Влияние вида осадков сточных вод (ОСВ) на качественные показатели асфальтобетона
Автор: Дрозд Геннадий Яковлевич, Бреус Роман Владимирович
Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel
Рубрика: Строительство и жилищно-коммунальное хозяйство
Статья в выпуске: 1 (5), 2015 года.
Бесплатный доступ
Для утилизации отходов городских канализационных очистных станций предложена технология их использования в качестве минеральных порошков - наполнителей при производстве асфальтобетонов. В статье приведено экспериментальное сравнение физико-механических показателей получаемых асфальтобетонов на основе отходов различных городов и производств. Показано, что независимо от места образования отходов, оптимальная их добавка в асфальтобетон составляет 6-8%, при которой последний является конкурентом по качеству традиционным асфальтобетонам.
Минеральный порошок, осадок сточных вод, утилизация, сырьевая база, асфальтобетон
Короткий адрес: https://sciup.org/14770041
IDR: 14770041
Текст научной статьи Влияние вида осадков сточных вод (ОСВ) на качественные показатели асфальтобетона
Технология очистки городских сточных вод, является одной из крупных отходообразующих производств, где проблема, связанная с образованием отходов практически не реализовывается и это приводит к все большему их накоплению. Одним из рациональных способов решения этой проблемы является утилизация накопленных отходов в каком-либо промышленном многотоннажном производстве.
Ранее проведенными исследованиями [1-3] было доказано, что депонированные осадки сточных вод, после проведения предварительных подготовительных операций, могут быть утилизированы в асфальтобетон, выступая при этом в качестве наполнителя и заменяя один из его компонентов – минеральный порошок. Однако эти исследования ограничивались отходами, образованными и накопленными на очистных сооружениях одного города – г. Луганска. Ввиду того, что в различных отраслевых регионах Украины в зависимости от находящихся видов производств и характера образующихся сбросов в городские стоки, предположительно будут наблюдаться различия в составах самих отходов, была поставлена цель – проведение сравнительного анализа ОСВ для двух предприятий биологической очистки городских сточных вод: ООО «Лугансквода» (г. Луганск) и ООО «Азот» (г. Черкассы) и исследование их поведения при внесении в состав асфальтобетонных смесей.
Химический состав порошков-отходов (ОСВ) приведен в табл. 1.
Таблица 1 - Химический анализ ОСВ, %
|
Вид осадков сточных вод |
SiO 2 |
Al 2 O 3 |
Fe 2 O 3 |
CaO |
MgO |
Mn |
Zn |
Cr |
Cu |
Pb |
SO 3 |
п.п.п. |
|
Вид 1 «Луга нск вода» |
46,4 |
10,05 |
9,25 |
6,10 |
1,94 |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
0,01 |
2,5 |
24,1 |
|
Вид 2 «Азот » |
71,4 |
1,9 |
2,3 |
8,10 |
0,4 |
0,02 |
0,15 |
0,02 |
0,03 |
0,02 |
- |
6,9 |
Данные таблицы 1 показывают, что в химическом составе двух видов ОСВ наблюдаются отличия, указывающие на различие состава стоков поступивших ранее на очистку. Заметно ярко выраженное одинаковое преобладание оксида кремния в обоих составах и низкое содержание потерь после прокаливания.
ОСВ «вид 2» содержит меньше глинистых примесей, характеризующимися оксидами Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 и составляет менее 5%. Это указывает на соблюдение требований [5] и дает возможность его классификации как минерального порошка , что нельзя сказать об ОСВ «вид 1».
Для точности в установлении влияния вида отхода-наполнителя на свойства получаемых асфальтобетонов, материалы, входящие в их смеси, брали одинаковыми, и исходили из местных особенностей г. Луганска, а именно наиболее широко применяемые при строительстве дорог всех категорий региона. Характеристики минеральных материалов, использованных в экспериментальных целях приведены в табл. 2.
