CC BY
6
УДК 625.855.4 ; 625.075
ТТТИЛТН 1.В., к.т.н., доцент (Автомобiльно-дорожнiй iнститут Державного вищого нав-
чального закладу «Донецький нацюнальний технiчний унiверситет»);
ГРИЦУК Ю.В., к.т.н., доцент ( Донбаська нацюнальна академiя будiвництва та
архiтектури);
БУРИХ Г.М. , студент (Автомобшьно-дорожнш iнститут Державного вищого навчаль-ного закладу «Донецький нацюнальний техшчний унiверситет»).
Актуальнiсть використання органо-шлакобетонiвдля виконання ре-монтно-вiдновлюваних дорожшх робiт у схiднiй УкраУш
Актуальшсть
Недостатне фiнансування
дорожньо'1 галузi, несвоечасш ремонтно-вiдновлюванi роботи та вщхилення у ви-могах щодо якост дорожньо-будiвельних матерiалiв, а також порушення технолопчно'1 дисциплiни призводять до пошкоджень (руйнувань) значних площ покриттiв автомобшьних дорiг. Найчас-тiше деформацГi проявляються у мiсцях розташування зупиночних майданчиюв, на дiлянках дорiг iз значними повздовж-нiми похилами, на примиканнях та перех-рестях у одному рiвнi тощо [1].
Крiм того, слщ зазначити сезонне погiршення умов експлуатаци дорожньо'1 конструкцп- восени та навесш перезво-ложення, а в зимовий перюд промерзання. Коливання у вологост матерiалiв та тем-ператури навколишнього середовища призводять до значних змш функцюну-вання системи на фiзичному рiвнi, що ви-кликае додатковi внутрiшнi напруження, якi обумовлюють прискорення процесу руйнування дорожньо'1 конструкцп. Використання традицiйних методiв ремонтних робгг iз застосуванням гарячих органо-мiнеральних сумiшей в цi перюди року-неможливе з точки зору дотримання температурного режиму виконання робгт[2]. Таким чином, виникае актуальна проблема швидкого поновлення експлуатацiйних якостей автомобшьних дор^ за рахунок використання мюцевих матерiалiв.
Стан питання
У зв'язку зi зростаючими еколопч-ними й економiчними вимогами до нежо-рстких покриттiв автомобiльних дорiг, актуальним завданням (^м вишукування нових дорожньо-будiвних матерiалiв з пi-двищеними розрахунковими характеристиками) е зниження енергоемност вироб-ництва асфальтобетоннихта органо-мiнеральних сумiшей i полшшення умов працi при 1'х приготуванш та будiвництвi з них дорожшх одяпв автомобiльних до-рiг. Питання отримання матерiалiв та тех-нологiй для якюного виконання ремонтних робгт на автомобiльних дорогах в не-сприятливi пори року е достатньо актуальним i викликае зацiкавленiсть у фахiв-цiв як в межах краши, так i за й кордонами.
Основний матер1ал
На початку весни, тсля зимового перюду, на покриттi автомобшьно'1 дороги (навпъ за умов виконання всiх заходiв зимового утримання) проявляються чис-леннi прояви деформацп (утворюються новi трiщини та ямки або розвиваються вже iснуючi).
У зв'язку з тим, що температура навколишнього середовища не завжди до-зволяе використовувати якюш та довгов^ чш гарячi органо-мiнеральнi сумiшi будь вельними оргашзащями застосовуються
рiзнi способи здшснення ремонтних робiт на дорожньому покритл. Найбiльш по-ширеними е наступнi[1, 3]:
-закладання в ями та вибоши сипко-го матерiалу - досить не довговiчний та не рентабельний вид ремонту - наявшсть вшьно'1 води та навантаження вщ рухомо-го складу призводить до того, що сипкий матерiал розповсюджуеться по всiй площi покриття (в найлiпшому випадку) чим спричиняе забруднення навколишнього середовища, абовидавлюеться на кра! ям де скупчуеться (найпрший випадок) - в разi чого глибина ям збшьшуеться та умо-ви про'1'зду ще бiльше погiршуються;
-закладання в ями та вибоши сумш iз уламюв каменю та дрiбного сипкого матерiалу - основним недолiком е те, що не можливе дотриматися рiвностi покриття, тобто на мют ям утворюються штучнi нерiвностi;
-закладання у вибоши та ями брукь вки iз штучного або природнього каменю - основним недолгом е значш трудовит-рати та повнютю ручна праця, але при до-свiдi виконання робiт можливий якюний ремонт покриття на значний термш;
-застосування гарячих органо-мiнеральних сумiшей - в загальному випадку не завжди можливе дотримання температурного режиму улаштування по-криття;
-застосування холодних органо-мшеральних сумiшей - найбшьш сприят-ливий, дозволений дшчими нормативами спосiб, який дозволяе отримати якюш ре-зультати на тривалий термш.
