проектирование бетонных смесей из металлургического шлака
Презентация главного инженера АО "Труд" Киберева Ю.В.
1. Эффективные технологии строительства и
ремонта автомобильных дорог в суровых
климатических условиях
1
Научно-практическая конференция
«Развитие транспортной системы
России. Дороги Сибири»
Докладчик: главный инженер –
первый заместитель генерального
директора АО «Труд» Кибирев Ю.В.
Иркутск 2015
2. Группа компаний «Труд»
• Группа компаний «Труд» — крупное многоотраслевое предприятие Сибири и
Дальнего Востока. Основное направление деятельности — дорожное
строительство, реконструкция и ремонт автомобильных дорог. Победитель
ежегодного конкурса «Лучшая подрядная организация» Ассоциации
подрядных организаций России начиная с 2004 года. 15 филиалов компании
работают в семи регионах России от Московской области до Курильских
островов. В активе — строительство, реконструкция, капитальный ремонт
федеральных автомобильных дорог М-58 «Амур», М-4 «Дон», М-1
«Беларусь», М-53 «Байкал», М-2 «Крым», М-10 «Скандинавия», М-56 «Лена»,
А-166 «Чита –Забайкальск» до границы с Китайской Народной республикой»,
строительство и реконструкция региональных дорог в Иркутской области,
Республике Бурятия, Забайкальском крае, Сахалинской области, а также
строительство взлётно-посадочных полос аэропортов в Бурятии, на о.
Кунашир, в г. Иркутске. За минувшие годы построено и реконструировано
свыше 2000 км автомобильных дорог. АО «Труд» имеет мощную
производственную базу, современную техническую оснащенность, обладает
высококвалифицированным персоналом работников всех уровней, способных
решать задачи любой сложности.
2
3. Актуальность проблемы
• Низкая плотность автомобильных дорог, их технический
уровень и транспортно-эксплуатационное состояние являются
сдерживающими факторами социального и экономического
развития страны. Транспортные затраты, в сравнении с
экономически развитыми странами, одни из самых высоких в
мире. Следовательно, вопросы выбора эффективных
технологий строительства, реконструкции, ремонта
автомобильных дорог, которые бы одновременно решали и
проблему увеличения строительного сезона - становятся
ключевыми.
• Такая постановка задачи имеет чрезвычайно важное значение,
особенно для территорий Сибири, Забайкальского края, Якутии,
Дальнего Востока с длительными временными периодами
пониженных температур, температурными перепадами в
весенний и осенний периоды года.
3
4. Актуальность проблемы
• В тяжелом
положении
находятся
региональные и
местные дорожные
сети, улицы
городов,
населенных
пунктов, особенно
таких, которые
вынуждены
принимать потоки
транзитного
грузового
автотранспорта
4
5. Актуальность проблемы
• Накопившийся за
минувшие годы
недоремонт дорог,
вызывает
необходимость
поиска нового
подхода по
предупреждению
разрушения и
восстановлению
дорожных сетей на
основе
инновационных
технологий.
5
6. Инновационные технологии
Наши предложения заключаются в широком
применении относительно недорогих и
достаточно эффективных технологий устройства
оснований и покрытий при строительстве,
реконструкции и ремонте автомобильных дорог:
– Технология устройства оснований и
покрытий из органоминеральных смесей.
– Технология устройства тонких
макрошероховатых слоев из открытых
битумоминеральных смесей.
– Технология приготовления и укладки теплых
асфальтобетонных смесей
6
7. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
• ГОСТ 30491-2012 не
предусматривает
применение ОМС в I
дорожно-
климатической зоне,
но разрешает
использование
грунтов укрепленных
жидким, вспененным
или эмульгированным
битумом в основаниях
дорожных одежд.
7
Укладка
органоминеральной смеси
8. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
Автомобильная дорога А-166 «Чита-
Забайкальск» км 165 – км 178
(проектная конструкция Д.О.)
Автомобильная дорога А-166 «Чита-
Забайкальск» км 165 – км 178
(выполненная конструкция Д.О.)
