Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемы исследований повышения эффективности вывозки лесоматериалов по лесовозным дорогам 11
1.1 Анализ проблемы исследований колееобразования при вывозке лесоматериалов по грунтовым усам 11
1.1.1 Оптимальные грузообороты усов. 13
1.1.2 Оценка интенсивности колееобразования на грунтовых усах. 14
1.1.3 Работоспособность усов. 16
1.1.4 Работоспособность усов с гравийной одеждой (бесколейное покрытие). 21
1.1.5 Основные итоги анкетного опроса предприятий о работе лесовозных усов. 23
1.1.6 Сметная стоимость строительства и содержания усов.
1.2 Анализ состояния вопроса прогнозирования пригодности глинистых грунтов для получения дорожно–строительных материалов различного назначения 29
1.3 Уровень развития автоматизации проектирования лесовозных дорог на современном этапе 32
1.4 Анализ состояния вопроса о повышении эффективности проходимости лесовозного транспорта 33
1.5 Цель и задачи исследования 36
2 Исследование интенсивности колееобразования на грунтовых усах лесовозных автомобильных дорог 37
2.1 Методика исследования 37
2.2 Характеристика физико–механических свойств грунтов и гидрологических условий испытательных участков 38
2.3 Результаты исследования колееобразования на грунтовых усах 40
2.4 Выводы 58
3 Результаты наблюдений за изменением модуля деформации и влажности грунтовых поверхностей в безморозный период 2014–2015 гг. 60
3.1 Метеорологическая характеристика периодов наблюдений 2014 и 2015 гг. 61
3.2 Результаты наблюдений за изменением влажности грунтов 62
3.3 Результаты наблюдений за изменением модуля деформации грунтовых ездовых поверхностей 66
3.4 Выводы 72
4 Автоматизация проектирования дорожных одежд лесовозных дорог 75
4.1 Вывод математических зависимостей, описывающих влияние некоторых природных факторов на стоимость строительства земляного полотна 75
4.1.1 Постановка задачи и кодировка исходных данных. 75
4.1.2 Методика определения влияния некоторых природных факторов на стоимость строительства земляного полотна . 77
4.1.3 Получение зависимости. 78
4.2 Выводы 81
5 Разработка методов прогнозирования пригодности глинистых грунтов для получения дорожно– строительных материалов различного назначения и применение этих материалов для дорожных конструкций
5.1 Состояние вопроса и задачи исследований 82
5.2 Применение керамзита, керамдора и дегидратированной глины для дорожных конструкций 91
5.3 Прогнозирование пригодности глинистых грунтов для производства керамдора 92 5.3.1 Определение содержания крупнозернистых включений. 95
5.3.2 Экспресс-метод по пластичности. 96
5.3.3 Экспресс-метод по гранулометрическому составу. 101
5.3.4 Экспресс-метод по химическому составу 103
5.3.5 Выводы 118
5.4 Прогнозирование пригодности глинистых грунтов для производства дегидратированной глины 119
5.4.1 Качественная оценка глинистого сырья для производства дегидратированной глины по его физическим свойствам. 131
5.4.2 Выводы. 134
5.5 Прогнозирование пригодности глинистых грунтов для производства керамзита 134
6 Теоретические основы расчетов пути и тяги первичного лесотранспорта 144
6.1 Проходимость комплексных трелевочно–транспортных систем на трелевочных волоках 144
6.2 Влияние выраженных неровностей на проходимость КТТС 148
6.3 Снижение скоростей движения КТТС при обходе непреодолимых препятствий 151
6.4 Проезжаемость трелевочных волоков 153
6.5 Выводы 158
Заключение 159
Список использованной литературы 163
- Анализ состояния вопроса прогнозирования пригодности глинистых грунтов для получения дорожно–строительных материалов различного назначения
- Характеристика физико–механических свойств грунтов и гидрологических условий испытательных участков
- Результаты наблюдений за изменением модуля деформации грунтовых ездовых поверхностей
- Методика определения влияния некоторых природных факторов на стоимость строительства земляного полотна
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сегодня эффективность развития лесопромышленного комплекса зависит от эффективности развития транспортной инфраструктуры. Однако, по данным Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации, в России на 1 тыс. га леса приходится всего лишь 1,2 км лесовозных дорог, в то время как в Европе эта цифра во много раз больше.
