CC BY
40
Оригинальная статья / Original article УДК 625.81
ПОЛУЧЕНИЕ НЕОРГАНИЧЕСКОГО ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
© M. Лофлер1, Н.А. Слободчикова2, К.В. Плюта3
1Университет прикладных наук г. Потсдам, Германия, 14467, г. Потсдам, ул. Фридрих-Эльберт-штрассе, 4. 23Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Резюме. Цель. Рассматривается получение неорганического вяжущего на основе отходов промышленного производства для укрепления грунтов при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог как эффективный и экономичный подход к стабилизации грунтов. Методы. Лабораторные испытания проводились согласно методам нормативно-технической документации. Результаты. При проведении лабораторных испытаний выявлены физико-механические свойства вяжущих, экспериментальным путем подобрано процентное соотношение компонентов. Полученное неорганическое вяжущее по прочностным характеристикам соответствует требованиям нормативных документов. Выводы. Разработанный состав комплексного вяжущего на основе отходов промышленного производства можно использовать для увеличения прочности, повышения морозо- и водостойкости грунтов автомобильных дорог.
Ключевые слова: автомобильные дороги, укрепление грунтов, укрепление каменных материалов, отходы промышленного производства, неорганические вяжущие, комплексные вяжущие.
Формат цитирования: Лофлер M., Слободчикова Н.А., Плюта К.В. Получение неорганического вяжущего на основе отходов промышленного производства // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. Т. 7, № 2. C. 62-66.
GETTING THE CEMENT ON THE BASIS OF WASTES OF INDUSTRIAL PRODUCTION
© M. Lofler, N.A. Slobodchikova, K.V. Plyuta
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
Abstract. Purpose. We consider getting the concrete on the basis of wastes of industrial production to strengthen grounds during building, reconstruction and capital repair of automobile roads as an effective and efficient approach. Methods. Laboratory experiments were held according to the methods of normative and technical documentation. Results. During the laboratory experiments we got physical and mechanical characteristics of bindings, found out percentage of components with the help of experiments. The received concrete meets the demands of normative documents according to structural behavior. Conclusions. The developed content of a complex binding on the basis of wastes of industrial production can be used to increase endurance, frost- and water- resistance.
Keywords: automobile roads, firmness of grounds, firmness of stone materials, wastes of industrial production, concrete, complex bindings
For citation: Loffler M., Slobodchikova N.A., Plyuta K.V. Getting the cement on the basis of wastes of industrial production. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate], 2017, vol. 7, no. 2, pp. 62-66. (In Russian)
Лофлер Маркус, профессор, председатель экзаменационной комиссии отдела архитектуры и городского дизайна, e-mail: loeffler(at)fh-potsdam.de
Markus Loffler, Professor, Chairman of the examination Committee of the Department of Architecture and Urban Design, e-mail: loeffler(at)fh-potsdam.de
2Слободчикова Надежда Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, e-mail: [email protected]
Nadezhda A. Slobodchikova, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department
of Automobile Roads, e-mail: [email protected]
3Плюта Ксения Викторовна, студентка гр. АДм-16-1, e-mail: [email protected]
Ksenia V. Plyuta, student, e-mail: [email protected]
Введение
Строительство автомобильных дорог сопряжено со значительным материалопот-реблением, в частности с использованием большого количества каменных материалов. Большая часть территории Российской Федерации лишена высокопрочных каменных материалов, что приводит к существенному увеличению затрат на их транспортирование и, как следствие, к увеличению общей стоимости строительства автомобильных дорог. Наиболее эффективным способом снижения этих затрат является использование в конструкциях автомобильных дорог слоев из местных грунтов, укрепленных вяжущими материалами.
В практике дорожного строительства различные методы укрепления грунтов добавками органических и неорганических вяжущих материалов разрабатывались и внедрялись начиная с 30-40-х годов XX века [1].
На основе патентной информации в Российской Федерации насчитывается более 200 методов укрепления грунтов и местных материалов [2, 3], построено и эксплуатируется свыше 30 тыс. км автомобильных дорог. Во всем мире площадь конструктивных слоев из укрепленных грунтов на дорогах и аэродромах превышает 3 млрд м2 [4].
Наиболее широкое распространение получили конструкции автомобильных дорог с использованием грунтов, укрепленных цементом, известью и др.