8
9. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
В период c 2012 по 2014 годы АО «Труд» осуществляло работы по
капитальному ремонту федеральной автомобильной дороги А 166 «Чита-
Забайкальск до границы с китайской Народной Республикой» (км 165+00 – км
178+00; км 234 – км 248). По нашему предложению и согласованию Заказчика
(ФКУ Упрдор «Забайкалье») была изменена конструкция дорожной одежды с
устройством верхнего слоя основания из органоминеральной смеси по ГОСТ
30491-2012. толщиной 12см. Общая толщина конструкции, согласно
выполненным расчетам была уменьшена на 9 см. Состав органоминеральной
смеси представлен в таблице.
9
Состав органоминеральной смеси
№
п/п
Наименование материала Состав минеральной
части, % (эмульсия,
вода сверх 100%)
Дозировка на замес
(1250 кг), в кг
1 ЩПС 98 1250
2 Портландцемент ЦЕМ 11/А-
3, 32,5 Б
2 25
3 Битумная эмульсия ЭБК 2 7,5 94
4 Вода 4 50
10. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
• За период 2012– 2014 годы было приготовлено и уложено свыше 46 тыс.
тонн органоминеральной смеси в основание дорожной одежды.
Производственные и приемочные испытания показали высокую надежность
предложенной конструкции и высокие физико-механические свойства
органоминеральной смеси.
Физико-механические свойства органоминеральной смеси
№
п/п
Наименование показателей Ед. измерен. Требования ГОСТ
30491
Фактические
показатели
1 Средняя плотность г/см3 Не нормируется 2,53
2 Водонасыщение % Не более 10 5,53
3 Набухание % Не более 2 0,35
4 Прочность при сжатии
20С
50С
МПа
МПа
Не менее 1,4
Не менее 0,50
1,55
1,22
5 Водостойкость Не менее 0,60 0,64
6 Водостойкость при
длительном водонасыщении
Не менее 0,50 0,55
10
11. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
Оценка прочности дорожной
одежды
(из отчета Забайкальского
Государственного Университета
«ЗабГУ» июль 2015 г.)
1.Значения модуля упругости
дорожной одежды на всем
протяжении участка автодороги А-
166 км 165 – км 178 превышают
проектный показатель 300,5 Мпа.
2. Среднее значение модуля
упругости дорожной одежды
составило 362 Мпа, коэффициент
вариации с = 32,53/362 = 0,09 <
0,15, следовательно дорожная
одежда однородна по прочности.
11
Уложенный слой ОМС
12. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
В 2009 году АО «Труд»
выполнило работы по
строительству опытного
участка дороги (подъезд к
производственной базе АО
«Труд» в г. Иркутске) с
применением
органоминеральных смесей в
качестве покрытия.
Физико-механические
характеристики и состояние
покрытия опытного участка
(после пяти лет
эксплуатации) подтверждают
предположение о
возможности использования
ОМС в качестве покрытия
автомобильных дорог с
низкой интенсивностью
движения в 1-ой дорожно-
климатической зоне.
Физико-механические свойства смеси
№
Наименование
показателей
Показатели
ГОСТ 30491-
2012
Фактические
Керны
Переформов
анные
образцы
1 Плотность, г/см3 - 2,39 2,39
2
Водонасыщение, %
по объему
от 4,0 до 9,0 8,5 8,9
3
Предел прочности
при сжатии, МПа,
при:
20 не менее 1,2 - 3,0
50 не менее 0,5 - 0,5
4 Водостойкость
не менее
0,55
- 0,56
6
Набухание, % по
объему
не более 2,5 1,6 2,2
12
13. Органоминеральные смеси для
дорожно-строительных работ
Достоинства органоминеральных смесей
– широкий диапазон применяемых
материалов
– возможность заготавливать впрок и
хранить в штабеле (без минеральной
добавки)
– укладывается без предварительной
подгрунтовки
– хорошо укладывается
асфальтоукладчиком или
автогрейдером
– возможность использования
имеющегося в дорожных
организациях парка машин и
оборудования.
13
Производство ОМС на
смесительной установке МХ-
30
14. Открытые
битумоминеральные смеси
• Одна из наиболее
прогрессивных ремонтных
технологий, направленных
на восстановление и
предупреждение
разрушений покрытий
дорог, улиц населенных
пунктов – технология
устройства тонких
макрошероховатых слоев
толщиной до 2,5 см из
открытых
битумоминеральных смесей.
