Методические рекомендации по применению нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината при устройстве оснований автомобильных дорог в районах Западной и Восточной Сибири


МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ НЕФЕЛИНОВОГО ШЛАМА АЧИНСКОГО ГЛИНОЗЕМНОГО КОМБИНАТА ПРИ УСТРОЙСТВЕ ОСНОВАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В РАЙОНАХ ЗАПАДНОЙ И ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

Одобрены Минтрансстроем

Москва 1981 г.

 

Содержат основные положения по приготовлению и использованию вяжущих материалов из нефелинового шлама для укрепления грунтов в дорожных основаниях и по укреплению грунтов нефелиновым шламом в сочетании с цементом. Даны рекомендации по применению рядового отвального нефелинового шлама в качестве материалов для устройства монолитных оснований автомобильных дорог.

Предназначены для проектных и строительных организаций.

Предисловие

Рост интенсивности движения и грузоподъемности автомобильного транспорта в районах Западной и Восточной Сибири вызывает необходимость усиления дорожных конструкций. Наиболее дешевым типом укрепленных оснований являются основания из местных грунтов и некондиционных каменных материалов, обработанных минеральными вяжущими. Однако такие основания не получили широкого распространения в районах Сибири из-за дефицита вяжущих, в частности портландцемента. Поэтому актуальной задачей является использование в дорожном строительстве местных вяжущих, получаемых из отходов промышленности.

Одним из таких отходов является нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината.

Лабораторные исследования и опытно-производственные работы, выполненные Омским филиалом Союздорнии, Институтом физико-химических основ переработки минерального сырья СО АН СССР и Союздорнии, показали возможность и экономическую целесообразность применения вяжущих из нефелинового шлама и рядового отвального шлама для устройства укрепленных оснований дорожных одежд.

Использование нефелинового шлама в дорожном строительстве позволяет решить также задачу защиты окружающей среды.

В настоящих «Методических рекомендациях» рассмотрены составы и режим приготовления вяжущих материалов из нефелинового шлама, даны указания по назначению рациональных дозировок вяжущих для укрепления грунтов различного гранулометрического состава и отражены особенности технологии производства работ по устройству основании из грунтов, укрепленных шламонефелиновыми вяжущими, и из рядового шлама.

«Методические рекомендации» составлены инженерами В.М. Бескровным и Н.С. Дежиной (Омский филиал Союздорнии), канд. тех. наук И.Л. Гурячковым и инж. А.Г. Петровой (Союздорнии).

1. Общие положения

1.1. Настоящие «Методические рекомендации» разработаны в развитие и дополнение «Инструкции по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов» СН 25-74 (М., Стройиздат, 1975) в части укрепления грунтов минеральными вяжущими материалами.

1.2. «Методические рекомендации» предназначены для использования при проектировании и строительстве автомобильных дорог во II - IV дорожно-климатических зонах и рассматривают возможность укрепления грунтов следующими материалами:

вяжущими, приготовленными из нефелинового шлама;

молотым и немолотым нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом.

Кроме того, в «Методических рекомендациях» рассмотрены вопросы применения для устройства монолитных оснований рядового отвального нефелинового шлама как в чистом виде, так и в смеси с минеральным заполнителем.

1.3. Нефелиновый шлам является отходом комплексной переработки нефелиновой руды на Ачинском глиноземном комбинате и представляет собой пескообразный продукт с модулем крупности 1,6 - 2,2, влажностью 20 - 30 %, содержащий 70 - 85 % -двухкальциевого силиката в пересчете на сухое вещество. Плотность шлама в состоянии естественной влажности составляет 900 - 1100 кг/м3.

При уплотнении во влажном состоянии нефелиновый шлам проявляет способность к конденсации в монолитный водостойкий материал и дальнейшему набору прочности во времени.

1.4. Вяжущие материалы из нефелинового шлама (шламонефелиновые вяжущие) получают путем совместного помола высушенного нефелинового шлама и активатора твердения. Температура высушивания не должна превышать 150 С.

В качестве активаторов твердения рекомендуется использовать: гипсовый камень по ГОСТ 4013-74 «Камень гипсовый для производства вяжущих материалов» при расходе 5 - 10 % (гипсошламовое вяжущее), портландцемент по ГОСТ 10178-76 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» или портландцементный клинкер при расходе 10 - 20 % массы вяжущего (портландцементно-шламовое вяжущее).

