CC BY
12
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
ТРАНСПОРТНЕ БУД1ВНИЦТВО
УДК 624.131.7:628.477
Л. В. ТРИКОЗ1*, В. Ю. САВЧУК2
1 Каф. «Будовельт матер1али, конструкци та споруди», Укра!нський державний ушверситет зал1зничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Харк1в, Укра!на, 61050, тел. +38 (057) 730 10 68, ел. пошта [email protected], (ЖСГО 0000-0002-8531-7546
2Каф. «Будавельт матер1али, конструкци та споруди», Украшський державний ушверситет зал1зничного транспорту, пл. Фейербаха, 7, Харк1в, Укра1на, 61050, тел. +38 (057) 730 10 68, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0001-5971-5041
досл1дження деформац1йних характеристик
Грунтового матер1Алу з використанням в1дход1в
Мета. Для шдвищення еколопчно! чистоти все часпше кондицшш 6уд1вельш матер1али зам1нюють выходами виробництв. Це стосуеться як металургшних шлаков, так 1 активного мулу станцш 6юлопчного очищення мюьких спчних вод. Для з'ясування можливосп !х використання нео6хвдно дослщити деформацшш властивосп композицшних грунтових матер1ал1в 1з додаванням вказаних в1дход1в. Методика. При вивченш напружено-деформованого стану грунту в складних умовах, в яких 1 знаходиться грунт основ реальних 6уд1вель та споруд, як деформацшну характеристику застосовують модуль загально! деформаци Е0. Цю характеристику визначали за результатами випробувань зразк1в грунту в компресшних приладах (одометрах), яш виключають можлив1сть 61чного розширення зразка грунту при його навантажуванш вертикальним навантаженням. Результата. У результат! вим1рювань 6уло по6удовано компресшш крив1 залежносл коефщента пористосп ввд тиску. За цими даними визначено коефщент стисливосп та модуль деформаци. Встановлено, що додавання активного мулу зменшуе коефщент стисливосп зразшв у 4 рази пор1вняно з глиною. У пор1внянш з1 зразками, як1 м1стять 50 % активного мулу, зразки з додаванням 50 % шлаку, зменшують стисливють у 12 раз1в. Додавання в глину активного мулу дозволяе з6шьшити модуль деформаци з 7,8 до 20,3 МПа, шлак тдвищуе цю величину до 52,7 МПа. Наукова новизна. При виготовленш композицшного матер1алу на основ1 глинистих грунпв функцюнальш групи активного мулу взаемодшть 1з пдроксильними групами, розташованими на поверхш глинистих час-тинок, 1з утворенням просторово! структури. Кр1м того, введення активного мулу сприяе пептизацп - руй-нуванню агрегапв грунту 1 утворенню контакпв м1ж окремими частинками, що й призводить до зменшення стисливосп зразк1в за рахунок зменшення загально! пористосп. Додавання шлаку сприяе утворенню оптимально! структури зразшв 1з розмщенням менших за розм1рами частинок у прошарках м1ж 6шьшими частинками. Практична значимiсть. Застосування активного мулу та шлаку за6езпечуе тдвищену несучу здат-нють грунту, розширення сировинно! 6ази для його отримання з одночасним покращенням еколопчно! си-туацп у мютах, за6езпечення можливосп вторинного використання укршленого грунту.
Ключовi слова: укршлений грунт; шлак; активний мул; модуль деформаци; коефщент пористосп; кое-фщент стисливосп
Вступ
При будь-якому вид1 буд1вництва (улашту-ванш земляного полотна зал1зничних та авто-мобшьних дорщ буд1вництв1 пасажирських платформ чи прокладанш тдземного газопроводу) сучасш умови потребують розробки ш-
дивщуальних проектов та вибору ефективних буд1вельних матер1ал1в, обгрунтованих вщпов1-дними розрахунками. Значною м1рою це стосуеться умов проектування й буд1вництва на д> лянках залягання «слабких» грунт1в, схильних до консолщацшного осщання. У випадку неод-накових умов ущшьнення виникае нер1вном1р-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
не осщання грунту, що призводить до дефор-мацп будiвлi чи шженерно1 споруди та великих каштальних вкладень на ремонт або вщновлен-ня. Вибiр найбiльш рацюнальних матерiалiв для майбутнього будiвництва залежить вщ ве-личини осiдання ущшьнення та 11 розвитку в чаш тд дieю постiйних та тимчасових наван-тажень.