• АО «Труд» было
первопроходцем в
реализации данной
технологии, разработанной
еще в Советском Союзе, и
применяемой сейчас
повсеместно на территории
Сибири и Дальнего Востока
14
Укладка макрошероховатого
слоя покрытия из ОБМС
15. Открытые
битумоминеральные смеси
Опыт работ:
• За период 2007-2014 год
уложено 3082500 тыс. м2
или свыше 411 км
макрошероховатых
покрытий из открытых
битумоминеральных смесей
на федеральных
автомобильных дорогах в
Амурской, Иркутской
областях и Забайкальском
крае, на региональных
автомобильных дорогах
Республики Бурятия.
• Устройство тонких
макрошероховатых слоев
на цементобетонных
покрытиях мостов а/д Амур
общей площадью более 28
тыс. м2. на 46 мостовых
сооружениях.
15
Покрытие из ОБМС на
мосту
16. Открытые
битумоминеральные смеси
Согласно ТУ 218 РСФСР 601-88 «Смеси
битумоминеральные открытые для
устройства макрошероховатых слоев
дорожных покрытий», открытые
битумоминеральные смеси подразделяют:
• в зависимости от марок применяемого
битума на: горячие – с использованием
битума марок БНД 90/130, БНД 60/90,
БНД 40/60; теплые – с использованием
битума марок БНД 130/200, БНД
200/300;
• в зависимости от содержания щебня (%
по массе) – на БМО 75/85, БМО 65/75,
БМО 55/65;
• в зависимости от максимального
размера щебня (мм) на:
крупнозернистые – с размером щебня до
25; среднезернистые с размером щебня
до 20; мелкозернистые с размером
щебня до 15 (10);
• в зависимости от значений остаточной
пористости (%) после уплотнения на:
высокой плотности – от 1,5 до 3%;
средней плотности от 3 до 5%; малой
плотности от 5 до 7%.
16
Структура покрытия из ОБМС
17. Открытые
битумоминеральные смеси
Состав смеси битумоминеральной
открытой для устройства
макрошероховатого слоя дорожного
покрытия БМО 65/75 МП на
автомобильной дороге «Амур» Чита-
Хабаровск.
Наименован
ие
применяемы
х
материалов
Процентное содержание
Битум сверх
100%
Битум в
100%
1. Щебень
фр. 5 - 15 71,4 68,13
2.Песок из
отсева
дробления
24 22,9
3.Минераль
ный
порошок
4,6 4,39
4.Битум
4,8 4,58
17
Новое покрытие из
ОБМС
18. Открытые
битумоминеральные смеси
Показатели физико-механических
свойств
уплотненной открытой
битумоминеральной смеси БМО 65/75
МП.
Наименование
показателя
Требования
ТУ
218.601-88
Фактически
е
показатели
Водонасыщение, %
от объема не более 7 6,06
Предел прочности
при сжатии Мпа, не
менее при 200 С
2 2,78
Остаточная
пористость, % по
объему, не более
18 10,48
Сцепление битума с
минеральной
частью
выдержива
ет
18
Уплотнение покрытия
из ОБМС
19. Открытые
битумоминеральные смеси
Преимущества технологии ОБМС:
• Срок службы не менее 6 лет.
• Высокие темпы производства
работ.
• Минимальные температурные
ограничения.
• Использование имеющегося
оборудования и парка дорожной
техники.
• Для городских магистралей и
улиц не требуется поднятия
бордюрных камней, колодцев и
дождеприемников.
19
Малая толщина
покрытия из ОБМС
20. Открытые
битумоминеральные смеси
Технология устройства ОБМС решает
одновременно множество задач:
1. Ликвидация деформаций и
разрушений
2. Восстановление утраченных свойств
и сплошности дорожного покрытия.
3. Увеличение водостойкости,
выравнивание поперечного профиля
и микронеровностей проезжей части.
4. Усиление существующих дорожных
конструкций.
5. Увеличение межремонтных сроков.
6. Значительное повышение сцепных
качеств
7. Интенсивное разрушение ледяных
образований в зимний период.
20
Существующее покрытие
Новое покрытие
из ОБМС
21. Теплые асфальтобетонные
смеси
• Теплая асфальтобетонная смесь – это общий
термин, охватывающий множество технологий
позволяющих производить, транспортировать,
укладывать и уплотнять асфальтобетонные
смеси при более низких, чем предусмотрено
для обычных (горячих) смесей, температурах.
