автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Грунтобетоны на основе техногенного сырья КМА для строительства автомобильных дорог

На правах рукописи

КАРАЦУПА Сергей Викторович

ГРУНТОБЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ КМА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород - 2006

Работа выполнена в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Строкова Валерия Валерьевна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Комохов Павел Григорьевич

_ кандидат технических наук, доцент Володченко Анатолий Николаевич

Ведущая организация - МАДИ (ГТУ г. Москва)

Защита состоится " 23 " июня 2006 года в 15°° часов на заседании диссертационного Совета Д.212.014.01 в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу:

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, Б ГТУ им. В.Г. Шухова, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

Автореферат разослан " 22 " мая_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор У -

Смоляго

Актуальность. К началу третьего тысячелетия деятельность человека по масштабам стала соизмерима с геологическими процессами. Достаточно отметить, что ежегодно в мире перерабатывается около 4,5 млрд т различных пород, из которых используется менее 10 %; рациональные области использования отходов, как правило, не определены. При этом приблизительно такое же количество сырья ежегодно добывается для нужд промышленности строительных материалов.

В настоящее время на территории РФ накоплено около 80 млрд т промышленных отходов, которые занимают почти 300 тыс. га полезных земель. Ежегодно более 2 тыс. га отходит для складирования отходов, в том числе и ценные сельскохозяйственные земли, что не может не сказаться на экологической обстановке регионов. Данная проблема актуальна и для Белгородской области, территории которой занимают ряд месторождений Курской магнитной аномалии (КМА). Мощным «производителем» отходов являются Лебединский и Стойленский горно-обогатительные комбинаты (ГОКи), где за год образуются десятки миллионов кубических метров техногенного сырья. Наиболее крупнотоннажными являются механогенные отходы, эффективной областью использования которых может быть дорожное строительство.

Переход на использование укрепленных слоев дорожной одежды на основе техногенного сырья позволит получать грунтобетон для строительства автомобильных дорог III—IV категорий в III—IV дорожно-климатических зонах, исключив дорогостоящий щебень, расширив сырьевую базу дорожных грунтобетонов и снизив экологическую нагрузку в районах складирования отходов.

Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования РФ и финансируемого из средств федерального бюджета на 2004-2008 гг.

Цель и задачи работы. Повышение эффективности дорожного строительства за счет использования техногенного сырья КМА с учетом его генетических особенностей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— изучение минерального состава, строения и распространения техногенного сырья КМА как сырья для получения грунтобетонов;

— исследование кинетики структурообразования матрицы грунтобетонов, формирования новообразований, их фазового состава и морфологии в зависимости от состава и длительности твердения;

— разработка составов и изучение свойств грунтобетонов для укрепления земляного полотна и строительства оснований автомобильных дорог III и IV технических категорий;

— подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований и промышленная апробация.

Научная новизна работы.

Установлено, что отвалы отходов Лебединского ГОКа КМА - это техногенное глинистое и песчаное сырье механогенного происхождения, представляющее собой сложноструктурированную полиминеральную полигенетическую систему с реликтовыми и новообразованными структурами, по совокупности свойств не имеющее аналогов среди природных образований. В его состав входят минералы различных генетических типов (как осадочных, так и метаморфо-генных пород), что приводит к формированию нетрадиционных систем и оказывает влияние на физико-химические процессы структурообразования грунтобетонов.

Предложен механизм формирования микроструктуры техногенного сырья, заключающийся в самоорганизации микроструктуры, суть которой выражается в регенерации (самопроизвольном восстановлении) разрушенной механическими воздействиями исходной коагуляционной и кристаллизационной микроструктуры. Явление самоорганизации обусловлено повышенной химической активностью, высокой степенью дисперсности, кристаллохимическими особенностями строения и минеральным составом глинистых минералов. Показано, что самоорганизация микроструктуры техногенного глинистого сырья приводит к техногенному литогенезу, происходящему в толщах отвалов при формировании техногенных отложений.