Основною метою тд час вибору будiвельних матерiалiв е визначення здатностi сприймати тривалий час навантаження, що не перешкоджа-ють нормальнiй експлуатацп будiвлi чи iнженер-но! споруди. Для встановлення основних показ-никiв деформованостi грунтiв виконують !х ви-пробування на ущшьнення тд навантаженням, коли деформацп грунту можуть розвиватися тiльки в одному напрямку тд дiею тiльки зовш-шнього навантаження [3]. Характер деформацп грунту та 11 величина залежить вщ напрямку i iнтенсивностi внутрштх зусиль, на якi впливае низка чинниюв: хiмiко-мiнеральний склад, стру-ктурно-текстурт особливостi, ступiнь водонаси-чення, волопсть та iн. [15]. Незворотнi деформацп е наслщком проявлення пластичних властиво-стей тiл. Основними чинниками незворотносп деформацiй е руйнування окремих структурних зв'язюв при деформацп, змщення частинок (кристалiв, зерен, уламюв та ш.), витиснення рь дини та газiв iз пор, поступове накопичення мк-родефектiв у структурi грунту. Незворотш або пластичнi деформацп бшьшою мiрою характернi для дисперсних пластичних грунта iз слабкими коагуляцiйними структурними зв'язками.
У цей час у св^овш практицi накопичено певний досвщ полiпшення властивостей грунтiв для !х подальшого використання шляхом вве-дення неорганiчних або органiчних закршлюю-чих компонентiв. Виходячи з економiчних та еколопчних мiркувань найбiльше застосування в будiвельнiй практицi матимуть композицiйнi матерiали на основi грунтiв, в яких дефщитш й енергозатратнi в'яжучi та добавки до них вико-ристовуються в мiнiмальних обсягах, а основну частину становлять т чи iншi вiдходи й побiчнi продукти промислових пiдприемств [9]. Одним з таких вiдходiв е активний мул станцш бюло-гiчного очищення, проблема утилiзацil якого е досить актуальною для великих мют.
Набули широкого використання грунтовi композицiйнi матерiали з рiзноманiтними домь шками, якi дозволяють збшьшити модуль дефо-doi 10.15802/в1р2017/100249
рмацп й пiдвищити несучу здатшсть грунту [7, 12]. Однiею з таких домшок е шлак - каменепо-дiбна або склоподiбна речовина, яка е сплавом оксищв змшного складу з головним компонентом - оксидом 8Ю2. Шлак - це вторинна речовина для отримання рiзноманiтних будiвельних матерiалiв, наприклад, шлакопортландцементу, безклiнкерних в'яжучих, шлаколужних бетошв, мiнеральноl вати, шлакоситалiв, заповнювачiв цементних i асфальтових бетонiв [1, 4], щебеню для дорожнього будiвництва [2].
Загальноприйнято, що шлаки тверднуть тшьки за наявностi активiзатора - лужного компонента. Однак, у лiтературi описано випа-дки застосування шлакiв i без активiзацil [11, 13, 14]. Так, зпдно з [6] композищя для улаш-тування основ дорожнього одягу мютить суг-линний грунт, шлак, воду з таким сшввщно-шенням компонентiв, мас. %: шлак 10-90, грунт 90-10, вода (понад). При цьому досяга-еться певна мщшсть отриманого матерiалу, яка дорiвнюе 3,44 МПа у вiцi 28 дiб. Це достатня мiцнiсть для улаштування основ автомобiльних та залiзничних дорiг вiдповiдних категорiй. При додаванш у такi композицil для укршлення зв'язних грунтiв вапна, наприклад [5], досяга-еться мiцнiсть 4,2 МПа на 90 добу твердшня. На наш погляд, сповшьнене набирання мщносп мае сво! переваги при повторному застосуванш вийнятого iз котловану або траншей' грунту за-мiсть кондицшного, який привозиться. При цьому може бути здшснено попередне змiшу-вання грунту зi шлаком, а по^м зворотна заси-пка у котлован або траншею, де вщбудеться твердшня композицп без руйнування конден-сацiйно-кристалiзацiйних зв'язкiв, якi встигли б виникнути за наявностi лужного активатора.
