Модернизация рабочего оборудования дорожно-строительной машины ДЗ-27С для грунтов II группы

 

 

 

 

По треугольнику Фере определяется относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. При определении гранулометрического состава почв выявляется процентное содержание фракции механических элементов.

2. Определение необходимого количества вяжущего для укрепления грунта в дорожном покрытии

Потребность в вяжущих материалах для укрепления грунтов при проектировании дорожной одежды определяется по следующей формуле:

,                                          (18)

где  – плотность скелета грунта, т/м3 ( т/м3);

 – ширина проезжей  части дороги, м;

 – толщина обрабатываемого  слоя, м;

 – длина обрабатываемого  участка дороги, м;

 – принятая дозировка  вяжущих материалов, % ( )

 – коэффициент потери  материалов в процессе производственных  работ ()

 

 

 

 

 3. Подбор состава бетона

Требуется подобрать состав бетона марки Rб= 45 МПа для дорожного покрытия и рассчитать расход материалов на замес в бетоносмесителе с полезным объемом барабана 800 л; подвижность бетонной смеси Ок=6см, грунт суглинки легкие, длина участка укрепления 11 км, ширина проезжей части 8,5 м, толщина 21 см, вяжущее п/ц.

Характеристика исходных материалов: портландцемент активность Rц=40МПа; плотность сухих составляющих rн.ц.=1100 кг/м3, rн.п.=1600 кг/м3, rн.щ.=1780 кг/м3; их истинная плотность  rц=3000 кг/м3, rп=2660 кг/м3, rщ=2800 кг/м3; наибольшая крупность зерен гранитного фракционированного щебня 30 мм, влажность Wщ=6%; влажность чистого кварцевого песка Wп=4%.

1. Определяем водоцементное отношение В/Ц

 

 

Значения коэффициентов , , , выбраны из таблиц 1, 2, 3. [1]

2. Расход воды определяют по рисунку 4 [1]

 

3. Расход цемента на 1 м3 бетона

 

 

4. Расход щебня в сухом состоянии на 1 м3 бетона

 

где – коэффициент раздвижки зерен, определяем по таблице 4 из Методических указаний [1]

 – пустотность  щебня

 

 

 

5. Расход песка

 

 

6. В результате расчетов получен ориентировочный номинальный состав бетонной смеси

 кг/м3

7. Коэффициенты выхода бетона

 

 

Коэффициент выхода бетона может меняться в зависимости от объема пустот в заполнителях .

8. Производственный (полевой) состав бетона вычисляем, принимая во внимание влажность заполнителей, в связи с чем, необходимое количество воды уменьшаем

 

 

При этом количество заполнителей соответственно увеличиваем

 

 

 

 

9. Для получения производственного состава в соотношениях по массе, расход каждого компонента бетонной смеси (кг) делим на расход цемента

 
    при 

 

10. Дозировку составляющих бетонной смеси (кг) на один замес бетоносмесителя с полезным объемом барабана 0,8 м3 (800 л) определяем по формулам

 

 

 

 

Данный расчет был проведен с целью выбора необходимых материалов и установлении их рациональных количественных соотношении, обеспечивающих получение удобной укладки бетонной смеси, обладающей заданным комплексом физико-механических свойств и максимально экономичного цемента с минимальным расходом.

 

 

 

4. Исследовательская часть (Отходы в дорожном строительстве)

Золошлаки.

В России около 70% всей электроэнергии вырабатывается при сжигании твердого топлива - углей, сланцев, торфа, в результате чего образуется около 50 млн. тонн в год отвалов золошлаковых смесей. К концу 2001 г. в отвалах ТЭС находилось свыше 1,2 млрд. тонн таких отходов, а уровень их утилизации составляет только около 10%. Поэтому использование отходов от сжигания твердого топлива - это не столько вопрос экономии материальных ресурсов, сколько проблема возрастающего загрязнения окружающей среды и, следовательно, здоровья нации.

В настоящее время во многих странах, в том числе в России, накоплен достаточно большой опыт применения золошлаковых материалов во многих отраслях народного хозяйства.

