Використання місцевих матеріалів та відходів виробництва при влаштуванні дорожнього руху

1. Кам'яні матеріали

Місцеві дорожньо-будівельні матеріали, що включають специфічні типи ґрунтів, кам'яні та в’яжучі матеріали, надзвичайно різноманітні. Ресурси місцевих дорожньо-будівельних матеріалів, в тому числі отримуваних за рахунок відходів промисловості, практично необмежені. Витрати на їх транспортування, як правило, практично мінімальні. В районах з розвиненою промисловістю особливе значення набувають ті відходи, які можуть бути використані для дорожнього будівництва. При правильному виборі конструкції, якісному виконанні робіт і дотриманні правил експлуатації завжди можна забезпечити достатньо високу якість і довговічність дорожнього одягу, побудованого із місцевих матеріалів.

Особливий інтерес представляють кам'яні матеріали, які не потребують попередньої обробки, наприклад, дрібнення. До кожного будівельного матеріалу ДБН и СНиП пред'являють певні вимоги. Характерною ознакою є те, що для влаштування дорожнього одягу можна використовувати кам'яні матеріали з пониженою механічною міцністю. В першу чергу це гравій, галька, дресва та інші.

Гравій і галька характеризуються округлістю зерен, а дресва – вугластістю і шерсткістю при більш низькій міцності ніж гравій і галька.

Механічна міцність гравію може бути достатньо високою. Можлива попередня спрощена оцінка міцності по трьохбальній шкалі: міцні – з трудом розбивається молотком; середньої міцності – рукою не руйнуються, але легко розбиваються молотком; слабкі – легко руйнуються рукою. Механічна міцність гравію вища, якщо він утворився із виверженої материнської породи.

Морозостійкість, як і міцність гравію, коливається від високих величин порядку Мрз 200 до зовсім незначних. Всі ті особливості, що визначають механічну міцність гравію, в певній мірі визначають і його морозостійкість. Неморозостійкими, як правило, бувають менші за розмірами частки. Морозостійкість визначається в лабораторних умовах з урахуванням вимог діючого стандарту

Для дорожнього будівництва достатньо важливою є ступінь округлості гравію: кращим вважається менш округлий матеріал, головним чином льодовикового відкладення. За ступенем округлості уламковий матеріал підрозділяється на три основні групи: округлий, напівкруглий (округлені головним чином кути й окремі ділянки поверхні), вугластий (що немає при знаків округлості).

Більш сильно округлим є гравій річкових, морських і озерних покладів. Для невеликих озер рівнинної місцевості характерною є перевага мілкого гравію.

В багатьох випадках, особливо в покладах льодовикового походження, гравійний матеріал залягає в суміші з піском, утворюючи пісчано-гравійні суміші. Склад суміші може змінюватися від оптимального до такого, в якому переважає один із названих компонентів. Найбільший інтерес представляють оптимальні суміші, тому що для них не потрібні ні сортування, ні збагачення.

В якості місцевого кам'яного матеріалу може бути використаний природний щебінь, зерна якого відрізняються вугластістю форми. Основні фізико-механічні характеристики залежать від материнської породи, умов утворення і ступеню руйнування.

Механічна міцність природного щебеню змінюється в достатньо широких межах як у вивержених, так і в уламкових породах. Щебінь як продукт руйнування гірської породи найчастіше накопичується в межах гірських схилів, на берегах морів і озер, в районах вулканічної і тектонічної діяльності.

Для влаштування дорожнього одягу на дорогах місцевого значення можна також використовувати дресву (хрящ). За ступенем руйнації вона переважає інші грубоуламкові матеріали і як будівельний матеріал якісно відрізняється від них мінеральним розкладом. Для якості дресви як дорожньо-будівельного матеріалу перевага певних мінералів суттєвого значення не має. На якість дресви суттєво впливає вихідна гірська порода. Дресва на основі вивержених порід відрізняється більш високою будівельною якістю в порівнянні з дресвою на основі осадочних.

Можуть використовуватись також продукти вивітрювання або переробки специфічних гірських порід. Із таких матеріалів у ряді випадків поширені опоки, що відносяться до кремнієвих порід. Головний рудо утворюючий матеріал в опоках – опал.

Важливим і ефективним джерелом кам'яного і кам'яноподібного матеріалу, придатного для дорожнього будівництва, є різні типи відходів промислового виробництва. Багато з цих матеріалів вимагають мінімальних витрат на додаткову переробку.

Великий інтерес можуть викликати паливні шлаки, в тому числі шлаки теплових електростанцій.

В зв'язку з тим, що режим стікання не є стабільним і рівномірним, якість шлаку не є постійною. Різноманітність в якості – одна із особливостей паливних шлаків. Для шлаків характерною особливістю є висока вологоємність і наявність домішок у вигляді попелу.