При выборе вяжущего вводимого в смесь, основываясь на требованиях к использованию различных марок битумов в горячих асфальтобетонных смесях, а также местных климатических особенностей, рассматривались битумы трех марок: БНД 60/90, БНД 90/130 и БНД 130/200. Установлено, что вид вяжущего, при одинаковом составе минеральной части смеси с ОСВ, существенного влияния на физико-механические свойства асфальтобетонов не оказывает. В данных экспериментальных исследованиях использовался битум БНД 90/130.
Таблица 2 - Характеристики минеральных материалов использованных в экспериментальных целях
|
Характеристика |
Показатель |
|
Щебень фракции 5-20мм |
|
|
Марка |
1200 |
|
Место происхождения |
Комсомольский карьер, Запорожская обл. |
|
Дробимость, % |
9,2 |
|
Истираемость, % |
26,0 |
|
Объем. насып. вес, г/см3 |
1,41 |
|
Содержание глинистых пылеватых частиц, % |
1,2 |
|
Удельный вес, г/см3 |
2,65 |
|
Влажность, % |
0 |
|
Содержание зерен пластинчатой и игловой формы (лещадность), % |
19,0 |
|
Песок из отсевов дробления щебня фракцией 0-5мм |
|
|
Марка |
1200 |
|
Место происхождения |
Мокрянский карьер, Запорожская обл. |
|
Объем. насыпн. вес, г/см3 |
1,57 |
|
Влажность, % |
6,3 |
|
Содержание глинистых пылеватых частиц, % |
3,4 |
Продолжение табл. 2
|
Содержание органических примесей, % |
0,01 |
|
Набухание, % |
1,23 |
|
Модуль крупности, % |
2,5 |
|
Удельный вес, г/см3 |
2,64 |
*Данные протоколов лабораторных испытаний ОАО «Автодорожник» от 14.10.14г.
Совокупность факторов, действующих на структурообразование асфальтобетонного камня, а именно: количество вяжущего – битума, соотношение количества добавки ОСВ и песка из отсева дробления щебня (ОДЩ), являются определяющими. Применяя на практике различные виды минеральных заполнителей, исследованиями [3] был проведен подбор состава и индивидуально определено количество вводимого ОСВ в асфальтобетонную смесь, стремясь к максимальному, а также отрегулирован процент вводимого битума.
При оптимизации системы применен метод экспериментальностатического моделирования, результаты которого приведены на рис. 1.
а)
б)
в)
Рисунок 1 - Зависимости физико-механических параметров асфальтобетона от количества битума и вводимого наполнителя ОСВ:
а) предела прочности при сжатии при 20ºС, R 20 , МПа;
б) предела прочности при сжатии при 50ºС, R 50 , МПа;
в) водонасыщения, W, %; г) набухания, Н, %.
г)
Исходя из полученных результатов, были установлены оптимальные показатели процентного содержания вводимых компонентов: битума – 7%, наполнителя ОСВ – 6-8%.
По данным гранулометрического состава, приведенного в табл. 3, в соответствии с [4], подбирались оптимальные составы асфальтобетонных смесей при содержании в них ОСВ 6 и 8% и устанавливался тип асфальтобетона.
Таблица 3 - Гранулометрический состав используемых материалов для изготовления образцов асфальтобетона
|
Наименование материалов |
Содержание зерен, % мельче мм |
|||||||||
|
20 |
12,5 |
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,14 |
0,071 |
<0,071 |
|
|
Щебень 5-20 |
6,0 |
72,4 |
18,9 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
Песок из отсева дробления щебня 0-5 |
– |
16,9 |
11,5 |
8,9 |
12,8 |
10,3 |
15,3 |
8,5 |
15,8 |
|
|
Осадок сточных вод г. Луганск |
– |
– |
– |
– |
– |
0,54 |
0,82 |
26,47 |
33,9 |
38,27 |
|
Осадок сточных вод г. Черкассы |
– |
– |
– |
– |
– |
0,54 |
0,82 |
26,47 |
33,9 |
38,27 |
Сравнительные испытания образцов асфальтобетонных смесей, в состав которых в качестве заменителя минерального порошка введены порошковые компоненты – депонированные осадки сточных вод (в объеме 6 и 8%) двух предприятий приведены в таблице 4.