Слщ зазначити, що застосування хо-лодних органо-мiнеральних сумiшей на основi бiтумних емульсiй мае значш переваги, а саме: вони меншезалежать вщ вологостi покриття та навколишнього середовища; низька температура сум^ зменшуе навантаження на навколишне середовище на мiсцi будiвельних робiт; адгезiя та пластичнiсть сумiшi достатня для отримання якiсних результат робо-ти, тощо.
У Донецькому промисловому регю-нi великi територи зайнятi вiдвалами мар-тенiвських шлаюв. Рацiональною е задача !х використання в дорожньому будiвництвi (ще бшьш актуальною ця задача стае в рамках державно! програмипереробки залiзоу-тримуючих шлакiв, яка спрямована на по-повнення вторинного ринку металу та отримання гранульованого шлаку для бу-дiвельних робiт рiзних галузей народного господарства).
Вщав дроблення вiдвального марте-нiвського шлаку - продукт дроблення вщ-вальних мартенiвських шлакiв Макивсько-го, Донецького, Снакивського та ш. мета-лургiйних комбiнатiв на щебшь, що представлений зернами кристалiчноi структури, якi мають текстуру вщ каверзнопористо! до щшьно'1.
Змiст хiмiчних речовин у шлаках, %мас.: БЮ2 - 18.0-20.0%, Бе - 9.32-9.72%, БеО - 7.2-8.46%, Бе20з - 4.09-4.41%, АЬОз - 4.05-4.41%, МпО - 8.12-9.14%, СаО - 36.43-38.83%, М§0 - 6.85-7.89%, Р2О5 - 0.77-1.07%.
По хiмiчному й мшералопчному составу вiн iдентичний вщвальним мартешв-ським шлакам СНД: щшьнють -3250 кг/м3; насипна щiльнiсть -1700 кг/м3; водопогли-нення - 9%; марка за дробильнютю в стале-вому цилiндру (втрати по мас фр. 10-5 мм 7%) - М1200; морозостшюсть - витримуе бшьш 50 цикшв; змiст мулистих i глинис-тих часток - 0,98%; змют слабких порiд i домшок - 2,3%; активнiсть - 1,0 МПа; стш-кють проти розпаду - 3,9%. Зерновий состав, що характеризуемся частками залиш-юв на ситах з розмiром отворiв, мм, насту-пний: 10 - 2%; 5 - 24%; 2,5 - 15%; 1,25 -18%; 0,63 - 14%; 0,315 - 15%; 0,14 - 4%; менш 0,071- 8% [4, 5].
В роботах [5, 6], доведено, що у якост мшеральних складових вологих органо-мшеральних сумшей доцшьно застосову-вати вiдсiв роздрiбнення вiдвального мар-тенiвського шлаку Макивського металур-гшного комбiнату, а в якостi оргашчного в'яжучого використовувати анiоннi бiтумнi
емульси, що повщьно розпадаються i одер-жувати, таким чином, композицшний мате-рiал, який характеризуеться коагуляцшно-кристализацiйнимимiкрозв'язками [7].Оптимальний склад тако'1 сумiшi насту-пний: оргашчне в'яжуче - анiонна бпумна емульсiя 10-12% (емульгатор сульфанол -алкшбензолсульфонат натрiю - ТУ 3.01 Украши, виробляеться Горлiвським хiмi-чним заводом); мшеральний заповнювач -вщав дроблення вiдвального мартешвсь-кого шлаку Макйвського металургiйного заводу 100%; активатор утворення кон-денсацшно-кристализацшно1 мшрострук-тури - вапно негашене мелене 1-2%. Така сумш може бути використана для вико-нання в складних погодних умовах ремо-нтно-вщновлюваних робгт, улаштування нижнiх шарiв дорожнiх покритлв на дорогах до II техшчно'1 категори, улаштування вирiвнюючих шарiв, тощо.