Мета
Встановлення залежносп мiж показниками деформацшних властивостей глинистих грунтiв, отриманих при статичному навантаженш, та до-даванням у композицiйний грунтовий матерiал вторинно1 сировини промислових пiдприемств.
Методика
При вивченш напружено-деформованого стану грунту в складних умовах (в яких i знахо-диться грунт основ реальних будiвель i споруд) як деформацшну характеристику застосовують
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
модуль загально1 деформацп Е0. Грунт не е пружним середовищем, i залишковi деформацп значно перевищують пружнi. Параметр Е0 вра-ховуе пружш деформацп i залишковi за умови, що грунт сприймае лише одноразову заванта-жешсть стискаючим навантаженням. Ц характеристики визначають за результатами випро-бувань зразкiв грунту в компресшних приладах (одометрах), якi виключають можливють бiчно-го розширення зразка грунту при його наванта-жуваннi вертикальним навантаженням.
У лабораторних умовах було дослщжено за-лежнiсть змiни коефiцiента пористосп глинистого грунту вiд вмюту в ньому активного мулу, який змшювався вiд 15 до 50 %.
1з сумiшi глини, води й активного мулу були виготовлеш зразки, якi пiсля витримування в нормальних умовах протягом 7 дiб були роз-мiщенi в одометра 1ндикатором годинникового типу для кожного ступеня навантажування ви-мiрювали деформацп зразюв та обчислювали абсолютну вертикальну стабiлiзовану дефор-мацiю зразка грунту Дк, мм, як середнеарифме-тичне показань вимiрювального приладу пiсля вщшмання поправки на деформацiю компре-сшного приладу. Вiдносну вертикальну дефор-мащю зразка грунту розраховували за формулою згщно з [3]
АЛ (1)
е, = •
к '
де к - початкова висота зразка, мм.
Обчислювали коефщенти пористосп е грунту при рiзних тисках за формулою зпдно з [3]
е, = е0 •(1 + eo), (2)
де е0 - початковий коефiцiент пористостi.
Зразки для подальших дослiджень готували шляхом перемiшування глинистого грунту з ак-тивним мулом у пропорцшному вiдношеннi за масою 1:1. Оптимальнють такого сшввщношен-ня було встановлено попереднiми дослщження-ми [8, 10]. У шдготовлену таким чином сумш додавали рiзну кшькють шлаку i випробовували в одометрах з подальшим визначенням коефщ> ента пористосп. У лабораторних умовах було дослщжено залежнють змiни коефiцiента пористосп глинистого грунту вщ вмюту в ньому шлаку, який змшювався вщ 15 до 50 %. Дослщжен-
ня виконувалися за стандартною методикою [3] при тиску вщ 0,05 МПа до 0,3 МПа.
Коефщент стисливосп т0, МПа-1 в задано-му iнтервалi тисюв р i р,+1 обчислювали з то-
чнiстю 0,001 МПа-1 за формулою
то = е' - е'+1 , (3)
Рг+1 - Рг
де е i е+1 - коефiцiенти пористостi, якi вiдпо-вiдають тискам р. i р .
Модуль деформацп Е, МПа в iнтервалi тис-кiв р. i р+1 обчислювали з точнiстю 0,1 МПа за
формулою
1 + е
Е = р, (4)
то
де в - коефщент, який враховуе вщсутшсть поперечного розширення грунту в компресiйному приладi (дорiвнюе 0,37).
Результати
За результатами вимiрювань та обчислень за формулами (1)-(2) побудовано графiки залежно-стi коефщента пористостi вiд тиску для зразюв, якi мiстять рiзну кiлькiсть активного мулу (рис. 1) та шлаку (рис. 2). Як свщчать наведет дат, додавання активного мулу у кшькосп 50 % зменшуе коефщент стисливостi зразк1в (3) у 4 рази порiвняно з глиною. Порiвняно iз зразками, якi мiстять 50 % активного мулу, зразки iз дода-ванням 50 % шлаку зменшують стисливють у 12 разiв. Додавання в глину активного мулу дозво-ляе збiльшити модуль деформацп з 7,8 до 20,3 МПа, шлак пщвищуе цю величину до 52,7 МПа.
