Введение к работе
В процессе строительства, реконструкции и ремонта автодорог используются большие объемы природного минерального сырья в виде песка, щебня, гравия, минерального порошка. Их запасы истощаются со временем, поэтому актуальной является проблема вовлечения в дорожное строительство отходов промышленности, образующихся на предприятиях черной металлургии, при производстве серной кислоты, на горно-обогатительных фабриках. В настоящее время в дорожной отрасли используются миллионы тонн шлаков черной металлургии для устройства оснований и конструкций дорожных одежд. Значительный интерес представляют железосодержащие шлаки элекросталеплавилыюго производства, пиритные огарки и обезвоженные шламы. Применение этих материалов в технологических процессах дорожной отрасли позволит сократить площади, занимаемые полигонами и свалками, на которых они хранятся и оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В Европейской части России возможности к накоплению этих отходов на предприятиях практически исчерпаны. С учетом реальной угрозы здоровью человека и состоянию окружающей среды, а также в целях пополнения ресурсов дорожно-строительных материалов в Воронежской ГАСА проведены лабораторные и экспериментальные исследования по применению железосодержащих отходов. Содержание железа в отходах составляет: в шлаках НЛМЗ - 25%, в элекросталеплавильных шлаках - 40% и в пиритных огарках до 75%. Следует отметить, что к 2000 году на предприятиях Смоленской области, Старооскольском комбинате и на Ново-липецком металлургическом комбинате накопились миллионы тонн подобных отходов. Присутствие в отходах железа отрицательно сказывается на коррозионных свойствах асфальтобетонов, что сдерживает их широкое применение в дорожном строительстве. В свете этого актуальной является разработка технологии применения железосодержащих отходов промышленности в конструктивных слоях дорожных одежд, что позволяет расширить ресурсную базу дорожной отрасли, сократить занимаемые территории для хранения отходов и снизить негативное влияние на окружающую среду.
Целью работы является исследование возможности применения железосодержащих отходов промышленности в конструктивных слоях дорожной одежды.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
- разработать теоретическое обоснование особенностей формирования асфальтобетонов с минеральным порошком и наполнителем из железосодержащих отходов;
осуществить подбор поверхностно-активных веществ и ингибиторов для стабилизации свойств асфальтобетона с железосодержащими отходами промышленности;
установить оптимальный состав и температуру приготовления асфальтобетонных смесей с применением железосодержащих отходов для устройства покрытия автомобильных дорог;
исследовать процессы старения асфальтобетона с применением железосодержащих отходов;
провести исследования влияния коррозионных процессов на работоспособность покрытий из асфальтобетонных смесей с железосодержащими отходами;
разработать технологию приготовления и определить область применения асфальтобетонных смесей с применением железосодержащих отходов и ингибитора;
- обосновать экономическую эффективность применения железосо
держащих отходов в дорожном строительстве.
Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении возможности использования железосодержащих отходов в качестве минеральных компонентов при приготовлении асфальтобетонных смесей, включая;
разработку структурно-технологической и математической модели, позволяющей прогнозировать расчетные нагрузки на асфальтобетон в упругой области и предельные деформации дорожного покрытия, предшествующие началу трещинообразования и разрушения;
исследование влияния железосодержащих отходов на свойства асфальтобетонных смесей;
исследование влияния атмосферных и эксплуатационных факторов на свойства железосодержащих асфальтобетонных смесей;
повышение коррозийной устойчивости асфальтобетона с применением железосодержащих отходов за счет введения ингибиторов.
Достоверность исследований, научных положений и выводов.подтверждена лабораторными и опытно-производственными испытаниями, которые выполнены с применением современных измерительных приборов, оборудования, в том числе электронного микроскопа с системой энергодисперсного рентгеновского анализа, на основе современных физико-химических методов исследования, включая метод инфракрасной спектроскопии, математического аппарата планирования и при этом полученные результаты не противоречат выводам известных положений.
Практическая значимость диссертационной работы заключается:
в разработке технологии применения электросталеплавильных шлаков, обезвоженных шламов, пиритных огарков в качестве минеральной составляющей для приготовления асфальтобетонных смесей;
в расширении номенклатуры дорожно-строительных материалов за счет использования побочных продуктов черной металлургии и химической промышленности в покрытиях автомобильных дорог;
в экономической эффективности железосодержащих отходов для приготовления асфальтобетонных смесей, которая составляет 2324 руб. на 1 км дороги (в ценах 1999 г.)
- в решении вопросов уменьшения территорий, занимаемых под
полигоны и свалки для хранения отходов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные ее разделы были доложены и получили одобрение на научно-технических конференциях в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии (1995-1999 г.г.); на молодежном Российском научном симпозиуме (Воронеж, 1997 г.), на Российской научно-практической конференции (С.-Петербург, 1997 г.), на международной конференции (Сочи, 1999 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, получено авторское свидетельство.
На защиту выносятся:
структурно-технологическая и математическая модели прогнозирования расчетной нагрузки на асфальтобетон и предельной деформации дорожного покрытия;
результаты теоретических и экспериментальных исследований технологии применения железосодержащих отходов промышленности в дорожном строительстве;
аналитические зависимости и технологические параметры, необходимые для подбора состава асфальтобетонных смесей с использованием железосодержащих отходов;
технология приготовления асфальтобетонных смесей с применением железосодержащих отходов.
Структура н объем работы: Диссертация включает 4 главы, объемом 150 с, 27 рис., 26 таблиц, список 99 использованных источников, 6 приложений.
