УДК 691.5

Анализ методов использования зольных отходов в дорожном строительстве

Васина Мария Александровна – студентка магистратуры Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Аннотация: Рассмотрены методы использования зольных отходов при устройстве земляного полотна и слоев дорожных одежд. Данные материалы обладают свойствами, которые дают возможность использовать их для стабилизации грунтов. Они могут использоваться в качестве самостоятельных связующих материалов, в составе комплексных связующих в смеси с органическими и неорганическими вяжущими.

Ключевые слова: золошлаковые материалы, отходы, земляное полотно, морозостойкость, асфальтобетон, вяжущее.

Проблема утилизации и переработки отходов производства и потребления носит глобальный характер. Около 93% образования всех отходов составляют отходы предприятий по добыче полезных ископаемых, главным образом топливно–энергетических. Менее 7% образования отходов приходится на другие виды экономической деятельности: обрабатывающие производства, производство и распределение электроэнергии, газа и воды, строительство, сельское хозяйство. Средний коэффициент утилизации отходов в качестве вторичного сырья в Российской Федерации оценивается примерно в одну треть, что ниже, чем в странах Европы и США. При этом необходимо иметь в виду, что в нашей стране многие виды отходов производства и потребления практически не используются в хозяйственных целях. Так, уровень переработки твердых бытовых отходов в среднем по стране не превышает 4–5%.

Опыт строительства дорог показал, что использование отходов является одним из вариантов выхода из этой сложившейся ситуации. Эти материалы могут быть использованы в качестве индивидуального строительного материала либо как изначальный продукт для его изготовления.

Одними из таких отходов являются золы, которые образуются в ходе выработки тепловых электростанций, и представляющий собой несгорающий остаток, образующийся при сгорании топлива. Состав и свойства этих отходов в основном зависят от химического состава исходного угля, технологии сжигания и метода сбора золы из камер сгорания. Поэтому разделяют:

• золу уноса – тонкодисперсный материал, который после сжигания топлива на ТЭС улавливается фильтрами и в сухом состоянии при помощи пневмотранспорта поступает в силосы накопители;
• золошлаковую смесь гидроудаления – образуется при очистке сборников с использованием воды, далее золопульпа собирается в отвалы.

Золошлаковые отходы могут применятся:

• как сырье, заменяющее минеральный порошок при изготовлении асфальтобетонной смеси.
• для устройства слоев дорожных одежд из каменных материалов, как отдельное вяжущее.
• добавка, заменяющая часть цемента и заполнителя во время изготовления тяжелого бетона и раствора.

Золошлаковые материалы (ЗШМ), которые классифицируются как техногенные грунты по ГОСТ 25100–2020, могут быть использованы при строительстве насыпи земляного полотна. Тем не менее, важно учесть, что некоторые характеристики ЗШМ (например, неоднородность состава, способность к активному водопоглощению и морозному пучению, наличие несгоревших частиц твердого топлива) отрицательно скажутся на его перспективной и безопасной работе.

Основным параметром, определяющим пригодность использования ЗШС в роли материала для строительства насыпей, является её морозостойкость, которая определяется значением относительного морозного пучения. Каменноугольные ЗШС являются наиболее однородными и пригодными. Установлено, что значение морозного пучения золы уноса, буроугольных, торфяных ЗШС составляет 3,5–7,5%, в то время как для каменноугольных смесей этот показатель составляет 1,5–3,0%. К тому же данные материалы хорошо уплотняются.

Согласно опытным выходным данным, было выявлено, что защита золошлаковых материалов от переувлажнения важна во время их эскплуатации в насыпях.

Для достижения этой цели требуется осуществление ряда решений:

• крутизна откосов должна быть не менее 1:1,75 при высоте насыпи до 6 м; если высота откоса более 6 м, то откосы ниже 6 м должны быть не менее 1:2, а выше 6 м – не менее 1:1,75;
• укрепление откоса следует производить посевом трав по растительному слою толщиной не менее 0,3 м;
• для того чтобы предотвратить увлажнение насыпи из ЗШС, необходимо уложить ее на недренирующий глинистый грунт, который будет выполнять функцию капилляропрерывающего слоя;
• чтобы избежать подтопления слоя ЗШС подземными водами на участках с 3–м типом местности по условиям увлажнения в нижней части земляного полотна устаиваются бермы из глинистых недренирующих грунтов шириной более 1 м.

