Отходы в дорожном строительстве

В целях расширения сырьевой базы природных каменных материалов и улучшения окружающей среды Союздорнии в содружестве с другими организациями проведены исследования, широкая производственная проверка и на основе этого разработаны рекомендации и нормативные документы по применению в дорожном строительстве каменных материалов из различных отходов промышленности и бытовых отходов. Результаты основных проведенных работ приведены ниже.

Отходы из щебня, гравия и песка
Отходы горнообогатительных, горноперерабатывающих и горнодобывающих предприятий представлены осадочными или изверженными горными породами в виде щебня, гравия и песка. Плотность щебня и песка аналогична плотности таких материалов из природных горных пород. После дробления и сортировки отходов может быть получен любой стандартный зерновой состав щебня, песка или их смесей. Прочность щебня колеблется в пределах от М 200 до М 1200. Марка морозостойкости, оцениваемая количеством выдержанных циклов попеременного замораживания-оттаивания, составляет F 25 — F 100.
Щебень и песок из этих отходов находят применение во всех видах дорожного строительства. Годовой объем выходов отходов ГОК превышал 100 млн т. Они имеются на территориях Северо-Западного, Центрального, Уральского, Сибирского и Дальневосточного округов.

Окислительные кварциты
Щебень из окисленных железистых кварцитов горнообогатительных комбинатов Курской области (Курской магнитной аномалии) характеризуется повышенной по сравнению с традиционными материалами плотностью. После дробления и сортировки может быть получен щебень, песок и смеси любых стандартных фракций. Щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 1000-1400, по истираемости в полочном барабане — И 1, марку по морозостойкости F 50 — F 150 (потери массы до 1%), содержит пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен от 19% до 32%, пылевидных и глинистых частиц — до 2%. Щебень имеет устойчивую структуру против всех видов распадов (потери массы после испытаний — до 1%, марка УС 1). Полученные характеристики соответствуют требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 3344-83.
Для использования щебня в основаниях из готовых смесей по ГОСТ 25607-94 рекомендуется готовить и применять смесь 0-70 мм с содержанием фракций 10-70 мм 50% и фракций 0-10 мм — 50%, соответствующей смеси С 5 ГОСТ 25607 94, а также смесь С 6 ГОСТ 25607 94, содержащей 75% фракции 10-40 мм и 25% фракции 0-10 мм. Для использования щебня в щебеночных основаниях, устраиваемых методом заклинки, в качестве основного материала рекомендуется использовать согласно СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные дороги" щебень фракции 40-70 мм, в качестве расклинивающего материала — щебень фракции 10-20 и 5-10 мм, которые можно получить рассевом фракций 10-40 или 40-70 мм.
Допускается в качестве расклинивающей фракции вместо фракций 10-20 и 5-10 мм использовать отсевы дробления фракций 0-10 мм, зерновой состав которой соответствует требованиям ГОСТ 25607-94 (С 12), или смесь фракций 5-20 мм.

Шлаки черной и цветной металлургии
Шлаки черной и цветной металлургии и фосфорные представлены в виде щебня, песка и смесей из них. Дроблением и сортировкой можно получить щебень и песок, а также щебеночно-песчаные смеси любых стандартных фракций. Прочность щебня колеблется от М 200 до М 1200. Марка морозостойкости находится, как правило, в пределах F 25 — F 150. Некоторые виды шлаков обладают свойствами самоцементации. Применяются шлаки в основном для строительства оснований, а также для приготовления шлакового вяжущего марок 50-200. Годовой объем выхода шлаков черной и цветной металлургии превышал 75 млн т. Они имеются на территориях Северо-Западного, Центрального, Поволжского, Уральского и Сибирского административных округов.

Шламы
Шламы (отход производства алюминия) по зерновому составу представляют собой песок. Содержание в шламах большого количества белита позволяет применять их в качестве материала основания, который со временем омоноличивается; к 360 сут. его прочность при сжатии достигает 6 МПа. Разработаны технологии получения из шламов минеральных вяжущих марок 100-200. Шламы имеются в Северо-Западном, Уральском и Сибирском административных округах. Годовой объем выхода составлял около 8 млн т.

Золы и золошлаки ТЭЦ
Золы и золошлаковые отходы ТЭЦ подразделяются на две основные группы: сухого удаления и гидроудаления. Золы сухого удаления по зерновому составу могут быть отнесены к мелкому песку. Они обладают вяжущими свойствами и могут быть применены для строительства укрепленных оснований дорожных одежд в качестве вяжущих взамен цемента. Ориентировочный расход — 10-20%. Прочность обработанного материала в возрасте 90 сут. составляет 1-6 МПа.
Золы гидроудаления по зерновому составу представляют собой пески. Золошлаковые отходы гидроудаления содержат также и гравелистую фракцию. Зерновой состав золошлаков, как правило, 0-20 мм, реже 0-40 мм. Марки прочности шлака колеблются в пределах 200-600, марка морозостойкости составляет F 15 — F 50. Золы гидроудаления применяются, как правило, для строительства земляного полотна. Золошлаки гидроудаления могут быть использованы для устройства оснований дорожных одежд. Золошлаки и золы имеются во всех регионах страны. Годовой выход сухой золы — 10 млн т, золошлаков — 60 млн т.

