УДК 625.861: 669.183.28
К.М. Воронин
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Повышение интенсивности движения автомобильного транспорта и снижение аварийности движения требует повышения качества дорожных одежд. Повышение качества дорожных одежд не может быть осуществлено без повышения качества материалов, которые используют в дорожных покрытиях.
Повышение качества может быть осуществлено за счет применения материала с оптимальным зерновым составом и оптимальной формой зерна, т.е. с минимальным содержанием зерен лещадной и игловидной формы. Существующие дробильные заводы практически не могут обеспечить такого качества материала из-за их текстуры и конструктивных особенностей дробилок или стоимость их высока, что ведет к удорожанию строительства автомобильных дорог, что в настоящее время недопустимо.
Как показывает опыт по строительству автомобильных дорог I и II категории высокоразвитых стран, частично решить проблему получения качественного кубовидного щебня можно использованием в дорожных одеждах сталеплавильных шлаков с устойчивой структурой ко всем видам распада.
Например, доля шлакового щебня при строительстве автомобильных дорог от всего используемого для данных целей щебня составляет в США-45%, Англии-88%, Германии –59%, Франции – 50% [1].
Мартеновский шлак при остывании, как правило, образует плотный высокопрочный или ноздреватый массив темного цвета. Щебень из плотного и устойчивого к распаду мартеновского шлака может быть использован для устройства оснований всех типов покрытий с применением битумов, дегтей, а также для приготовления асфальтобетонной смеси. [2].
В отличие от щебня из естественных каменных материалов, мартеновский шлак благодаря своим текстурно-структурным особенностям обладают большей битумоемкостью, но при этом он имеет более прочное сцепление с битумом, а более высокие фрикционные свойства асфальтобетонного покрытия позволяют отказаться от дополнительной его обработки для обеспечения шероховатости покрытия [2].
Установлено, что отвальные мартеновские шлаки ММК имеют следующие показатели: марка по дробимости 1000; марка по морозостойкости –150; марка по истираемости – ИII; содержание зерен лещадной формы не более 8% по массе; содержание пылевидных и глинистых частиц до 0,9% по массе; содержание слабых зерен не более 4,8% по массе, что делает их полностью пригодными для приготовления асфальтобетона. Проведено сравнение физико-механических свойств горячего асфальтобетона типа Б, марки II для III дорожно-климатической зоны на порфиритовом щебне с аналогичными свойствами и на щебне из мартеновского шлака устойчивой структуры. При этом оба вида материала полностью отвечали требованиям ГОСТ 3344-83 «Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия».
В качестве мелкого заполнителя использовали песок, получаемый при дроблении горных пород и отвечающий требованиям стандарта, свойства песков приведены в табл. 1.
Для перевода битума в пленочное состояние и повышения вязкости, прочности и заполнения мелких пор между более крупными частицами использовали минеральные порошки. Для асфальтобетона на природном щебне — молотый известняк, на шлаковых заполнителях — фракцию 0-0,14мм мартеновского шлака. Оба вида минерального порошка полностью отвечали требованиям ГОСТ 9128-84.
Для изготовления горячего асфальтобетона использовали минеральную смесь, состоящую из отдельных фракций согласно рекомендаций ГОСТ 9128-84
Зерновой состав минеральной смеси приведен в табл.2.
При приготовлении асфальтобетонов использовали вяжущее БНД 60/90
Составы полученных асфальтобетонов для устройства нижних слоев покрытий приведены в табл. 3.
Испытания полученных асфальтобетонов проводили по методикам ГОСТ12801-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний». Результаты испытаний сведены в табл. 4.
Из полученных результатов видно, что физико-механические свойства асфальтобетона на мартеновском шлаке практически не отличаются от свойств асфальтобетона на природном материале, и оба удовлетворяют требованиям стандарта. Повышенная прочность асфальтобетона на шлаковых материалах объясняется повышенной адгезией битума к шлаку и возникновению хемосорбционных связей между шлаком и битумом. Известно, что при длительной эксплуатации в результате гидратации минералов шлака возникают гидросиликаты кальция, что приводит к повышению прочности дорожного полотна.
Помимо качества покрытия качество автомобильной дороги зависит и в большей мере от качества основания. В настоящее время наряду с укрепленными вяжущими щебеночными основаниями все чаще используют в качестве основания цементобетоны.
При использовании отвального мартеновского шлака устойчивой структуры для устройства оснований автомобильных дорог наиболее важными показателями являются предел прочности при сжатии (дробимость) и морозостойкость материала основания. Установлено, что мартеновский шлак имеет марку по морозостойкости F150 (потеря массы 4,96%); марку по дробимости 1000 и не уступает порфиритовому щебню.
Также выявлена возможность использования мартеновского шлака устойчивой структуры при приготовлении дорожного цементобетона класса В 12,5 (М150) из марки бетонной смеси по удобоукладываемости П-1, причем следует отметить, что цементобетоны на шлаковом заполнителе при одинаковом расходе цемента по своим физико-механическим свойствам превосходят цементобетоны на природных заполнителях, что видно из рис. 1.
Высокая прочность бетона на заполнителях из мартеновского шлака обусловлена повышенной адгезией шлака к цементному камню и способностью шлака вступать в химическое взаимодействие с гидрооксидом кальция, который образуется при твердении цемента.
Библиографический список
1. Lu A.K. Modern blast-furance slag for road-building and maintenance// Municipal Engenering. – 1967.-144,No20.- Р. 1041-1043.
2. Автомобильные дороги. Одежды из местных материалов. Изд. 3 /Под ред. К.А. Славуцкого. — М.:Транспорт.1987 — 225с.