Обзор отечественного и зарубежного опыта использования зол и золошлаковых материалов освещает вопросы их применения при строительстве земляного полотна и слоев дорожных одежд. Так, золы сухого улавливания и золошлаковые материалы можно использовать при укреплении грунтов различного состава, как в виде самостоятельного вяжущего материала, так и в составе комплексного вяжущего (в сочетании с органическими и неорганическими вяжущими, смолами). Накоплен опыт применения этих материалов в асфальто- и цементобетонах.

Потребление материальных ресурсов при строительстве автомобильных дорог чрезвычайно велико. На возведение 1 км автомобильной дороги в зависимости от ее категории и местных условий требуется:

• для сооружения земляного полотна – 6 - 60 тыс. м3 грунта;
• для создания дренирующих и морозозащитных слоев - 1,6 - 6 тыс. м3 песка;
• для строительства дорожного основания - 0,8 - 5,4 тыс. м3 щебня или грунта, укрепленного вяжущими материалами;
• для строительства дорожных покрытий - 1,1 - 4,7 тыс. т асфальтобетона (что требует 
  55 - 235 т битума) или 1,2 - 4,8 тыс. м3 цементобетона (480 - 1700 т цемента).

Уменьшение потребности в дорожно-строительных материалах и повышение эффективности их использования остается важнейшей проблемой. Многолетние научные исследования и практика дорожного строительства показали, что одним из путей ее решения является применение вторичных ресурсов - отходов промышленности, которые можно использовать или в качестве непосредственно дорожно-строительного материала, или как исходный продукт для его получения.

К таким отходам относятся золы и шлаки - продукты сжигания на тепловых электростанциях (ТЭС) твердого топлива: угля, торфа, сланцев и других горючих материалов. Следует различать

1. - золу уноса сухого улавливания, когда зола, поступающая с электрофильтров и из циклонов ТЭС в золосборники, направляется специальным пневмотранспортом в силосные склады либо непосредственно в транспортные средства потребителей;
2. - золошлаковую смесь гидроудаления, когда при очистке золосборников с помощью воды зола и шлак в виде золопульпы удаляется в отвалы.

В России золы и золошлаковые смеси образуются на 200 ТЭС (ТЭЦ, ГРЭС), и только приблизительно на 20 из них имеются установки для сухого улавливания золы. Объем золошлаковых отходов после сжигания углей, сланцев и торфа, по данным Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института (ВТИ), составляет 40 - 50 млн. т в год.

Зола - несгорающий остаток с зернами мельче 0,16 мм, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании и осажденный из дымовых газов золоулавливающими устройствами. В зависимости от вида топлива зола подразделяется на антрацитовую, каменноугольную, буроугольную, сланцевую, торфяную и др. Содержание золы при сгорании топлива различно: в каменных и бурых углях - от 1 до 45%, в горючих сланцах - от 50 до 80%, в топливном торфе - от 2 до 30%. По способу удаления различают: золу сухого отбора (зола уноса) и мокрого (зола гидроудаления). Зола уноса получается в результате очистки дымовых газов золоуловителями и представляет собой тонкодисперсный материал с очень мелкими частицами, что позволяет использовать ее без дополнительного помола. Зола мокрого отбора образуется при удалении ее с помощью воды в виде пульпы по золопроводам.

Топливный шлак - это материал, скапливающийся в нижней части топочного пространства тепловых агрегатов и удаляемый в жидком или спекшемся состоянии. При совместном удалении золы и шлака гидротранспортом на тепловых электростанциях образуется золошлаковая смесь.

Химический и минерально-фазовый составы, строение и свойства золошлаковых материалов (ЗШМ) зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа их улавливания и удаления, места отбора из отвалов.

При высоких температурах (1200 - 1600°С) сжигания топлива минеральные примеси претерпевают изменения; в них протекают сложные физико-химические процессы: выделяется химически связанная вода силикатов и алюмосиликатов; разлагаются карбонаты; идут реакции в твердой фазе; происходят плавление, кристаллизация, силикатообразование, стеклообразование и др. Поэтому золы и шлаки ТЭЦ имеют сложный химический и минералогический составы.