1.5. Конструирование дорожной одежды со слоями из грунтов, укрепленных шламонефелиновыми вяжущими или нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом, следует выполнять в соответствии с «Инструкцией по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» ВСН 46-72 и «Альбомом типовых конструкций дорожных одежд» Союздорпроекта, принимая расчетные значения модуля упругости и допускаемого напряжения на растяжение при изгибе укрепленных грунтов согласно пп.1.6, 1.8 и табл. 20 «Инструкции» СН 25-74.

Класс прочности укрепленных грунтов устанавливают в зависимости от полученных показателей физико-механических свойств образцов после 90 суток твердения по табл. 1 «Инструкции» СН 25-74.

1.6. Грунты, укрепленные шламонефелиновыми вяжущими, нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом, и рядовой отвальный нефелиновый шлам рекомендуется применять для устройства верхнего и нижнего слоев оснований под асфальто- и цементобетонные покрытия, а также морозозащитного слоя в районах, не имеющих требуемых дренирующих материалов, в соответствии с табл. 4 и п. 1.11 «Инструкции» СН 25-74.

Для устройства основания под цементобетонное покрытие и верхнего слоя основания под двух- или однослойное асфальтобетонное покрытие следует применять укрепленный грунт I класса прочности; для устройства нижнего слоя основания под однослойное асфальтобетонное покрытие - укрепленный грунт II класса прочности; под все остальные типы покрытий и для морозозащитного слоя укрепленные грунты должны соответствовать II или III классу прочности.

1.7. Экономический эффект при использовании вяжущих из нефелинового шлама взамен портландцемента для укрепления грунтов при отпускной цене шлама 7 - 9 руб. за 1 т и транспортировке на расстояние до 1000 - 1200 км от места производства достигает 3,5 тыс. руб. на 1 км.

1.8. Выбор грунта для укрепления шламонефелиновыми вяжущими или нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом, проектирование и подбор составов смесей, работы по устройству дорожных оснований из укрепленных грунтов и контроль качества производства работ осуществляют в соответствии с требованиями «Инструкции» СН 25-74, которые предъявляются при укреплении грунтов цементом, и согласно положениям разд. 2 и 3 настоящих «Методических рекомендаций».

2. Укрепление грунтов шламонефелиновыми вяжущими

2.1. Для устройства дорожных оснований из грунтов, укрепленных шламонефелиновыми вяжущими, разрешается применять все виды и разновидности крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов в соответствии с классификацией, установленной «Указаниями по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог» СН 449-72 (М., Стройиздат, 1973), за исключением глин с числом пластичности более 20.

2.2. Шламонефелиновые вяжущие, предназначенные для укрепления грунтов, должны иметь марку не ниже 100 и прочность при изгибе после 28 сут. твердения не менее 3 МПа, при сжатии - не менее 10 МПа.

2.3. Тонкость помола шламонефелиновых вяжущих должна обеспечивать прохождение сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 3584-73 «Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками контрольные и высокой точности» не менее 85 % массы вяжущего.

2.4. Шламонефелиновые вяжущие должны равномерно изменять объем образцов при их кипячении в воде.

2.5. Время начала схватывания шламовых вяжущих не нормируют. Конец схватывания должен наступать не позднее чем через 10 ч от начала введения воды в смесь.

2.6. Испытание шламонефелиновых вяжущих выполняют согласно ГОСТ 310.1-76 «Цементы. Методы испытаний. Общие положения», 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола»; 310.3-76 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема»; 310.4-76 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».

2.7. Транспортирование и хранение шламовых вяжущих осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 22237-76 «Цементы. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение».

2.8. При проектировании составов смесей количество шламонефелинового вяжущего и влажность смеси ориентировочно принимают по таблице настоящих «Методических рекомендаций» и уточняют на основе показателей физико-механических свойств образцов, испытанных в соответствии с требованиями приложения 3 «Инструкции» СН 25-74.

2.9. При подборе составов смесей образцы из грунтов, укрепленных шламонефелиновыми вяжущими, испытывают после 90 сут. хранения. Для получения ориентировочных значений показателей прочности образцов при сжатии в 28-суточном возрасте учитывают, что эти показатели должны составлять не менее 50 % значений, указанных в табл. 1 «Инструкции» СН 25-74.

