Библиографическое описание:

Куйвашева А. В., Степанец В. Г. Применение золоминеральных смесей в основаниях дорожной одежды при реконструкции ул. Ленина // Молодой ученый. — 2016. — №12. — С. 306-311.



В статье обобщен материал по исследуемой теме — перспективы использования в дорожном строительстве золошлаковых отходов, образующихся при сжигании углей на ТЭЦ-4, ТЭЦ-5 в г. Омске. Дана оценка экономической эффективности. Основное содержание исследования составляет анализ нормативных документов, регламентирующих применение золы и шлака в дорожном строительстве и позволяет выявить варианты использования золошлаковых отходов в качестве заменителей традиционных дорожно-строительных материалов.

Ключевые слова: золоминеральная смесь, золоотвал, золошлаки

На современном этапе научно-технической революции дальнейшее развитие промышленности связано с необходимостью тщательного учета экологической ситуации. Наша страна располагает значительными запасами сырья, тем не менее реализация вторичных материальных и энергетических ресурсов необходима, за счет этого стабилизируется и улучшается общая экологическая обстановка. Одними из самых распространенных видов твердых отходов являются металлургические и топливные шлаки. Проблема переработки промышленных отходов, с учетом ухудшения экологической обстановки в г. Омске является — актуальной. В регионе накопилось огромное количество отходов в виде зол и шлаков, которые занимают большие площади сельскохозяйственных земель, ухудшающую экологическую обстановку и наносят вред омичам.

Особенностью сжигания экибастузских углей на ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 является большой объем твердых отходов в виде золошлаков до 37 %. В зависимости от вида и свойств золошлаковых отходов их можно использовать в земляном полотне, при строительстве дорожных одежд, а так же при изготовление различных строительных материалов для промышленного и гражданского строительства.

Ежегодный объем сброса золы от Омской ТЭЦ-5 составляет около 1 050 тыс. м3, от Омской ТЭЦ-4 — около 540 тыс. м3. В настоящее время на золоотвалах Омских ТЭЦ скопилось более 20 млн. т. отходов. [1]

Для строительства автомобильных дорог требуется большое количество дорожно-строительных материалов. Так для строительства 1 км автомобильной дороги в зависимости от ее категории и местных условий требуется:

для сооружения земляного полотна от 6 до 60 тыс. м3 грунта (золошлаков);

для создания дренирующих и морозозащитных слоев от 1,6 до 6 тыс. м3 песка;

для строительства дорожного основания от 0,8 до 5,4 тыс. м3 щебня или грунта, укрепленного вяжущими материалами;

− для строительства дорожных покрытий от 1,1 до 4,7 тыс. т асфальтобетона.

Заменой грунтов, песков щебеночных материалов могут быть отходы промышленности.

К таким отходам относятся золы и шлаки — продукты от сжигания тепловых электростанциях (ТЭС).

Следует различать:

золу уноса сухого улавливания, когда зола, поступающая с электрофильтров и из циклонов ТЭС в золосборники, направляется специальным пневмотранспортом в силосные склады либо непосредственно в транспортные средства потребителей;

− золошлаковую смесь гидроудаления, когда золошлаковые отходы в виде золопульпы удаляется в золоотвалы.

Химический и минерально-фазовый составы, строение и свойства золошлаковых материалов (ЗШМ) зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа их улавливания и удаления, места отбора из отвалов. При высоких температурах (1200–1600°С) сжигания топлива минеральные примеси претерпевают изменения; в них протекают сложные физико-химические процессы: выделяется химически связанная вода силикатов и алюмосиликатов; разлагаются карбонаты; идут реакции в твердой фазе; происходят плавление, кристаллизация, силикатообразование, стеклообразование и др. Поэтому золы и шлаки ТЭЦ имеют сложный химический и минералогический составы.

Омские ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 работают на Экибастузских углях. Золошлаковые отходы этих ТЭЦ относятся к кислым неактивным и не могут быть использованы в чистом виде в качестве самостоятельного вяжущего.