В настоящее время лесовозные дороги без должной регулярной реконструкции непригодны для эксплуатации. Весной и осенью они становятся непроходимыми. Все это обуславливает сезонность работы лесопромышленного комплекса, которую можно устранить при развитии и одновременном поддержании качеств лесовозных дорог на должном уровне. Сеть постоянных лесовозных дорог – необходимое условие для перехода на интенсивное воспроизводство лесов.
В регионе лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятий необходимо создать единую транспортную сеть для перевозки лесных грузов, в которой лесовозные дороги являются необходимыми звеньями. При этом государство должно выполнять координирующую роль – модернизацию всего лесного сектора страны, начальный этап которой – оптимизация его транспортной инфраструктуры.
Для получения максимально возможного эффекта необходимо провести большую аналитическую и проектную работу.
Работа выполнялась автором в соответствии со Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года (приказ Минпромторга России и Минсель-хоз России от 31 октября 2008 г. № 248/482).
Степень разработанности проблемы. В трудах проф. В.И. Алябьева, В.Н. Андреева, Б.A. Ильина, А.Н. Заикина, Б.И. Кувалдина, В.К. Курьянова, И.И. Леоновича, заложены теоретические основы исследования лесотранспорта и лесотранспортных путей. Однако не установлены оптимальные условия эксплуатации комплексных трелевочно-транспортных систем.
Трудами А.К. Бируля, В.Ф. Бабкова, В.М. Безрука, Э.О. Салминена, А.В. Скрыпнико-ва, Д.Н. Афоничева разработаны предложения по автоматизации проектирования дорожных одежд лесовозных дорог. Однако все рекомендации авторов привязаны не к одному погонному метру дороги, а к километру, что не точно отражает изменение природных факторов, параметров дороги на исследуемом участке. К сожалению, в работах отсутствует внедрение современных информационных технологий на стадии проектирования лесовозных дорог.
Существенный вклад в решение задач, связанных с изучением грунтов при сооружении земляного полотна, внесли такие крупные учёные как проф. В.Ф. Бабков, В.М. Безрук, Г.К. Виногоров, Н.П. Вырко, Э.Ф. Герц, Б.А. Ильин, Э.К. Кузахметова, Э.К. Стрельцов, А.М. Цыпук, А.С. Федоренчик и др. Но, авторы не рассматривали вопросы оценки пригодности грунтов для получения конкретных дорожно-строительных материалов для строительства лесовозных дорог.
Исследованию вопросов совершенствования вывозки лесоматериалов сухопутным транспортом посвящены труды Б.А. Ильина, А.А. Камусина, И.И. Леоновича, О.Н. Бурмист-ровой, Б.И. Кувалдина, Э.О. Салминена, Г.Л. Козинова, М.Ю. Смирнова, Ю.Д. Силукова, С.И. Сушкова, И. Р. Шегельмана. Однако требуется продолжение и существенное развитие этих исследований в данном направлении, а также поиск эффективных путей совершенствования вывозки лесоматериалов.
Цель исследований. Повышение эффективности функционирования лесовозных дорог за счёт снижения нагрузки на основание лесотранспортных путей.
Задачи исследований: 1. Исследовать работоспособность грунтовых усов с учетом переменного в течение летнего периода модуля деформации грунта, а также обосновать области их применения с учетом типа транспорта.
-
Установить закономерности влияния некоторых природных факторов на стоимость строительства земляного полотна лесовозных дорог.
-
Разработать методы экспрессивного прогнозирования пригодности глинистого сырья для производства дорожно-строительных материалов.
-
Выполнить оценку проходимости колесных транспортно-технологических машин по грунтам и проезжаемости трелевочных волоков.
Объект исследования. Лесовозная дорога, лесотранспортный процесс.
Предмет исследования. Транспортно-эксплуатационные качества лесовозных дорог.
Методы исследований. Методы дифференциального и интегрального исчислений, натурные наблюдения и эксперимент. Результаты исследований обрабатывались с помощью апробированных методов математической статистики, регрессионного и корреляционного анализов.