Установлен характер взаимосвязи между микроструктурой исходного техногенного сырья и процессами формирования микроструктуры в грунтобетоне, заключающийся в наследовании степени агрегирования, как первой стадии формирования коагуляционной микроструктуры грунтобетона. Модель формирования микроструктуры грунтоизвесткового композита заключается в частичном обезвоживании грунта за счет взаимодействия свободной воды с частицами известьсодержащих отходов, адсорбировании вяжущего компонента глинистыми минералами; возникновении зародышей новообразований на поверхности глинистых частиц, формировании в пустотах глинистого каркаса сетки-скелета новообразованного вещества с пористой микроструктурой.

На основе изучения кинетики изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на глинистом и песчаном техногенном сырье с помощью (РЭМ-изображений) в возрасте до 3 лет, установлено формирование сетки из несфор-мированного рентгеноаморфного вещества с явно выраженными оолитоподоб-ными составными частями, соединенными между собой в виде цепочек, на длительных этапах твердения в грунтобетоне на основе песчаных техногенных грунтов. Доказано формирование в постгенетический период новообразованных кристаллов, имеющих четко выраженную форму и хорошую огранку, в материале на основе глинистого техногенного сырья.

Практическое значение работы.

Разработана классификация техногенного сырья по степени его преобразования в процессе техногенеза. Определены рациональные области использования механогенных отходов Лебединского ГОКа КМА с учетом степени техногенных преобразований.

Составлены рекомендации по использованию в качестве сырьевых компонентов техногенного сырья Лебединского ГОКа КМА - рыхлой вскрыши и отходов дробильно-сортировочной фабрики - при производстве грунтобетонов для дорожного строительства.

Разработаны составы грунтоизвестковой смеси на основе глинистого техногенного сырья КМА (рыхлой вскрыши) для использования при укреплении земляного полотна дорожных одежд.

Предложена технология производства грунтобетонов I класса прочности на основе как глинистого, так и песчаного техногенного сырья, модифицированного известьсодержащими отходами сахарного производства с использованием цемента, пригодных для строительства оснований автомобильных дорог Ш-1У категории.

Внедрение результатов исследований.

Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена на ряде участков при строительстве земляного полотна и укреплении дорожных одежд дорог Ш-1У категории в Белгородской области.

Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве и реконструкции автомобильных дорог разработаны следующие нормативные документы:

- технические условия на "Вяжущее из известковых отходов сахарных заводов" ТУ 5744-008-02066339-00.

— рекомендации по использованию рыхлой вскрыши Лебединского ГОКа КМА для устройства земляного полотна и укрепления оснований дорожных одежд;

— рекомендации по использованию отходов дробильно-сортировочной фабрики Лебединского ГОКа КМА для производства грунтобетона;

- технологический регламент на "Производство грунтобетонов с использованием техногенного сырья Лебединского ГОКа КМА и вяжущего из известковых отходов сахарных заводов для укрепления оснований дорожных одежд".

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270205, 270106 и 340100, что отражено в учебных программах дисциплин "Строительные материалы и изделия", "Инженерная геология", "Минерально-сырьевая база отрасли", "Дорожно-строительные материалы и изделия", "Технология конструкционных материалов".

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на: Международных конгрессах "Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии" (г. Белгород, 2003, 2005); VI Международной научно-практической конференции "Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии" (г. Пенза, 2004); II Международной научно-практической конференции "Экология: образование, наука, промышленность и здоровье" (г. Белгород, 2004): II Международной научно-практической конференции РАН "Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов" (г. Петрозаводск, 2005); Международной научно-практической конференции "Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития" (г. Минск, 2005).

Публикации.

Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в десяти научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 250 страницах машинописного текста, включающего 34 таблицы, 73 рисунка и фотографии, списка литературы из 158 наименований, 9 приложений.

На защиту выносятся:

- результаты исследования особенностей минерального состава, гранулометрии и микростроения техногенного сырья Лебединского ГОКа КМА;

- механизм формирования микроструктуры техногенного сырья как фактор техногенного литогенеза, происходящего в толщах отвалов при формировании техногенных отложений;

- модель формирования микроструктуры грунтоизвесткового композита;

- кинетика изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на основе глинистого и песчаного техногенного сырья в постгенетический период;

- оптимальные составы грунтоизвесткового композита и грунтобетона I класса прочности с использованием техногенного сырья Лебединского ГОКа для устройства земляного полотна и оснований автомобильных дорог III—IV категории;

