Ипользование породных отвалов в дорожном строительстве

Аннотация

Одним из наиболее перспективным направлением утилизации породных отвалов является применение породы в строительстве. Породу можно использовать в качестве дорожно-строительного материала или как исходный продукт для его получения. Именно в подстилающее основание будущих автобанов могут быть уложены миллионы тонн этих промотходов в виде так называемого «золо-шлако-породного гравия».

В настоящее время особо актуальной проблемой для Донбасса и в частности для столицы Донбасса – Донецка является утилизация промышленных отходов. Отвалы породы, количество которых достигает около 600 только по Донецкой области, занимают тысячи гектар земель, а из-за горения значительного их количества (Торез, Снежное, Димитров и др.) интенсивно загрязняют атмосферный воздух. Целый ряд шахт и обогатительных фабрик, которые имеют породные отвалы исчерпали свои мощности и некоторые из них вышли за границы отведенной земли и требуют отвода новых земель (шахта им. Засядько, шахта «Южнодонбасская № 1», шахта «Россия» и другие). Породные отвалы являются крупнотоннажными отходами - ежегодно в Донецкой области образуется около 21,2 млн. тонн золы отходов угледобычи и углеобогащения. Данные отходы являются ценным вторичным сырьем, которые используются неэффективно – только 0,7 млн.тонн.

Одним из наиболее перспективным направлением утилизации породных отвалов является применение породы в строительстве. Породу можно использовать в качестве дорожно-строительного материала или как исходный продукт для его получения. Именно в подстилающее основание будущих автобанов могут быть уложены миллионы тонн этих промотходов в виде так называемого «золо-шлако-породного гравия». Для этого необходимо лишь в условия подряда включать обязательный пункт о том, что не менее 50% дорожных строймате­риалов будут составлять отгоревшие породные отвалы, мета­ллургические шлаки и золошлаки ТЭС. При этом необходимо вспомнить, что согласно Закону Украины об отходах (ст. 16г и 38в), предприятия, утилизирующие отходы, имеют право на на­логовые льготы.

Для дорожного строительства используют так назы­ваемый «золо-шлако-породный гравий» (требования к нему и его технология производства изложены в ГОСТ 8269.0-97). Важным документом, стандартизирующим применение отходов угольной и металлургической промышлен­ности для дорожного строительства является ГОСТ 8269. 0-97 (Меж­государственный стандарт) «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного произ­водства для строительных работ». Настоящий стандарт распространяется на щебень и гравий из плотных горных пород (в том числе попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород и некондиционных отходов горных предприятий) и отходов промышленного производства (в том числе шлаков черной и цветной металлургии и тепловых электростанций) со средней плотностью зерен от 2,0 до 3,0 г/см3, применяемых в качестве заполнителей для тяжелого бетона, а также дорожных и других видов строительных работ.

Исследования показывают, что породы в зависимости от усло­вий добычи угля (разные горизонты имеют различные по веществен­ному составу вмещающие породы), формы отсыпки террикона (конус­ная, овальная), степени термообработки имеют различные показа­тели физико-механических свойств. Так, марка по прочности щебня из горелых отвальных пород ко­леблется от 800 до 200 и менее, содержание мелкозема – от 0 до 60% по массе, пылеватых, илистых и глинистых частиц – до 30% и более. Значительно изменяется количество пирита, различны пока­затели потерь при прокаливании.

Проведенные исследования с целью сбора данных, подбора сос­тавов смесей на основе отобранных проб, изучение показателей физико-механических свойств смесей горелых пород позволяют определить следующие области применения материала в дорожном стро­ительстве:

- для отсыпки земляного полотна автомобильных дорог с учетом каркасности смеси без или с назначением комплекса противопуче­вых или изолирующих мероприятий;

- для устройства оснований автомобильных дорог без или с обработкой минеральными вяжущими и получением материала всех трех классов прочности по СН 25-74;

- для устройства покрытий автомобильных дорог с использованием асфальтобетона всех трех марок по ГОСТ 9128-84.

В данной работе исследуется опыт применения в качестве сырья для строительства дорожного покрытия отходов горно-промышленного комплекса. Ведущее место среди стран Западной Европы в решении проблемы использования топливных отходов ТЭС в дорожном строительстве занимает Франция. Золы уноса используются во всех элементах дорожных конструкций. В зависимости от их состава и свойств они могут входить в тело насыпи как техногенный грунт; как минеральный материал, укрепленный гидравлическим вяжущим, в нижних слоях основания; в верхних слоях основания как компонент смешанного вяжущего или в качестве самостоятельного вяжущего; в асфальтобетонных покрытиях как минеральный порошок, в цементобетонных – как добавка, улучшающая состав бетона.