Научная новизна. Результатами диссертационной работы, обладающими научной новизной, являются:
-
Методика определения расчетной работоспособности оснований земляного полотна грунтовых усов, отличающаяся учетом климатического коэффициента для конкретных условий работы лесотранспортных машин.
-
Закономерности формирования стоимости строительства земляного полотна, отличающиеся учетом некоторых природных факторов и конструктивных параметров лесовозных дорог при автоматизированном проектировании дорожных одежд.
-
Экспресс-методы определения пригодности глинистого сырья для производства до-рожно-строительных материалов при строительстве лесовозных дорог, отличающиеся учетом геологических данных глинистого сырья грунтового основания дороги.
-
Оценка проходимости колесных транспортно-технологических машин по грунтам и проезжаемости трелевочных волоков, отличающаяся учетом физико-механических свойств грунта и его состояния.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Методика определения расчетной работоспособности оснований земляного полотна грунтовых усов, позволяющая для среднемноголетнего года: определить расчетную величину модуля деформации на определенную дату летнего периода работы; рассчитать ожидаемую глубину колеи для различных типов лесовозного автопоездов и интенсивности движения; установить оптимальную дату начала вывозки лесопродукции.
-
Закономерности формирования стоимости строительства одного погонного метра лесовозных дорог, позволяющие учесть изменения природных факторов на всем протяжении рассчитываемого участка.
-
Экспресс-методы определения пригодности по гранулометрическому составу, пластичности и химическому составу глинистого сырья, позволяющие дать проектные решения дорожных конструкций с применением искусственных каменных материалов, не требующие больших затрат и времени.
-
Оценка проходимости колесных транспортно-технологических машин по грунтам и проезжаемости трелевочных волоков от пороговых неровностей, позволяющая определить комплексную величину среднего удельного сопротивления движению колесных машин.
Теоретическая значимость работы заключается в получении новых зависимостей процесса функционирования сложной системы «машина – грунтовая ездовая поверхность», расширяющих теоретические основы повышения долговечности функционирования усов лесовозных автомобильных дорог, строительства земляного полотна от некоторых природных факторов; методов прогнозирования пригодности глинистых грунтов для получения дорож-но-строительных материалов различного назначения и применения этих материалов для дорожных конструкций.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные модели и рекомендации позволяют рассчитать ожидаемую глубину колеи для любого типа лесовозного автомобиля (поезда) и интенсивности движения; установить оптимальную дату начала вывозки лесоматериалов; определить расчетную работоспособность уса для различных типов лесовозных автопоездов, рода грунта; установить необходимость укрепления проезжей части грунтового уса; установить оптимальное значение среднего удельного давления колеса трелевочно-транспортной системы на ездовую поверхность, а также минимальный радиус проходимости; подготовить планы ремонта участков лесовозных дорог для технических служб дорожных организаций.
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена использованием теории и методов математической статистики при проведении экспериментов и обработке их результатов. Достоверность выполненных исследований подтверждается: экспериментами с погрешностью до 5 %; доверительной вероятностью не менее 90 % у полученных закономерностей.
Личный вклад соискателя заключается в постановке цели и задач исследования, выполнении теоретических и проведении экспериментальных исследований, обработке полученных результатов, разработке практических рекомендаций.
Реализация работы. Основные научные разработки внедрены: ООО «Лесная биржа», ООО «КОМИЛЭН».
Разработанные математические модели и программы для ЭВМ, реализующие эти модели, используются в учебном процессе Ухтинского государственного технического университета, Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г.Ф. Морозова.
Апробация результатов работы. Результаты работы обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях: «Актуальные направления научных исследований XXI века: Теория и практика» (Воронеж, 2014 г., 2015г.); «Молодежный вектор развития аграрной науки» (2015 г., Воронеж); «Системный анализ и моделирование процессов управления качеством в инновационном развитии АПК» (2015 г., Воронеж).
