Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Одним из основных потребителей топливных зол и шлаков является дорожное строительство, где они используются для устройства подстилающих и нижних слоев оснований, частичной замены вяжущих при стабилизации грунтов цементом и известью, как минеральный порошок в асфальтовых бетонах и растворах, как добавки в дорожных цементных бетонах.

Золы, полученные при сжигании углей и горючих сланцев, широко применяются в качестве наполнителей кровельных и гидроизоляционных мастик.

В дорожном строительстве золошлаковые смеси применяют неукрепленными и укрепленными.

Неукрепленные золошлаковые смеси используются в основном как материал для устройства подстилающих и нижних слоев оснований Доро*4 областного и местного значения. При содержании пылевидной золы не более-16% их применяют для улучшения грунтовых покрытий, подвергаемых поверхностной обработке битумной или дегтевой эмульсией. Конструктивные слои дорог можно выполнить из золо-шлаковых смесей с содержанием золы не более 25—30%. В гравийно-щебеночных основаниях в качестве уплотняющей добавки целесообразно применять золошлаковую смесь с содержанием пылевидной золы до 50%. Содержание несгоревшего угля в топливных отходах ТЭС, применяемых для строительства дорог, не должно превышать 10%. Технология и организация работ при устройстве дорожных одежд с применением неукрепленных золошлаковых смесей практически не отличается от работ с использованием природных мелкообломочных камейных материалов. Оптимальная влажность смесей, при которой они хорошо укатываются, особенно при использовании катков на пневматических шинах, составляет 4—8%. Коэффициент уплотнения золошлаковых смесей 1,3—1,5, модуль деформации — 50—60 МПа. По своим эксплуатационным показателям дорожные одежды из неукрепленных золошлаковых смесей идентичны конструкциям из кондиционных материалов.

Эффективность применения отвальных золошлаковых смесей в дорожном строительстве можно повысить укреплением их известью, цементом, известково-шлаковым вяжущим или молотым гранулированным доменным шлаком, что увеличивает модуль деформации, позволяя, тем самым, уменьшить толщину оснований и снизить расход материалов, а также затраты на их транспортирование

В укрепленных золошлаковых смесях, обработанных известью или цементом, при достаточной влажности и температуре образуются гидросиликаты кальция, вызывающие эффект упрочнения. При укреплении золошлаковых смесей известью, в отличие от укрепления цементом, отсутствует опасность преждевременного схватывания. Смеси укрепляют, применяя молотую негашеную известь или пушонку (иногда известковое тесто или молоко) в количестве 15—35% (в пересчете на активные оксиды СаО + MgO) от массы пылевидной фракции золошлаковой смеси. Процесс твердения ускоряется добавками портландцемента или химических ускорителей твердения, например хлоридов, сульфатов и др. К 90-суточному возрасту прочность образцов золошлаковых смесей, обработанных известью, достигает 5 МПа и более. Расход извести составляет 3—5% общей массы смеси.

Известью укрепляют золошлаковые смеси, содержащие 16—50% пылевидной фракции (менее 0,14 мм), цементом — 8—30%. Расход цемента составляет 4—7% общей массы и рассчитывается на достижение водонасыщенными образцами в 28-суточном возрасте прочности на сжатие 1—2 МПа.

Золошлаковые смеси обрабатывают известью (или цементом) в смесителях или непосредственно на дороге. Для предотвращения испарения воды из смесей после уплотнения их защищают битумной эмульсией или другими пленкообразующими составами. Работы ведут при температуре воздуха не ниже 10 °С.

В зависимости от транспортных затрат стоимость строительства оснований дорог при замене щебня золошлаковыми смесями может быть снижена на 50—75%. Учитывая различные местные условия, экономическая эффективность применения в основаниях золошлаковых смесей может существенно колебаться.

При устройстве конструктивных слоев дорожных одежд эффективно использование местных грунтов, укрепленных цементом (цементо-грунтов) или другими вяжущими веществами. Для снижения расхода вяжущих и заполнения межзерновых пустот в грунте рационально введение золы-уноса или золошлаковой смеси, которые на 30—<^0% уменьшают расход портландцемента при одновременном noBLiuiei ии прочности и морозостойкости цементогрунтов. Поданным СоюзД^р-НИИ, прочность песчаного грунта, укрепленного цементом с ло(.ав-ками топливных остатков бурого угля, повышается на 40—50%; н ш-более интенсивно прочность возрастает в течение 40—120 сут.

Механизм действия зол и шлаков при укреплении грунтов портландцементом заключается во взаимодействии их активных составляющих с продуктами гидролиза и гидратации цемента и образовании труднорастворимых в воде соединений, кольматирующих пэры и уменьшающих степень водонасыщения цементогрунта. Оптимальное содержание добавок повышается по мере уменьшения расхода портландцемента: при расходе портландцемента 6% оно составляет 20— 30% общей массы смеси, при расходе 4—5% — 30—35. Максимальная активность золошлаковых добавок обеспечивается при содержании Si02 не менее 35—50% и СаО — не менее 5%. Содержание несгорев-ших органических веществ в топливных отходах не должно превышать 6%. Для повышения прочностных показателей цементогрунта добавки должны содержать не менее 35—40% частиц крупностью менее 0,0074 мм.