Химический состав отходов Омских ТЭЦ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав золошлаковых отходов ТЭЦ-4 иТЭЦ-5г. Омска

Золошлаковые отходы

Содержание оксидов,% по массе

SiO2

Fe2O3

Al2O3

CaO

MgO

SO3

Na2O

K2O

ПЛП

ТЭЦ-4

51,3

11,54

27,7

1,6

0,8

0,79

0,02

---

5,98

ТЭЦ-5

54,5

9,6

22,4

2,45

2,77

0,26

4,25

2,52

15,73

В настоящее времяГОСТ 25818–91иГОСТ 25592–91определили требования к химическому составу ЗШМ, применяемым для производства различных видов бетонов и строительных растворов. Нормируется содержание оксидов — CaO,MgO,SO3,Na2OиК2О:

оксида кальцияСаО — 10 %, чтобы обеспечить равномерность изменения объема при твердении, свободногоСаО — 5 %;

оксида магнияMgO — неболее 5 %;

верхний предел сернистых и сернокислых соединений в пересчете наSO3по требованиям сульфатостойкости — 3–6 % (в зависимости от вида исходного топлива);

суммарное содержание щелочных оксидовNa2Oи К2О — 1,5–3 % (в зависимости от вида сжигаемого топлива) во избежание деформаций при их реакции с заполнителями.

В зависимости от вида топлива и условий его сжигания в ЗШМ могут содержаться несгоревшие органические частицы топлива. Потеря массы при прокаливании (п. п. п.) должна быть не выше 3–25 % в зависимости от вида исходного топлива.

Важнейшимифизическими свойствамиЗШМ являются зерновой состав, насыпная и истинная плотности, водонасыщение и способность к морозному пучению.

Зерновой состав зол сухого улавливания представлены в таблице 2.

Таблица 2

Зерновой состав некоторых зол сухого улавливания

Вид топлива

Содержание, %,зерен размером, мм

5–2

2–1

1–05

0,5–0,25

0,25–0,1

0,1–005

<0,05

Экибастузский бассейн ТЭЦ-4

-

-

-

0,5

95

340

560

Зерновой состав зол золошлаковых отходов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Зерновой состав золошлаковых смесей золоудаления

Вид топлива

Расстояние от места слива, м

Содержание,%, зерен размером, мм

>20

20–10

10–5

5–2

2–1

1–0,5

0,5–0,25

0,25–0,1

0,1–0,05

<0,05

Экибастузский уголь ТЭЦ-4

-

3,2

13,8

17,4

16,0

5,2

7,2

9,8

13,0

11,0

3,4

Системы гидроудаления золы и шлака направляют в отвалы полидисперсные шлакозольные смеси. Вблизи места выпуска пульпы образуется шлаковая зона отвала, в которой преобладают частицы крупнее 0,25 мм, в отдалении — мельче 0,25 мм. От зернового, химического и фазового составов золы зависит ее насыпная плотность, которая может составлять от 0,6 до 1,3 г/см3. Плотность золы колеблется от 1,75 до 3,5 г/см3, составляя в среднем 2,1–2,4 г/см3. Физические характеристики Экибастузских зол приведены втаблице 4.

Таблица 4

Физические свойства зол

Уголь

ТЭЦ,

Плотность, г/см3

Насыпная плотность, г/см3

Удельная поверхность, см2

Водопотребность,%

Экибастузский

Омская ТЭЦ-4, ТЭЦ-5

2,21

0,92

2500

54

Заслуживает внимание применение золошлаковых отходов в золоминеральных смесях, которые применяются при строительстве оснований дорожных одежд взамен привозного щебня.

В 1993 г. на кафедре строительство и эксплуатация дорог СибАДИ, совместно с работниками Треста «Спецстрой» разработаны Технические условия ТУ 5716–001–52–1П-0117–08, в которых приведены требования к золоминеральным смесям [2].

Золоминеральные смеси представляют собой материал в состав которых входят щебень, песок, золошлаковые отходы ТЭЦ, известь и вода. Правильный подбор состава золоминеральной смеси позволяет получать материалы по своим свойствам превосходящие используемые для дорожного строительства щебень и песок.

В Омске силами ЗАО УМ-7 (генеральный директор Таршилов Л. М) построены основания из золоминеральной смеси на городских дорогах, на разворотной площадке троллейбусов, на левом берегу г. Омска, уширение дороги Омск — Тюмень и др.

В зависимости от интенсивности движения и категории дороги устраивали однослойные и двухслойные основания из золоминеральной смеси, толщиной от 18 до 34 см с последующим устройством трехслойного покрытия.

