Введение к работе
з
Актуальность работы
В XXI веке в структуре применяемых в России дорожных материалов произойдут серьезные изменения, обусловленные возросшими требованиями к качеству дорог и аэродромов. Аэродромные и дорожные покрытия представляют сложную и многофункциональную конструкцию, долговечность и надежность которой во многом определяются подготовкой грунтовых оснований. Выбор методов стабилизации зависит от проектируемой пропускной способности транспорта, расчетной нагрузки, типа базирующейся на аэродроме техники, а также дорожно-климатической зоны строительства.
Все большее значение приобретают облегченные, переходные и низшие типы дорог с применением грунтов и грунтобетонов.
Актуальность этого направления заключается в потребности развития широкой сети дорог в отдаленных населенных пунктах и регионах, наиболее труднодоступных и слабосвязанных с административными центрами.
Строительство таких дорог сдерживается из-за отсутствия развитой инфраструктуры и отечественных машин для приготовления грунтов и грунтобетонов.
Развитие сети этих дорог реально с использованием местных материалов, к числу которых можно отнести вскрышные породы при добыче нефти, отработанные буровые растворы, шламы нефтедобычи и транспортирования нефти. Такие отходы депонируются на открытых площадках, полигонах, занимают огромные площади, экологически небезопасны и их переработка становится всё более актуальной по многим причинам.
Рекомендуются укрепленные грунты, физико-механические свойства которых удовлетворяют требованиям I, II и III классам по прочности (1-4 МПа). Они могут применяться в качестве нижних слоев оснований под асфальтобетонные покрытия на аэродромах класса Д-Е
4 или в качестве покрытий на аэродромах сельскохозяйственной авиации с обязательным устройством слоя износа в виде поверхностной обработки, а также для устройства во II-V дорожно-климатических зонах оснований и покрытий дорог 3,4 и 5 категорий.
С применением безотходных технологий экономия материале- и энергоресурсов возрастает, а транспортные расходы на строительство дорог снижаются в отдельных случаях в несколько раз.
Работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Архитектура и строительство» (1996-1997 гг.).
Цель и задачи исследований
Целью настоящих исследований является разработка технологии химического закрепления дисперсных грунтов с применением органоминеральных и полимерных отходов в качестве активаторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
изучить грунты различного генезиса, химико-минералогического состава, влажности, обменной и адсорбционной активности, чувствительности к переработке;
установить принципиальную возможность стабилизации нефтеотходов минеральными вяжущими, изучить кинетику их твердения;
разработать механизм и параметры активации глинистых и суглинистых грунтов отходами нефтедобычи и нефтепереработки, полимерными веществами;
качественно и количество оценить влияние органоминеральных и полимерных отходов на степень перерабатываемости грунтов различной связанности и пластичности;
разработать составы и технологию грунто- и нефтешламобетонов;
- теоретически обосновать и разработать принципы создания оборудования для активации и приготовления грунтобетонов. Рассчитать технико-экономическую эффективность работы.
Научная новизна работы
-
Разработан новый подход к процессу переработки грунтов и выбору активаторов коагуляционного, диспергирующего и гидрофобного действия.
-
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено участие минеральной и полимерной составляющей нефтеотходов в формировании структуры и свойств грунтобетонов на органических и минеральных вяжущих.
-
Впервые изучены физико-механические свойства шламов нефтедобычи и возможность их применения в качестве структурного скелета бетона, стабилизованного минеральными вяжущими.
-
На базе нефтяных отходов разработана концепция применения их в качестве активаторов полифункционального действия грунтов, закрепленных вяжущими веществами с различными процессами твердения и упрочнения.
-
Разработаны модели новых перерабатывающих установок, создание которых основано на положениях теории упругости и механики грунтов. Выведены формулы для определения энергетических параметров машин.
На защиту выносятся
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по активации дисперсных грунтов органоминеральными и полимерными отходами.
-
Параметры приготовления и физико-механические свойства активированных грунтобетонов на минеральных и органических связующих.
3. Результаты расчета и конструкции новых грунтоперерабатывающих
установок, их технические характеристики.
4. Результаты промышленной проверки и внедрения технологии
активации грунтов и приготовления грунтобетонов на передвижных и
стационарных установках; экономическая эффективность их применения.
5. Выводы и практические рекомендации по результатам исследованиям.
Практическая значимость работы
Заключается в том, что на основании выполненных исследований разработана технология приготовления и стабилизации фунтобетонов для усовершенствованных переходных и низших типов дорог, а также аэродромов класса А-Е, расположенных во II-V климатических зонах.
Это дает возможность расширить сеть дорог и аэродромов в отдаленных регионах, решить при этом социальные и экономические вопросы.
Результаты работы использованы при разработке рекомендаций по подбору оптимальных составов грунто- и нефтешламобетонов, на основе которых выпущены и уложены опытные участки дорог.
Разработан проект установок передвижного и стационарного типов для переработки грунтов и приготовления активированных грунтобетонов на различных вяжущих.
Изготовленные промышленные образцы таких установок успешно прошли производственные испытания и приняты на вооружение дорожными организациями республики Татарстан.
Испытания показали, что установки мобильны, технологичны,
производительны и область их применения значительно шире, чем только
приготовление грунтобетонов. Они могут быть использованы для
получения асфальтобетонов, укрепления откосов дорожного полотна,
создания многокомпонентных и полифункциональных
органоминеральных добавок. Использование нефтяных отходов качестве скелетной основы бетона и высокоэффективных активаторов позволяет
совместить решение технологических задач и внести существенный вклад в развитие безотходных технологий.
Технико-экономический расчет показал эффективность предлагаемого проекта со сроком окупаемости 4,5 года, индексом доходности 1,06 и чистым дисконтированным доходом 30,8.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс СамГАСА на кафедре Строительные материалы.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях СамГАСА (г. Самара, 1998-1999 гг.), международной конференции по управлению отходами (г. Москва, 1999 г.), изложены в материалах Всероссийской заочной конференции «Перспективы развития Волжского региона» (г. Тверь, 1999 г.), межвузовском тематическом сборнике (г. Магнитогорск, МГТУ, 1999 г.). Опубликовано 8 печатных работ.
По результатам исследований получены акты внедрения в производство дорог новых улучшенных составов грунтобетонов (республика Татарстан), состашіеньї региональные технологические рекомендации по активации грунтов, разработаны рабочие чертежи, изготовлены и эксплуатируются экспериментальные образцы установок.
Объем и структура работы.
Диссертация включает в себя: введение, 5 глав, общие выводы, список использованных источников и приложения. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включая 6 приложений, содержит 25 иллюстраций и 28 таблиц. Список использованных источников состоит из 163 наименований.
Автор приносит благодарность заслуженному изобретателю РФ, кандидату технических наук А.А. Эльконюку за помощь в проектировании и создании грунтоперерабатывающих установок.