2.10. При укреплении грунтов шламонефелиновыми вяжущими смесь приготавливают двумя способами:

Грунт

Расход шламонефелинового вяжущего, % массы грунта

Влажность смеси, %

Верхний слой основания

Нижний слой основания

Крупнообломочные несцементированные грунты (гравийные, дресвяные, щебенистые); грунтогравийные и грунтощебеночные смеси и пески гравелистые (крупные и средние), близкие к оптимальному составу

6 - 10

6 - 10

4 - 6

4 - 6

4 - 9

Крупнообломочные несцементированные грунты; грунтогравийные и грунтощебеночные смеси и пески гравелистые (крупные, средние) неоптимального состава, а также мелкие одноразмерные пылеватые

7 - 16

7 - 13

5 - 7

5 - 7

4 - 11

Супеси, близкие к оптимальному составу; легкие крупные; легкие и тяжелые пылеватые; суглинки легкие (пылеватые и непылеватые)

12 - 20

7 - 19

6 - 11

5 - 9

7 - 14

Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые

-

12 - 20

9 - 15

12 - 18

Глины песчаные и глины пылеватые

-

20 - 25

14 - 19

14 - 20

Примечание. Над чертой указан расход гипсошламового вяжущего, под чертой - портландцементно-шламового.

в стационарной смесительной установке с последующей вывозкой смеси к месту укладки;

грунтосмесительными машинами непосредственно на автомобильной дороге.

2.11. При устройстве дорожных оснований из укрепленных грунтов с использованием комплекта высокопроизводительных машин типа ДС-100 смесь приготавливают в карьерной смесительной установке ДС-50А или на бетонном заводе.

2.12. Смесь вывозят на дорогу, распределяют и профилируют профилировщиком ДС-97.

2.13. Смесь после профилирования уплотняют катками на пневматических шинах до требуемой плотности: не менее 0,98 стандартной.

2.14. Уход за свежеуложенным слоем основания из укрепленного грунта осуществляют в соответствии с требованиями «Инструкции» СН 25-74. Если разрыв во времени между устройством порожного основания и уклад кой покрытия составляет не более суток, то уход за свежеуложенным слоем укрепленного грунта не осуществляют.

2.15. Движение построечного транспорта по слою укрепленного грунта разрешается открывать не ранее чем через 5 суток после его устройства при толщине слоя не менее 15 см для укрепленного грунта I класса прочности и не менее 20 см для укрепленного грунта II класса прочности. При устройстве слоя основания из укрепленного грунта III класса при толщине слоя не менее 23 см движение по нему разрешается открывать не ранее чем через 7 суток.

2.16. Длину участка укладки укрепленного грунта назначают из расчета, что все технологические операции по приготовлению смеси, ее укладке и уплотнению должны быть закончены в течение двух рабочих смен при этом разрыв во времени между увлажнением смеси и ее окончательным уплотнением не должен быть более 16 ч.

3. Укрепление грунтов нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом

3.1. Для укрепления нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом рекомендуется использовать в зависимости от дисперсности нефелинового шлама следующие разновидности грунтов:

несцементированные типа крупнозернистых песков, гравийно-песчаные смеси, различные крупнообломочные каменные материалы, в том числе и малопрочные - при использовании немолотого нефелинового шлама;

несцементированные грунты, а также различные средне- и мелкозернистые, в том числе одномерные, пески, супеси легкие, крупные и пылеватые с числом пластичности не более 5 - при использовании только молотого нефелинового шлама.

3.2. Укрепление нефелиновым шламом в сочетании с портландцементом засоленных грунтов или грунтов, содержащих органические вещества, допускается при соблюдении требований разд. 2 «Инструкции» СН 25-74.

3.3. Немолотый нефелиновый шлам для укрепления грунтов применяют как в сухом виде, так и в состоянии естественной влажности.

Наиболее эффективно использовать молотый нефелиновый шлам с дисперсностью, близкой к дисперсности портландцемента.

3.4. Для укрепления грунтов, указанных в п. 3.1 и 3.2, используют портландцемент, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-76, а также добавки каустической соды (NaOH), хлористого кальция (CaCl2), удовлетворяющие требованиям действующих ГОСТов.