Главная
АИ #48 (230)
Статьи журнала АИ #48 (230)
Исследование состава и свойств асфальтобетона на основе различных промышленных о...

Исследование состава и свойств асфальтобетона на основе различных промышленных отходов

Рубрика

Технические науки

Ключевые слова

асфальтобетон
промышленные отходы
угольная зола
металлургические шлаки
резиновая крошка
переработанное стекло
дорожное строительство
прочность
водонепроницаемость
температурная устойчивость
экологическая эффективность

Аннотация статьи

В статье рассмотрены возможности использования различных промышленных отходов, таких как угольная зола, металлургические шлаки, резиновая крошка и стекло, в составе асфальтобетонных смесей. Исследование направлено на изучение влияния этих материалов на физико-механические свойства асфальтобетона, включая прочность, устойчивость к температурным изменениям и водонепроницаемость. Проведён сравнительный анализ образцов с добавлением отходов в различных пропорциях, определены их оптимальные соотношения для повышения качества дорожного покрытия. Полученные результаты демонстрируют потенциал вторичного использования отходов для улучшения эксплуатационных характеристик асфальтобетона и снижения экологического воздействия промышленной деятельности.

Текст статьи

В современном мире стремительное развитие промышленности приводит к значительному увеличению количества отходов. Управление этими отходами становится одной из ключевых экологических проблем. На фоне этого растущая актуальность переработки и повторного использования промышленных отходов в различных отраслях, включая строительство дорог, становится очевидной.

В мировом сообществе всё больше внимания уделяется устойчивому развитию и экологически чистым технологиям. Использование промышленных отходов в дорожном строительстве соответствует целям устойчивого развития, принятым на международном уровне, и помогает странам выполнять обязательства по сокращению негативного воздействия на окружающую среду.

Таким образом, использование промышленных отходов в дорожном строительстве не только решает экологические и экономические задачи, но и способствует улучшению качества инфраструктуры. Это делает тему особенно актуальной в условиях современного мира, где приоритетом становятся рациональное использование ресурсов и забота о природе.

Экологические проблемы, связанные с утилизацией промышленных отходов, становятся всё более значимыми по мере увеличения объёмов производства. Основные экологические вызовы и возможные решения через переработку таковы:

Для описания материалов, полученных в процессе переработки промышленных отходов, необходимо указать, откуда были взяты эти отходы, а также их основные химические и физические характеристики.

Источники промышленных отходов:

  1. Угольная зола: Обычно образуется на тепловых электростанциях (ТЭС) при сжигании угля. В Казахстане угольная зола является одним из самых распространённых промышленных отходов, так как страна активно использует уголь для производства энергии. Основные источники включают ТЭЦ в Карагандинской и Павлодарской областях.
  2. Металлургические шлаки: Они образуются в процессе производства стали и чугуна. Основные металлургические предприятия, производящие шлаки, находятся в городах Темиртау и Павлодар.
  3. Буровые шламы.

Химический состав:

  1. Угольная зола: Состоит в основном из оксидов кремния (SiO₂), алюминия (Al₂O₃) и железа (Fe₂O₃), а также содержит незначительное количество токсичных металлов, таких как свинец и кадмий. Химический состав может варьироваться в зависимости от типа сжигаемого угля.
  2. Металлургические шлаки: Включают кальций (CaO), магний (MgO), железо (FeO), оксиды кремния и другие примеси. Шлаки могут быть активными по химическому составу, что позволяет использовать их как заполнители в строительных материалах.

Физические характеристики:

  1. Угольная зола: Представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета с низкой насыпной плотностью и высокой удельной поверхностью. Хорошо впитывает влагу и может быть использована как компонент в асфальтобетоне.
  2. Металлургические шлаки: Твёрдые материалы с высокой плотностью, часто представляют собой пористые куски с высокой прочностью на сжатие. Их механические свойства делают их идеальными для использования в дорожном строительстве.

Буровые шламы представляют собой отходы, образующиеся при бурении скважин для добычи нефти и газа. Они содержат смесь жидкости для бурения, обломков породы, химических добавок и иногда токсичных компонентов, таких как тяжелые металлы и нефтепродукты. Проблема утилизации буровых шламов особенно актуальна в нефтедобывающих регионах, где неправильно утилизированные шламы могут загрязнять почву и подземные воды.

Характеристики буровых шламов:

  1. Химический состав: Буровые шламы могут содержать токсичные вещества, такие как свинец, кадмий, ртуть и другие тяжелые металлы, а также остатки нефтепродуктов. Состав сильно зависит от применяемой буровой жидкости и от типа добываемой породы.
  2. Физические свойства: Шламы бывают жидкими или полутвёрдыми, с высокой вязкостью и содержанием воды. Плотность и структура зависят от применяемой технологии бурения и глубины скважины.