Технология строительства золоминеральных оснований следующая: Золоминеральная смесь приготавливается на базе (АБЗ или ЦБЗ) в грунтосмесительной установках (типа ДС-50А, ДС-109) производительностью 120м3/час, готовая смесь вывозится на дорогу автосамосвалами, укладывается универсальным укладчиком на всю ширину дороги и уплотняется самоходными пневмокатками за 12–16 проходов по одному следу, коэффициент уплотнения должен составлять не менее 0,98. Уход за готовым основанием из золоминеральной смеси разливаем битумной эмульсией в количестве 0,4 л/м2 автогудронатором. По готовому слою из золоминеральной смеси рекомендуется укладывать асфальтобетонное покрытие. В случае если такое покрытие не укладывается, по основанию не допускается движение транспорта в течении 5–7 дней за этот период. Прочность золоминеральной смеси достигнет 70 % от марочной прочности.

Проектная конструкции дорог представлены на рис. 1

C:\Users\Андрей\Desktop\конструкция дорог рис 1.png

Рис. 1. Проектная конструкция дорожных одежд

Рекомендуемая конструкция дорожной одежды с ЗМС на рис. 2.

C:\Users\kuyvasheva_av\Desktop\рекомне 1.png

Рис. 2. Рекомендуемая конструкция дорожных одежд

Обследование построенных участков показало, что основания дорожных одежд с применением золоминеральных смесей более прочные и долговечные по сравнению с щебеночными основаниями.

Нами при реконструкции ул. Ленина и благоустройстве площадей у Драмтеатра в г. Омске предложено использовать золоминеральные смеси взамен щебня при строительстве тротуаров и при уширении проезжих частей дорог.

Проектная конструкция пешеходных дорожек и тротуаров представлена на рисунке 3.

C:\Users\kuyvasheva_av\Desktop\конструкция дорог рис 2.png

Рис. 3. Проектная конструкция пешеходных дорожек и тротуаров

Рекомендуемая конструкция пешеходных дорожек и тротуаров представлена на рисунке 4.

C:\Users\kuyvasheva_av\Desktop\конструкция дорог рис 3.png

Рис. 4. Рекомендуемая конструкция пешеходных дорожек и тротуаров

Замена щебня на рассматриваемых объектах г. Омска позволит получить экономично щебня до 630 м3за счет применения золошлаковых отходов ТЭЦ, а так же сократить транспортные расходы и использовать отходы промышленности, тем самым улучшая экологическую обстановку в городе Омске.

Опыт строительства и эксплуатации оснований из ЗМС показывает следующее:

  1. Необходимо тщательно подбирать состав смеси и следить за качеством составляющих, входящих в ее состав, с соблюдением всех требований ТУ.
  2. Приготавливать ЗМС лучше всего в смесительных установках с принудительным перемешиванием.
  3. Приготовленные в установке золоминеральные смеси можно заготавливать впрок и хранить в штабелях в течение срока до 7 суток, а затем вывозить на дорогу и укладывать в основание.
  4. Недопустимо пересыхание смеси в период укладки основания и укладки по нему вышележащих слоев покрытия.
  5. Нельзя оставлять основание из ЗМС без покрытия, т. к. это приводит к его истиранию, пылению и разрушению основания.
  6. Асфальтобетонное покрытие рекомендуется устраивать сразу же после устройства основания из ЗМС.
  7. Основание из ЗМС продолжает набирать прочность и после 90 суточного возраста в течение нескольких лет (6 лет и более).
  8. Для слоев из ЗМС переувлажненные основания насыпи не являются опасными, наоборот, материал более интенсивно набирает прочность.

Литература:

  1. Акционерное общество «Территориальная генерирующая компания № 11».
  2. В. Г. Степанец, Л. М. Таршилов, Л. А. Семенова «Смеси золоминеральные для дорожного строительства. Технические условия. ТУ 5716–001–52–1П-0117–93» Омский центр стандартизации и метрологии г. Омск.
Основные термины (генерируются автоматически): золоминеральной смеси, золошлаковых отходов, конструкция пешеходных дорожек, дорожных одежд, конструкция дорожных одежд, Проектная конструкция, Проектная конструкция пешеходных, вида исходного топлива, золоминеральные смеси, Омских ТЭЦ, Проектная конструкция дорожных, твердых отходов, золошлаковых отходов ТЭЦ, строительстве золошлаковых отходов, отходов Омских ТЭЦ, золошлаковых отходов ТЭЦ-4, основания дорожных одежд, золошлаковые отходы, строительства дорожного основания, смеси взамен щебня.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос