Материал: 2363

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Методика испытаний

Значения модуля упругости ЗШС при разной влажности и степени уплотнения определяли по методике рычажного пресса, изложенной в ВСН 29-76 [11]. Уплотнение образца в форме осуществляли с помощью гири от большого прибора стандартного уплотнения. Поскольку диаметр формы больше чем наковальни, грунт уплотняли послойно, перемещая её по схеме, применяемой в тесте «А» метода Проктора [12, 13]. Контроль плотности и влажности осуществляли взвешиванием формы, заполненной грунтом, и отбором проб для определения влажности по ГОСТ 5180-2015 [14].

В качестве нагружающего устройства при определении модуля упругости ЗШС использовали универсальную машину AL-7000 LA 10, позволяющую прикладывать ступенчатую статическую нагрузку к деформируемому образцу. Нагрузку передавали посредствам штампа площадью 10 см2. Помимо отсчета осадок по индикаторам часового типа, определяли перемещение штока универсальной машины, что увеличило точность измерений. На рис. 2а изображена форма для испытаний с установленным штампом, до закрепления индикаторов, а на рис. 2б, след от штампа после разгрузки.

130

Рисунок 2 – Определение модуля упругости ЗШС:

а) образец в нагружающем устройстве; б) – след от штампа

Нагружение осуществляли до уровня напряжений, при которых начинали проявляться интенсивные пластические деформации. После этого производили разгрузку и измеряли упругие деформации на поверхности образца с помощью индикаторов часового типа ИЧ-10.

Результаты испытаний.

Определенные значения модуля упругости ЗШС обрабатывались по методике ГОСТ 205222012 [15].После чего по полученным значениям строили графики изменения модуля упругости в зависимости от плотности и влажности смеси. Закономерность изменения значения модуля упругости ЗШС в зависимости от коэффициента уплотнения приведена на рис. 3а, а от влажности на рис. 3б.

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Как известно, в процессе уплотнения происходит более компактная упаковка частиц за счет местных сдвигов и соскальзывания более мелких частиц в поры между агрегатами, что еще больше укрепляет скелет грунта.

После окончания процесса уплотнения эти сдвиги практически затухают, и грунт начинает работать в стадии обратимых деформаций. Чем выше исходный коэффициент уплотнения, тем более плотная структура грунта образуется в образце, а значит, распределение нагрузки произойдет на большее число точек контакта. Помимо увеличения структурной прочности это снижает общую деформативность материала, чем и обусловлен рост модуля упругости [16].

Повышение влажности вызывает разуплотнение скелета грунта, что увеличивает его деформативность. Разуплотнение способствует уменьшению числа контактов частиц, а повышающееся поровое давление воды окончательно снижает трение между частицами. Поэтому, чем выше влажность, тем сильнее негативный эффект, вплоть до достижения полной влагоемкости образца.

Для сравнения модулей упругости техногенного и природных грунтов приведены справочные данные из ОДН 218.046-01 [9]. Значения модуля упругости, при различной относительной влажности, в зависимости от вида грунта, сведены в табл. 2.

Таблица 2 – Значения модуля упругости в зависимости от вида и влажности грунта

131

Заключение

По результатам испытаний сделаны следующие выводы:

-результаты определения модуля упругости позволяют отнести ЗШС к категории среднедеформируемых грунтов согласно ГОСТ 25100 [17];

-модуль упругости ЗШС существенно зависит от влажности (при увеличении относительной влажности с 0,23 до 0,78 отмечено падение модуля в два раза);

-природные глинистые грунты также снижают модуль упругости с увеличением влажности (при увеличении относительной влажности с 0,23 до 0,78 отмечено падение модуля в 3,5 раза);

-судя по значениям модуля упругости и данным [4] ЗШС вполне соответствует по деформативности природным глинистым грунтам, а значит, может использоваться как основание дорожных одежд.

Библиографический список

1.Бирюков В.В. Энергопроизводство и утилизация золошлаковых отходов / В.В. Бирюков, С.Е. Метелев, В.В. Сиротюк, В.Р. Шевцов // Вестник Российского государственного торгово-экономического университета. Научный журнал. – М. – 2008. – № 2(23). – С.221-229.

2.Балюра М.В. Исследование строительных свойств золы Томской ГРЭС–2 / М.В. Балюра // Проблемы гидрогеологии, инженерной геологии, оснований и фундаментов: сб. науч. Тр. – Томск: Изд-во ТГУ, 1988. – С. 97-104.

3.Лунёв А.А. Сопоставление методов оценки устойчивости высокой насыпи из золошлаковой смеси

/А.А. Лунёв, В.В. Сиротюк, Н.С. Безделов // Вестник СибАДИ, 2016. – № 5 (50). – С.106-114.

4.Иванов Е.В. Обоснование применения золошлаковых смесей для строительства земляного полотна с учетом водно-теплового режима: дис… канд. техн. наук. Омск, 2015. 165 с.

5.Сиротюк В.В. Нормативное обеспечение применения золошлаков в дорожном строительстве / В.В. Сиротюк, Е.В. Иванов // Автомобильные дороги. 2013. – № 9. – С. 89-92.

6.Лунёв А.А. Применения ЗШС для вертикальных планировок и строительства городских дорог / А.А. Лунёв, В.В. Сиротюк. // Техника и технологии строительства: научный журнал. – Омск: Издательство СибАДИ, 2015. – № 1. – С. 24-31.

7.Sinha A.K., Havanagi, V.G., Mathur, S., Guruvittal, U.K. Investigation and design of fly ash road

embankments in India by CPT . 2nd International Symposium on Cone Penetration Testing, Huntington Beach, http://ttc.sibadi.

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

CA, USA. Volume 2&3: Technical Papers, Session 3: Applications, Pp. 3-49.

8.Santos F. Geotechnical properties of fly-ash and soil mixtures for use in highway embankments / F. Santos, L. Li, Y. Li, F. Amini // World of Coal ash (WOCA) Conference – Denver, 2001. Pp. 93-104.

9.ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. – Введ. 2001-01-01. – М.: Информавтодор, 2001. – 145 с.

10.Лунёв А.А. Экспериментальные исследования прочностных характеристик золошлаковой смеси / А.А. Лунёв, В.В. Сиротюк, Н.И. Барац // Вестник СибАДИ. 2016. – № 6 (51). – С. 112–121.

11.ВСН 29-76. Технические указания по оценке и повышению технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог. – Введ. 1978-01-01. – М.: Транспорт, 1977. – 102 с.

12.Александров А.С. Определение максимальной плотности грунтов, стандартным и модифицированным методами Проктора: методические указания / Т.В. Семенова, Г.В. Долгих. – Омск:

СибАДИ, 2014. – 35 с.

13.ASTM D 1557 – 12. Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft – lbf / ft3 (2,700 KN – m / m3)). ASTM International, West Conshohocken, P.A., 2012. – 12 р.

14.ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. – Введ. 2016-04-01. – М.: Стандартинформ, 2016. – 20 с.

15.ГОСТ 20522-2012. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. – Введ. 2013-07-01. – М.: Стандартинформ, 2013. – 16 с.

16.Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1983. –228 с.

17.ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. – Введ. 2013-01-01. – М.: Стандартинформ, 2013. – 20 с.

DETERMINATION OF YOUNG'S MODULUS FOR THE COAL ASH AND SLAG MIXTURES

USED IN ROAD EMBANKMENTS TO CALCULATE PAVEMENT

Keywords. Ash and slag mixture, subgrade, young's modulus, road structure.

Попкова Анастасия Вадимовна (Омск, Россия) – магистрант кафедры Проектирование дорог ФГБОУ ВО Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (644008, г. Омск, пр.

Мира, 5, e-mail:nastypopkova10.93@mail.ru).

Попкова Анна Вадимовна (Омск, Россия) – магистрант кафедры Проектирование дорог ФГБОУ ВО Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (644008, г. Омск, пр. Мира, 5, e- mail:anya.popkova.93@mail.ru).

Popkova Anastasia Vadimovna (Omsk, Russian Federation) – Master student of Department roads design, Siberian state automobile and highway academy (644008, Omsk, Mira av. 5, e- mail:nastypopkova10.93@mail.ru).

Popkova Anna Vadimovna (Omsk, Russian Federation) – Master student of Department roads design, Siberian state automobile and highway academy (644008, Omsk, Mira av. 5, e-mail: anya.popkova.93@mail.ru).

References

1.Biryukov V.V., Metelev S.E., Sirotyuk V.V., Shevtsov V.R., Energoproizvodstvo i utilizatsiya zoloshlakovykh otkhodov [Power generation and recycling ash waste] / V.V. Biryukov, S.T. Metelev, V.V. Sirotyuk, V.R. Shevtsov // Vestnik Rossiyskogo gosudarstvennogo torgovo-ekonomicheskogo universiteta. Nauchnyj zhurnal. – M. – 2008. – № 2(23). – S.221-229.

2.Balyura M.V. Issledovanie stroitel'nyx svojstv zoly Tomskoj GRE'S–2 [Study of fly ash properties of Tomsk GRES-2] / M.V. Balyura // Problemy gidrogeologii, inzhenernoj geologii, osnovanij i fundamentov: sb. nauch. Tr. – Tomsk: Izd-vo TGU, 1988. – S. 97-104.

