендуемое количество вводимой в бетонную смесь золы составляет от 50% до 100 кг/м3.При таком количестве введенной в бетон основания золы, увеличение прочности бетона на сжатие при неизменном расходе цемента может достигать, ориентировочно, от 40 % до 50 %, а на растяжение при изгибе – от 20 % до 30 %, а снижение количества цемента в равнопрочном и равноморозостойком бетоне оснований - от 5 % до 20 %.Из этого следует, что состав бетона следует подбирать из условий обеспечения требуемых значений прочности на растяжение при изгибе и на сжатие. Особенности гранулометрического, химико – минералогического, вещественного состава и пуццоланового действия золы, оказывают отрицательное влияние на морозостойкость бетонных оснований. Для компенсации этого влияния золы рекомендуется снижать цементно - водное отношение, а применять воздухововлекающие или газообразующие добавки. Данный состав бетона будет обладать не меньшей морозостойкостью, чем соответствующий проекту бетон без золы. При подборе состава бетона с золой следует учитывать ее некоторый пластифицирующий эффект: и снижениерасходаводывравножесткойбетоннойсмесисзолойможетсоставитьот 10 до 20 кг/м3.
Укладку смеси для бетона оснований с золой осуществляют так же, как и для обычных бетонных смесей, уплотняемых по технологии укладки. Распределение жесткой бетонной смеси с золой в слое основания перед уплотнением следует осуществлять с учетом запаса на уплотнение от 20 % до 30 %, который уточняется при пробном бетонировании. Открывать движение построечного транспорта, рекомендуется только после того, как бетон наберет не менее 90 % проектной прочности на сжатие и не менее 100 % проектной прочности на растяжение при изгибе.
При использовании в качестве основного вяжущего цемента открывать движение построечного транспорта допускается не ранее семи суток после окончания строительства слоя. В течение этого времени необходимо осуществлять уход [2].
Отгрузка потребителю производиться в сухом виде (ЗУСух) при этом ее влажность не должна превышать 2% по массе. Допускается по согласованию поставщика с потребителем поставка золошлаков с большей влажностью. Отгружаемая ЗУ должна иметь маркировку, учитывая все виды и разновидности квалификационных признаков, поставляться в специальных силосов (бункеров) золоотборных установок на ТЭЦ.
Библиографические ссылки:
1. ОДМ 218.2.031-2013. Методические рекомендации по применению золы – уноса и золошлаковых смесей от сжигания угля на тепловых электростанциях в дорожном строительстве [Текст]: взамен ВСН 185-75: издан на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от «04» 03 2013 г. №2 50-рю. – М., 2013. – 67 с.
2. ОДМ 218.2.035-2013. Рекомендации по применению золы – уноса в бетоне оснований автомобильных дорог [Текст]: введен в первые: издан на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 01.01.2001 г. . – М., 2013. – 30 с.
3. ГОСТ Р 52129 – 2003: Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия.
4. «Укладка асфальтобетонных смесей» [Электронный ресурс]; URL: http://berma. am/ru/place-tech [дата обращения 06.11.2015].
