МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДОРОЖНЫЙ ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ
И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГИПРОДОРНИИ

ПРЕДЛОЖЕНИЯ
ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ
ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

(Вводятся впервые)

Утверждены Минавтодором

РСФСР

Протокол № 4 от 3.IV.79

Москва 1979

ПРЕДИСЛОВИЕ

Использование промышленных отходов и местных материалов для производства неорганических вяжущих веществ, которые могут частично заменить цемент в дорогом строительстве, является актуальной задачей. В Гипродорнии в течение ряда лет проводятся исследования по разработке вяжущих веществ на основе гранулированных топливных шлаков и других материалов, разработаны «Рекомендации по использованию шлаков тепловых электростанций РСФСР при строительстве автомобильных дорог» (М., 1974).

С 1976 г. по заданию Минавтодора РСФСР в соответствии с единым координационным планом при участии Гипродорнии, ряда его филиалов, а также других организаций ведутся широкие исследования по разработке неорганических вяжущих веществ из отходов промышленности и местных материалов для основных регионов РСФСР. По результатам исследований в 1976 г. подготовлены «Предложения по использованию местных материалов и отходов промышленности при производстве неорганических вяжущих на основе зол и шлаков ТЭС, металлургических шлаков, отходов промышленности и др.», в которых рекомендовано для дорожного строительства в различных регионах РСФСР 11 видов вяжущих веществ.

В «Предложениях» приведены материалы по вновь разработанным организациями-участниками координационного плана - вяжущим на основе нефелиновых шламов, пыли уноса цементных заводов, гранулированных доменных шлаков и др. С целью подготовки, в 1980 г. «Рекомендаций» по использованию в дорожном строительстве неорганических вяжущих веществ на основе отходов промышленности и местных материалов, в настоящих «Предложениях» объединены материалы исследований 1976 и 1977 гг.

В разработке «Предложений» приняли участие канд. техн. наук. А.С. Пополов, инженеры О.Н. Кондратьева, И.А. Паткина (Гипродорнии), канд. техн. наук Ю.М. Сухоруков (Ростовский-на-Дону филиал Гипродорнии), канд. тех. наук В.П. Шлепкин (Саратовский филиал Гипродорнии), инженеры В.В. Сиротюк, В.Г. Степанец (СибАДИ), канд. техн. наук Г.М. Тарнаруцкий (НИИЦемент), канд. техн. наук Л.Е. Тылевич (Гипродорнии).

Составитель и ответственный за выпуск канд. техн. наук А.С. Пополов.

Заместитель директора Гипродорнии по научной

работе доцент, канд. техн. наук

А.П. Васильев

Замечания и предложения направлять по адресу: 109089, Москва, набережная Мориса Тореза, 34.

Гипродорнии, отдел дорожно-строительных материалов.

2. ОБЩИЕ ПОЛОженИЯ

2.1. Разработанные и предлагаемые для строительства автомобильных дорог вяжущие относятся к неорганическим гидравлическим вяжущим веществам, которые способны гидратироваться при затворении водой, образуя пластичное тесто, и со временем превращаться в искусственный камень в водных, воздушно-влажных и воздушно-сухих условиях.

2.2. Минералогический и структурно-фазовый состав местных вяжущих разнообразен и зависит от входящих в них минеральных компонентов. В большинстве случаев эти вяжущие отличаются от известных разновидностей портландцемента замедленным твердением и значительным увеличением прочности в 90- и 180-суточном возрасте по сравнению с прочностью в стандартный срок испытания 28 суток.

2.3. По виду основного сырья все исследуемые вяжущие можно разделить на следующие группы:

а) на основе зол и шлаков тепловых электростанций;

б) на основе металлургических шлаков;

в) на основе отходов химической промышленности;

г) на основе отходов керамической и цементной промышленности;

д) на основе природного сырья.

2.4. Территориальное размещение и производительность установок по производству неорганических вяжущих на основе двух и более видов отходов промышленности или местных материалов должно быть обосновано технико-экономическим расчетом в каждом отдельном случае с учетом местных условий.

2.5. Свойства вяжущих исследовались при положительных температурах. Для применения вяжущих в дорожных конструкциях при низких положительных и отрицательных температурах требуются дополнительные исследования.

2.6. Данные «Предложения» предназначены для выбора сырья в зависимости от места его расположения, качества и других региональных условий, определения области применения вяжущих и подбора составов дорожно-строительных материалов, отвечающих требованиям соответствующих нормативных документов.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ВЯЖУЩИМ И МЕТОДЫ ИХ ИСПЫТАНИЙ

3.1. К гидравлическим вяжущим на основе местных материалов и отходов промышленности, предназначенным для строительства и ремонта автомобильных дорог, предъявляются следующие требования:

а) по марке;

б) по пластичности раствора из смеси вяжущего с нормальным песком состава 1:3 при определении марки;

в) по равномерности изменения объема при твердении;

г) по срокам схватывания;

д) по тонкости помола.