- результаты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Как известно, дорожное строительство является одним из крупнейших потребителей материальных ресурсов. На сегодняшний день не менее 50 % расходов при строительстве автомобильных дорог составляет стоимость строительных материалов. Поэтому уменьшение потребности в дорогостоящих материалах, решение вопросов ресурсосбережения — одна из наиболее актуальных проблем. Исходя из состояния сырьевой базы, требований, предъявляемых к качеству дорог, а также экономических параметров, в настоящее время и в обозримом будущем наибольшее применение в дорожно-строительной практике будут иметь грунтобетоны — композиционные материалы на основе отходов промышленности, в которых дефицитные и относительно дорогие вяжущие и добавки к ним используются в минимальных объемах.

Положительным свойством грунтобетонов, способствующим эффективному применению их в конструкциях дорожных одежд, является образование прочной монолитной плиты, обладающей достаточной несущей способностью и жесткостью для того, чтобы воспринимать без разрушения воздействия подвижной нагрузки и распределять их на значительную площадь нижележащих слоев. Грунтобетонные слои дорожных одежд могут успешно конкурировать со слоями из щебня, гравия или песка.

Большой вклад в решение проблем использования отходов промышленности в производстве высокоэффективных строительных материалов внесли Ю.М. Баженов, П.И. Боженов, М.И. Волков, Г.И. Горчаков, A.M. Гридчин, В.И. Калашников, В .К. Классен, П.Г. Комохов, B.C. Лесовик, И.Г. Лугинина, Н.И. Минько, А.П. Прошин Ш.М. Рахимбаев, И,А. Рыбьев, , В.В. Строкова, А.Н. Хархардин, Е.М. Чернышев и многие другие.

Грунт — это собирательное название, под которым понимают любые горные породы, почвы, техногенные отложения, залегающие преимущественно в поверхностных слоях земной коры и являющиеся объектом инженерно-строительной деятельности человека.

Под техногенными грунтами понимают естественные грунты и почвы, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, а также антропогенные образования. В месте с тем, при определении рациональных областей использования, рассматриваемое вещество может попасть в разряд техногенного сырья.

Техногенное сырье — это сложная полиминеральная, полидисперсная система, состоящая из твердой, жидкой и газообразной фаз. Соотношения в содержании различных фаз и их качественные отличия определяют, в конечном счете, все многообразие строительных свойств техногенных отложений. Следовательно, именно воздействием на фазовый состав техногенных грунтов, изменяя характеристики отдельных фаз и характер их взаимодействия, можно достигнуть искусственного изменения строительных качеств техногенного сырья в требуемом направлении.

Исследование вещественного состава отходов и синтезированных образцов грунтобетона включало определение химического состава, общего минералоги-

ческого, рентгенофазового, дифференциально-термического и ИК-спектроскопического анализов. Микростроение исходных сырьевых и синтезированных компонентов было изучено с помощью оптического и растрового электронного микроскопов. Микрофотосъемка проводилась с помощью программно-аппаратного комплекса, включающего высокоразрешающий растровый электронный микроскоп (РЭМ) "Хитачи-5-800", совмещенный с персональным компьютером. Изображение получено в режиме вторичной электронной эмиссии. Для достижения качественного изображения в РЭМ применялась методика термического напыления образцов в вакууме. Напыление проводилось золотом, пленкой толщиной 10 нм.

Анализ техногенного сырья КМА (рис. 1), включающего механогенные, пи-рогенные и, в меньшей степени, хемогенные и биогенные образования, показал, что одними из наиболее крупнотоннажных отходов, пригодных для строительства оснований дорожных одежд из грунтобетона, являются: глинистая рыхлая вскрыша (РВ) и песчаные отходы дробильно-сортировочной фабрики (ОДСФ) Лебединского ГОКа. _______

(тьесгьсвлсржага^

-т.тм£Г химического I,___про изоодства^

( ■. Огхаш ^ предприятии

'^^Де ф с каг^)

Рис. 1. Виды техногенного сырья КМА

Изучение состава и свойств техногенного сырья позволило установить следующее: ОДСФ представляют собой песчано-глинистую композицию серого