В нижних слоях оснований широко применяют смеси зол уноса с известью и гипсом, в верхних дробленую гравийно-песчаную смесь, укрепленную зольно-известковым вяжущим. Оптимальные результаты получены при соотношении извести и золы 1:4. Если установки для приготовления смесей размещены около отвалов зол уноса, то на территорию ТЭС завозят гравийно-песчаную смесь, известь и гипс, подводят водопровод; если они находятся на строительной площадке, то на нее завозят все материалы. Для приготовления смесей используют смесители с принудительным перемешиванием производительностью 300 т/ч. При укладке смесей особое внимание уделяют качеству уплотнения. Его осуществляют виброкатками, катками на пневматических шинах, пневмовиброкатками. На укрепленном слое основания устраивают защитный слой типа одиночной или двойной поверхностной обработки путем разлива 0,5-2 л/м2 катионной битумной эмульсии и распределяют 0,5-6 л/м2 песка или щебня фракции 10-20 мм. Укладка асфальтобетонного покрытия непосредственно на гравийно-песчаную смесь, содержащую известь и золу, не допускается.

В Англии зола уноса от сжигания каменного угля была применена в начале 60-х годов как материал для возведения насыпей. Исследования показали, что зола уноса является материалом, пригодным для сооружения насыпей и устройства нижних слоев основания дорожной одежды, которые должны находиться на глубине не менее 40 см от поверхности покрытия в связи с их недостаточной морозоустойчивостью. Аналогичные исследования золошлаковых смесей из отвалов тепловых электростанций доказали их пригодность для сооружения насыпей и устройства оснований дорожных одежд. Из этого материала были отсыпаны две насыпи при реконструкции дороги А1, в которые уложено около 172800 м3 золошлаковой смеси. Рекомендовано не сооружать насыпи из мелкого и влажного материала.

В Польше проведены исследования и опытные работы по укреплению золы уноса как самостоятельным вяжущим не только песков, но и глинистых грунтов. Получены положительные результаты при устройстве однослойного основания из глины, укрепленной 85% золы уноса, и двухслойного основания с нижним слоем из пылеватых лессовых суглинков, укрепленных 8-12% золы уноса и верхним слоем из того же грунта, укрепленного 6% золы уноса и таким же количеством портландцемента. Установлено, что грунты (пылеватые пески, глины, суглинки), укрепленные 5-15% золы уноса, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к грунтам, укрепленным цементом или известью. Однако нарастание прочности протекает медленней.

В Китае при сооружении автомобильной дороги в качестве несущего слоя использовали смесь извести с каменноугольной золой в оптимальном соотношении компонентов: известь:зола = 1:4. При содержании извести 12% прочность образцов на 56-е сутки составила 33,2 кгс/см2. На скоростной магистрали Nanjing-Yancheng в качестве основания дорожных покрытий применяли грунт, укрепленный комплексным вяжущим - цементом, известью и золой уноса.

В Украине данное направление утилизации породных отвалов в настоящее время не имеет широкого распространения, не смотря на наличие значительного объема сырья. Одним из наиболее удачным примером применения в качестве грунта при возведении земляного полотна отвальных пород шахтных терриконов со стабилизацией их цементом стала дорога от проспекта Мира до улицы Байдукова в г. Донецке. Генеральным подрядчиком при строительстве дороги стало ООО «Дорожное строительство «Альтком».

Строительство дороги дало городу ряд положительных моментов:

- утилизация породного отвала и соответственно ликвидация его негативного влияния на окружающую природную среду;

- снижение себестоимости строительства дороги за счет использования золо-шлако-породного гравия;

- снижение выбросов от автотранспорта вследствии разгрузки центральных улиц города;

- высвобождение территории, занимаемой породным отвалом;

- создание эстетически благоустроенной территории.

Выводы

В данной работе проанализирован мировой опыт применения отходов угледобычи и углеобогащения, которые нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В Украине разработки утилизации породных отвалов находятся на начальном этапе внедрения. Строительство автодороги в г. Донецке показало целесообразность применения подобных ресурсосберегающих технологий. Применение золо-шлако-породного гравия в дорожном строительстве имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными строительными материалами, что прежде всего обусловлено экономическим и экологическим эффектами. Экономический эффект заключается в снижении себестоимости строительства, а экологический – в ликвидации породного отвала как источника загрязнения окружающей среды. Cогласно формуле Дмитрия Ивановича Менделеева: «Отходов нет, есть сырье для других производств», породные отвалы являются ценным источником вторичного сырья, которое можно достаточно эффективно использовать в дорожном строительстве.

Список использованной литературы

1. Экология городских ландшафтов / Под ред. Н.С. Касимова. М.: Изд-во Московского университета, 1995.
2. Экология города: Учебник. - К.: Либра, 2000. - 464 с.