3.2. Вяжущие должны иметь марку не ниже 100.

Марка вяжущего определяется пределом прочности при изгибе образцов-балочек размером 40´40´160 мм и сжатии их половинок из раствора состава 1:3 (по массе) с нормальным песком, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 310-76 и испытанных через 90 суток после изготовления. До испытаний образцы хранят в воде или в воздушно-влажных условиях при температуре 20 ± 2 °С и относительной влажности воздуха 90 - 100 %.

3.3. Образцы балочки и их половинки при испытании должны иметь прочность при изгибе и сжатии не ниже величин, указанных в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Марки вяжущих веществ

3.4. Пластичность раствора характеризуется расплывом стандартного конуса раствора из смеси вяжущего с нормальным песком в соотношении 1:3, который должен быть в пределах 105 - 110 мм после 30 встряхиваний на встряхивающем столике.

3.5. Вяжущие при испытании образцов-лепешек кипячением в воде должны показывать равномерность изменения объема. Испытания производят по ГОСТ 310-76 со следующими изменениями: перед кипячением образцы хранят в ваннах с гидравлическим затвором до образования цементного камня (для медленно твердеющих вяжущих - более 24 часов).

3.6. Начало схватывания для всех вяжущих должно наступать не ранее 2-х часов от начала затворения, конец схватывания - не ранее 6 - 8 часов (испытание по ГОСТ 310-76).

3.7. Тонкость помола вяжущих следует определять по двум показателям: удельной поверхности в см²/г и остатку на сите № 008 в % (ГОСТ 310-76). Оптимальная удельная поверхность должна устанавливаться для каждого вида вяжущего. Остаток на сите № 008 не должен превышать 15 %.

3.8. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы вяжущего (определение - по ГОСТ 310- 76).

3.9. Удельный вес и объемную насыпную массу вяжущих определяют по ГОСТ 310-76.

3.10. Морозостойкость и стойкость при попеременном увлажнении и высушивании цементного камня следует определять в соответствующих материалах (мелкозернистый и обычный бетон, укрепленные грунты и обломочные материалы). Долговечность материалов характеризуется коэффициентом стойкости после определенного количества циклов соответствующих испытаний.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

4.1. Для приготовления неорганических вяжущих, согласно настоящим «Предложениям», рекомендуется использовать золы и шлаки ТЭС, образующиеся при сжигании экибастузских и кузнецких и других видов угля, доменные гранулированные, ферромарганцевые и ваграночные металлургические шлаки, нефелиновые шламы, природные материалы (кварциты, известняки, песчаники, опоки), отходы керамической промышленности (керамзит) и отход цементной промышленности (цементная пыль уноса).

4.2. Нефелиновый шлам является отходом производства алюминия. Он содержит 70 - 85 % цементного минерала белита, обусловливающего нарастание прочности вяжущего на его основе.

4.3. Экибастузский уголь поставляется на 17 крупнейших электростанций городов Сибири и Казахстана. Зольность угля - 40 %. Объем запасов золы и шлака - 2100 тыс. т. Вследствие высокой зольности угля Экибастузского месторождения и большого объема золы-уноса в продуктах сжигания топлива последняя рекомендуется для производства неорганических вяжущих веществ.

Зола-уноса экибастузских углей представляет собой тонкодисперсный порошок серого цвета, однородный по составу. Зола содержит 33 % стеклофазы. В золе содержится до 50 % глинистого вещества от слабо аморфизированного до аморфизированного.

Угли Кузбасса используются на огромной территории страны от Урала до Красноярского края, на них работают тепловые электростанции Кемеровского, Новосибирского, Томского и других экономических районов. Золошлаковый материал от сжигания кузнецких углей на 90 % представлен стеклофазой. Кристаллическая фаза неоднородна и представлена рядом малоактивных минералов.

4.4. Для производства неорганических вяжущих веществ предусматривается использовать золы, шлаки и золошлаковые смеси, образующиеся от сжигания донецкого антрацитового угля на ряде ТЭС и ГРЭС юга РСФСР.

4.5. Для производства вяжущих веществ рекомендуется использовать золошлаковые отходы Тольяттинской ТЭЦ (Куйбышевская обл.). Содержание гранулированного шлака в составе смеси - 20 - 30 %.

4.6. Доменные металлургические шлаки представляют собой отход производства Орско-Халиловского металлургического комбината на Южном Урале.

Ваграночные металлургические шлаки отличаются от доменных шлаков более высоким содержанием стеклофазы. В СССР выпускается 1,5 млн. т в год гранулированных металлургических шлаков ваграночного производства.