В качестве нетрадиционных вяжущих можно рассматривать отходы промышленного производства. Накопленный научный и практический опыт применения отходов промышленного производства как в Российской Федерации, так и за рубежом позволяет расценивать их как ценное сырье для производства строительных материалов. К основным отраслям промышленности, отходы которых
можно рассматривать в качестве вторичного сырья, относятся: металлургическая, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, энергетическая и др. [5].
В данном контексте интересно применение для укрепления грунтов таких отходов промышленного производства, как фтор-гипс и золы-уноса.
Материал и методы исследования Фторгипс является отходом производства фтористоводородной кислоты из плавикового шпата; состоит он в основном из сульфата кальция (80-85 %) и содержит некоторое количество фтористого кальция (2,02,5 %). Фторгипс представляет собой плотную, способную слеживаться массу влажностью 15...20 %. Обжиг фторгипса при температуре 160-1600°С приводит к появлению вяжущих свойств [1].
Золы-уноса представляют собой тонкодисперсные отходы тепловых электростанций, состоящие в основном из частиц размером 0,005-0,1 мм, что позволяет использовать их без дополнительного помола и просеивания.
Для получения комплексного вяжущего на основе указанных отходов использовались фторгипс со шламовых полей АО «Ангарский электролизный химический комбинат» и золы-уноса тепловых электростанций ОАО «Иркутскэнерго».
Результаты исследования и их обсуждение
По результатам испытаний выявлены физические характеристики гипсового вяжущего по методике ГОСТ 23789-79, приведенные в табл. 1, на рис. 1 и 2.
Лабораторные испытания золы-уноса проведены по методикам ГОСТ 310.3-76, ГОСТ 310.2-76. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Результаты лабораторных испытаний гипсового вяжущего Results of laboratory tests of gypsum binder_
Таблица 1
Table 1
Наименование показателя / Indicator Значения в зависимости от тонкости помола / Values depending on fineness
Тонкость помола / Fineness of grinding 6,75 (средний помол / medium ground) 9,27 (средний помол / medium ground) 3,13 (средний помол / medium ground)
Стандартная консистенция (нормальная густота), мм / Standard consistency (normal density), mm 180
Определение сроков схватывания, мин / Determination of setting time, min 8 7,5 1,5
10,00
0,00
7 суток 28 суток
В озраст образцов-балоч ек. сут
90 суток
Рис. 1. График зависимости прочности на сжатие от возраста образцов-балочек Fig. 1. Graph of dependence of strength on pressure on the age of model-horizontal bars
о 1С
s &
p I-'
§3<U5
Ö к
£ о с К ¡r
о &
Е
7 суток 28 суток
Возраст образцов-балочек.сут
90 суток
Рис. 2. График зависимости прочности на растяжение при изгибе от возраста
образцов-балочек
Fig. 2. Scheme of dependence of strength on the stretching during the curve on the age of model
horizontal bars
Результаты лабораторных испытаний золы-уноса Results of laboratory tests of fly ashes
Таблица 2 Table 2
Наименование показателя / Indicator Место отбора проб / Sampling
Ново-Иркутская ТЭЦ / Иркутская ТЭЦ-9 / Novo-Irkutsk TPP Irkutsk TPP-9
Классификация по виду сжигаемого угля / Classification by type of coal burned Буроугольные / Brown coal
Классификация по химическому составу / Classification of the chemical composition Кислые / Acidic
Влажность, % / Humidity, % 0,4
Наименование показателя / Indicator Место отбора проб / Sampling
Ново-Иркутская ТЭЦ / Novo-Irkutsk TPP Иркутская ТЭЦ-9 / Irkutsk TPP-9
Потеря массы при прокаливании, % / The weight loss on ignition, % 7,25 4,19
Остаток на сите № 008, % / The residue on the sieve № 008, % 12,47 13,24
В лабораторных условиях определены составы комплексного вяжущего с различным процентным соотношением указанных отходов промышленного производства. В соответствии с методиками ГОСТ 23789-79 проведены испытания образцов-балочек. Ре-11,00
10,00
зультаты испытании прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе образ-цов-балочек комплексного вяжущего на основе указанных отходов в возрасте 90 суток представлены на рис. 3 и 4.
