магистрант Конурбаев Айбек Бекболатович

магистрант Конурбаев Айбек Бекболатович

Казахская автомобильно-дорожная академия им.Л.Б.Гончарова

Обоснование конструкции дорожной одежды с применением фосфорного шлака

Прогресс в строительстве невозможен без создания новых эффективных строительных материалов с использованием техногенных отходов промышленности, малоэнергоемких и экологически чистых производств. Промышленность строительных материалов одна из энерго- и ресурсоемких отраслей. Доля сырья в себестоимости продукции промышленности строительных материалов достигает 50% и более.

Снижение затрат на производство материалов связано с широким вовлечением отходов других отраслей промышленности, что позволяет достичь существенной экономии природного сырья и улучшить экологическую обстановку в регионах накапливания техногенных отходов. Установлено, что использование промышленных отходов, многие из которых по своему составу и свойствам близки к природному сырью, позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах, на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с их производством из природного сырья. Решение проблемы переработки отходов приобретает в последнее время первостепенное значение. Кроме того, в связи с грядущим постепенным истощением природных ресурсов (нефти, каменного угля, руд цветных и черных металлов) для всех отраслей народного хозяйства особое значение имеет полное использование всех видов промышленных и бытовых отходов. Многие развитые страны, в первую очередь Япония, США, Германия, прибалтийские государства, довольно успешно решают эти задачи. Основными источниками многотоннажных отходов являются горно-обогатительная, металлургическая, химическая промышленность, промышленность строительных материалов, энергетический и агропромышленный комплексы, лесная, деревообрабатывающая, текстильная отрасли, бытовая деятельность человека.

Фосфорные шлаки — побочный продукт производства фосфора термическим способом в электропечах. При температуре 1300—1500 °С фосфат кальция взаимодействует с углеродом кокса и кремнеземом, в результате чего образуются фосфор и шлаковый расплав. Шлак сливается из печей в огненно-жидком состоянии и гранулируется мокрым способом. На 1 т фосфора приходится 10—12 т шлака. На крупных химических предприятиях получают до 2 млн т шлака в год.

Химический состав фосфорных шлаков близок к составу доменных. Суммарное содержание в них оксида кальция и кремнезема достигает 95% при их соотношении 0,9—1,1.

Особенностями фосфорных шлаков являются содержание в них Р205 и CaF2 (до 3% каждого) и пониженное количество А1203 (обычно не более 4%). Различия в содержании Р205 и CaF2 и коэффициентах, определяющих физико-химические свойства шлаковых расплавов и особенности грануляции, существенно влияют на фазовый состав, структуру и свойства шлаков. Гранулированный шлак электрофосфорного производства светло-серого цвета с синеватым оттенком, имеет стекловатую структуру; плотность примерно 2,8 г/см3, насыпную плотность в сухом состоянии около 1220 кг/м3. Петрографическими исследованиями установлено, что 90—95% шлака составляет стекло с включениями кристаллов псевдоволластонита и других минералов. Гранулометрический состав гранулированных фосфорных шлаков соответствует зерновому составу обычных мелко- или средне-зернистых строительных песков.

Основным производителем химической продукции в области является ТОО «Казфосфат», доля которой в общем объеме химической промышленности области составляет 97,3%. Предприятия «Казфосфат» создают всю цепочку добавленной стоимости от добычи и переработки руды, до производства технических.

Компанией в 2012-2013 годах реализованы инвестиционные проекты по организации производства гексаметафосфата натрия и пищевых фосфатов в городе Тараз, и в целях обеспечения собственного производства серной кислоты инвестпроект по строительству сернокислотного цеха – этот высокотехнологичный проект стоимостью 14 млрд. тенге положительно скажется на укреплении конкурентоспособности на мировом рынке.

Шлаки фосфорного производства содержат более 90 – 92 % стекловидного силиката кальция в виде псевдоволластонита и могут быть использованы для синтеза минеральных наполнителей, например, «белой сажи», для шинной, строительной, химической промышленности, что явится одним из экономически выгодных и перспективных направлений утилизации отходов.

Фосфорные шлаки, получаемые как побочный продукт при добыче фосфора. Могут использоваться в дробленом виде в дорожных одеждах и молотом виде преимущественно в качестве добавки к минеральному порошку.

С огромных завалов ветер сдувает мелкую фракцию, и жители близлежащих населенных пунктов вынуждены вдыхать частицы переработанного желтого фосфора. Складирование отходов химпроизводств началось еще в эпоху расцвета «большой Жамбылской химии.

Акимат Жамбылской области выступил с предложением создать рабочую группу для выработки стратегии по утилизации промышленных отходов. Само предприятие переработать отходы химпроизводств не в силах, и без государственной поддержки и системного решения здесь не обойтись, считают в ТОО «Казфосфат».

Отходы фосфорной промышленности оказывают следующие негативные влияния на окружающую среду:

- загрязнение подземных и поверхностных вод. Большую опасность для водных объектов представляют фтористые и фосфорные соединения, сульфаты;

- отрицательное влияние на состояние земельных ресурсов. В настоящее время отходы фосфорной промышленности занимают площадь около 200 га;

- загрязнение атмосферного воздуха. Источником загрязнения являются фтористые и фосфорные соединения, которые распространяются в виде пыли и газов.

Экологические последствия утилизации отходов производства оцениваются в научной литературе, как правило, величиной экономического ущерба причиняемого отходами [3].

Материалоемким и высокопроизводительным способом утилизации отходов фосфорной промышленности является использование их для получения дорожно-строительных материалов.

Применение в основании дорожной одежды шлакового вяжущего

- горячий мелкозернистый асфальтобетон плотный на БНД 60/90 Е₁=3200 МПа;

- горячий крупнозернистый асфальтобетон пористый на БНД 60/90 Е₂=2000 МПа;

- Песчано-гравийная смесь, укрепленная шлаковым вяжущим, класс прочности 1 Е₃-650МПа;

- песок крупнозернистый Е₄-150МПа.

Характеристики применяемых материалов приведены в таблице (4.3)

Таблица 4.3 Характеристика применяемых материалов

№ слоя	Материал слоя и грунта	Расчет
№ слоя	Материал слоя и грунта	по упругому прогибу	сопротив-лению сдвигу	сопротивлению растяжению при изгибе
1.	Горячий м/з а/б плотный на БНД 60/90	Е₁=3200 МПа	-	-
		-	Е₁=418 МПа	-
				Е₁=4500 МПа R_u=2,8 МПа
2.	Горячий к/з а/б пористый на БНД 60/90	Е₂=2000 МПа	-	-
		-	Е₂=432 МПа	-
		-	-	Е₂=2800МПа R_u=1,6 МПа
4.	Песчано-гравийная смесь, укрепленная шлаковым вяжущим	Е₄=650МПа	Е₄=650МПа	Е₄=650МПа R_u=2,0 МПа
5.	Песок крупнозернистый	Е₅=150 МПа φ=42⁰ с=0,007	Е₅=150 МПа φ=42⁰ с=0,007	Е₅=150 МПа φ=42⁰ с=0,007