4.7. Для производства шлакощелочных вяжущих веществ в условиях Западного Урала рекомендуется использовать гранулированные доменные шлаки Чусовского завода (Пермская обл.).

Для производства шлакощелочных вяжущих в условиях Урале и Западной Сибири рекомендуется использовать гранулированные доменные шлаки Карагандинского, Челябинского и Магнитогорского металлургических комбинатов.

4.8. Для получения неорганических вяжущих веществ рекомендуется использовать пыль уноса цементных заводов Поволжья-Себряковского (Волгоградская обл.), Новотроицкого (Оренбургская обл.) и Новоульяновского (Ульяновская обл.). На других указанных предприятиях выход цементной пыли не учитывается.

4.9. Химический состав отходов промышленности и местных материалов, используемых в качестве основного сырья для производств неорганических вяжущих представлен в табл. 4.1.

4.10. В качестве активизаторов твердения рекомендуется использовать следующие материалы: портландцемент марок 300 - 500, отвечающий требованиям ГОСТ 10178-76, хлористый кальций и сульфитно-дрожжевую бражку, отвечающие требованиям соответствующих стандартов: ГОСТ 450-77 - хлорид кальция (кальций хлористый) технический; МРТУ 13-64-35-66 «Концентраты сульфитно-дрожжевой бражки».

4.11. Золы уноса для приготовления местных вяжущих веществ должны удовлетворять следующим требованиям:

а) содержание сернистых и сернокислых соединений (в пересчете на SO₃) - не более 3 %;

б) потери в массе при прокаливании - не более 5 %;

в) удельная поверхность - не менее 3000 см²/г.

Таблица 4.1

Химический состав отходов промышленности и местных материалов

4.12. Для приготовления вяжущих могут быть использованы шлаки, образующиеся при сжигании различных видов угля в котлах ТЭС, в которых шлаковый расплав охлаждается водой (гранулированные топливные шлаки).

Шлаки должны удовлетворять требованиям, приведенным в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Требования к топливным шлакам

4.13. Для приготовления вяжущих могут быть использованы высокоактивные и активные шлаки черной металлургии (ваграночные, сталеплавильные и др.).

Шлаки считают высокоактивными, если после испытания образцов в соответствии с ГОСТ 3344-73 предел их прочности при сжатии будет более 50 кгс/см². Если предел прочности образцов при сжатии будет 25 - 50 кгс/см², шлаки считают активными.

4.14. Для приготовления вяжущих используют шлаки, устойчивые против всех видов распада в соответствии с требованиями и методикой испытаний по ГОСТ 3344-73.

4.15. Для приготовления вяжущих веществ используют аглопоритовый щебень или отходы дробления аглопоритового щебня, представляющий собой искусственный пористый материал, получаемый при термической обработке силикатного сырья методом агломерации.

4.16. Потери в весе при прокаливании аглопоритового сырья должны быть не более 3 %.

4.17. Потери в весе при определении стойкости аглопоритового сырья против силикатного распада должны быть не более 8 %, а против железистого распада - не более 5 %.

4.18. Для приготовления вяжущих веществ применяют керамзитовый гравий или отходы дробления керамзитового гравия, представляющего собой искусственный пористый материал, который получают вспучиванием при обжиге силикатных пород.

4.19. Керамзитовое сырье не должно содержать известковых и других включений, вызывающих потерю в массе при кипячении более 5 %.

4.20. Общее содержание в керамзитовом сырье сульфатных соединений в пересчете на SO₃ не должно быть более 3 %, в том числе содержание водорастворимых сульфатных соединений в пересчете на SO₃ - не более 1 %.

Содержание в керамзитовом сырье сульфидных соединений в пересчете на SO₃ не должно быть более 1 %.

4.21. Для приготовления вяжущих веществ применяют местные каменные материалы и отходы дробления всех групп горных пород, удовлетворяющие требованиям СНиП IД-2-70.

5. СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ВЯЖУЩИХ

5.1. Физико-механические характеристики неорганических вяжущих на основе золошлаковых материалов и цементной пыли представлены в таблицах 5.1 и 5.2.

Вяжущие всех составов имеют повышенную прочность при изгибе.

Для повышения активности зольных и шлаковых вяжущих рекомендуется увеличивать тонкость помола до 5000 см²/г.

5.2. Физико-механические характеристики неорганических вяжущих на основе нефелинового шлама и металлургических шлаков представлены в таблицах 5.3 и 5.4.

5.3. Физико-механические характеристики неорганических вяжущих на основе естественных материалов и отходов керамической промышленности представлены в таблицах 5.5 и 5.6.

Таблица 5.1

Свойства вяжущих на шлаках и золах ГЭС