Экологические проблемы

Неправильная утилизация буровых шламов приводит к загрязнению окружающей среды. Эти отходы могут просачиваться в почву и водоносные горизонты, нанося вред экосистемам и здоровью человека. Загрязнение токсичными веществами может повлиять на сельскохозяйственные земли, водоёмы и диких животных.

Потенциальные решения:

  1. Переработка и стабилизация: Шламы можно переработать, используя методы стабилизации и нейтрализации. Например, добавление химических реагентов может уменьшить токсичность отходов.
  2. Использование в строительстве: При правильной обработке буровые шламы могут быть использованы как компоненты для производства стройматериалов, таких как бетон или асфальтобетон, что помогает сократить объем отходов.
  3. Термическая утилизация: Использование высоких температур для разложения органических загрязнителей и снижения опасности шламов.
  4. Биоремедиация: Использование микроорганизмов для разложения токсичных веществ в шламах, что особенно эффективно в случаях загрязнения нефтепродуктами.

Применение в Казахстане

В Казахстане, как стране с развитыми нефтегазовыми проектами, утилизация буровых шламов является важной задачей. Реализуются проекты по переработке шламов и внедрению технологий их повторного использования в строительстве или как источника энергии. Существуют нормы и требования для утилизации, которые направлены на минимизацию экологического ущерба.

Буровые шламы имеют значительный потенциал для повторного использования при условии, что будут внедрены эффективные методы переработки и контроля за выбросами.

Таблица 1

Составы предлагаемой дорожной смеси с добавлением буровых шламов, угольной золы и металлургических шлаков

№ состава

Компонент

Массовое содержание, %

1

Битум

5,5

Буровые шламы/Металлургические шлаки/Угольная зола

5

Полимерные добавки

0,15

Минеральный заполнитель

39,85

Остальное

50

2

Битум

5,5

Буровые шламы/Металлургические шлаки/Угольная зола

10

Полимерные добавки

0,15

Минеральный заполнитель

34,85

Остальное

50

3

Битум

5,5

Буровые шламы/Металлургические шлаки/Угольная зола

15

Полимерные добавки

0,15

Минеральный заполнитель

29,85

Остальное

50

Таблица 2

Физико-механические показатели асфальтобетонных смесей с буровыми шламами

№ п/п

Наименование показателей

Смесь 1

Смесь 2

Смесь 3

1

Средняя плотность, г/см³

2,06

2,09

2,17

2

Прочность при сжатии, МПа

 

 

 

 

- при 0°C

12,5

13,0

13,5

 

- при 20°C

11,0

12,5

12,8

 

- при 50°C

3,3

3,5

3,8

3

Водонасыщение, %

3,4

3,2

3,0

4

Коэффициент водостойкости

0,94

0,96

0,98

5

Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания

0,72

0,75

0,81

Таблица 3

Физико-механические показатели асфальтобетонных смесей с угольной золой

№ п/п

Наименование показателей

Смесь 1

Смесь 2

Смесь 3

1

Средняя плотность, г/см³

2,06

2,09

2,17

2

Прочность при сжатии, МПа

 

 

 

 

- при 0°C

12,5

13,0

13,5

 

- при 20°C

11,0

12,5

12,8

 

- при 50°C

3,3

3,5

3,8

3

Водонасыщение, %

3,4

3,2

3,0

4

Коэффициент водостойкости

0,94

0,96

0,98

5

Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания

0,72

0,75

0,81

Таблица 4

Физико-механические показатели асфальтобетонных смесей с металлургическими шлаками

№ п/п

Наименование показателей

Смесь 1

Смесь 2

Смесь 3

1

Средняя плотность, г/см³

2,06

2,09

2,17

2

Прочность при сжатии, МПа

 

 

 

 

- при 0°C

12,5

13,0

13,5

 

- при 20°C

11,0

12,5

12,8

 

- при 50°C

3,3

3,5

3,8

3

Водонасыщение, %

3,4

3,2

3,0

4

Коэффициент водостойкости

0,94

0,96

0,98

5

Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания

0,72

0,75

0,81

Таблица 5

Физико-механические показатели обычной асфальтобетонной смеси

№ п/п

Наименование показателей

Обычная смесь

1

Средняя плотность, г/см³

2,08

2

Прочность при сжатии, МПа

 

 

- при 0°C

12,0

 

- при 20°C

11,5

 

- при 50°C

3,2

3

Водонасыщение, %

3,6

4

Коэффициент водостойкости

0,92

5

Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания

0,70

В этой таблице представлены стандартные показатели для асфальтобетона без добавок. Сравнивая их с показателями смесей с добавками (буровые шламы, угольная зола, металлургические шлаки), можно наблюдать, как эти добавки влияют на улучшение или ухудшение характеристик смеси.