Основным нормативным документом, в котором приведены и детализированы основные требования к золошлаковым материалам, используемым в дорожном строительстве, а также указания по технологии их применения являются «Технические указания по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог»

При строительстве автомобильных дорог золы уноса сухого отбора используют в качестве активной гидравлической добавки совместно с цементом или известью, а также как самостоятельное медленно твердеющее вяжущее для устройства дорожных оснований и покрытий из укрепленных грунтов и отходов, получаемых при дроблении каменных материалов.

Золошлаковые смеси применяют в качестве материала для сооружения насыпей земляного полотна или малоактивной гидравлической добавки, в сочетании с цементом при укреплениигрунтов на дорогах III - IV категорий.

Критерием пригодности золошлаковой смеси для возведения земляного полотна считают их морозостойкость, которая характеризуется величиной относительного морозного пучения (Кпуч). Оно представляет собой отношение вертикальной деформации пучения при промораживании образца к его первоначальной высоте, выраженной в процентах. Степень пучинистости материалов определяют на образцах, выдержанных 7, 28 и 90 сут.

По степени морозостойкости золошлаковые смеси классифицируют на непучинистые (КПУЧ<1%), слабо-пучинистые (КПУЧ=1÷3%),  пучинистые (КПУЧ=3÷10%) и сильно пучинистые(КПУЧ>10%). Непучинистые и слабо пучинистые золошлаковые смеси применяют при возведении насыпей земляного полотна без ограничений. Пучинистые золошлаковые смеси допускаются при обязательном осуществлении комплекса мероприятий по обеспечению устойчивости земляного полотна, особенно верхних его слоев, находящихся в зоне промерзания. К таким мероприятиям относятся:

• назначение крутизны откосов с учетом возможности механизированного планирования, уплотнения и укрепления поверхности откосов или устройства защитных слоев на откосах насыпи;
• применение морозозащитных слоев в верхней части земляного полотна;
• устройство дренажа или капилляропрерывающих слоев;
• устройство берм и изолирующих слоев в основании земляного полотна;
• укрепление обочин земляного полотна и устройство требуемого водоотвода в процессе послойного возведения земляного полотна.

Сильно пучинистые золошлаковые смеси для возведения насыпей земляного полотна не допускаются.

 

Отходы от сжигания твердого топлива на ТЭС широко используются при строительстве автомобильных дорог как в России, так и за рубежом. Ниже приведены следующие области их применения:

Зола сухого отбора

• медленнотвердеющее самостоятельное вяжущее для устройства оснований дорожных одежд из укрепленных грунтов и каменных материалов;
• активная гидравлическая добавка в сочетании с неорганическими вяжущими (цементом или известью) для устройства оснований;
• активная гидравлическая добавка в сочетании с битумными или полимерно-битумными вяжущими;

• составная часть минерального порошка или для его замены при приготовлении асфальтобетонной смеси; 
• добавка взамен части цемента и заполнителя при приготовлении тяжелого бетона и раствора;

отвальные золошлаковые смеси гидроудаления;

• техногенный грунт для сооружения дорожных насыпей;
• материал, укрепленный цементом или другими вяжущими, для устройства оснований и дополнительных слоев дорожных одежд;
• малоактивная гидравлическая добавка к извести при приготовлении золоизвестковых вяжущих для укрепления грунтов и каменных материалов;
• взамен минерального порошка и частично песка при приготовлении асфальтобетона;
• заполнитель при приготовлении тяжелого песчаного бетона. При применении зол и золошлаковых смесей достигается следующая экономия цемента:
• при использовании активных зол уноса сухого отбора в качестве самостоятельного медленно твердеющего вяжущего - 100%;
• при использовании малоактивных зол уноса сухого отбора в качестве добавок к цементу - до 50%;
• при укреплении цементом золошлаковых смесей гидроудаления (вместо естественных песчаных грунтов или в качестве добавок к ним) – 20 - 30%.