Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

Романенко И.И., Петровнина И.Н., Романенко М.И., Пинт Э.М.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Строительство дорог высокого качества позволяет использовать некондиционные материалы и отходы производств

Быстрое и безопасное движение транспорта во многом зависит от качества дорожного полотна и, прежде всего от деформативности основания линейного сооружения. Асфальтобетонные покрытия дорог федерального уровня и городских улиц являются на сегодняшний день основным типом. Эти покрытия недостаточно устойчивы и долговечны, на них появляются сдвиги, трещины, выбоины, и другие дефекты которые приводят к отказам дорожного полотна. Все это обуславливает проведение дорогостоящих ремонтных работ, особенно в зимнее - весенний и осеннее - зимние периоды.

Цель исследований- разработка новых материалов и технологий для использования в дорожном строительстве. Это позволяет осуществить снижение технико-экономических показателей по устройству дорог, решить экологической проблемы, утилизация отходов химической и металлургической промышленности.

Для полного удовлетворения этих требований целесообразно использовать наряду с кондиционными материалами и современными технологиями ведения работ некондиционные материалы и побочные продукты металлургического производства. Которые, в свою очередь, позволят расширить номенклатуру выпускаемых изделий, снизить технико-экономические показатели по устройству дорог в 1,2-1,5раза.

Одним из перспективных направлений является укрепление дорожного полотна минеральными вяжущими на основе молотых металлургических шлаков, а так же устройства монолитных бетонных покрытий.

В качестве модификатора структуры целесообразно использовать пески с модулем крупности М_кр=0,6-0,8. На данный момент эти пески считаются пылеватыми и в производстве бетонов не применяются.

На основании ранее проведенных исследований, был сделан вывод, что в качестве вяжущего выступает тонкоизмельченная фракция гранулированного шлака, удельная поверхность которого должна быть не менее 300 м²/кг и максимально не более 500 м²/кг. Измельчение гранулированного шлака сверх 500 м²/кг экономически не выгодно. Пылеватые пески для получения дорожных бетонов получают путем просева их через сита и отделения фракции прошедшей через сито 063. Не прошедшие направляются для производства тяжелых бетонов по обычной технологии. Многие карьеры Пензенской области имеют пылеватые пески с М_кр=0,6 и их не нужно подвергать разделению на фракции.

Фазовый состав шлаковых вяжущих в значительной степени отличается от клинкерных цементов. Если в состав портландцемента входят легко гидратирующиеся минералы С₂S, C₃S, C₃A и C₄AF, то доменные шлаки содержат стеклофазу и минералы с пониженной гидравлической активностью. Для ускорения процессов гидратации в твердеющих шлаках применяются такие способы:

-введение активизирующих добавок;

-более тонкий помол шлака;

-пробуждение шлаков на бегунах;

-гидротермальная обработка.

Из перечисленных способов повышения гидравлической активности шлаков приемлемы все, кроме гидротермальной обработки при использовании его в качестве вяжущего для укрепления оснований дорог.

Активизирующие добавки представляют в различных соотношениях цемент, известь, гипс. Отдельно использование этих вяжущих экономически невыгодно.

Активизация шлака путем более тонкого измельчения до удельной поверхности 300-500 м²/кг еще изучается и в настоящее время имеются только лабораторные данные по изучению свойств таких вяжущих и привязки к местным условиям. В процессе измельчения твердых тел происходит деформация кристаллической решетки и разрыв ее ионных и ковалентных связей. Возникающая в момент разрыва связей новая поверхность энергетически не насыщена и покрыта электрическими зарядами с большой поверхностной плотностью. Насыщенные валентные связи поверхностей способны насыщаться, вследствие чего вновь образованные поверхности чрезвычайно химически активны

На основании литературного обзора можно сказать, что вопрос использования для укрепления грунтов гранулированного шлака в виде известково-шлакового вяжущего изучены достаточно полно как в лабораторных, так и в производственных условиях, а использование для укрепления грунтов молотых гранулированных доменных шлаков без добавок, по имеющимся данным, изучено не в полной мере.

Нами было установлено, что глинистые грунты, укрепленные шлакощелочным вяжущим (ШЩВ), представляют собой композиционные материалы, в которых грунт является активной составляющей, оказывающей положительное или отрицательное (тормозящее) действие на процессы кристаллизационного структурообразования в шлакогрунте.

Оптимальные условия твердения шлакового вяжущего и формирования процессов структурообразования в шлакогрунте создаются при избытке ионов в смеси, наличии гидрата окиси кальция, а, следовательно, и щелочной среды.

Выявлено, что использование комплексного активизатора - силиката натрия и щелочи в соотношении 1:1, играет положительную роль, которая проявляется в снижении сроков схватывания и водопотребности смеси. В целом ряде случаев необходимо иметь универсальный активизатор твердения. Опытным путем мы получили, что оптимальное соотношение компонентов в активизаторе составляет 50% NaOH+50% Na₂SiO₃ (1:1).

При дозировке 30% молотого Новолипецкого шлака в 28 суточном возрасте на супесях прочность образцов составляет 48,0 МПа на комплексном активизаторе, а на NaOH-45,0 МПа.

При тех же дозировках, но на электротермофосфорном шлаке (ЭТФ), прочность на комплексном активизаторе составляет 40,0 МПа, а на NaOH-34,0 МПа.

Сопоставление полученных данных свидетельствует, что при введении комплекса NaOH+Na₂SiO₃ в соотношении 1:1 эффективность использования вяжущего состава заметно улучшается.

При укреплении грунтов ШЩВ происходит взаимодействие между грунтами, вяжущим и щелочью входящей в состав вяжущего, в результате чего образуются химические соединения с высокой прочностью и мало растворимые в воде.