Публикации. Результаты исследований отражены в 14 научных работах общим объёмом 19,9 п.л. (авторский вклад – 7,0 п.л.), из них 1 монография (авторский вклад – 3,0 п.л.), 5 статей в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России (авторский вклад – 0,7 п.л.).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Результаты, выносимые на защиту, относятся к пункту 15 «Обоснование схема транспортного освоения лесосырье-вых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, выводов, библиографического списка из 175 наименований. Основные материалы диссертации изложены на 192 страницах машинописного текста, содержат 19 таблиц, 52 рисунка и 2 приложения.
Анализ состояния вопроса прогнозирования пригодности глинистых грунтов для получения дорожно–строительных материалов различного назначения
Повышению эффективности выполнения лесозаготовительных операций посвящены труды ученых: Э.О. Салминена [109–113], В.И. Алябьева [5], В.С. Сюнева [38, 133], И.Р. Шегельмана [155–156], Э.Ф. Герца [39], Ю.А. Ширнина [158–159], И.В. Григорьева [48], Д.Н. Афоничева [12–13], А.В. Скрыпникова [120–121], О.Н. Бурмистровой [25–26], Б.А. Ильина [62–66], Б.И. Кувалдина [76–78], Г.К. Виногорова [32, 33] и др. Однако взаимосвязь системы «машина–грунт» до конца еще не изучена и не раскрыта.
В отечественной и зарубежной литературе [9, 10, 12, 17, 18, 24, 39, 44, 45, 48, 151, 160] достаточно много исследований посвящено вопросам зависимости колееобразования от числа проходов лесовозной техники.
В работах [44, 151] показано, что глубина колеи лесовозных усов определяется, прежде всего, физико-механическими свойствами грунта, а также получаемой нагрузкой. В работах авторов [17, 44, 129, 151] выполнен анализ глубины колеи в зависимости от нагруженности колеса, при этом, к сожалению, не упоминается про модуль деформации грунтов. Однако авторы подробно занимаются изучением влияния геометрических параметров дорог, а также числа проездов техники на образование колеи. Авторы приходят к выводу, что установленные параметры способствуют образованию колеи.
В работах некоторых зарубежных исследователей [162, 163] рекомендуется для уменьшения давления на грунт и снижения колееобразования колесо транспортного средства погрузить в грунт на 0,2D, где D – диаметр колеса автопоезда. Тем самым авторы утверждают, что увеличивается площадь контакта колеса с естественной поверхностью и, следовательно, уменьшается нагрузка на почвогрунт. К сожалению, такие рекомендации не согласуются с требованиями отечественных стандартов. Исходя из требований ГОСТ 26955–86, величина удельного давления на почвогрунт колеса транспортного средства определяется отношением создаваемой колесом нагрузки и площадью опечатка колеса на жестком основании. При этом известно, что величина давления на почвогрунт по отношению к величине давления на жесткое основание берется на 10 % ниже. Следуя рекомендациям зарубежных исследователей при определении величины давления на почвогрунт теоретически, получаем ее заниженное значение в 2,5 раза по сравнению со значением, полученным экспериментальным путем.
В работах авторов [80, 155] изучено влияние сезонности лесозаготовок на образование колеи лесовозных усов. К сожалению, весенняя и осенняя распутицы способствуют образованию колеи и снижают в 2…4 раза работоспособность лесовозных дорог и эффективность вывозки лесопродукции, а, также увеличивают себестоимость древесины в 4…5 раз [80].
Некоторые авторы [17, 44, 129, 151] считают, что буксование то же является немаловажным фактором, определяющим причину образования колеи. Установлено влияние скорости движения транспортного средства на удельное давление на грунт. Получены оптимальные скорости движения транспортного средства – 4…5 км/ч, при которых наблюдается наименьшая интенсивность колееобразования.