3.Lunyov A.A. Sopostavlenie metodov ocenki ustojchivosti vysokoj nasypi iz zoloshlakovoj smesi [Comparison of methods for evaiuating of slope stability on high embankment built with the use of bottom ash] /

A.A. Lunyov, V.V. Sirotyuk, N.S. Bezdelov // Vestnik SibADI, 2016. – № 5 (50). – S.106-114.

4.Ivanov, E.V. Obosnovanie primenenija zoloshlakovyh smesej dlja stroitel'stva zemljanogo polotna s

uchetom vodno-teplovogo rezhima [Rationale for the use of ash and slag mixtures for construction of subgrade http://ttc.sibadi.

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

with the water-heat regime]: dis… kand. texn. nauk. Omsk, 2015. 165 s.

5.Sirotyuk V.V. Normativnoe obespechenie primeneniya zoloshlakov v dorozhnom stroitel'stve [Normative on the need application ash and slag mixture in the road-bulding] / V.V. Sirotyuk, E.V. Ivanov // Avtomobil'nye dorogi. 2013. – № 9. – S. 89-92.

6.Lunyov A.A. Primeneniya ZShS dlya vertikal'nyx planirovok i stroitel'stva gorodskix dorog [Application fhs for vertical planning and construction of arban roads] / A.A. Lunyov, V.V. Sirotyuk. // Texnika i texnologii stroitel'stva: nauchnyj zhurnal. – Omsk: Izdatel'stvo SibADI, 2015. – № 1. – S. 24-31.

7.Sinha A.K., Havanagi V.G., Mathur S., Guruvittal U.K. Investigation and designofflyashroadembankmentsinIndiabyCPT // 2nd International Symposium on Cone Penetration Testing, Huntington Beach, CA, USA. Vol. 2&3, Pp. 3-49.

8.Santos F. Geotechnical properties of fly-ash and soil mixtures for use in highway embankments / F. Santos, L. Li, Y. Li, F. Amini // World of Coal ash (WOCA) Conference – Denver, 2001. Pp. 93-104.

9.ODN 218.046-01. Proektirovanie nezhestkih dorozhnyh odezhd. – Vved. 2001-01-01. – M.: Informavtodor, 2001. – 145 p.

10.Lunyov A.A. E'ksperimental'nye issledovaniya prochnostnyx xarakteristik zoloshlakovoj smesi [Experimental research of the strength characteristic of ash and siag mixtures] / A.A. Lunyov, V.V. Sirotyuk, N.I. Barac // Vestnik SibADI. 2016. – № 6 (51). – S. 112–121.

11.VSN 29-76. Tehnicheskie ukazanija po ocenke i povysheniju tehniko-jekspluatacionnyh kachestv dorozhnyh odezhd i zemljanogo polotna avtomobil'nyh dorog [Technical guidance on the assessment and improvement of technical and operational qualities of pavement and land-Lenogo paintings of roads]. – Vved. 1978-01-01. – M.: Transport, 1977. –102 s.

12.Aleksandrov A.S. Opredelenie maksimal'noj plotnosti gruntov, standartnym i modificirovannym metodami Proktora: metodicheskie ukazaniya [Determination of maximum density of soil, standard and modified Proctor methods] / T.V. Semenova, G.V. Dolgix. – Omsk: SibADI, 2014. – 35 s.

13.ASTM D 1557 – 12. Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft – lbf / ft3 (2,700 KN – m / m 3 )). ASTM International, WestConshohocken, P.A., 2012. 12 p.

14.GOST 5180-2015. Grunty. Metody laboratornogo opredeleniya fizicheskix xarakteristik [Soils. Laboratory methods for determination of physical characteristics]. – Vved. 2016-04-01. – M.: Standartinform, 2016. – 20 s.

15.GOST 20522-2012. Grunty. Metody statisticheskoj obrabotki rezul'tatov ispytanij [Soils. Methods of statistical treatment of test results]. – Vved. 2013-07-01. – M.: Standartinform, 2013. – 16 s.

16.Cytovich N.A. Mexanika gruntov (kratkij kurs): uchebnik dlya vuzov. M.: Vysshaya shkola, 1983. – 228 s.

17.GOST 25100-2011. Grunty. Klassifikaciya [Soils. Classification]. – Vved. 2013-01-01. – M.: 133 Standartinform, 2013. – 20 s.

УДК 625.855.3

МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК ИЗ УГЛЕРОДМИНЕРАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

М.С. Черногородова, В.Д. Галдина

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), Россия, г. Омск

Аннотация. В статье представлены изучения состава, структуры и физико-химических свойств горючего сланца Коцебинского месторождения и углеродминеральных продуктов (УМП), полученных в процессе полукоксования горючего сланца. В результате исследований установлено, что минеральный порошок из УМП имеет высокие показатели дисперсности, сравнительно невысокие пористость и битумоемкость, соответствуя требованиям ГОСТ 32761-2014 к марке МП-3. Горячий плотный асфальтобетон с использованием минерального порошка из углеродминеральных продуктов характеризуются достаточно высокими показателями прочности, водостойкости, трещиностойкости и сдвигоустойчивости.