Модуль деформацп зразшв композицшного
матерiалу, розрахований за формулою (4), становить; МПа:
Глина 100%...............................................................7,8
Глина 50 % + активний мул 50 %.........................20,3
Глина 65 % + активний мул 35 %.........................15,5
Глина 85 % + активний мул 15 %.........................10,7
Глина 50 % + активний мул 50 % +
шлак 50 %................................................................21,0
Глина 50 % + активний мул 50 % +
шлак 15 %................................................................31,3
Глина 50 % + активний мул 50 % +
шлак 35 %................................................................43,2
Глина 50 % + активний мул 50 % +
шлак 50 %................................................................52,7
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
Рис. 1. Змша коефщенпв пористосп глинистих зра-зк1в з р1зною к1льк1стю активного мулу
Fig. 1. Change of the porosity coefficients of clay samples with different amount of activated sludge
шдвищення !х стшкосп та мщносп. Бшки мю-тять таю функцюнальш групи: -СООН, -МН2, -ОН та ш., то6то е типовими поверхнево-активними речовинами. При виготовленш ком-позицшного матер1алу на основ! глинистих грунта зазначеш функцюнальш групи взаемо-ддать з пдроксильними групами, розташова-ними на поверхш глинистих частинок, з утво-ренням просторово! структури. Кр1м того, вве-дення активного мулу сприяе пептизаци - руй-нуванню агрегата грунту { утворенню контакпв м1ж окремими частинками, що й при-зводить до зменшення стисливосп зразюв за рахунок зменшення загально! пористосп. Додавання шлаку сприяе утворенню оптимально! структури зразюв з розмщенням менших за розм1рами частинок у прошарках м1ж 6шьшими частинками (рис. 3).
Отримаш в ла6оратори результати дають шдгрунтя припустити до6ру здатнють грунтового композицшного матер1алу з додаванням шлаку зменшувати свою стисливють. Це зумо-влено з6шьшенням кшькосп коагуляцшних контакта в одинищ о6'ему грунту { з6шьшен-ням його щшьносп за рахунок 6шьшого з6ли-ження високодисперсних частинок. Застосу-вання активного мулу та шлаку за6езпечуе шд-вищену несучу здатнють грунту, розширення сировинно! 6ази для його отримання з одночас-ним покращенням еколопчно! ситуаци в мютах, за6езпечення можливост вторинного використання укршленого грунту.
б
Рис. 2. Змша коефщенпв пористосп глинистих зразшв з р1зною к1льк1стю шлаку
Fig. 2. Change of the porosity coefficients of clay samples with different amount of activated slag
Наукова новизна та практична значимкть
Активний мул е продуктом бюлопчно! очистки промислових спчних вод у вигщщ коло!-дно-дисперсно! системи, яка складаеться з комплексу м1крооргашзм1в з адсорбованими на них оргашчними i неоргашчними речовинами. До х1м1чного складу активного мулу входить вщ 30 до 50% бшку, що дозволяе застосовувати його як зв'язуюче грунтових матерiалiв з метою
г
3 *
Î.Ï3
2
■Г- 1 яч
^ ** êk
3 У.
Щ
Рис. 3. Схема розмщення частинок шлаку (1) та активного мулу (2) у прошарках м1ж агрегатами грунту (3) у випадку оптимально! (а) та неоптимально! (б) структури
Fig. 3. Allocation scheme of slag particles (1) and activated sludge (2) in between the layers of soil aggregates (3) in case of optimal (a) and non-optimal (b) structure
а
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зал1зничного транспорту, 2017, № 2 (68)
Висновки
У результат проведених дослщжень вста-новлено, що деформацшш властивостей глини-стих грунтiв, отриманих при статичному наван-таженнi, покращуються при додаваннi шлаку та активного мулу, що проявляеться у зменшенш стисливосп та збiльшеннi модуля деформацп грунту. Це дозволяе отримати техшчний ре-
зультат, виражений у збшьшенш мщност ком-позицшного матер1алу на стиск без використання кондицшних високовитратних в'яжучих (цементу, вапна), зниженш витрат кондицшно-го грунту та вщповщно знижеш вартосп закр1-плення, розширенш сировинно! бази для отри-мання матер1алу, можливост вторинного використання укршленого грунту без його вивезен-ня та утатзацп.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Большаков, В. И. Контактная прочность механоактивированных мелкозернистых бетонов из доменных гранулированных шлаков / В. И. Большаков, М. А. Елисеева, С. А. Щербак // Наука та прогрес транспорту. - 2014. - № 5 (53). - С. 138-149. doi: 10.15802/stp2014/29975.
