Введение к работе
Актуальность. Состояние дорожной сети - одни из критериев уровня развития государства. Поэтому новый этап в развитии и становлении дорожной сети России характеризуется переходом на создание сложных конструкций дорожных одежд, которые обеспечивают повышенную комфортность, долговечность и высокие транспортно-эксплуатацнонные свойства автомобильных дорог. Традиционная технология устройства щебеночных оснований дорожных одежд состоит из сложных технологических процессов. Наиболее трудоемким является процесс уплотнения щебня в слое основания. При этом количество проходов катка по одному следу измеряется десятками, что заметно удлиняет сроки строительства дорожной одежды.
Разработка и получение минерального бетона с высокоплотной упаковкой — один из выходов в сложившейся ситуации не только в регионе, но и в России за счет оптимально подобранной упаковки минеральной смеси и использования местного щебеночного материала из попутно добываемых скальных пород КМА. Немаловажно то, что получение минеральной смеси и устройство оснований дорожных одежд из минерального бетона возможно круглогодично. Укрепление минеральной смеси смесями с высокой проникающей способностью (СВПС), полученных путем совместного помола цемента и отходов мокрой магнитной сепарации (ММС), позволяет не только повысить транспортно-эксплуатацнонные свойства автомобильной дороги, но и способствует утилизации самого крупнотоннажного отхода.
Внедрение минерального бетона на основе попутнодобываемых скальных пород КМА и использование отходов ММС железистых кварцитов при получении СВПС позволяет исключить возможность устройства оснований из дорогостоящего привозного шебеня и, следовательно, значительно снизить не только себестоимость конструкции дорожной одежды, но и улучшить в значительной степени экологическую обстановку благодаря утилизации отходов ММС.
Цель работы. Разработка минерального бетона на основе щебеночного материала из попутно-добываемых скальных пород КМА для оснований автомобильных дорог.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка методики расчета составов минерального бетона для оснований автомобильных дорог;
разработка смесей с повышенной проникающей способностью на основе ТМЦ, с использованием отходов ММС, для укрепления минеральных смесей;
разработка технологии устройства основания дорожной одежды с применением как укрепленного, так и неукрепленного минерального бетона;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований в промышленных условиях.
Научная новизна.' Предложены принципы проектирования составов минерального бетона из пород анизотропной текстуры, заключающиеся в создании плотной упаковки заполнителя на основе установленной математической зависимости случайного распределения зерен различного размера и морфологии, при использовании которых образуется наименьшая пустот-ность и оптимизируются энергозатраты на ее уплотнение.
Установлен характер зависимости между количеством проходов катка по следу, необходимого для уплотнения смеси, до проектной пустотности, и временем вибрирования щебеночной смеси в лабораторных условиях, позволяющей разработать оптимальную технологию щебеночного основания.
Установлено, что максимальному расслаиванию из подобранных минеральных смесей подвержены смеси с прерывной гранулометрией и смеси на основе пород сланцевой толщи, что предопределяется характером поверхности и высокой лещадностью щебня.
Установлен характер зависимости подвижности смесей с высокой проникающей способностью с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов от количества суперпластификатора С-3 и мель-мент и ее влияние на прочность и морозостойкость укрепленного минерального бетона.
Практическое значение работы. Предложена рациональная область использования вмещающих скальных пород в качестве основного материала для получения минерального бетона и крупнотоннажных отходов железорудных месторождений - отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов - в качестве сырьевых компонентов при производстве многокомпонентных вяжущих.
Предложена методика по определению модуля упругости минерального бетона установкой динамического нагружения Дина-ЗМ, заключающаяся в вычислении модуля упругости материала слоя дорожной одежды, на основе общего модуля упругости экспериментальной конструкции дорожной одежды.
Разработана технология получения и составы смесей с высокой проникающей способностью для строительства укрепленных оснований автомобильных дорог, заключающаяся в получении тонкомолотых цементов с использованием отходов ММС железистых кварцитов, суперпластификаторов С-3 и мельмект.
Предложена технология устройства оснований автомобильных дорог с применением укрепленных смесями с высокой проникающей способностью и неукрепленных минеральных смесей.
Произведен подбор составов'минеральной смеси для оснований'автомобильных дорог с прерывной и непрерывной гранулометрией на основе скальных попутно-добываемых пород КМА.
Получены минеральные бетоны на основе скальных пород КМА, укрепленные смесями с высокой проникающей способностью по методу пропитки.
Внедрение результатов исследований. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена на ряде участков при строительстве оснований дорожных одежд дорог П, IV категории в Белгородской области.
Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве и реконструкции автомобильных дорог разработаны следующие норма-тивные документы:
рекомендации по использованию вмещающих скальных пород КМА для устройства оснований автомобильных дорог из минерального бетона;
технические условия "Минеральные щебеночные смеси для оснований автомобильных дорог из вмещающих скальных пород КМА" ТУ 57И —001 — 02066339-2006;
технологический регламент на "Производство минерального бетона с использованием вмещающих скальных пород КМА для устройства оснований автомобильных дорог".
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106, 270205 и 340100.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на Международной научно-технической Интернет-конференции "Перспективы развития дорожно-строительного комплекса" (г. Брянск, 2006), III Международной научно-практической конференции "Проблемы экологии: наука, промышленность, образование" (г. Белгород, 2006).
Публикации, По материалам и результатам исследований опубликовано 5 работ, в том числе одна статья в издании, входящем в перечень ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 230 страницах машинописного текста, включающего 44 таблицы, 45 рисунков и фотографий, список литературы из 168 наименований, 7 приложений.