Металургійні шлаки ефективніші від паливних. Постійність властивостей металургійних шлаків вище, ніж у паливних. На основі металургійних шлаків можна отримати щебінь високої якості (придатний навіть для високоміцних бетонів). Одним із суттєвих недоліків металургійних шлаків як сировини для отримання щебеню є схильність до так званого розпаду, в результаті чого шлак може перетворитися у порошкоподібний матеріал. Найбільш висока вірогідність розпаду у основних і нейтральних шлаків, що мають підвищений вміст окису кальцію.

При будівництві доріг місцевого значення можуть бути використані гірські поро пониженої міцності. Гірські породи осадкового походження (вапняки, піщанники) є місцевим матеріалом. Частіше всього міцність таких пород в межах одного родовища неоднакова. Разом з високоміцними прошарками завжди можуть бути низькоміцні. Значні відхилення у властивостях вапняків пов’язано з їх складом і походженням. Крім власне вапняків (з переважним вмістом кальциту), розповсюджені такі карбонатні породи, як доломіт, з переважним вмістом вуглекислого магнію, і мергелі, що включають до 50% глинистого матеріалу.

Піщанники так же як і карбонати, широко розповсюджені і можуть вважатися одним із головних джерел отримання щебеню для дорожнього будівництва. Характерною ознакою породи є наявність природної цементації. Піски, як правило, кварцові або в суміші з полевошпатними оцементовані в достатньо міцну породу. Щебінь із піску відрізняється високою шорсткістю, що дуже важливо при влаштуванні дорожнього одягу особливо доріг місцевого значення.

2. В'яжучі матеріали

До місцевих в'яжучих відносяться відходи промисловості і в'яжучі на базі місцевої сировини (вапно, вапняково-попельні цементи і ін.). Одним із таких місцевих в'яжу єих і гідравлічно-активний попіл виносу і шлаки теплових електростанцій (ТЕС). При спалюванні твердого палива в теплових установках електростанцій утворюється тонкодисперсний попіл, що виноситься відходячим газом (попіл виносу) і шлак у вигляді сплавлених шматків незгорівшої частини палива.

Найбільш ефективний активний попіл виносу, що вміщує значну кількість (10-20%) окислу кальцію і тому проявляє в'яжучі властивості. Він може використовуватись поряд з цементами низьких марок (і середніх також) як самостійне в'яжуче. Загусання і затвердівання його більш уповільнене у порівнянні з портландцементом. Ця якість є позитивною для дорожнього будівництва, тому що такий матеріал краще чинить опір тріщиноутворенню. Сухий слабо- або неактивний попіл можна додавати в асфальтобетон в якості мінерального порошку, а також використовувати при відсипці земельного полотна в якості домішки в місцевий (неоптимальний) ґрунт. В сполученні з невеликими (20-30%) домішками вапна або цементу на основі активного попелу отримують змішане в'яжуче.

В залежності від типу попіл може бути використаний: для закріплення ґрунтів основи і основ із місцевих кам'яних матеріалів (гідравлічно-активний попіл); для тих же видів робіт у поєднанні з цементом чи вапном з метою їх економії; для відсипки земляного полотна; для закріплення узбіччя та ін.

Можливе також використання залишкових продуктів нафтопереробки типу малов'язких бітумів чи гудронів для обробки кам'яних матеріалів, що використовуються в основі (постелі) дорожнього одягу. При цьому придатні ті ж самі засоби механізації, що і при використанні дорожніх бітумів. Це в'яжуче можна використовувати для змішування з кам'яним матеріалом в установці безпосередньо на дорозі. Воно придатне для отримання чорного щебеню, що важливо при пониженій якості кам'яного матеріалу. Запаси в'яжучого як побічного продукту нафтопереробної промисловості відносно великі, сам матеріал дешевше звичайного бітуму.

Ефективні бітумні і дьогтеві емульсії, особливо при виконанні ремонтних робіт. Вони дозволяють підвищити якість (в основному довговічність) кам'яних матеріалів пониженої міцності. Бітумні та дьогтеві емульсії формують на протязі декількох годин міцну плівку на поверхні кам'яного матеріалу (4-6 год. в залежності від складу). Їх готують, як правило, на стаціонарних базах. Можливості використання емульсій в дорожньому будівництві значно розширюються, якщо на їх основі готувати бітумні або дьогтеві шлами. Шлам - пастоподібний матеріал, що легко піддається вирівнюванню шарами 1-2 мм. Крім емульсії, він складається із тонкодисперсного мінерального матеріалу а інколи і із кам'яного піску, що значно підвищує шорсткість покриття.

[12] с. 3-21

Лекція № 16