2. Дворкин, Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности : учеб.-справ. пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. - Ростов-на-Дону : Феникс, 2007. - 368 с.
3. ДСТУ Б В.2.1-4-96. Грунти. Методи лабораторного визначення характеристик мщносп i деформовано-сп. - Введ. 1996-11-01. - Ки!в : Укрархбудшформ, 1996. - 101 с.
4. Иванова, А. П. Анализ и перспективы применения эффективных ресурсосберегающих технологий в производстве бетона / А. П. Иванова, О. И. Труфанова // Наука та прогрес транспорту. - 2014. -№ 5 (53). - С. 150-156. doi: 10.15802/stp2014/30453.
5. Пат. 58654 Укра!на, МПК E 01 C 3/00, E 02 D 3/00, E 01 C 21/00, E 01 C 23/00. Композищя для укрш-лення зв'язних грунпв / Кожушко В. П., Грано Н. М. ; заявник та патентовласник Сум. нац. аграр. ун-т. - № u201009294 ; опубл. 26.04.2011, Бюл. № 8. - 4 с.
6. Пат. 102551 Укра!на, МПК E 01 C 21/00, E 01 C 7/00. Композищя для улаштування основ дорожшх одяпв на основi укршлених суглинних грунпв / Чернопль Вггалш Богданович ; заявник та патентовласник Чернопль В. Б. - № u201502893 ; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 21. - 2 с.
7. Платонов, А. П. Композиционные материалы на основе грунтов / А. П. Платонов, М. Н. Першин. - Москва : Химия, 1987. - 144 с.
8. Трикоз, Л. В. Застосування активного мулу станцш бюлопчного очищення для стабшзацп грунпв / Л. В. Трикоз, В. Ю. Савчук // Зб. наук. пр. Укр. держ. акад. залiзн. трансп. - Харшв, 2014. - Вип. 148, ч. 2. - С. 58-62.
9. Яковишина, Т. Ф. Еколопчна ощнка включення важких металiв до продукпв техногенезу / Т. Ф. Яко-вишина // Вестн. Харьк. нац. автомоб.-дор. ун-та : сб. науч. тр. - Харьков, 2015. - Вып. 70. - C. 50-54.
10. Investigation into Electrical Conductivity of the Multicomponent System of Trackbed / L. V. Trykoz, I. V. Bagiyanc, V. Yu. Savchuk [et al.] // Intern. J. of Engineering Research in Africa. - 2016. - Vol. 25. -Р. 52-57. doi: 10.4028/www.scientific.net/JERA.25.52.
11. Kaneko, T. Effect of sand content on stabilization of dredged soil-steel slag mixture / T. Kaneko, Y. Watabе // Japanese Geotechnical Society Special Publication. - 2016. - Vol. 2. - Iss. 6. - Р. 302-305. doi: 10.3208/jgssp.jpn-120.
12. Kavak, A. Reuse of Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBFS) in Lime Stabilized Embankment Materials / А. Kavak, G. Bilgen // Intern. J. of Engineering and Technology. - 2016. - Vol. 8. - Iss. 1. - P. 11-14. doi: 10.7763/ijet.2016.v6.850.
13. Oh, M. Evaluation on the compressive strength of dredged soil-steel slag / M. Oh, G. L. Yoon, Y. W. Yoon // Japanese Geotechnical Society Special Publication. - 2016. - Vol. 2. - Iss. 6. - Р. 298-301. doi: 10.3208/jgssp.kor-12.
14. Perna, I. The setting time of a clay-slag geopolymer matrix: the influence of blast-furnace-slag addition and the mixing method / I. Perna, T. Hanzlicek // J. of Cleaner Production. - 2016. - Vol. 112. - Р. 1150-1155. doi: 10.1016/j.jclepro.2015.05.069.