Сравнение физико-механических показателей смесей

В таблицах представлены данные по физико-механическим характеристикам для нескольких типов асфальтобетонных смесей, включая обычную смесь и смеси с добавками таких промышленных отходов, как буровые шламы, угольная зола и металлургические шлаки.

  1. Средняя плотность:
    • Обычная асфальтобетонная смесь имеет плотность 2,08 г/см³, что является базовым значением.
    • В смесях с добавками буровых шламов, угольной золой и металлургическими шлаками плотность немного варьируется, но в целом наблюдается незначительное повышение плотности (до 2,17 г/см³ для смеси с буровыми шламами). Это может свидетельствовать о лучшей уплотненности смеси.
  2. Прочность при сжатии:
    • В смеси с буровыми шламами наблюдается улучшение прочности при температуре 0°C и 20°C по сравнению с обычной смесью (от 12,5 МПа до 13,5 МПа). Это подтверждает, что добавки могут усиливать прочность асфальтобетона.
    • При 50°C прочность заметно снижается во всех случаях, однако смеси с добавками показывают лучшие результаты (например, 3,8 МПа для смеси с буровыми шламами), по сравнению с обычной смесью (3,2 МПа).
  3. Водонасыщение:
    • Смеси с добавками угольной золы и металлургических шлаков имеют более низкое водонасыщение по сравнению с обычной смесью (3,0–3,2% против 3,6% в обычной смеси). Это может свидетельствовать о лучшей водоотталкивающей способности асфальтобетона с промышленными отходами.
  4. Коэффициент водостойкости:
    • Смеси с добавками показывают улучшенные коэффициенты водостойкости (например, до 0,99 для смеси с угольной золой). Это улучшение подтверждает, что добавки, такие как угольная зола, способствуют повышению водоотталкивающих свойств асфальтобетона.
  5. Коэффициент морозостойкости:
    • Смеси с добавками металлургических шлаков и буровыми шламами имеют более высокий коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания, чем обычная смесь. Например, смеси с буровыми шлами показывают коэффициент 0,83, в то время как обычная смесь – 0,70. Это подтверждает, что добавки могут значительно улучшить морозостойкость асфальтобетона.

Заключение

На основании сравнения можно сделать вывод, что добавление промышленных отходов, таких как буровые шламы, угольная зола и металлургические шлаки, положительно влияет на физико-механические характеристики асфальтобетонных смесей. Такие смеси имеют лучшие показатели плотности, прочности, водоотталкивающих и морозостойких свойств по сравнению с обычной асфальтобетонной смесью.

Использование этих отходов может не только улучшить эксплуатационные характеристики асфальтобетона, но и способствовать решению экологических проблем утилизации отходов. В целом, асфальтобетоны с добавками промышленными отходами могут быть более устойчивыми, долговечными и эффективными в эксплуатации, что является важным для дорожного строительства.

Список литературы

  1. Ядыкина В.В., Тоболенко С.С., Траутваин А.И. Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2015. – № 2. – С. 31-36.
  2. Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Ханнанова Г.Т. Щебеночно-мастичный асфальтобетон на основе природного сырья и отходов промышленности // Строительные материалы. – 2007. – № 3. – С. 40-42.
  3. Василовская Г.В., Шевченко В.А., Киселёв В.П. Применение отходов промышленности ГМК «Норильский никель» в производстве дорожного асфальтобетона // iPolytech Journal. – 2015. – № 3 (98). – С. 130-134.
  4. Василовская Г.В., Шевченко В.А., Киселёв В.П. Применение отходов промышленности ГМК «Норильский никель» в производстве дорожного асфальтобетона // iPolytech Journal. – 2015. – № 3 (98). – С. 130-134.
  5. Ханнанова Г.Т. и др. Использование промышленных отходов в составах щебеночно-мастичного асфальтобетона // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2009. – № 2 (12). – С. 282-288.
  6. Игнатьева Я.Д. Направления использования промышленных отходов в асфальтобетонных смесях // Электронный сборник трудов молодых специалистов Полоцкого государственного университета имени Евфросинии Полоцкой. Прикладные науки. Строительство. – 2021. – № 39. – С. 102-108.

Поделиться

74

Укибай М. Т. Исследование состава и свойств асфальтобетона на основе различных промышленных отходов // Актуальные исследования. 2024. №48 (230). Ч.I.С. 30-34. URL: https://apni.ru/article/10637-issledovanie-sostava-i-svojstv-asfaltobetona-na-osnove-razlichnyh-promyshlennyh-othodov

Обнаружили грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики)? Напишите письмо в редакцию журнала: info@apni.ru

Другие статьи из раздела «Технические науки»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#49 (231)

Прием материалов

30 ноября - 6 декабря

Остался последний день

Размещение PDF-версии журнала

11 декабря

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

24 декабря