Гипсосодержащие отходы
Из гипсосодержащих отходов — фосфогипса, борогипса, фторангидрида — наиболее распространен фосфогипс, подразделяющийся на две группы: полугидрат и дигидрат. По зерновому составу это порошкообразный материал с максимальным размером зерна 1 мм. Фосфогипс-полугидрат обладает в течение примерно 3 сут. после выпуска вяжущими свойствами и применяется для строительства монолитных оснований.
Прочность такого материала при сжатии в возрасте 28 сут. составляет 2-6 МПа. Фосфогипс-дигидрат вяжущими свойствами не обладает и может применяться в отдельных случаях как добавка к цементу при строительстве укрепленных оснований. Фосфогипс-дигидрат, обработанный по специальной технологии, может быть использован для производства гипсовых вяжущих (до М 400).

Щебень из красного кирпича
Из бывшего в употреблении красного кирпича дроблением и сортировкой может быть получен щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси любых стандартных фракций. Испытания щебня из красного кирпича, бывшего в употреблении, показывают, что щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 200, по истираемости в полочном барабане — И 4, марку по морозостойкости F 25, содержит до 20% пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен, пылевидных и глинистых частиц — до 3%, имеет марку по водостойкости В 2. Щебень по приведенным выше характеристикам соответствуют требования ГОСТ 8267 — 93. Щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси могут быть использованы для строительства щебеночных оснований автомобильных дорог в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные дороги", а также для оснований площадок для стоянки автомобилей, площадок внутридворовых территорий, садово-парковых дорожек, для укрепления обочин.

Щебень из цементобетона
Щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси любых стандартных фракций из цементобетона, бывшего в употреблении, показывают, что щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 400, по истираемости — в полочном барабане И-3, марку по морозостойкости F-25, содержит до 15% пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен, пылевидных и глинистых частиц — до 3%, имеет марку по водостойкости В2. Щебень по указанным выше показателям и зерновому составу соответствует требованиям ГОСТ 8267-93. Щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси из цементобетона, бывшего в употреблении, могут быть использованы для строительства щебеночных оснований автомобильных дорог в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные дороги".

Щебень и песок из старого асфальтобетона
В последние годы значительно увеличился объем сфрезерованного старого асфальтобетонного покрытия. Возникла проблема его утилизации. Результаты испытаний показали, что зерновой состав сфрезерованного старого асфальтобетонного покрытия представлен смесью 0-20 или 0-40 мм. После экстрагирования установлено, что минеральная смесь включает минеральный порошок, песок (отсевы дробления) и щебень.
Щебень, как правило, изверженных горных пород имеет марку прочности 800, 1200, марку морозостойкости F 50 — F 100. С целью оптимизации зернового состава асфальтобетонного гранулята были испытаны составные смеси, оптимальные для щебеночных оснований по ГОСТ 25607-94, из известняка марки прочности 600 и морозостойкости F 25 и асфальтобетонного гранулята. Критерием оценки пригодности смеси для устройства щебеночных оснований служит несущая способность, определяемая модулем упругости, который должен соответствовать требованиям ВСН 46-83 для щебеночных оснований, устраиваемых методом смещения исходных материалов в определенных пропорциях.
Результаты определения характеристик различных смесей (оптимальная влажность, максимальная плотность, модуль упругости) показали, что замена 20-30% природного щебня асфальтовым гранулятом является эффективной и целесообразной — несущая способность щебеночных оснований из таких смесей и плотность несколько увеличивается. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по устройству щебеночных оснований с использованием 20-30% старого снятого асфальтобетона (асфальтового гранулята).

Стеклокристаллический щебень из стеклобоя
На обширной территории России в ряде районов отсутствуют прочные горные породы, из которых можно получить щебень с устойчивой во времени шероховатостью для устройства верхних слоев дорожных одежд.
В последнее время для этих целей разработаны искусственные каменные материалы. Союздорнии совместно с ГИСом разработан стеклокристаллический щебень, получаемый путем спекания при температуре 600°-900°С (нагрев — 1 ч, выдержка — 0,5 ч, охлаждение — 1 ч) измельченного до удельной поверхности 2500-3000 см2/г стеклобоя и кварцевого песка. Ориентировочное соотношение материалов 50:50. Они характеризуются высокой прочностью (М 1000 — М 1200) и морозостойкостью (до F 300). Стеклокристаллический щебень можно использовать для приготовления асфальто- и цементобетона, а также для поверхностных обработок.

Песок из бытовых отходов
Испытанные пробы бытовых отходов, полученных на мусоросжигающих заводах, по зерновому составу представляют собой фракцию 20-0 мм. Песчаную часть (5-0) мм согласно ГОСТ 8236-93 "Песок для строительных работ. Технические условия" можно отнести к отсевам дробления. По модулю крупности Мкр = 3,2 и полному остатку на сите 0,63 мм, равному 70%, бытовые отходы относятся к группе песков (отсевов) повышенной крупности. По содержанию зерен выше 5 мм и менее 0,16 мм бытовые отходы относятся ко II классу. Содержание пылевидных и глинистых частиц составляет 3,8%.
Щебеночная часть бытовых отходов 20-5 мм имеет марку прочности по дробимости в цилиндре М 300 — М 400 по ГОСТ 8267-93 при оценке их условно как осадочных горных пород. Потери массы после испытания на дробимость в цилиндре составляет 24-30%.
Следует отметить, что необходимо разработать специальные технические условия. Насыпная плотность бытовых отходов равна 1260-1300 кг/м2. Испытанные материалы могут быть использованы для устройства дополнительных слоев оснований дорожных одежд и как компонент смеси при устройстве щебеночных оснований и оснований из щебеночно-песчаных смесей, обработанных цементом.

Подготовил по материалам "СоюзДорНИИ" Александр ПАНИЧ