15. Vekli, M. Effects of iron and chrome slag on the index compaction and strength parameters of clayey soils / M. Vekli, C. C. Cadir, F. §ahinkaya // Environmental Earth Sciences. - 2016. - Vol. 75. - Iss. 5. doi: 10.1007/s12665-016-5312-3.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
ТРАНСПОРТЕ БУД1ВНИЦТВО
Л. В. ТРИКОЗ1*, В. Ю. САВЧУК2
1 Каф. «Строительные материалы, конструкции и сооружения», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61050, тел. +38 (057) 730 10 68, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-8531-7546
2Каф. «Строительные материалы, конструкции и сооружения», Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл. Фейербаха, 7, Харьков, Украина, 61050, тел. +38 (057) 730 10 68, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0001-5971-5041
исследование деформационных характеристик грунтовых материалов с использованием отходов
Цель. Для повышения экологической чистоты все чаще кондиционные строительные материалы заменяют отходами производств. Это касается как металлургических шлаков, так и активного ила станций биологической очистки городских сточных вод. Для выяснения возможности их использования необходимо исследовать деформационные свойства композиционных грунтовых материалов с добавлением указанных отходов. Методика. При изучении напряженно-деформированного состояния грунта в сложных условиях, в которых и находится грунт оснований реальных зданий и сооружений, в качестве деформационной характеристики используют модуль общей деформации Е0. Эту характеристику определяли по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), которые исключают возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой. Результаты. В результате измерений были построены компрессионные кривые зависимости коэффициента пористости от давления. По этим данным определен коэффициент сжимаемости и модуль деформации. Установлено, что добавление активного ила уменьшает коэффициент сжимаемости образцов в 4 раза по сравнению с глиной. По сравнению с образцами, которые содержат 50 % активного ила, образцы с добавлением 50 % шлака уменьшают сжимаемость в 12 раз. Добавление в глину активного ила позволяет увеличить модуль деформации с 7,8 до 20,3 МПа, шлак повышает эту величину до 52,7 МПа. Научная новизна. При изготовлении композиционного материала на основе глинистых грунтов функциональные группы активного ила взаимодействуют с гидроксильными группами, расположенными на поверхности глинистых частиц, с образованием пространственной структуры. Кроме того, введение активного ила способствует пептизации и разрушению грунтовых агрегатов, образованию контактов между отдельными частицами, что приводит к уменьшению сжимаемости образцов за счет уменьшения общей пористости. Добавление шлака способствует образованию оптимальной структуры образцов с размещением меньших по размерам частиц в слоях между большими частицами. Практическая значимость. Применение активного ила и шлака обеспечивает повышенную несущую способность грунта, расширение сырьевой базы для его получения с одновременным улучшением экологической ситуации в городах, обеспечивает возможности вторичного использования укрепленного грунта.
Ключевые слова: укрепленный грунт; шлак; активный ил; модуль деформации; коэффициент пористости; коэффициент сжимаемости
L. V. TRYKOZ1*, V. U. SAVCHUK2
1 Dep. «Building Materials, Constructions and Structures», Ukrainian State University of Railway Transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61050, 1е1 +38 (057) 730 10 68, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-8531-7546 2Dep. «Building Materials, Constructions and Structures», Ukrainian State University of Railway Transport, Feierbakh Sq., 7, Kharkiv, Ukraine, 61050, 1е1 +38 (057)730 10 68, e-mail [email protected], ORCID 0000-0001-5971-5041
the study of deformation characteristics of soil materials with the usage of wastes
Purpose. More often the qualified building materials are replaced by the industrial wastes for environmental improvement. This refers to both metallurgical slags and biological solids of water treatment plants. In order to understand the possibilities of their usage it needs studying deformation properties of composite soil materials with industrial wastes addition. Methodology. The soil of real buildings and structures foundation is in the complicated conditions and the stress-strained state. While studying this state the total deformation modulus Е0 is used as the deformation characteristic. This one is determined according to the results of sample soil testing in the compression
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
instrument (odometer). This instrument prevents the possibility of lateral expansion of sample soil under the vertical load. Findings. As a result of the testing the compression curves are plotted as the dependence of the porosity coefficient on pressure. These data allow determining the compressibility coefficient and the strain modulus. It is found that a biological solids addition increases the compressibility coefficient four times compared to the clay. The two types of samples are compared. The first type contains 50% of biological solids. The second type contains 50% of biological solids and 50% of slag. The comparison shows that the second type is compressed twelve times less. An addition into the clay of biological solids increases the strain modulus from 7.8 to 20.3 MPa. The slag increases the strain modulus to 52.7 MPa. Originality. While making the composition based clay materials the functional groups of biological solids interact with hydroxyl groups which are placed on the surface of clay particles and form a spatial structure. Besides an addition of biological solids contributes to peptization, soil aggregates destroy themselves, and form contacts between separate particles. It causes the decrease of soil compressibility due to the total porosity decrease. An addition of slag results in formation of optimal structure where particles of less sizes are placed in layers between bigger particles. Practical value. An application of biological solids and slag provides the increased load-carrying capacity of soil, extending of raw material sources while improving the environmental situation in the cities. Also it provides the recycling of reinforced soil.
