книги / 818

дить с течением времени как в условиях, так и в отношениях участвующих субъектов. Поэтому следует периодически осуществлять переоценку установленных ранее вариантов использования отходов.

Надо помнить, что при использовании отходов черной металлургии в дорожном строительстве необходимо реализовывать принципы технического регулирования в дорожном хозяйстве, руководствуясь Федеральным законом РФ «О техническом регулировании» [8].

Для своевременного и рационального принятия решений владельцами твердых отходов черной металлургии по вовлечению их отдельных накоплений в различные сферы промышленности разработан алгоритм эколого-экономической оценки и выбора вариантов использования отходов.

Представленный механизм эколого-экономической оценки (рис. 1) состоит из анализа имеющихся в регионах условий для использования находящихся там отходов, установления цели их использования, выбора направлений использования отходов, формирования вариантов использования отходов, оценки и выбора вариантов использования отходов, а также реализации выбранных вариантов.

Механизм эколого-экономической оценки и выбора вариантов использования твердых отходов черной металлургии предусматривает:

проведение анализа экономических, экологических и социальных условий для использования отдельных составляющих накопленных отходов;

формирование целей для возможного использования отдельных накопленных отходов;

формирование направлений возможного использования отдельных накоплений отходов в соответствии с выбранными целями;

процедуру последовательной оценки и выбор варианта использования отдельных накоплений отходов, состоящих:

– из формирования вариантов использования отходов;

– оценки вариантов использования отходов на основе экономикоматематической модели;

– выбора приоритетного варианта использования накопления отходов на основе мирового опыта;

реализацию выбранных вариантов использования накопленных отходов.

41

Рис. 1 Механизм эколого-экономической оценки и выбора вариантов использования твердых отходов черной металлургии

Исходя из вышеизложенного и анализа параметров, характеризующих различия, которые имеют место при вовлечении отходов в хозяйственную деятельность, выявлены и систематизированы пять возможных направлений их использования (таблица).

Возможные направления использования отходов черной металлургии

42

Окончание таблицы

В соответствии с систематизацией направление, обозначенное индексом «А», предполагает проведение экологоозащитных мероприятий или ликвидацию отходов для удовлетворения потребности в снижении воздействия отходов на объекты окружающей среды. Направление, обозначенное индексом «Б», предполагает извлечение минеральных ресурсов из накопленных или накапливаемых отходов с целью создания конкурентоспособных видов продукции. Направление, обозначенное индексом «В», предполагает возможность получения металлов из отходов черной металлургии (в основном цветные металлы). Направление, обозначенное индексом «Г», предполагает целевое размещение отходов для формирования природно-техногенных условий, необходимых для создания нетрадиционных видов деятельности. Направление, обозначенное индексом «Д», предполагает полную или частичную ликвидацию отходов для высвобождения занимаемых ими участков земной поверхности и рекультивацию данных участков. Площади можно использовать для развития других предприятий, находящихся в районе их расположения.

43

Возможность реализации создаваемых из отходов потребительных стоимостей на отдельных участках территории потребительских рынков может быть установлена на основе таких параметров рынка, как цена и спрос.

При этом формирование границ отдельных сегментов рынка может быть осуществлено в соответствии с уровнем рыночных цен на создаваемые из углепромышленных отходов продукцию или услуги. Таким образом, в качестве границ отдельных сегментов потребительского рынка могут быть приняты изолинии уровней рыночной цены на реализуемые там потребительные стоимости, установленные с некоторым шагом градации.

Принимая во внимание тот факт, что пользователь отходов при размещении на потребительском рынке создаваемой им продукции или услуги будет стремиться к получению наиболее возможной нормы доходности, можно сделать вывод о том, что при установлении последовательности насыщения отдельных сегментов рынка своей продукцией он будет руководствоваться этим принципом.

Таким образом, суммарная величина дохода пользователя отходов на потребительском рынке, состоящем из его r-х-сегментов, будет равна интегральной сумме доходов (Дот), которые могут быть получены на каждом из входящих в него сегментов рынка. Отсюда можно сделать заключение о том, что если величина интервалов между изолиниями, характеризующими границы сегментов рынка, будет стремиться к нулю, то суммарная величина дохода, который сможет получить пользователь отходов на территории некоторого участка рынка, состоящего из r- сегментов, может быть установлена на основе выражения

r

Дот = ∫ f (r )dr.

0

В соответствии с теоретическими представлениями область потенциальной величины доходов, которые могут быть получены при реализации продукции или создаваемых при использовании отходов на территории потребительского рынка R, ограничена двумя кривыми, характеризующими тенденции максимально и минимально возможного темпа роста суммарной величины дохода, получаемого при насыщении отдельных сегментов рынка (рис. 2).

