Каменные материалы из отходов в дорожном строительстве


В целях расширения сырьевой базы природных каменных материалов и улучшения окружающей среды Союздорнии в содружестве с другими организациями проведены исследования, широкая производственная проверка и на основе этого разработаны рекомендации и нормативные документы по применению в дорожном строительстве каменных материалов из различных отходов промышленности и бытовых отходов. Результаты основных проведённых работ приведены ниже.

1. ОХОДЫ ГОКов
Отходы горнообогатительных, горноперерабатывающих и горнодобывающих предприятий представлены осадочными или изверженными горнми породами в виде щебня, гравия и песка. Плотность щебня и песка аналогичны плотности таких материалов из природных горных пород. После дробления и сортировки отходов может быть получен любой стандартный зерновой состав щебня, песка или их смесей. Прочность щебня колеблется в пределах от М - 200 до М 1200. Марка морозостойкости, оцениваемая количеством выдержанных циклов попеременного замораживания-оттаивания, составляет F 25 - F 100. Щебень и песок из этих отходов находят применение во всех видах дорожного строительства.
Годовой объём выходов отходов ГОК превышал 100 млн. т. Они имеются на территориях Северо-Западного, Центрального, Уральского, Сибирского и Дальневосточного округов.

2. ОКИСЛЕННЫЕ КВАРЦИТЫ
Щебень из окисленных железистых кварцитов горнообогатительных комбинатов Курской области (Курской магнитной аномалии) характеризуется повышенной, по сравнению с традиционными материалами, плотностью. После дробления и сортировки может быть получен щебень, песок и смеси любых стандартных фракций. Щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 1000-1400, по истираемости в полочном барабане - И 1, марку по морозостойкости F 50 - F 150 ( потери массы до 1 %), содержит пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен от 19 до 32 %, пылевидных и глинистых частиц - до 2 %. Щебень имеет устойчивую структуру против всех видов распадов (потери массы после испытаний - до 1 % марка УС 1). Полученные характеристики соответствуют требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 3344-83.
Для использования щебня в основаниях из готовых смесей по ГОСТ 25607-94 рекомендуется готовить и применять смесь 0-70 мм с содержанием фракций 10-70 мм - 50 % и фракций 0-10 мм - 50 %, соответствующей смеси С 5 ГОСТ 25607 - 94, а также смесь С 6 ГОСТ 25607 - 94, содержащей 75 % фракции 10 —40 мм и 25 % фракции 0-10 мм.
Для использования щебня в щебёночных основаниях, устраиваемых методом заклинки, в качестве основного материала рекомендуется использовать согласно СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» щебень фракции 40-70 мм, в качестве расклинивающего материала -щебень фракции 10-20 и 5-10 мм, которые можно получить рассевом фракций 10-40 или 40-70 мм. Допускается в качестве расклинивающей фракции вместо фракций 10-20 и 5-10 мм использовать отсевы дробления фракций 0-10 мм, зерновой состав которой соответствует требованиям ГОСТ 25607-94 (С 12), или смесь фракций 5-20 мм.

3. ШЛАКИ ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Шлаки чёрной и цветной металлургии и фосфорные представлены в виде щебня, песка и смесей из них. Дроблением и сортировкой можно получить щебень и песок, а также щебёночно-песчаные смеси любых стандартных фракций. Прочность щебня колеблется от М 200 до М 1200. Марка морозостойкости находится, как правило, в пределах F 25 - F 150. Некоторые виды шлаков обладают свойствами самоцементации. Применяются шлаки в основном для строительства оснований, а также для приготовления шлакового вяжущего марок 50-200.
Годовой объём выхода шлаков чёрной и цветной металлургии превышал 75 млн.т. Они имеются на территориях Северо-Западного, Центрального, Поволжского, Уральского и Сибирского административных округов.

4. ШЛАМЫ
Шламы (отход производства алюминия) по зерновому составу представляет собой песок.
Содержание в шламах большого количества белита позволяет применять их в качестве материала основания, который со временем омоноличивается; к 360 сут. его прочность при сжатии достигает 6 МПа.
Разработаны технологии получения из шламов минеральных вяжущих марок 100-200.
Шламы имеются в Северо-Западном, Уральском и Сибирском административных округах. Годовой объём выхода - составлял около 8 млн.т.

5. ЗОЛЫ И ЗОЛОШЛАКИ ТЭЦ
Золы и золошлаковые отходы ТЭЦ подразделяются на две основные группы: сухого удаления и гидроудаления.
Золы сухого удаления по зерновому составу могут быть отнесены к мелкому песку. Они обладают вяжущими свойствами и могут быть применены для строительства укреплённых оснований дорожных одежд в качестве вяжущих в замен цемента. Ориентировочный расход 10-20 %. Прочность обработанного материала в возрасте 90 сут. составляет 1-6 МПа.
Золы гидроудаления по зерновому составу представляют собой пески. Золошлаковые отходы гидроудаления содержат также и гравелистую фракцию. Зерновой состав золошлаков, как правило, 0-20 мм, реже 0-40 мм. Марки прочности шлака колеблются в пределах 200-600, марка морозостойкости составляет F 15 - F 50.
Золы гидроудаления применяются, как правило, для строительства земляного полотна. Золошлаки гидроудаления могут быть использованы для устройства оснований дорожных одежд.
Золошлаки и золы имеются во всех регионах страны. Годовой выход сухой золы - 10 млн.т, золошлаков - 60 млн.т.

6. ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ ОТХОДЫ
Из гипсосодержащих отходов - фосфогипса, борогипса, фторангидрида наиболее распространён фосфогипс, подразделяющийся на две группы: полугидрат и дигидрат. По зерновому составу это порошкообразный материал с максимальным размером зерна 1 мм.
Фосфогипс-полугидрат обладает в течение примерно 3 сут. после выпуска вяжущими свойствами и применяется для строительства монолитных оснований. Прочность такого материала при сжатии в возрасте 28 сут. составляет 2-6 МПа.
Фосфогипс-дигидрат вяжущими свойствами не обладает и может применяться в отдельных случаях как добавка к цементу при строительстве укреплённых оснований.
Фосфогипс-дигидрат, обработанный по специальной технологии, может быть использован для производства гипсовых вяжущих (до М 400).

7. ЩЕБЕНЬ ИЗ КРАСНОГО КИРПИЧА
Из бывшего в употреблении красного кирпича дроблением и сортировкой может быть получен щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси любых стандартных фракций. Испытания щебня из красного кирпича, бывшего в употреблении, показывают, что щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 200, по истираемости в полочном барабане - И 4. Марку по морозостойкости F 25, содержит до 20 % пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен, пылевидных и глинистых частиц - до 3 %, имеет марку по водостойкости В 2. Щебень по приведённым выше характеристикам соответствуют требования ГОСТ 8267 - 93.
Щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси могут быть использованы для строительства щебёночных оснований автомобильных дорог в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02 -85 «Автомобильные дороги», а также для оснований площадок для стоянки автомобилей, площадок внутридворовых территорий, садово-парковых дорожек, для укрепления обочин.

8. ЩЕБЕНЬ ИЗ ЦЕМЕНТОБЕТОНА
Щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси любых стандартных фракций из цементобетона, бывшего в употреблении, показывают, что щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 400, по истираемости в полочном барабане И-3, марку по морозостойкости F -25, содержит до 15 % пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен, пылевидных и глинистых частиц -до 3 %, имеет марку по водостойкости В2. Щебень по указанным выше показателям и зерновому составу соответствуют требованиям ГОСТ 8267-93. Щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси из цементобетона, бывшего в употреблении, могут быть использованы для строительства щебёночных оснований автомобильных дорог в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги».

9. ЩЕБЕНЬ И ПЕСОК ИЗ СТАРОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА
В последние годы значительно увеличился объём сфрезерованного старого асфальтобетонного покрытия. Возникла проблема его утилизации. Результаты испытаний показали, что зерновой состав сфрезерованного старого асфальтобетонного покрытия представлен смесью 0-20 или 0-40 мм. после экстрагирования установлено, что минеральная смесь включает минеральный порошок, песок (отсевы дробления) и щебень. Щебень, как правило, изверженных горных пород имеет марку прочности 800, 1200, марку морозостойкости F 50 - F 100.
С целью оптимизации зернового состава асфальтобетонного гранулята были испытаны составные смеси, оптимальные для щебёночных оснований по ГОСТ 25607-94, из известняка марки прочности 600 и морозостойкости F 25 и асфальтобетонного гранулята.
Критерием оценки пригодности смеси для устройства щебёночных оснований служит несущая способность, определяемая модулем упругости, который должен соответствовать требованиям ВСН 46-83 для щебёночных оснований, устраиваемых методом смещения исходных материалов в определённых пропорциях.
Результаты определения характеристик различных смесей (оптимальная влажность, максимальная плотность, модуль упругости) показали, что замена 20-30 % природного щебня асфальтовым гранулятом является эффективной и целесообразной — несущая способность щебёночных оснований из таких смесей и плотность несколько увеличивается.
На основе полученных результатов разработаны рекомендации пЪ устройству щебёночных оснований с использованием 20-30 % старого снятого асфальтобетона (асфальтового гранулята).

10. СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЩЕБЕНЬ ИЗ СТЕКЛОБОЯ
На обширной территории страны в ряде районов отсутствуют прочные горные породы, из которых можно получить щебень, с устойчивой во времени шероховатостью, для устройства верхних слоев дорожных одежд. В последнее время для этих целей разработаны искусственные каменные материалы.
Союздорнии совместно с ГИСом разработан стеклокристаллический щебень, получаемый путём спекания при температуре 600-900°С (нагрев 1 ч, выдержка 0,5 ч, охлаждение 1 ч) измельчённого до удельной поверхности 2500 - 3000 см2/г стеклобоя и кварцевого песка. Ориентировочное соотношение материалов 50:50. Они характеризуются высокой прочностью (М 1000 - М 1200) и морозостойкостью (до F 300).
Стеклокристаллический щебень можно использовать для приготовления асфальте- и цементобетона, а также для поверхностных обработок.

11. ПЕСОК ИЗ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Испытанные пробы бытовых отходов, полученных на мусоросжигающих заводах, по зерновому составу представляют собой фракцию 20-0 мм. Песчаную часть (5-0) мм согласно ГОСТ 8236-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» можно отнести к отсевам дробления. По модулю крупности Мкр = 3,2 и полному остатку на сите 0,63 мм, равному 70 % бытовые отходы относятся к группе песков (отсевов) повышенной крупности. По содержанию зёрен выше 5 мм и менее 0,16 мм бытовые отходы относятся ко II классу. Содержание пылевидных и глинистых частиц составляет 3,8 %.
Щебёночная часть бытовых отходов 20-5 мм имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 300 -М 400 по ГОСТ 8267-93 при оценке их условно как осадочных горных пород. Потери массы после испытания на дробимость в цилиндре составляет 24-30 %. Следует однако отметить, что необходимо разработать специальные технические условия.
Насыпная плотность бытовых отходов равна 1260-1300 кг/м2.

Испытанные материалы могут быть использованы для устройства дополнительных слоев оснований дорожных одежд и как компонент смеси при устройстве щебёночных оснований и оснований из щебёночно-песчаных смесей, обработанных цементом.


В.С. Исаев
ФГУП "Союздорнии"