При взаемоди прямо'1 анюнно1 емульси з мшеральними матерiалами внасль док сорбци емульгатора, випарювання та поглинання водного дисперсшного середовища вiдбудеться розпад емульси. Вiн
починаеться в асфальтозмiшувачi при пе-ремiшуваннi вiдсiву дроблення вщвально-го мартенiвського шлаку, вапна негашеного молотого та анюнно'1 б^умно'1 емульси. Тривае при транспортуванш холодно!' асфальтобетонно'1 сумiшi до мюця ук-ладання в дорожне покриття й, особливо, iнтенсивно в умовах експлуатаци дорож-нього покриття. Вщбуваеться коалесцен-цiя бiтумних крапель. Формуеться безпе-рервна матриця, яка представлена «пшв-ковим» бiтумом (рис.1).
Таким чином, у шлакобетош, приго-товленому на бiтумнiй емульси, сформу-еться комбiнована структура. Коагуляцш-на мкроструктура ( через прошарки пшв-кового бiтуму) забезпечить релаксацiю внутршшх напружень, що виникають при транспортних навантаженнях i низькоте-мпературних впливах, а конденсацшно-кристализацйiна (контакти прямого зро-щення гiдравлично активних мшеральних компонентiв шлакiв) обумовить мiцнiсть дорожнього покриття в област високих позитивних температур.
Адсорбцт емульгатора
Випарювання та поглинання води Насичення южв та розрив захисних пл1вок крапель
Механмне деемульгування Обеднання б1туму со
В1дс!в дроблення вщвального мартежвського шлаку
шлаком
Рис.1. Схема формування структури органо-шлакобетона на анюнно1 б^мно1 емульси
Основними чинниками, що визна-чають змiцнення бетошв, що характери-зуються коагуляцшно-
кристализацшнимимжрозв'язками в часi е: синтез кристалопдра^в
(5СаО68Ю2Н2О, 6СаО68Ю2Н2О, 5СаО • 6БЮ2 • 3Н2О, 2СаО • 3 БЮ2 • 2,5Н2О, 3СаОА12О3 1,58Ю2 3Н2О) i формування на 1'х основi кристалiзацiйноi сiтки; формування хемосорбцiйних мжрозв'язюв на межi роздiлу «анюнна бггумна емульсiя -вiдсiв роздрiбнення вщвального мартешв-ського шлаку» (сульфанол i асфальтеновi кислоти - основнi сполучення шлаку); структурування плiвкового бiтуму гщрат-ними новоутвореннями шлаку. До того ж поверхневi прошарки адсорбцшно-сольватних плiвок бiтуму стають бiльш структурованими внаслщок наповнення бiтуму дрiбнодисперсними продуктами гщратацп мiнералiв шлаку. Зазначенi ефе-кти забезпечують зростання мщносп ор-гано-шлакобетону i зсувостiйкость в об-ласл високих позитивних температур.
В результат експериментальних до-слiджень [8] встановлено, що при оптима-льнiй кшькосп анюнно'1 бпумно'1 емульсп в холодному органо-шлакобетош форму-еться коагуляцiйно-кристализацiйна структура. Застосування вапна негашеного меленого в якост активатора поверхнi призводить до штенсифшацп початкового перiоду структуроутворення за рахунок прискорення процеав гщратацп шлаку i гасiння вапна.
Вщомо [2, 9], що оптимальна температура приготування асфальтобетонних сумiшей iз застосуванням шлакових ком-понентiв знаходиться в iнтервалi вiд 70 до 110 °С. Оптимальна температура ущшь-нення асфальтобетонних сумiшей на шлакових складових знаходиться в межах вщ 40 до 60 °С.
Дослщження атмосферостiйкостi холодних органо-шлакових сумшей на анiоннiй бiтумнiй емульсп показали збе-реження фiзико-хiмiчних властивостей на протязi пiвтора-два роки (300-500 годин
прорву в клiматичнiй камерi ИП-1), що достатньо для виконання аварiйних ремо-нтних робiт[10].