1 9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
О
20
25
5 10 15
Содержание золы-уноса, %
Рис. 3. График зависимости прочности на сжатие образцов-балочек гипсового вяжущего от
процентного содержания золы-уноса в возрасте 90 суток Fig. 3. Graph of dependence of strength on pressure of model-horizontal bars of a gypsum binder
on the percentage of flue ash at the age of 90 days
0,55
s &
0,50
0,45
0,40
и .—. tc — H -5 о Ö E-
Ö —
0,35
ir Г o a E
0,30
0,25
0,20
10 15
Содержание золы-уноса, %
20
25
Рис. 4. График зависимости прочности на растяжение при изгибе образцов-балочек гипсового вяжущего от процентного содержания золы-уноса в возрасте 90 суток Fig. 4. График Scheme of dependence of strength on the stretching during the curve of model horizontal bars of a gypsum binding on the percentage of the flue ash at the age of 90 days
По результатам исследовании установлено, что наиболее высокие показатели при испытании на прочность образцов-балочек в воз-
расте 90 суток получены при 20-процентном содержании золы-уноса. При этом прочность на сжатие составила 10,2 МПа, что соответствует
марке по прочности М100 и отвечает требованиям ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия».
Выводы
При анализе полученных результатов можно сделать вывод, что разработанный состав комплексного вяжущего на основе отходов промышленного производства можно использо-
вать для стабилизации грунтов автомобильных дорог.
Следующим этапом исследования будет:
1. Получение лабораторных образцов грунтов, укрепленных разработанным комплексным вяжущим.
2. Лабораторные испытания образцов укрепленных грунтов для получения таких характеристик, как прочность, водостойкость, морозостойкость и др.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Dr. Ali J. Kadhim. Stabilization of Gypseous Soil by Cutback Asphalt for Roads Construction // Journal of Engineering and Development. 2014. Vol. 18. No. 1. P. 46-67.
2. Слободчикова Н.А., Плюта К.В., Дзогий А.А. Перспективы использования отходов производства и потребления при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 8 (103). С. 126-131.
3. Волкова Е.В., Иванов Е.И., Нечаев Д.Н. Учет нестабилизированного состояния грунтов при
оценке пространственной устойчивости откосов насыпей автомобильных дорог // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015. № 2 (13). C. 45-50.
4. Связующие для укрепления грунтов [Электронный ресурс]. URL: http://stroy-server.ru/notes/svyazuyushchie-dlya-ukrepleniya-gruntov (14.03.2015).
5. Tejinder Singh, Navjot Riar. Strengthening of Subgrade by Using RBI Grade-81 a Case Study // IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2013. Vol. 8. P. 101-106.
REFERENCES
1. Dr. Ali J. Kadhim. Stabilization of Gypseous Soil by Cutback Asphalt for Roads Construc-tion. Journal of Engineering and Development, 2014, vol. 18, no. 1, pp. 46-67.
2. Slobodchikova N.A., Plyuta K.V., Dzogii A.A. Application prospects of production and consumption waste in building, reconstruction and major repair of motor roads. Vestnik Irkutskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2015, no. 8 (103), pp. 126-131. (In Russian)
3. Volkova E.V., Ivanov E.I., Nechaev D.N. Consideration of nonstabilized condition of ground during the assessment of spatial slope stability of
Критерии авторства
banked ground of automobile roads. Izvestiya vu-zov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate], 2015, no. 2 (13), pp. 45-50. (In Russian)
4. Svyazuyushchie dlya ukrepleniya gruntov [Binders to strengthen the ground]. Available at: http://stroy-server.ru/notes/svyazuyushchie-dlya-ukrepleniya-gruntov (accessed 14.03.2015).
5. Tejinder Singh, Navjot Riar. Strengthening of Subgrade by Using RBI Grade-81 a Case Study. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 2013, vol. 8, pp. 101-106.
Contribution
Слободчикова Н.А. внесла основной вклад в разработку концепции исследования, Плюта К.В. - в получение и анализ данных исследования, Лофлер М. доработал и утвердил окончательный вариант статьи. Слободчикова Н.А. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 20.03.2017 г.
Slobodchikova N.A. made the main contribution into the development of the concept of research, Plyuta K.V. - into the obtaining and analyses of the data of research, Loffler M. finished the work and proved the final variant of the article. Slobodchikova N.A. is responsible for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 20 March 2017