В 2013 году была выполнена работа по определению стоимости строительства и содержания 1 км уса различных типов (летнего действия), установлена зависимость роста глубины колеи на проезжей части грунтовых усов от количества проходов лесовозного подвижного состава, получены формулы для определения работоспособности усов, рассмотрен вопрос об оптимальном (общем) грузообороте уса, установлена расчетом зависимость стоимости постройки и содержания 1 км уса с гравийным покрытием от размеров общего грузооборота. Для контроля полученных численных значений изучаемых стоимостных характеристик принимаемых значений эксплуатацион-12 ных показателей (скорость движения, полезная нагрузка на автопоезд, работоспособность усов и т.д.) был проведен анкетный опрос по вопросам работы лесовозных усов с охватом 52 лесоперерабатывающих предприятий страны. Результаты опроса показали в частности, что определенные путем составления смен значения стоимости постройки и содержания усов с различными видами покрытий, достаточно хорошо совпадают со средними значениями этих затрат, показанных в анкетах опроса. Основные задачи исследования: - разработать методики определения возможной работоспособности грунтовых усов с учетом изменения модуля деформации грунта в течение летнего периода; - провести натурные регулярные наблюдения за изменениями модуля деформации грунтов (супеси и суглинки) во времени на опытных площадках в Р. Коми и проверить расчетным путем возможности увеличения работоспособности грунтовых усов за счет применения на вывозке лесовозного подвижного состава с малыми значениями рД (р - удельное давление, Д - диаметр эквивалентного круга). Для этой цели предлагается принять автопоезд МАЗ-6312В9-476-012+МАЗ-837810-020 и автопоезд КрАЗ-6133М6+КрАЗ-А181М2 со сниженной до 20 т полезной нагрузкой. В 2015 году был проведен анкетный опрос лесоперерабатывающих предприятий РФ по вопросам работы лесовозных усов с охватом 40 лесоперерабатывающих предприятий.
Характеристика физико–механических свойств грунтов и гидрологических условий испытательных участков
Для уточнения зависимости работоспособности грунтовых усов лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) от гидрологических условий местности в безморозный период 2014 года в Республике Коми были проведены экспериментальные исследования интенсивности колееобразования на грунтовых усах.
Для возможности сопоставления полученных данных с результатами экспериментальных исследований колееобразования на лесных ездовых поверхностях от автомобилей МАЗ–6312В9, КрАЗ-6133М6, Урал–4320, ЗИЛ– 442160 и трактора Т–157, проведенных в [17, 18, 24, 36, 51б 133] методика исследований была принята аналогичной.
Интенсивность колееобразования определялась при многократных челночных проездах одиночного груженого автомобиля по одному следу на прямых горизонтальных участках пути длиной 100 м. До начала проведения эксперимента разбивались контрольные поперечники (по три на каждом участке) на которых определялись основные физико-механические характеристики грунта. Интенсивность колееобразования автомобиля МАЗ-6312В9-476-012 и КрАЗ-6133М6 исследовалась трижды на одних и тех же участках в течение безморозного периода, что обеспечивало одинаковые грунтово гидрологические условия проведения экспериментов.
В момент испытаний автомобили имели номинальную нагрузку МАЗ– 6312В9 – 5 т и КрАЗ-6133М6 – 8 т. Движение осуществлялось с максимально возможной скоростью, порядка 15 км до 1000 проходов по одному следу, либо до тех пор, пока глубина колеи не достигнет величины дорожного просве-37 та автомобиля. После этого с помощью автогрейдера ездовую поверхность выравнивали, уплотняли пневмокатком и закрывали по ней движение до следующего. Во время эксперимента с помощью деревянного бруска, установленного на колья – реперы и линейки фиксировалась глубина колеи (средняя между левой и правой колеей). При этом, замеры производились после 1,2,3,4,5, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 проходов автомобиля по одному следу.
Модуль деформации определялся с замером глубины колеи одновременно, с помощью ударника ДорНИИ на каждом поперечнике на колее наката в двух точках (ось левой и правой колеи). Кроме того, на каждом поперечнике фиксировалась текущая плотность грунта (по ГОСТ 5180–84); пробы для этого отбирались с поверхности, с оси наката левой и правой колеи.
Естественная влажность грунта (ГОСТ 5180–75) определялась на каждом поперечнике, по оси дороги, на поверхности и на глубине 10, 20, 30, 40 и 50 см в начале и в конце испытаний. Пробы по глубине отбирались с помощью ручного бура согласно ГОСТ 12071–84.