Ключевые слова: асфальтобетон, горючие сланцы, минеральный порошок, углеродминеральные продукты.

Введение

Перспективным видом органического сырья для химической промышленности и

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

минерального сырья для получения строительных материалов являются горючие сланцы, запасы которых в России и за рубежом очень велики. Состав и свойства горючих сланцев разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому вопрос об их техническом использовании требует в каждом отдельном случае разработки наиболее целесообразной схемы переработки с учетом особенностей характеристик сланцев [1, 2, 3, 4].

Сотрудниками Института химии нефти СО РАН (г. Томск) проведены экспедиционные работы по отбору горючих сланцев Волжского бассейна с месторождений Кашпирское и Коцебинское и изучению условий их образования и залегания. На протяжении последних лет добыча сланцев в этом районе производилась только на Кашпирском руднике в ограниченных масштабах. Горючие сланцы Кашпирского месторождения как твердые горючие ископаемые и сырье для химической промышленности исследованы достаточно подробно, горючие сланцы Коцебинского месторождения практически не изучены. Научно-исследовательские работы ИХН СО РАН направлены на изучение закономерностей термокаталитических превращений горючих сланцев с целью получения синтетической нефти и фракций моторных топлив [5]. Однако переработка горючих сланцев должна осуществляться комплексно, предусматривая использование органической и минеральной составляющих горючих сланцев.

В Саратовской обл. находятся шесть месторождений горючих сланцев с общими геологическими запасами 9,1 млрд т. Саратовское министерство инвестиционной политики совместно с ООО «Прелюбская горная компания» разработало инвестиционный проект по комплексной добыче и переработке горючих сланцев Коцебинского месторождения. Мощность планируемого предприятия – 700 тыс т добычи и переработки сланца в год. В результате переработки планируется получать сланцевую нефть, энергетический газ, цемент, а минеральный остаток использовать в дорожном строительстве [6, 7].

Ранее выполненными исследованиями изучены состав, структура и свойства горючих сланцев Кашпирского и Коцебинского месторождений и свойства минеральных порошков из сланцев. Установлена достаточно высокая структурирующая способность минеральных порошков и повышение тепло- и трещиностойкости асфальтобетонов [8, 9]. Исследованы физико-механические свойства и обоснована возможность использования углеродминеральных продуктов (УМП) горючих сланцев Оленкского бассейна Республики Саха (Якутия) в качестве 134 сырья для получения заполнителей и наполнителей для асфальтобетонных смесей [10]. Практический интерес представляло изучение физико-механических свойств минерального порошка из УМП горючих сланцев Коцебинского месторождения и асфальтобетонов на его основе.

Исследование состава, структуры и свойств минерального порошка из углеродминеральных продуктов

Цель настоящей работы заключалась в изучении состава и свойств минерального порошка из углеродминеральных продуктов горючего сланца Коцебинского месторождения и физикомеханических свойств асфальтобетона с его использованием.

Горючий сланец Коцебинского месторождения представляет собой серовато-коричневую, темно-серую слоистую осадочную породу, легко расщепляющуюся на тонкие пластинки и содержащую кероген сапропелевой природы. Порода имеет твердость по шкале Мооса 3 – 4 балла, низкую среднюю плотность 1190 кг/м3, высокую пористость 29 об. %. Щебень из сланца фракций 5 – 10 и 10 – 20 мм имеет марку по прочности 400 [8, 9].

Физико-химические свойства горючих сланцев и их УМП определяли на приб орах регионального центра коллективного пользования Омского научного центра СО РАН. Для определения локального и среднего качественного и количественного состава горючих сланцев использовали приставку для энерго-дисперсионного анализа Inca-350.

Фазовый состав минеральной части исследовали на дифрактометре D8 Advance фирмы «Bruker в параллельном Cu-kα излучении с β - фильтром в интервале углов 2θ от 50 до 800 (шаг сканирования 0,1°, время интегрирования сигнала 7 sec/step). Расшифровку полученных данных осуществляли с использованием данных баз ICDD и PDF-2.

Пористую структуру УМП исследовали методом низкотемпературной адсорбции азота на приборе Sorptomatic 1900 «CarloErba», определяя удельную поверхность (Sуд) по методу БЭТ, значения суммарного адсорбционного объема пор (Vадс) по величине адсорбции азота при Р/Р0 = 0,99. Величину диаметров пор рассчитывали по формуле Dпор= 4Vадс / Sуд.

Физико-механические свойства минерального порошка из УМП определяли согласно требованиям ГОСТ 32761, удельную поверхность минерального порошка – на приборе ПСХ-