• Производство и применение
регламентируются ОДМ 218.2.042-2014.
«Теплые асфальтобетонные смеси.
Рекомендации по применению»
21
22. Теплые асфальтобетонные
смеси
• В АО «Труд» был
разработан свой метод
производства теплых
асфальтобетонных смесей
с использованием
вспененного битума:
вспенивание битума
достигается
непосредственно в
смесителе АБЗ путем
подачи в него имеющего
определенную влажность
материала (минерального
порошка либо
гидролизного лигнина)
22
Укладка теплого асфальтобетона.
Температура смеси за
асфальтоукладчиком 90 градусов
23. Теплые асфальтобетонные
смеси
• АО «Труд» было
разработано устройство
для увлажнения
минерального заполнителя
- Дозатор распылитель
воды ДРВ-001
• Принцип действия
дозатора заключается в
автоматическом
дозировании и
распылении воды через
форсунки в заданном
объеме и временном
диапазоне, на выходе
минерального заполнителя
из шнека подачи.
Установка для увлажнения
минерального порошка
23
24. Теплые асфальтобетонные
смеси
Технология производства:
• Температура нагрева каменного материала на
выходе из сушильного барабана составляет 130-
140 С;
• температура выгрузки асфальтобетонной смеси из
бункера-накопителя составляет 120-130 С;
• Увлажнение минерального порошка или
гидролизного лигнина происходит перед его
подачей в смеситель АБЗ. Вода впрыскивается в
количестве, необходимом для придания материалу
определенной влажности:
– гидролизного лигнина – 1% от массы минерального
материала или 25% от веса вводимого лигнина;
– минерального порошка – 3% от массы битума.
24
25. Теплые асфальтобетонные
смеси
• Укладка теплого
асфальтобетона
производилась на
участке трассы Р-
255 в районе с.
Шерагул.
Температура смеси
при выгрузке в
бункер
асфальтоукладчика
составляла 110-120
градусов,
уплотнение
производилось при
температурах от
100 до 70 градусов.
Уплотненная
асфальтобетонная смесь.
Температура на термометре
после окончания
уплотнения 74 С
25
26. Теплые асфальтобетонные
смеси
• По результатам
испытаний
теплый
асфальтобетон
ни в чем не
уступает
горячему.
Несмотря на
низкую
температуру
укладки и
уплотнения,
удалось добиться
коэффициента
уплотнения 1,01.
Физико-механические свойства асфальтобетонных смесей
№ Наименование показателей
Показатели
ГОСТ 9128-
2013
Эталонная
горячая
асфальтобет
онная смесь
типа Б
марки II
Теплая
асфальтобет
онная смесь
типа Б
марки II
1 Плотность, г/см3 - 2,56 2,59
2 Водонасыщение, % по объему от 1,5 до 4,0 1,6 2,5
3
Предел прочности при сжатии, МПа,
при:
0 не более 10 8,5 8,8
20не менее 2,2 3,6 3,6
50не менее 0,9 1,6 1,3
4 Водостойкость не менее 0,9 0,92 0,91
5
Водостойкость при длительном
водонасыщении
не менее
0,85
0,9 -
6
Сдвигоустройчивость по
коэффициенту внутреннего трения
не менее
0,80
0,91 0,83
сцеплению при сдвиге при
температуре 50, МПа
не менее
0,31
0,37 0,46
7
Трещиностойкость по пределу
прочности на растяжение при
расколе при 0 и скорости
деформации 50 мм/мин
2,5-6,0 3,2 3,3
26
27. Теплые асфальтобетонные
смеси
• Использование отходов
промышленности в составе
асфальтобетона также имеет
большую перспективу. Так, в
июле 2015г. был проведен
эксперимент по устройству
покрытия из теплой
асфальтобетонной смеси с
гидролизным лигнином,
примененным вместо
минерального порошка.
Смесь производилась по
описанной ранее технологии.
Укладка производилась на
подъезде к производственной
базе Тулунского филиала АО
«Труд».
