Дорожный шлаковый асфальтовый бетон

Интенсивное развитие народного хозяйства СССР обусловливает быстрый рост объемов автомобильных перевозок. В «Основных направлениях», принятых 26-м съездом КПСС, грузооборот автомобильного транспорта общего пользования по сравнению с 10-й пятилеткой планируется увеличить в 1,4 раза и пассажирооборот автобусов общего пользования на 16−18* [?239]. Для более полного и своевременного удовлетворения потребностей хозяйства и населения в перевозках в «Основных направлениях» предусматривается ускоренное развитие опорной сети магистральных автомобильных дорог, расширение их строительства в сельской местности и в первую очередь дорог, связывающих районные центры, центральные усадьбы колхозов и совхозов с автомобильными дорогами общего пользования, при одновременном улучшении качества строительства, ремонта и содержания дорог с обеспечением повышения безопасности движения.

Сооружение автомобильных дорог требует больших капиталовложений. Однако затраты на их строительство быстро окупаются [13] .

В 11-й пятилетке предусматривается построить и реконструировать 80 тыс. км магистральных автомобильных дорог. Кроме этого, планируется построить на селе в 1981;1990 гг. около 130 тыс. км внутрихозяйственных дорог [240] в связи с выполнением продовольственной программы, принятой на Майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС [252] .

Для выполнения программы по строительству и реконструкции магистральных и сельских автомобильных дорог потребуется большое количество прочных каменных материалов, месторождения которых на территории СССР размещены крайне неравномерно. Базирование же строительства автомобильных дорог на дальнопривозных дорожно-строительных материалах сдерживает размах и удорожает стоимость строительства.

В настоящее время темпы строительства автомобильных дорог продолжают отставать от темпов роста других отраслей народного хозяйства, в том числе и от темпов развития автомобильной промышленности и автомобильных перевозок.

В настоящее время в ряде случаев качество строительства автомобильных дорог продолжает пока оставаться низким. По сообщению Л. Б. Гезенцвея [ 75^ «°рок службы асфальтобетонных покрытий в среднем составляет 10−12 лет, а на городских дорогах эти сроки еще ниже. Имеется также много примеров, когда вновь построенные на автомобильных дорогах асфальтобетонные покрытия выходят из строя в течение 3−5 лет.

В связи с этим, возникает необходимость в широком применении более прогрессивных видов дорожно-строительных материалов и разработке научно-обоснованных способов их применения в слоях дорожных одежд, в том числе и в верхних. В районах с развитой черной металлургической промышленностью такими материалами являются шлаки.

До настоящего времени в асфальтовых бетонах сравнительно широко применяются лишь доменные отвальные шлаки с устойчивой структурой, причем по технологии, принятой для асфальтовых бетонов из природных минеральных материалов, без учета их высокой реакционной способности и гидравлической активности* Для распадающихся отвальных доменных шлаков не установлена степень распада, при которой они могут применяться в асфальтобетонные ¦смеси.

В отечественной и зарубежной практике нет опыта применения в асфальтовых бетонах конверторных шлаков. Не было привлечено внимание дорожников к использованию в асфальтовых бетонах шлакопемзового и шлакового песка, ваграночных шлаков, гранулированных доменных шлаков, в том числе и титанистых в качестве единственной минеральной составляющей.

Не находили себе применения в строительстве отходы металлургических комбинатов такие, как коксовая пыль, в качестве активатора минерального материала, молотые корольки и обрезки шлаковаты, доменный и конверторный шламы мокрой газоочистки в качестве минерального порошка в асфальтобетонные смеси.

Асфальтобетонная смесь с применением коксовой пыли нами защищена авторским свидетельство^ на изобретение (а/св.715 530, бюл.№ 6 от 18.06.1980 г.). Защищена авторским свидетельством и асфальтобетонная смесь с применением доменного шлама мокрой газоочистки (а/св.№ 727 662, бюл.№ 14 от 15.04.80 г.).

За научную гипотезу нами принято следующее.

Шлаковые материалы, обладая химической и гидравлической активностью, хорошо взаимодействуют с водой и битумом. Процессы гидратации будут приводить к модификации поверхности шлаковых зерен под битумной пленкой гидратными новообразованиями, к изменению строения порового пространства в шлаковых зернах и в асфальтобетоне, к армированию битумной пленки кристаллогидратами, к срастанию части зерен шлака между собой. Химическая активность и механохимические эффекты должны обеспечивать возникновение химических и водородных связей между шлаком и битумом.

Гидравлическая и химическая активность шлаковых материалов, а также механохимические эффекты должны приводить к упорядоченной вторичной (надмолекулярной) структуры битумной пленки на шлаковой подложке.