44

Рис. 2. Формирование области доходов, которые могут быть получены при реализации продукции или услуг, создаваемых при использовании отходов на территории рынка R

При этом создание различных видов продукции или услуг может быть осуществлено только при условии экономической целесообразности их производства для пользователя отходов. То есть при условии, если получаемый при этом доход будет больше дохода, минимально необходимого для производства рассматриваемых видов потребитель-

ных стоимостей (Дотмин ).

Рассмотренные методические подходы представляют собой основные элементы методологии, используемой для разработки механизма эколого-экономической оценки и выбора вариантов вовлечения отходов черной металлургии в хозяйственную деятельность в современных условиях. В то же время приведенные методические подходы отражают влияние на формируемый механизм только части определяющих его факторов.

Список литературы

1.Пугин К.Г. Технические условия применения минерального порошка из отходов металлургии для асфальтобетонных смесей // Мо-

лодой ученый. – 2010. – № 8–1. – С. 113–116.

2.Пугин К.Г., Юшков В.С. Тяжелые металлы в отходах черной металлургии // Молодой ученый. – 2010. – № 5–1. – С. 135–139.

3.Пугин К.Г Снижение экологической нагрузки сталеплавильного производства за счет использования мелкодисперсных железосодержащих отходов в металлургии // Научные исследования и инновации. Научный журнал. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. –

Т. 4. № 3. – С. 64–71.

45

4.Пугин К.Г., Юшков Б.С. Ресурсосберегающие технологии и снижение экологической нагрузки при производстве бетонных изделий

сиспользованием доменных шлаков // Научные исследования и инновации. Научный журнал. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. –

Т. 4, № 3. – С. 72–79.

5.Пугин К.Г., Висков М.В. Применение нефтезагрязненных грунтов для устройства площадок складирования отходов черной металлургии // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2010. – № 6. – С. 49–54.

6.Пугин К.Г., Халитов А.Р. Отходы металлургии в асфальтобетонных смесях // Вестник ПГТУ. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – Пермь: Изд-во Перм. гос.

техн. ун-та, 2010. – № 1. – С. 46–51.

7.Попов С.М., Тушев А.Ю. Методологические основы формирования принципов для выбора направлений использования углепромышленных отходов // Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: сб. науч. тр. – Шахты: Изд-во Южно-Российского отд. АГН РФ, 2007. – № 10. – С. 57-64.

8.Кокодеева Н.Е., Кочетков А.В., Янковский Л.В. Методические подходы реализации принципов технического регулирования в дорожном хозяйстве // Вестник ПГТУ. Охрана окружающей среды. Транспорт. Безопасность жизнедеятельности. – Пермь: Изд-во Перм. гос.

техн. ун-та, 2011. – № 1. – С. 44–56.

Получено 28.02.2012

46

УДК 625.764

Л.В. Янковский

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Проанализированы условия работы цементобетонных покрытий автомобильных дорог и основные дефекты покрытий, возникающие в процессе эксплуатации, а также причины их вызывающие. Рассмотрена классификации дефектов по степени их влияния на эксплуатационную надежность дороги. Предложено решение проблемы обеспечения эксплуатационной надежности цементобетонных покрытий автомобильных дорог с позиций теории риска.

Ключевые слова: дефекты покрытия, дорога, цементобетон, теория риска, ущерб, эксплуатационная надежность.

По мнению руководства дорожной отрасли, при строительстве автодорожных магистралей нам предстоит повсеместное применение цементобетонных покрытий, если в ближайшие годы не улучшится качество отечественного битума. Это связано с увеличением нагрузки на существующие и проектируемые российские автодороги, ухудшением качества отечественного битума из-за все более глубокой переработки нефти и, как следствие, снижением потребительских качеств асфальтобетонов. Кроме этого, стоимость дорог с асфальтобетонным покрытием увеличивается и приближается к стоимости дорог с цементобетонным покрытием. Поэтому в пользу строительства цементобетонных дорог высказывается все больше научных работников и представителей строительной отрасли. В связи с этим интересно вспомнить о проблемах обеспечения эксплуатационной надежности таких автомобильных дорог, а также рассмотреть дефекты цементобетонных покрытий.

Автомобильные дороги (АД) являются комплексными природнотехническими объектами и представляют собой сложные системы, для характеристики функционирования которых важнее их состояние, чем прочностные свойства. АД предназначены для выполнения функции пропуска транспортных потоков. Выполнение этой функции обеспечивается наличием необходимой дорожной инфраструктуры. Окружаю-

47

щая среда выступает здесь как комплекс взаимоотношений и взаимодействий между элементами этой системы.