Результаты испытаний свидетельствуют, что образцы асфальтобетонов, содержащие в качестве заменителя минерального порошка сухие порошковые осадки сточных вод удовлетворяют требованиям [4].
Таблица 4. Физико-механические свойства образцов асфальтобетона с различным видом и содержанием добавки ОСВ
|
№ п/п |
Состав асфальтобетона (плотный, тип Б) |
Объе м-ный вес, г/см3 |
Водо-насы-щени е, % |
Набу -хание , % |
Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре |
Коэффи циент водоуст ойчи-вости |
||
|
20ºС |
50ºС |
водона с сост. |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
1 |
Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 65% |
2,29 |
5,5 |
1,2 |
3,45 |
1,5 |
3,1 |
0,91 |
|
2 |
Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 59%; Осадок с площадок склади-рования (г. Луганск) – 6%. |
2,28 |
1,71 |
0,13 |
6,6 |
2,2 |
5,1 |
0,85 |
|
3 |
Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 59%; Осадок с площадок склади-рования (г. Черкассы) – 6%. |
2,3 |
2,93 |
0 |
5,6 |
2,9 |
7,2 |
1,3 |
|
4 |
Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 57%; Осадок с площадок склади-рования (г. Луганск) – 8%. |
2,25 |
3,44 |
0,8 |
6,6 |
2,0 |
4,6 |
0,67 |
Продолжение табл. 4
|
5 |
Щебень – 35%; Песок из отсева дробления щебня – 57%; Осадок с площадок склади-рования (г. Черкассы) – 8%. |
2,25 |
7,1 |
0,4 |
6,0 |
1,4 |
4,8 |
0,8 |
|
Требования ДСТУ Б В.2.7-119-2003 (марка II, верхние слои) |
1,5 3,5 |
не более 0,85 |
2,4 |
1,2 |
- |
не менее 0,85 |
||
|
Требования ДСТУ Б В.2.7-119-2003 (марка II, нижние слои) |
не более 10 |
- |
1,5 |
- |
- |
не менее 0,6 |
*В исследованиях количество вяжущего (битум БНД 90/130 – 7%) и щебня принималось постоянным, менялось только соотношение песка из отсева дробления щебня к порошку ОСВ.
Выводы
-
1) различие источников образования и химического состава ОСВ существенно не влияют на основные качественные показатели асфальтобетона;
-
2) при введении в состав асфальтобетонной смеси 6-ти процентов ОСВ, нормализуется показатель водонасыщения, следовательно, улучшается качество асфальтобетона по сравнению с традиционным материалом;
-
3) полученные данные физико-механических свойств асфальтобетонов свидетельствуют о возможности использования ОСВ в качестве минерального порошка в различных слоях дорожных одежд: при 6% - в верхних, а при 8% - в нижних слоях.
Список литературы Влияние вида осадков сточных вод (ОСВ) на качественные показатели асфальтобетона
- Технология утилизации лежалых осадков сточных вод в асфальтобетон.//Коммунальное хозяйство городов. Научно-технический сборник. Серия: Архитектура и технические науки, випуск 76. -К: «Технiка», 2007. -С. 90-95;
- Дрозд Г.Я., Бреус Р.В. Утилизация осадков сточных вод в дорожном строительстве.//Вiстi Автомобiльно-дорожнього iнституту: Науково-виробничий збiрник. АДI ДонНТУ. -Горлiвка, 2009 -№1. -С. 186-193;
- Бреус Р.В. Зниження об'ємiв накопичених вiдходiв водоочищення -осадiв стiчних вод, шляхом їх утилiзацiї в асфальтобетон.//Автореф. дис. канд. техн. наук, Х., 2007, 21 с.;
- ДСТУ Б.В.2.7-119-2003 Сумiшi асфальтобетоннi та асфальтобетон дорожнiй i аеродромний. Технiчнi умови.-К.: Держбуд України, 2003;
- ДСТУ Б В.2.7-121-2003. Порошок мiнеральний для асфальтобетонних сумiшей. Технiчнi умови. -К.: Держбуд України, 2003.
