Ресурсосбережение в технологии строительных материалов. Учебное пособие

Окончание табл. 27

Кремнеземистый компонент – отсевы дробления горелых пород.

Таблица 28

Физико-механические свойства газобетона на отсевах дробления горелых пород

Кремнеземистый компонент – отсевы дробления горелых пород.

121

Кремнеземистый компонент – шлам химводоочистки.

Таблица 30

Физико-механические свойства газобетона, содержащего шлам химводоочистки

122

Окончание табл. 30

Кремнеземистый компонент – шлам химводоочистки.

Выполненными научными исследованиями и опытно-промыш- ленными испытаниями доказана возможность получения ячеистых бетонов на кремнеземистых заполнителях из местного сырья: отсевов дробления горелых шахтных пород, золошлаковых отходов, мелкого речного песка, керамзитовой пыли, шламов ТЭЦ. Поскольку шлам ТЭЦ представлен в основном карбонатными породами, то его применение в технологии ячеистых бетонов возможно только в качестве добавки. Содержание шлама в составе ячеистобетонной смеси может составлять от 20 до 30 % по массе.

При испытании различных кремнеземистых компонентов в составе ячеистого бетона было установлено, что наилучшими показателями свойств обладают ячеистые бетоны на заполнителях из горелых пород и золошлаковых отходов. Установлено, что при испытании ячеистых бетонов, содержащих золу или горелую породу, на морозостойкость наблюдается повышение прочности при увеличении числа циклов испытаний даже в случае высокого содержания частиц несгоревшего топлива. Это объясняется не только тем, что вода, заполняющая микропоры материала не

123

переходит в лед, но и продолжающимся в течение длительного времени после пропаривания бетона процессом взаимодействия продуктов гидратации вяжущего с активными компонентами золы и горелой породы. Кроме того, в ячеистобетонной смеси в присутствии частиц несгоревшего топлива происходит ускорение и углубление реакции между алюминиевой пудрой и гидроксидом кальция, интенсифицируются другие физико-химические процессы: сокращается время вспучивания, увеличивается конечное приращение объема смеси, ускоряется нарастание пластической прочности. Все эти факторы положительно сказываются на технологии ячеистых бетонов.

4.8. Асфальтобетон

Получить на основе техногенного сырья асфальтобетонные композиты с высокими показателями физико-механических свойств возможно лишь при создании оптимальной структуры и обеспече- нии прочного сцепления между органическим вяжущим и минеральными компонентами. Характер связей в органно-минеральном композите определяется физическими, физико-химическими и механическими взаимодействиями на границе раздела фаз.

Увеличить адгезионную способность органно-минеральной композиции можно либо повышением качества органического связующего, либо применением нерудных заполнителей и минерального порошка, способных проявлять пуццоланическую активность. В качестве таких материалов были использованы заполнители и микронаполнители из горелых пород, получаемые при многостадийном дроблении пород шахтных отвалов, а также золошлаковые отходы тепловых электростанций. Химический состав этих материалов представлен в основном оксидами кремния, алюминия, кальция, железа. Эти заполнители могут иметь меньшую марку по прочности, чем заполнители из изверженных пород, но обладают рядом преимуществ по другим показателям: не содержат илистых и глинистых частиц, глины в комках, имеют улучшенный гранулометрический состав, устойчивы против всех видов распада. Кроме того, из-за микропористости частиц они

124

легче по насыпному весу. Открытых пор в частицах заполнителя нет, и поэтому их воодопоглощение невысокое.

Наличие пористости у горелых пород и золошлаковых отходов, с одной стороны, повышает их сорбционную способность по отношения к битуму, с другой стороны, улучшает их теплоизоляционные свойства. Несущие слои основания с такими заполнителями будут сами обладать теплоизоляционными свойствами и смогут предотвращать промерзание пучинистых грунтов, подстилающих дорожную одежду.

Еще одна особенность таких заполнителей – наличие скрытой гидравлической активности. Благодаря присутствию активных компонентов, обладающих свободной энергией и способных проявлять вяжущие свойства, заполнители из горелых пород и золошлаковых отходов могут самостоятельно, без введения вяжущего, образовывать монолит.