Необходимо обращать внимание на уплотнение ЗШС, регулируя влажностные показатели, зависящие от климатических и погодных условий. Рекомендуется использовать ЗШС в составе с вяжущими материалами в верхних слоях насыпи из–за повышенных теплоизолирующих свойств, что позволяет понизить промерзание грунта.

Чтобы укрепить ЗШС используют 5–10% (массы смеси) цемента, жидкие битумы (1,3–2% массы ЗШС), СДБ (0,1–1,0%), извести (8–10%).

Для улучшения свойств грунтов путем укрепления их зольными материалами рекомендуется использовать золу уноса, как отдельное связующее вещество.

Золы уноса приспособили для высушивания верхних слоев насыпи земляного полотна, когда связные грунты избыточно увлажнены. Для этого используется 20–35% массы золы относительно обрабатываемого грунта. Данное мероприятие позволяет за период 3–4 суток убрать лишнюю влагу и привести значения влажности грунтов в верхнем слое земляного к значениям оптимальным для их дальнейшей обработки и уплотнения.

ГОСТ 9128–2013 подтверждает возможность использования в роли минерального порошка в составе асфальтобетонных смесей золы уноса и ЗШС. Несмотря на внедрение зол и ЗШС в роли минерального порошка при изготовлении асфальтобетонных смесей итоговый материал обладает соответствующими физико–химическими показателями. Улучшение свойств смесей может быть достигнуто благодаря активации или домоле зол.

Также золы уноса используются в качестве отдельного медленно твердеющего вяжущего или гидравлической добавки к цементу. По результатам проведенных исследований, а также опыта дорожного строительства выяснилось, что для стабилизации песчаных грунтов наиболее эффективным является использование цементозольного вяжущего, а глинистых – известковозольного.

Добавление активаторов, таких как хлористый кальций и каустическая сода, способствует увеличению морозостойкости и прочности грунтов, стабилизированных золой уноса.

Использование смесей с содержанием в составе зол уноса при создании цементобетонных покрытий привело к:

• улучшению связанности полученной смеси;
• снижению расхода цемента на 30–40% по сравнению с обычным составом смеси;
• улучшению трещиностойкости бетона.

При добавлении до 30% золы бетон обладает повышенной стойкостью к шелушению.

Зола играет роль активной минеральной добавки, а также заполнителя, повышающего структурные свойства бетонной смеси. Несмотря на добавление золы в приемлемом количестве водопотребность данной смеси практически не меняется.

Таким образом, использование отходов производства и потребления в дорожном строительстве решает задачи экономии сырьевых ресурсов, утилизации тех самых отходов, улучшения экологической обстановки в регионах Российской Федерации, снижения стоимости строительства, реконструкции и капитального ремонта автомобильных дорог. При этом наибольший интерес представляет получение комплексных вяжущих для укрепления местных грунтов и малопрочных каменных материалов во время строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог низких технических категорий. Для успеха утилизации зольных отходов требуется усовершенствование нормативной базы РФ: перевод ОДМ 218.2.031–2013 в ГОСТ Р с его модификацией; разработка дополнений к ПНС 542–2021 и стандарта для планировочных работ; разработка стандартов на новые материалы из ЗШМ.

Список литературы

1. Путилин Е.И. Применение зол уноса и золошлаковых смесей при строительстве автомобильных дорог. М.: СОЮЗДОРНИИ, 2003.
2. Слободчикова Надежда Анатольевна, Плюта Ксения Викторовна, Дзогий Александр Александрович Перспективы использования отходов производства и потребления при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог // Вестник ИрГТУ. 2015. No8 (103).
3. Балабанов Вадим Борисович, Николаенко Валерий Леонидович Применение зольных отходов в дорожном строительстве // Вестник ИрГТУ. 2011. No6 (53).