цвета, состоящую на 2-4 % из глинистой составляющей, остальное - песчаная фракция, представленная в основном обломками кварцитопесчаника. Рыхлая вскрыша состоит на 50-55 % из тонкодисперсной глинистой составляющей и на 45-50 % - из песчаной фракции. Кластогенный (обломочный) материал техногенного сырья равномерно распределен в основной массе, неокатан. Сложен в основном зернами уплощенной лещадной формы с размером частиц до 5 мм. Исходя из физико-механических свойств техногенного сырья согласно дорожной классификации грунтов рыхлую вскрышу можно отнести к суглинкам с 1р=13, а отходы дробильно-сортировочной фабрики — к песчаным грунтам с Мкр=2,96.

Анализ строения и вещественного состава изученных отходов, а также закон соответствия генезиса техногенезу при производстве строительных материалов с минимальными энергозатратами позволяют определить рациональные области их использования (рис. 2).

^^^/^^^jfäfobfffatim-I'irjijl ijjj^orak-yt' imnfYT'tnfiii i'imiiiifTinfw i ri"'-*-i'......

JB^ttOTBHHOK СЫРЬЕ^

rS .........

Рис. 2. Области рационального использования техногенного сырья Лебединского

ГОКа

Установлено, что при использовании грунтов с одинаковым числом пластичности и содержанием песчаных зерен, т.е. принадлежащих по дорожной классификации к одному и тому же типу, образцы техногенных грунтов имеют разные эксплуатационные характеристики и оказывают различное влияние на процессы, протекающие при их использование в качестве сырья для получения дорожно-строительных материалов. Таким образом, эти показатели сырья при

разработке составов грунтобетонов будут необходимыми, но не достаточными, кроме того важную роль в процессе формирования структуры играют минералогический состав сырьевых материалов и микроструктурные параметры.

По данным растровой электронной микроскопии ОДСФ представляют собой рыхлую смесь полифракционного состава с размером отдельных зерен от 8 до 220 мкм. Хорошо диагностируются частицы кварца различных генетических типов, о чем свидетельствует как морфология самих зерен, так и морфология их поверхности.

По форме различаются как окатанные, близкие к изометричным, частицы кварца осадочных пород (рис. 3, а), так и угловатые (рис. 3, б), анизометричные, нередко лещадные обломки кварцитопесчаников. Зерна кварца данных генетических типов отличаются и по морфологии поверхности. Осадочный кварц имеет ноздреватую поверхность, характерную для песчинок прошедших через стадии выветривания и транспортировки. Метаморфогенный кварц имеет ярко выраженный раковистый излом. Все частицы покрыты "рубашками" из более тонкодисперсного вещества того же полиминерального состава.

а 6

Рис. 3. Морфология зерен кварца различных генетических типов в ОДСФ: а - окатанные частицы осадочного происхождения, б— кластогенные фазы кварци-

топесчаника, РЭМ

Кроме зерен кварца различных генетических типов присутствуют плоские листочки слюды, столбчатые частицы амфибола, которые хорошо диагностируются по габитусу кристаллов.

Значительная часть полидисперсных зерен в ОДСФ (до 125 мкм) - являются микроагрегатами кластоген-ных фаз полиминерального состава (рис. 4), которые связаны как за счет электростатических сил, так и коагу-

> > -

*

Рис. 4. Полиминеральные агрегаты в ОДСФ, РЭМ

ляционных связей, обеспеченных незначительным количеством примесей гли-

нистых минералов. Это приводит к ухудшению гомогенизации смесей с использованием ОДСФ и к неадекватным данным по модулю крупности, что в дальнейшем сказывается при расчете состава и, как следствие, ведет к перерасходу вяжущего.

Характерными признаками присутствия кварцевых зерен различного происхождения являются сильная степень агрегации кластогенных частиц между собой (обломков кварцитопесчаника) и практически полная изоляция относительно друг друга окатанных частиц кварца песков.

Содержание значительного количества глинистого вещества в РВ, приводит к формированию в процессе хранения в отвалах достаточно плотного композита с пределом прочности при сжатии в естественном состоянии 1,2 МПа при влажности 14 %. Прослеживается естественная пористость, связанная с уплотнением под воздействием собственной массы при складировании отходов в отвалах. Поры имеют анизометричную форму. В силу достаточно рыхлой структуры основной матрицы на микроуровне все поры можно считать открытыми. Размер пор имеет достаточно широкий диапазон - от 200 до 0,3 мкм.