В случае выпадения осадков движение на участках прекращалось до тех пор, пока грунт не просохнет до влажности, соответствующий моменту прекращения движения.
Во время проведения экспериментов велись наблюдения за состоянием погоды (температура воздуха, осадки).
Опытные участки грунтовых усов были построены в лесхозе Республике Коми на опытном дорожно-испытательном полигоне. Участки располагались параллельно друг другу на расстоянии 50 м, тип местности по степени увлажнения – третий, характер напластования грунтов и их мощность пред ставлены на грунтовом разрезе шурфа на месте расположения опытных участков №1 и № 2 (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Грунтовый разрез шурфа
При постройке опытных участков были приняты следующие основные их параметры: ширина земляного полотна – 4 м, поперечный уклон проезжей части – от 3 до 6 %, крутизна откосов насыпи – 1:5…1:10, оба участка выполнены в насыпи высотой 0,2…0,5 м.
Способ постройки земляного полотна – бульдозеры, из одностороннего резерва, поперечным перемещением грунта. Для отвода воды была проложена экскаватором канава с одной стороны полотна глубиной до 0,5 м. Для отвода воды с другой стороны полотна был использован спланированный резерв.
На каждом участке было разбито по три поперечника, закрепленных на местности реперами (рисунки 2.2 и 2.3).
Как видно из рисунков, земляное полотно на участке движения автомобиля МАЗ-6312В9-476-012 полностью выполнено в насыпи высотой 0,5 м на участке движения автомобиля КрАЗ-6133М6 высота насыпи варьирует от 0,5 до 0,2 м.
Данные таблицы 2.1 указывают на однотипность грунтов опытных участков для МАЗ-6312В9-476-012 и КрАЗ-6133М6, что немаловажно при сопоставлении интенсивности колееобразования у данных автомобилей.
Распределение объемов применения усов различных конструкций в зависимости от применяемого автомобиля и типа местности по степени увлажнения, предусмотренное программой исследований, предопределило необходимость исследования колееобразования лесовозных автомобилей на грунтовых усах в различных гидрологических типах местности.
Учитывая, что интенсивность колееобразования на грунтовых усах в первом и втором типах местности была довольно широко экспериментально исследована в [18, 24, 36, 151], целью данной работы являлось исследование колееобразования на грунтовых усах в условиях третьего гидрологического типа местности с постройкой уса в насыпи.
Основной задачей эксперимента была проверка возможности применения грунтовых усов в более сложных гидрологических условиях.
Для каждого автомобиля был выделен опытный участок, на котором трижды в течение лета 2014 года (с 11/06 по 15/06, с 29/07 по 02/08 и с 25/09 по 29/09) определялась интенсивность колееобразования. Это позволило выявить влияние изменяющегося во времени модуля деформации проезжей части на работоспособность грунтового уса.
При проведении испытаний автомобили были забалластированы железобетонными плитами (рисунки 2.4 и 2.5). Масса машин, ее распределение по осям и давление воздуха в шинах – таблица 2.2.
Результаты наблюдений за изменением модуля деформации грунтовых ездовых поверхностей
Теоретические, лабораторные и экспериментальные исследования, опытное строительство, проведенные автором при поддержке кафедры технологии и машины лесозаготовок показали, что вышеперечисленные материалы могут быть использованы для различных конструктивных слоев дорожной одежды, земляного полотна и водопропускных сооружений.
В настоящее время применение керамических материалов в дорожном строительстве, исключая мосты, как на дорогах общего пользования, так и лесовозных дорогах, не вышло за пределы опытного, хотя и получены положительные результаты. Медленное внедрение этих материалов объясняется многими причинами, в числе которых малая изученность сырьевых баз и сложность определения пригодности глинистого сырья для производства керамических дорожно-строительных материалов.
В существующей практике для установления пригодности глин для производства керамических материалов и изделий обычно применяют экспериментальный метод, который включает детальную разведку месторождения, отбор технологических проб, большой объм лабораторных работ и обязательные заводские испытания. Так, например, при детальной разведке Крестовского месторождения (Сковородинский район Благовещенской области) выполнено скважин ручного бурения 468 м, шурфования 14,5 м на площади 4 км2, причем детальная разведка по категориям А (при сетке скважин 50х50 м) и В (при сетке скважин 100х100 м) проведена не по всей площади залежи, а лишь в ее центральной части. При проведении же детальной разведки по категории А по всей площади объм работ возрос бы в 3–4 раза.