Укатка покрытия из теплого
асфальтобетона с применением
гидролизного лигнина
27
28. Теплые асфальтобетонные
смеси
Физико-механические свойства асфальтобетонных смесей с
гидролизным лигнином
№ Наименование показателей
Показатели
ГОСТ 9128-
2013
Эталонная
горячая
асфальтобе
тонная
смесь типа
Б марки II
Экспериме
нтальная
теплая
асфальтобе
тонная
смесь
1 Плотность, г/см3 - 2,56 2,48
2 Водонасыщение, % по объему
от 1,5 до
4,0
1,6 3,6
3
Предел прочности при сжатии,
МПа, при:
0
не более
10
8,5 8,8
20
не менее
2,2
3,6 3,6
50
не менее
0,9
1,6 2,0
4 Водостойкость
не менее
0,9
0,92 0,95
5
Водостойкость при длительном
водонасыщении
не менее
0,85
0,9 0,87
6
Сдвигоустройчивость по
коэффициенту внутреннего трения
не менее
0,80
0,91 0,88
сцеплению при сдвиге при
температуре 50, МПа
не менее
0,31
0,37 0,52
7
Трещиностойкость по пределу
прочности на растяжение при
расколе при 0 и скорости
деформации 50 мм/мин
2,5-6,0 3,2 2,9
• Результаты лабораторных
испытаний показывают,
что замена минерального
порошка на гидролизный
лигнин и снижение
температуры смеси не
оказывают негативного
влияния на
характеристики
асфальтобетона.
• Стоимость тонны
гидролизного лигнина
составляет 300 руб.,
стоимость тонны
минерального порошка –
3-4 тыс.руб.
28
29. Теплые асфальтобетонные
смеси
• Преимущества
теплого
асфальтобетона:
– экономия
энергоресурсов при
производстве
– снижение выбросов
загрязняющих веществ
– менее интенсивное
старение вяжущего в
смеси
– повышение дальности
возки и возможность
укладки при
пониженных
температурах воздуха
– улучшение условий
труда бригады
асфальтировщиков
Укладка теплой
асфальтобетонной смеси
29
30. Теплые асфальтобетонные
смеси
• Преимущества
разработанного оборудования
для производства теплых
асфальтобетонных смесей:
– стоимость разработанной
установки для увлажнения
минерального порошка
примерно в 10 раз ниже
стоимости установок для
вспенивания битума от
зарубежных производителей
– простота конструкции
– отсутствие необходимости
врезки в систему подачи
битума, находящуюся под
высоким давлением
– быстрый монтаж и настройка
(около 2-3 часов)
Работа форсунки установки
по увлажнению
минерального порошка
30
31. Теплые асфальтобетонные
смеси
• Замер
промышленных
выбросов на АБЗ,
произведенный
специалистами ФБУ
«ЦЛАТИ по СФО»
доказывает
экологичность
теплых
асфальтобетонных
смесей
SO2, ppm NOx, ppm
Сажа,
ppm*1000
Горячая смесь 56.7 98.1 31.74
Теплая смесь 18.0 68.8 13.45
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
ДИАГРАММА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ АБЗ
MARINI RS-1800 ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГОРЯЧИХ И
ТЕПЛЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Горячая смесь Теплая смесь
31
32. Результаты эксперимента и
выводы
• Физико-механические характеристики
теплой асфальтобетонной смеси типа Б
марки II полностью удовлетворяют
требованиям ГОСТ 9128-2013.
• Экономия топлива составляет 1,6 литра
(20-30%) на тонну произведенной смеси
• Снижается объем выбросов загрязняющих
веществ
• Снижается степень старения (окисления)
битума
32
33. Заключение
• Предлагаемые технологии выполнения дорожных работ с
использованием органоминеральных смесей в основаниях и
покрытиях автомобильных дорог, открытых
битумоминеральных смесей и теплых асфальтобетонных
смесей в суровых природно-климатических условиях доказали
свою эффективность. Высокие темпы производства работ,
использование имеющегося оборудования и парка дорожной
техники для приготовления и укладки органоминеральных и
битумоминеральных смесей, исключение необходимости
приобретения дорогостоящего импортного оборудования для
производства теплых асфальтобетонных смесей, возможность
использования местных материалов, отходов промышленности
и старого материала дорожной одежды позволяют сделать
вывод о необходимости широкого применения предлагаемых
технологий на федеральных, и, особенно, на региональных,
межмуниципальных и местных дорожных сетях, на городских
улицах и дорогах.
33