Keywords: reinforced soil; slag; biological solids; strain modulus; porosity coefficient; compressibility coefficient
REFERENCES
1. Bolshakov, V. I., Yelisieieva, М. O., & Shcherbак, S. А. (2014). Contact strength of mechanoactivated fine concretes from granulated blast-furnace slags. Science and Transport Progress, 5(53), 138-149. doi: 10.15802/stp2014/29975
2. Dvorkin, L. I., & Dvorkin, O. L. (2007). Stroitelnye materialy iz otkhodov promyshlennosti. Rostov-on-Don: Feniks.
3. Hrunty. Metody laboratornoho vyznachennia kharakterystyk mitsnosti i deformovanosti, DSTU B V.2.1-4-96 (1996).
4. Ivanova, H. P., & Trufanova, O. I. (2014). Analysis and application prospects of effective resources-saving technologies in concrete manufacture. Science and Transport Progress, 5(53), 150-156. doi: 10.15802/stp2014/30453
5. Kozhushko, V. P., & Hrano, N. M. (2011). UA Patent No. 58654. Ukrainian Intellectual Property Institute.
6. Chernogil, V. B. (2015). UA Patent No. 102551. Ukrainian Intellectual Property Institute (UKRPATENT). Retrieved from http://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=217496
7. Platonov, A.P., & Pershin, M. N. (1987). Kompozitsionnyye materialy na osnove gruntov. Moscow: Khimiya.
8. Trykoz, L. V., & Savchuc, V. U. (2014). Using of activated sludge of biological treatment plant for soil stabilization. Collected Scientific Works of Ukrainian State University of Railway Transport, 148(2), 58-62.
9. Yakovishina, T. (2015). Environmental assessment of including heavy metals into the products of technogenesis. Bulletin of Kharkiv National Automobile and Highway University, 70, 50-54.
10. Trykoz, L. V., Bagiyanc, I. V., Savchuk, V. Y., Pustovoitova, O. M., Kamchatnaya, S. M., & Saiapin, O. S. (2016). Investigation into Electrical Conductivity of the Multicomponent System of Trackbed. International Journal of Engineering Research in Africa, 25, 52-57. doi: 10.4028/www.scientific.net/JERA.25.52
11. Kaneko, T., & Watabе, Y. (2016). Effect of sand content on stabilization of dredged soil-steel slag mixture. Japanese Geotechnical Society Special Publication, 2(6), 302-305. doi: 10.3208/jgssp.jpn-120
12. Kavak, A., & Bilgen, G. (2016). Reuse of Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBFS) in Lime Stabilized Embankment Materials. International Journal of Engineering and Technology, 8(1), 11-14. doi: 10.7763/ijet.2016.v6.850
13. Oh, M., Yoon, G. L., & Yoon, Y. W. (2016). Evaluation on the compressive strength of dredged soil-steel slag. Japanese Geotechnical Society Special Publication, 2(6), 298-301. doi: 10.3208/jgssp.kor-12
14. Perna, I., & Hanzlicek, T. (2016). The setting time of a clay-slag geopolymer matrix: the influence of blastfurnace-slag addition and the mixing method. Journal of Cleaner Production, 112, 1150-1155. doi: 10.1016/j.jclepro.2015.05.069
15. Vekli, M., Qadir, C. C., §ahinkaya F. (2016). Effects of iron and chrome slag on the index compaction and strength parameters of clayey soils. Environmental Earth Sciences, 75(5). doi: 10.1007/s12665-016-5312-3
Стаття рекомендована до друку д.т.н., проф. В. Д. Петренком (Украгна); д.т.н., проф. А. А. Плуг1ним (Украгна)
Прийнята до друку: 08.12.2016
Надшшла до редколегп: 09.03.2017