Скважины проходились комплектом ручного ударно–вращательного бурения диаметром 4,5 дюйма (127 мм). Вследствие обвалов скважины крепились обсадными трубами. Из керна скважины было взято 199 проб. Объм кернового опробования 392 п.м.
Из шурфов методом борозды было взято 7 технологических проб общей массой около 400 кг. Кроме того, были взяты две пробы по 20 т каждая для полузаводских испытаний.
Большой объем работ имеют лабораторные исследования. По каждой скважине (а их более 150) определяли гранулометрический состав, число пластичности, содержание крупных включений, содержание карбонатных и гипсовых включений, естественная карьерная влажность и другие физические свойства.
По технологическим пробам устанавливали химический состав, минеральный состав, нормальную формовую влажность, чувствительность к сушке, объмную усадку, огнеупорность и многие другие дообжиговые и обжиговые свойства.
При проведении полузаводских испытаний исполнители (кафедры технологии и машины лесозаготовок) под руководством автора выполнили ряд лабораторных исследований, на основе которых был проведен обжиг промышленных проб и получен керамзит, подвергшийся также всесторонним испытаниям.
Экспериментальный метод, хотя и дает достоверные результаты, требует больших трудозатрат, много времени и стоит дорого. Этот метод вполне себя оправдывает при разведках сырьевых баз для стационарных заводов и цехов большой мощности и навряд ли будет приемлемым, а может быть и экономически оправдан, при изысканиях сырья для производства дорожно– строительных материалов в передвижных установках. В настоящее время трудно ответить на вопрос: в каких установках будет организовано производство дорожно-строительных керамических материалов. Учитывая специфику строительства лесовозных дорог, можно предположить, что значительная доля этих материалов будет производиться в передвижных установках, которые позволят получать материал непосредственно на трассе будущей дороги. Причем объмы производства будут небольшими, приблизительно 10…30 тыс. м3 на одной стоянке, поэтому, безусловно, существующий экспериментальный метод, описанный выше, не может быть признан пригодным в связи с большим объмом работ, трудоемкостью и дороговизной. Поэтому должны быть разработаны экспресс–методы, позволяющие сделать заключение о пригодности глинистого сырья для производства дорожно-строительных материалов по данным геологических поисковых и детальных разведок глинистого сырья для производства кирпича, плит, дренажных труб и других керамических изделий, а также по результатам исследований незначительного объма. Исходя из этого, одной из задач исследования является разработка экспресс-методов для прогнозирования пригодности глинистого сырья для производства керамических дорожностроительных материалов (керамзита, керамдора и дегидратированной глины).
Методика определения влияния некоторых природных факторов на стоимость строительства земляного полотна
Известно, что керамзит получается вспучиванием при обжиге глинистого сырья. Формирование структуры керамзита обеспечено вспучиванием расплавленной массы за счет газообразных продуктов реакции, происходящих в исходном сырье в период технологической переработки.
Керамзит является неоднородным продуктом, содержащим как кристаллические, так и аморфные компоненты. Состав его изменчив, так как зависит не только от сырья, но и от условий его термической обработки.
Основным материалом для производства керамзита являются глинистые грунты, пригодность которых для производства керамзита определяется лабораторными исследованиями и заводскими испытаниями.
Для разработки экспресс–метода, следует остановиться только на лабораторных исследованиях. Изготовление керамзита в передвижных установках для дорожных целей не требует таких тщательных исследований и испытаний.
Для разработки экспресс–метода по прогнозированию пригодности сырья для керамзита, необходимо сделать оценку значимости от основного вида лабораторных исследований – при установлении физико-химических его характеристик.
Физико-химические исследования в экспериментальном методе включают 6 наименований (5.1): макроописание, гранулометрический состав, число пластичности, содержание крупных включений, содержание карбонатных и гипсовых включений, влажность и химический состав.