Такие гипотетические представления требуется подтвердить экспериментальным путем и результатами наблюдения за работой шлаковых асфальтобетонных покрытий на дорогах разных технических категорий и в различных дорожно-климатических зонах.

В настоящей работе излагаются:

— состояние проблемы применения шлаков черной металлургии в асфальтобетоны;

— теория формирования структуры в асфальтобетонах из шлаковых материалов;

— результаты исследования строения битумной пленки на шлаковой и для сравнения на природных минеральных подложках;

— процессы формирования коагуляционно-конденсационных и кристаллизационных структур в асфальтобетоне из шлаковых материалов и условия, влияющие на интенсивность их образования в системе битум-шлак;

— значение температуры, добавки воды и способ ее введения в состав смеси, наличие остаточной влажности в минеральном материале к моменту объединения его с битумом на управление структурой битума в шлаковом асфальтобетоне;

— кинетика изменения структурно-механических свойств в шлаковых асфальтобетонах во времени и факторы, влияющие на ускорение процессов структурообразования битумной пленки на поверхности минеральных зерен;

— процессы старения битума на шлаковых подложках и причины, обусловливающие деструктивные явления в органическом вяжущем ;

— результаты исследования морозостойкости и длительной водоустойчивости шлаковых асфальтобетонных покрытий.

На основе обобщения многолетнего опыта эксплуатации шлаковых асфальтобетонных покрытий на дорогах П, Ш и 1У технических категорий во П-1У дорожно-климатических зонах установлены межремонтные сроки средних и капитальных ремонтов.

В работе приведены рациональные конструкции дорожных одежд с устройством верхних слоев из шлаковых асфальтовых бетонов. Излагается методика определения технико-экономической эффективности и подробный расчет экономической эффективности от применения шлаковых асфальтобетонных материалов в покрытия автомобильных дорог.

Исследование оптимальной температуры приготовления шлакового асфальтового бетона, кинетики образования парамагнитных центров в минеральном материале, процессов старения битума, молекулярных и надмолекулярных процессов структурообразования дисперсных систем битум-шлаковые материалы проводились методами ИК-спектроскопии, ядерно-магнитного резонанса, электронно-парамагнитного резонанса, дериватографии, сканирующей электронной микроскопии. Эти методы позволили провести исследование взаимодействия битума с минеральным материалом на молекулярном уровне.

На защиту выносится теория структурообразования в шлаковых асфальтобетонных материалах, учитывающая высокую химическую и гидравлическую активность минеральной составляющей и разработанная на основе экспериментально-теоретических исследований и обобщения результатов многолетнего опыта применения шлаковых материалов в асфальтобетонных смесях для дорожных покрытий в разных климатических зонах.

Работа выполнена в Отраслевой научно-исследовательской дорожной лаборатории Воронежского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института в 1962;1982 годах.

Результаты проведенных исследований апробированы и широко внедряются в дорожное строительство.

Опытные работы выполнены на объектах Минавтодора РСФСР, Грузинской ССР и Министерства коммунального и жилищного строительства РСФСР в 1963;1982 года.

Выводы.

1. Приведенная методология расчета отражает наиболее полно экономическую эффективность применения шлаковых асфальтобетонных материалов для устройства покрытий на автомобильных дорогах по сравнению с асфальтобетонными из природных минеральных материал лов.

2. Из расчетов следует, что с использованием I млн. т шлака в смеси с битумом для устройства покрытий на автомобильных дорогах экономический эффект составит: от применения гранулированных доменных шлаков на дорогах Свердловской области 21,6 млн руб., Воронежской — 22,3 млн руб., Липецкой — 20,3 млн руб.

От применения шлакопемзового песка на дорогах: Липецкой области — 17,37 млн руб., Челябинской «17,23 млн руб.

От применения шлакового песка на дорогах Липецкой области -17,37 млн руб.

В то же время по данным Уральского научно-исследовательского института черных металлов использование титанистых гранулированных доменных шлаков на Нижне-Тагильском цементном заводе приводит к убыткам в сумме 2,65 руб. на I т продукции, что в расчете на годовую программу завода составит около 2,4 млн руб. в год.

3. С использованием шлаковых материалов в дорожном строительстве резко сокращается парк дорожных машин, необходимый для разработки карьеров дорожно-строительных материалов. Наряду с этим значительно сократится или полностью отпадет необходимость занимать большие площади под шлаковые отвалы, и металлургические заводы избавятся от убытков, которые они несут при транспортировании и содержании шлаковых отвалов.