Побочные продукты металлургического производства как стабилизатор оснований дорожного полотна

В Пензенской области произведено пробное устройство грунтобетонного основания дорожного полотна. В качестве основных материалов выбрано старое дорожное полотно из грунтощебеночного слоя толщиной 20 см стабилизированного молотым гранулированным металлургическим шлаком в количестве 5-30 % от фре- зерованного грунта. В качестве химических реагентов использовали раствор соды и акрилвиниловый сополимер [5, 9]. Такая технология исключает использования дополнительных инертных материалов и сокращает в 10-15 раз транспортные расходы, что позволяет снизить себестоимость работ на 40-50 % (рис.) [6, 7, 8].

Рисунок 1. Распределение минерального вяжущего и гомогенизация смеси

Наличие постоянной высокощелочной среды в грунтобетоне, а также наличие примеси глинистых частиц создают условия для образования тоберморитоподоб-ных низкоосновных гидросиликатов кальция СН, гидрогранатов, щелочных гидроалюмосиликатов, для которых характерна малая растворимость.

Процесс деструкции алюмокремнекис-лородного каркаса минералов молотых шлаков обусловлен каталитическим действием щелочей на разрыв ковалентных связей Si - 0- Si и Al - О - Si.

Этот процесс аналогичен процессу перехода кремнезема и глинозема в гидратные формы с образованием тиксотропных структур, являющихся основой развития в твердеющей системе конденсационнокристаллических процессов.

Особенностью процессов гидратации и твердения грунтобетонов с молотыми граншлаками является то, что щелочной активатор взаимодействует со всеми алюмосиликатами, а также с пылеватыми глинистыми частицами грунта. В результате чего синтезированные новообразования совместно с негидратированными частицами играют роль в образовании связующего вещества и образования прочного каркаса [3, 4].

Молотый граншлак до удельной поверхности 1800-3500 см2/г обладает большим количеством активных центров и способностью к быстрой гидратации по сравнению с частицами граншлака размером 0-5 мм или 0-20 мм, т.к. первоначально гидратация шлакового стекла протекает у частиц граншлака размером 0-10 мкм [2, 11].

Молотый граншлак дозируют, в зависимости от вида грунта и его гранулометрии, влажности, наличия глинистых и органических примесей, в количестве 2-30 % от массы фрезерованного материала.

Способ укрепления грунтового основания и получения грунтобетона с заданными физико-механическим и эксплуатационными свойствами заключается в том, что выполняются технологические операции в следующей последовательности [1].

Предварительно подготавливается основание (удаляется растительность, деревья, кустарник, срезается плодородный слой грунта, обеспечиваются проектные отметки, уклоны и плотность основания). Работы по устройству укрепленных слоев грунта методом смешения на месте начинают только после установления постоянных среднесуточных положительных температур воздуха в районе строительства не менее + 10 0С.

Распределение молотого граншлака, увлажнение, введение активаторов и гомогенизация грунтовой смеси осуществляется в один проход. Оптимальная скорость производства и укладки смеси составляет

4,0 м/мин. Толщина обрабатываемого грунта 15-50 см.

При этом возможно поверхностное распределение щебня, песка, побочных продуктов от дробления горных пород или «формовочные горелые земли» в соответствии с заданной пропорцией и гранулометрии материала, рыхление, измельчение, распределение, перемешивание минеральной смеси на заданную глубину осуществляют путем фрезерования подготовленной поверхности, например, ресайклером, содержащим фрезерный барабан с большим количеством резцов из твердого сплава, причем фрезерованный материал равномерно и одинаковой толщиной распределяют по ширине рабочей зоны фрезерного барабана. В зону фрезерования вводится молотый граншлак по пневмо магистрали ресайклера через дозатор из цементовоза. В качестве активатора твердения шлака дозируют в рабочую зону фрезерного барабана водный раствор жидкого стекла плотностью 1,05-1,15 г/см3, причем, количество водного раствора жидкого стекла должно увлажнить грунто-минеральную смесь до оптимальной влажности (8-18 %). Гомогенизированная грунтобетонная смесь равномерно распределяется по ширине прохода рабочего органа машины и предварительно уплотняется колеблющей плитой ресайклера.

После обработки укрепляемого грунта выполняется чистовая планировка поверхности слоя автогрейдером. Уплотнение обработанного грунта обеспечивает получение заданной плотности грунтобетона (коэффициент уплотнения должен быть не менее 0,98). Очередность воздействия техники, по уплотнению грунтобетона следующая: легкий каток весом 2,5 т, средний - 8 т и заключительное уплотнение тяжелым 14т катком с вибровоздействием. Уплотнение грунтобетона начинается через 10-15 мин после его укладки и предварительного уплотнения.

При фрезеровании грунта толщиной до 20,0 см уплотняющие катки устанавливают в режим вибровоздействия на уложенный на укрепляемое основание и предварительно уплотненный материал с мини- мальной амплитудой 0,8-1,5 мм и максимальной частотой колебаний (30-50 Гц).

При глубоком фрезеровании от 20,0 см до 50,0 см, уплотняющие катки устанавливают в режим вибровоздействия на уложенный на укрепляемое основание и предварительно уплотненный материал с максимальной амплитудой и минимальной частотой колебаний (1,5-2,0 мм, 25-30 Гц), а затем уплотняющие катки устанавливают в режим вибровоздействия с минимальной амплитудой- 0,8-1,5 мм и максимальной частотой колебаний-25-50 Гц.

С целью создания благоприятных условий набора прочности, после окончательного уплотнения грунтобетона по поверхности распределяют 50% раствор латекса или битумную эмульсию [10, 12]. Температурно-влажностный баланс грунтобетона поддерживается в течение 7 суток до достижения прочности не менее 70 % от проектной марки.

Производится нарезка деформационных поперечных швов с целью предотвращения образования неконтролируемых усадочных трещин. Швы нарезают с шагом, равным ширине уложенного слоя (ширина дорожного основания), глубина шва от 0,5 до 0,7 толщины слоя (5-50 мм). Швы нарезаются фрезами после достижения грунтобетоном прочности на сжатие не менее 2,5 МПа.

Герметизация поперечных швов производится герметиками после достижения грунтобетоном прочности 85% от проектной марки.

Предлагаемый способ позволяет получить дорожное основание с высокой прочностью, морозостойкостью и долговечностью, а также более дешевое за счет сни- жения транспортных расходов.