Висновки
Розглянутiоргано-шлаковi сумiшi на анiоннiй бггумнш емульсii мають фiзико-механiчнi характеристики, достатш для виконання багатьох дорожньо-
будiвельних робiт, в тому чист i аварiй-них ремонтно-вщновлюваних.Наявнють бiтумноi емульсii в сумiшi значно подов-жуе термiн виконання ремонтних робгг у зв'язку iз бiльш низькими вимогами до температурного режиму проведення ро-бгг. Невеликi температури приготування та укладання сумiшi значно зменшують екологiчне навантаження на навколишне середовище. Застосування мартешвського шлаку дозволяе не тшьки переробляти вь дходи промисловостi а й покращити структуроутворення за рахунок утворення ко-агуляцшно-кристализацшно'1 мiкрострук-тури.
Лггература
1.Продление эксплуатационного ресурса покрытий автомобильных дорог и аэродромов / [А.П. Виноградов, В.Н. Иванов, Г.Н. Козлов др.] - М.: АО «Ирмаст-Холдинг», 2001. - 170 с.
2.Споруди транспорту. Автомобшь-ш дороги: ДБН В.2.3-4:2007. - [Чинний вiд 2008-03-01]. - К.: Мшрегюнбуд Укра-1ни, - 2007. - 91с. - (Нащональний стандарт Украши).
3.Технiчнi правила ремонту та утримання автомобшьних дор^ загально-го користування Укра'1'ни: П-Г.1-218-113:2009. - [Чинний вщ 2009-01-07]. - К., Харюв: Укравтодор. -2009. -258с. - (Но-рмативний документ Укравтодор)
4.Бачурин А.Н. Влажныедегтешла-ковыесмеси, активированныещелочами, для дорожногостроительства: автореф. дис. на соисканиенаук.степениканд. техн. наук: спец. 05.23.05 «Строительныемате-
риалы и изделия»/ А.Н. Бачурин- Харьков, 1989. - 25 с.
5.Братчун
В.И.Модифицированныедегти и дегтебе-тоныповышеннойдолговечности / В.И. Братчун, В.А. Золотарев. - Макеевка, 1998 г. - 226 с.
6.Брат-
чун В.I.Особливостiтехнологiчнихрежимi ввиробництваанюннихб^умнихемульсш/
B.1. Братчун, Ю.В. Грицук// Материалымеждународнойнаучнойконфе ренции «Автомобильный транспорт и до-рожноехозяйство на рубежетретьоготыся-челетия». - Харьков, ХГАДТУ, 2000. -
C.19-21.
7.Веренько В. А. О взаимосвязист-руктурных и механическихсвойствдорожныхкомпозит ныхматериалов / Веренько В.А. - Минск: ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1985. -16с.
8.Братчун В.1., Грицук Ю.В., Ходун В.М. Про формування структури у асфальтошлакобетонi на анюннш б^ум-нiй емульси/ В.1. Братчун, Ю.В. Грицук, В.М. Ходун // Вюник ДДАБА. - Макпвка, 2001. - Вип. 2001-1(26). - С.32-36.
9.Конструкция дорожных одежд с использованием местных каменных материалов. - Альбом №1. - Книга №1. -К.: УкрТипПроект. -1995. -140с.
10.Грицук Ю.В. Исследованиеатмо-сферостойкостиасфальтошлакобетона,
приготовленного на анионнойбитумнойэ-мульсии/ Ю.В. Грицук// Вюник Донбась-ко'1 державно'' академп будiвництва i архь тектури. -Макпвка, 2003. - Випуск 2003-1(32). - С. 121-124.
Анотацн:
В статп розглянуто питання щодо вибору матер1ал1в для виконання ремонтно-вщновлювальних дорожшх робгт з використанням мюцевих матер1ал1в для схвдно'' Украши. Запропо-новано використання органо-шлаково'' сум1ш1, яка при взаемоди з биумною емульаею дозволить створити коагуляцшно-кристаллизацшну мжро-структуру покриття. Розглянуто перспективи використання таких матер1ал1в.
В статье рассмотрен вопрос подбора материалов для выполнения ремонтно-восстановительных дорожных работ с использова -нием местных материалов для восточной Украины. Предложено использование органо-шлаковой смеси, которая при взаимодействии с битумной эмульсией позволит создать коагуляционно-кристаллизационную микроструктуру покрытия. Рассмотреныперспективыиспользованиятакихмате риалов
In this article theproblem of selection ofmate-rialsforthe repairof road worksusing local materialsfor the easternUkraine is shown.It is proposed the usageof organo-slag mixture whichin contact withbitumen emulsionwill allow to createcoagulation-crystallization microstructureof the coating.The prospects of theusage of such materials are given.