Система АД в процессе жизнедеятельности (эксплуатации) приобретает различные дефекты и несоответствия, которые в той или иной степени влияют на выполнение системой основной функции. При этом возможно исключение пропуска транспортного потока или ограничения пропускной способности АД в виде ограничения скорости, габаритов или грузоподъемности транспортных средств. В связи с этим необходимо уточнение некоторых терминов и классификация дефектов.

Получившие широкое распространение в период освоения промышленных территорий регионов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера автомобильные дороги с цементобетонными покрытиями эксплуатируются уже более 30 лет. Неблагоприятные воздействия суровых природно-климатических факторов, тяжелых транспортных нагрузок привели к существенному износу и образованию различных повреждений дорожных покрытий, что дает основания для анализа дефектов с целью выявления причин их появления и последующей классификации по влиянию на долговечность бетона в покрытия.

Склонность монолитного бетона к образованию дефектов связана с самой природой этого материала. Процесс структурообразования бетона связан с усадкой (уменьшением объема). Бетонная смесь содержит существенно больше воды, чем требуется для гидратации цемента, что ведет к образованию направленной пористости бетона из-за выхода несвязанной воды и ухудшению структуры материала, проявляющемуся в виде таких дефектов бетона, как поры и каверны вследствие выхода воды и трещин при усадке.

При бетонировании покрытия значительной толщины образуются дефекты, обусловленные тем, что отдельные участки оказываются неуплотненными, что приводит к неоднородности бетона и покрытия в целом.

Предельно низкое содержание воды в дорожных бетонах способствует уменьшению неоднородностей состава по толщине в пределах слоя. Нижние слои более плотные за счет пониженного содержания воды и повышенного содержания заполнителей, поэтому возникает эффект вертикальных и горизонтальных трещин с отслоением от более плотных нижних слоев или появляется фильтрующая трещина.

48

Цементобетонные покрытия работают в условиях сложного напряженного состояния под действием повторяющихся динамических нагрузок от автомобилей и переменных температурно-влажностных воздействий. При нагревании или охлаждении плиты покрытия автомобильных дорог изменяют свои линейные размеры, но из-за сопротивления свободному перемещению по основанию в них возникают температурные напряжения.

При изменении температуры по толщине цементобетонного покрытия плиты коробятся выпуклостью вниз (ночью) или вверх (днем) в зависимости от направления теплового потока. При несостоявшихся деформациях коробления в плитах также возникают температурные напряжения, величина которых зависит от их собственной массы и геометрических размеров.

Условия работы цементобетонного покрытия в разных его зонах (в центре, на краю, торце, углу плиты, полосе наката и т.д.) являются существенно неоднородными. Это создает возможность для накопления остаточных деформаций оснований под периферийной частью плит покрытия по всему периметру и для частичного нарушения контакта их нижней поверхности с основанием, особенно в зонах края и поперечных швов. В результате образуются зависающие участки плиты, в которых резко возрастают отрицательные изгибающие моменты при расположении нагрузки над швом.

Температурно-влажностные напряжения совместно с напряжениями от транспортных средств приводят к возникновению и развитию трещин. В цементобетонном покрытии они образуются в разное время, в различных местах плит, имеют разное очертание и направление. Трещины могут быть волосными, поверхностными и сквозными. Поверхностные трещины постепенно увеличиваются в длину и глубину и могут разветвляться в разных направлениях.

По мнению американских исследователей-дорожников, неоднородность цементобетона является одной из основных причин появления различных дефектов.

Например, по данным Техасского университета, в углу плиты прочность бетона составляла 1,34 МПа, а в центре – 1,70 МПа, что доказывает наличие значительного разброса значений свойств бетона в составе покрытий. Приведенные в таблице коэффициенты вариации показателей основных физико-механических свойств цементобетонных покрытий дорог доказывают факты неоднородности бетона.

49

Коэффициенты вариации показателей основных физико-механических свойств цементобетонных покрытий дорог (по данным США)

Из числа дефектов необходимо выделить несоответствия, а именно такие недостатки и дефекты, которые являются или появились в результате невыполнения требований проектной или нормативной документации. Если имеет место несоответствие проектной документации, то это свидетельствует о некачественной приемке объекта в эксплуатацию. Если имеет место несоответствие требованиям НД, то это свидетельствует о некачественном проектировании и приемке.

Из дефектов цементобетонного покрытия мы предлагаем выделить группу А, включающую следующие дефекты:

1. Проломы – полное разрушение дорожной одежды с резким искажением поперечного профиля (основная причина – низкая прочность дорожной одежды в сравнении с требуемой по условиям движения).

50