Ускорению процессов взаимодействия активного кремнезема золы с продуктами гидратации цемента способствует применение силиката натрия, каустической соды или других химических веществ. Зола служит не только активной добавкой, заменяющей часть цемента в укрепленных грунтах, она также применяется как самостоятельное вяжущее или как компонент известково-зольного вяжущего.

Наиболее приемлемыми для укрепления грунтов являются золы от сжигания бурого угля или торфа. При укреплении крупнообломочных грунтов, супесей и песков в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего применяют высококальциевую золу-унос сухого отбора. Засоленные грунты можно укреплять золами при содержании в этих грунтах солей не более 3% при сульфатном и не более 5% при хлоридном засолении.

Одним из наиболее дешевых методов стабилизации грунтов является укрепление их известково-зольными составами. При этом предпочтительны золы с минимальным содержанием несгоревших частиц и высокой удельной поверхностью. Максимальная прочность образцов грунта достигается при соотношении извести к золе 1:5.

Лучшие результаты достигаются на песчаных и супесчаных грунтах. Прочность и морозостойкость таких грунтов повышается при использовании как добавок к известково-зольным вяжущим хлористого кальция или других химических активизаторов. По своим свойствам такие смеси удовлетворяют требованиям для укрепленных грунтов I класса прочности, что дает возможность использовать их при строительстве оснований в различных климатических зонах. Для укрепления глинистых грунтов применение известково-зольных вяжущих является малоэффективным.

В зависимости от гранулометрического состава и свойств каменных материалов или грунтов расход извести и золы, необходимых для их укрепления, составляет 10—30%.

При введении в качестве ускорителя твердения 0,5—1% по массе хлористого кальция после 28-суточного твердения прочность укрепленных известково-зольными вяжущими грунтов составляет 2— 5 МПа, а после 90 сут — 4—10 МПа.

Гранулированные топливные шлаки применяют в дорожном строительстве как самостоятельно, так и в сочетании с местными каменными материалами и грунтами.

Неукрепленные гранулированные топливные шлаки используют как материал для сооружения дренирующих, морозозащитных и подстилающих слоев, а также оснований и обочин. Они применяются также как эффективная добавка при строительстве дорожных одежд из окатанных гравийных материалов и укреплении грунтов. Шлаки благодаря черному цвету и остроугольной форме зерен являются хорошим материалом для посыпки дорог при гололедице.

При применении неукрепленных топливных шлаков для возведения покрытий на местных дорогах с малой интенсивностью движения к ним добавляют 10—20% суглинистого грунта.

Сравнительно высокая эффективность достигается при строительстве оснований дорог из гранулированных топливных шлаков укргп-ленных различными видами минеральных и органических вя;кущлх. Для их укрепления используют цементы, бесклинкерные шлаковые и известково-шлаковые вяжущие, а также битумы и каменноугольные дегти.

Гранулированные топливные шлаки относятся к кислым минеральным материалам, к поверхности которых битум прилипает пяохо. Поэтому для повышения адгезионной способности шлаков по отношению к битуму его необходимо обрабатывать активаторами ил \ вводить в битум катионоактивные ПАВ. Активированный гранулированный топливный шлак может использоваться как заменитель щебня и песка в асфальтобетонных и битумно-минеральных смесях. В отличие от битумов каменноугольные дегти имеют хорошее сродство с поверхностью зерен топливных шлаков, поэтому их можно с успехом применять для изготовления дегтебетонных и дегтеминеральных смесей.

Асфальтовые материалы характеризуются использованием в качестве вяжущего битумов или дегтей. Видом материала определяется и функциональное назначение золошлаковых добавок. Золошлаковые отходы ТЭС так же, как и природные каменные материалы высокой прочности, служат для изготовления битумо-минеральных смесей, применяемых для создания конструктивных слоев дорог III—-V категорий. Из топливных шлаков, обработанных битумами или дегтем (до 2% по массе), получают черный щебень.

Для улучшения сцепления органических вяжущих с золошлаковы-ми смесями последние предварительно активизируют добавками извести или катионоактивных ПАВ. Смешивая подогретую до 170— 200 °С золу с 0,3—2% раствором битума в зеленом масле, получают гидрофобный порошок со средней плотностью 450—600 кг/м3. Одновременно он может выполнять функции гидро- и теплоизоляционного материала.

Распространено применение зол в качестве наполнителей мастик. Для устройства рулонных кровель, приклеивания синтетических материалов и паркета при устройстве полов, паро- и гидроизоляции используют холодную битумно-зольную мастику, включающую битум БН 70/30 — 52—59, уайт-спирит — 22—25 и наполнитель (золу) — 18— 26%. Дисперсность золы должна характеризоваться полным проходом через сито № 02 и остатком на сите № 008 не более 3%. Максимальная влажность наполнителя 3%.

Зола горючих сланцев применяется как наполнитель битумно-кукерсольных мастик, где битум растворяется в лаке-кукерсоль — растворе сланцевой смолы.

Золы также служат наполнителями мастик на основе эмульсионных паст, изола и др.