При оценке пригодности сырья необходимо, прежде всего, установить наличие в нем двух его компонентов – тонкодисперсной части и обломочных примесей. К тонкодисперсной части относятся фракции размером от 10 мк и меньше, к обломочным примесям – крупнее 10 мк.
Согласно ГОСТ 9169–75, глины классифицируются по содержанию тонкодисперсных фракций (таблица 5.9).
Глинистые грунты являются механической смесью глинообразующих минералов и тонкодисперсных примесей. Глинообразующие минералы находятся в тонкодисперсных фракциях и образуют в основном «глинистое вещество», которое служит источником образования жидкой фазы при производстве керамзита.
Главнейшими из глинообразующих минералов являются каолинит, гидрослюда и мантмориллонит. Все они являются водными алюмосиликатами.
Обломочные примеси согласно ГОСТ 21216.2–75 [47] различают тонкодисперсную часть и включения. Включениями считают зерна величиной более 2 мм.
Обломочные примеси, как правило, остаются в расплаве в твердом состоянии и сказываются на керамзит вредное влияние, так как за их счет уменьшается количество вспучивающегося расплава и увеличивается объм-ная масса полученных гранул керамзита.
Визуальное обследование глинистого грунта позволяет грубо установить ее вещественный состав: содержание крупных включений и их характер, цвет грунта, структуру. При визуальном обследовании можно дать заключение, содержащее ответы на такие вопросы: Происхождение глинистого сырья: каолинитовое, монтморилонито вое или гидрослюдистое. При этом следует ориентироваться следующими основными признаками этих глин: а) монтмориллонитовые – хорошо впитывают воду и быстро разбуха ют, но долго сохнут; б) каолинитовые глины плохо поглощают воду, а при сушке быстро ее отдают; в) гидрослюдистые – занимают промежуточное положение, но в их структуре различимы зерна слюды. 2. Наличие примесей и включений. 3. Характер примесей и включений.
В примесях могут быть: кварцевый песок, карбонатные включения, железистые и органические примеси, полевой шпат. Наличие примесей либо ухудшает свойства керамзита как, например, кварцевый песок и карбонатные включения, либо делают их совсем непригодными, например, при большом количестве карбонатных включений, либо являются полезными в производстве керамзита, как. Например, органические примеси, окрашивающие глину в черный цвет, или железистые, придающие ей цвет от светло-коричневого до темно-красного.
Однако, основным качественным критерием оценки пригодности глин для производства керамзита является коэффициент вспучивания Квсп.
Увеличение коэффициента вспучивания глины является показателем повышения производительности печи, уменьшения объмной массы насыпного керамзита и соответственно снижения его себестоимости. В зависимости от минерального происхождения вспучиваемость глин оценивается - таблица 5.10.
Гранулометрический состав является одной из основных характеристик, определяющей точное количество в грунте тонкодисперсных фракций, а следовательно и пригодность его к получению керамзита. Чем большее количество в грунте будет глинистого вещества (размером от 10–5 мк и менее), тем качественнее сырье. Для производства керамзита важно, чтобы шихта не содержала крупных песчаных частиц. Песчаные частицы должны быть в ос-137 новном представлены мелкозернистым составом, размером менее 0,2 мм. Определение гранулометрического состава, с выделением содержания глинистого вещества и обломочных примесей, в экспресс-методе должно выполняться.
Для установления пригодности по их гранулометрическому составу для производства керамзита, можно воспользоваться равносторонним треугольником, где, по основной оценке качества сырья - коэффициента вспучивания, можно выделить зоны - высоковспучивающихся глин, средневспучиваю-щихся и низковспучивающихся (рисунок 5.14). Установлено, что при Квсп 7…8 глины считаются высоковспучиваю-щимися, при Квсп=4… 5 - средневспучивающимися и при Квсп=2… 2,5 - низко-вспучивающимися. По данным гранулометрического состава, коэффициент вспучиваемо-сти может быть определен по формуле К =0 66е 0,22А 10мк где А 10мк - количество фракций размером зерен менее 10 мк (0,01 мм). На рисунке 5.15 представлен график этой зависимости. С помощью которого легко определять значение Квсп.