Выполненные исследования по использованию нерудных материалов из горелых пород и золошлаковых отходов в составе асфальтобетона показывают хорошее сцепление его с битумом, что противоречит представлениям о взаимодействии битумов с кислыми породами. Адсорбционная активность минерального материала зависит не только от количества диоксида кремния. Немаловажную роль играет природа поверхности минеральных частиц, наличие активных поверхностных центров, отличающихся повышенным энергетическим потенциалом [66]. Появление таких центров на поверхности горелых шахтных пород и золошлаковых отходов обусловлено спецификой их происхождения и связано с наличием ряда структурных дефектов, возникающих при физикохимических процессах, происходящих при высокотемпературном обжиге углесодержащих шахтных пород и углей. Наличие этих активных центров на поверхности частиц положительно сказывается на взаимодействии минеральных компонентов с битумом, а следовательно, и на основных физико-механических свойствах органно-минерального комплекса (асфальтобетона): повышается прочность, морозостойкость, тепло- и водоустойчивость, в том числе и длительная.

Выносливость асфальтобетона в значительной степени зависит от адгезии вяжущего к поверхности минеральных заполнителей. Сцепление вяжущего с поверхностью минеральных горелопород-

125

ных и золошлаковых частиц хорошая, и прочность в зоне контакта является серьезным препятствием на пути формирования микротрещин. Структура органно-минерального асфальтобетона на материалах из горелых пород шахтных отвалов и золошлаковых отходов характеризуется смешанным типом связи, т. е. является коагуляционно-конденсационной. Силы сцепления таких связей отличаются более высокой прочностью, чем коагуляционные, а композиционная система с такими связями имеет улучшенные физико-механические и деформационные свойства.

Для асфальтобетона на материалах из горелых пород и золошлаковых отходов характерны высокие значения по прочности, морозостойкости, водостойкости и низкие значения по водонасыщению. Это можно объяснить, прежде всего, хорошим сцеплением активных зерен заполнителя с органическим вяжущим. Пленка битума становится более плотной и в меньшей мере подвергается старению от внешних воздействий, чем пленка битума на поверхности традиционного заполнителя. Во-вторых, это связано с отсутствием глинистых и засоряющих примесей, оптимальным зерновым составом. В-третьих, наличие активных компонентов в составе горелых пород и золошлаковых отходов, а также их способность проявлять пуццоланическую активность оказывают влияние на дополнительное упрочнение структуры материала, проявляющееся

ñтечением времени, после достижения проектной прочности.

Âшахтных терриконах и злошлаковых отвалах накоплены миллионы тонн потенциального техногенного сырья, по качеству не уступающего аналогичному традиционному сырью. Хранение техногенного сырья в отвалах приводит к загрязнению воздушной среды, почвы и грунтовых вод, отходами заняты сотни гектаров пахотных земель. Именно поэтому утилизация и комплексное использование такого сырья имеет важное значение и экологически целесообразно.

С использованием горелых шахтных пород и золошлаковых отходов в дорожном строительстве представляется возможность повысить качество асфальтобетона, удлинить срок его службы за счет улучшения его физико-механических свойств, уменьшить расход природных ресурсов и снизить затраты на устройства слоев дорожных одежд, и решить некоторые вопросы защиты окружающей среды от загрязнения.

126

Технологическая схема приготовления асфальтобетонной смеси с использованием материалов из техногенного сырья приведена на рис. 11.

ИСХОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Приготовление

асфальтобетонной

смеси

Складирование готовой асфальто-бетонной смеси в бункер-накопитель

Ðèñ. 11. Технологическая схема получения асфальтобетонной смеси

127

Для выбора оптимальных составов асфальтобетона была изготовлена серия образцов различных составов и проведены испытания физико-механических свойств асфальтобетона. Составы бетона и результаты их испытаний приведены в табл. 31.

Таблица 31

Физико-механические свойства горячих асфальтобетонных смесей

128

Окончание табл. 31

129

На асфальтобетонном заводе Гуковского ШСУ ¹ 1 были изготовлены опытные партии асфальтобетонной смеси. Экспериментальные асфальтобетонные смеси были уложены в покрытия на промплощадке шахты «Алмазная». Из опытных участков покрытий были отобраны пробы асфальтобетона для проведения испытаний его свойств в лабораторных условиях. Испытание физико-механи- ческих свойств асфальтобетона проводили на образцах-цилиндрах 50 х 50 мм в соответствии с требованиями и методикой, изложенными в ÃÎÑÒ 12801.

Для приготовления образцов доставленный в лабораторию асфальтобетон был разогрет до температуры 180 °C и затем на прессе отформованы образцы-цилиндры. Результаты испытаний приведены в табл. 32. Как следует из результатов испытаний, полученный мелкозернистый асфальтобетон по всем показателям отвечает требованиям, предъявляемым к асфальтобетонным смесям по ÃÎÑÒ 9128. Для экспериментального асфальтобетона характерны высокие значения по прочности, водостойкости и низкое водонасыщение.

130