Скелетная часть техногенного сырья имеет полидисперсный полиминеральный состав с включениями как изометричных, но угловатых зерен кварца, так и удлиненных столбчатых с хорошей огранкой кристаллов амфибола, а также чешуйчатые зерна слюды.

Пылеватые кварцевые частицы покрыты глинистой "рубашкой" и контактируют с другими частицами через тонкие цепочки глинистых частиц - глинистые мостики, которые по своей природе являются коагуляционными контактами, так же как и контакты между глинистыми частицами в основной массе техногенного сырья.

Основная масса, сложенная преимущественно уплотненными глинистыми минералами, имеет плотное почкообразное строение (рис. 5). По всей поверхности рассеяны хлопья менее связанных с матрицей глинистых частиц размером до 1 мкм. По форме зерен можно сделать вывод о преобладании в матрице данного грунта минералов гидрослюд и каолинита.

Исходя из микростроения, взаимосвязи и расположения частиц в пространстве относительно друг друга рыхлая вскрыша имеет скелетную микроструктуру (рис. 6).

Таким образом, установлено, что отвалы отходов Лебединского ГОКа КМА — это техногенное глинистое и песчаное сырье механогенного происхождения, представляющее собой сложноструктурированную полиминеральную полигенетическую систему с реликтовыми и новообразованными структурами, по совокупности свойств не имеющее аналогов среди природных образований.

Нами предложен механизм формирования микроструктуры глинистого техногенного сырья, заключающийся в самоорганизации микроструктуры, суть которой выражается в регенерации (самопроизвольном восстановлении) разрушенной механическими воздействиями исходной коагуляционной и кристаллизационной микроструктуры.

Явление самоорганизации обусловлено повышенной химической активностью, высокой степенью дисперсности, кристаллохимическими особенностями строения и минеральным составом глинистых минералов. Показано, что самоорганизация микроструктуры техногенного глинистого сырья приводит к техногенному литогенезу, происходящему в толщах отвалов при формировании техногенных отложений.

Исходя из условий формирования механогенного техногенного сырья, с учетом вторичных техногенных воздействий с полным нарушением микроструктуры и формированием нескомпенсированных зарядов поверхности, микроструктурных характеристик и минерального состава, существующих методов укрепления грунтов и сырьевого потенциала региона, можно констатировать необходимость комплексного метода укрепления неорганическими вяжущими, с использованием стабилизирующей добавки известьсодержащего компонента для последующего введения цемента при получении грунтобетонов для дорожного строительства как на основе глинистого (РВ), так и на основе песчаного (ОДСФ) техногенного сырья.

Разработаны составы грунтоизвестковой смеси на основе рыхлой вскрыши для использования при укреплении земляного полотна дорожных одежд. Анализ прочностных показателей синтезированных образцов показал, что оптимальное количество вводимых известковых отходов в техногенное глинистое сырье (РВ) составляет 5 %, что позволяет получить прочностные показатели в бесцементных образцах, равные 4,5 МПа.

Для определения оптимальных составов грунтобетона были синтезированы образцы с различным содержанием вяжущих (табл. 1). Давление прессования составило 15 МПа, что соответствует давлению катка массой 10 т.

Проведено исследование влияния двух компонентов грунтобетонной смеси -известьсодержащего вяжущего и цемента - на итоговое значение предела прочности при сжатии. Предложена эмпирическая математическая модель процесса набора прочности грунтобетона, которая позволяет для рассмотренных

Таблица 1

Состав и свойства грунтобетонов*

Вид исходного грунта Количество вяжущих, % Предел прочности при сжатии (МПа) образцов в возрасте (сут.) (твердение во влажной / воздушно-сухой среде)

известьсодержащее вяжущее из отходов цемент 1 3 7 28

Рыхлая вскрыша 5 3 3,20/7,60 3,70/8,50 4,10/10,0 4,40/10,90

10 3 3,00/7,00 3,40/8,10 3,70/9,80 4,25/11,10

15 3 1,70/5,00 1,90/5,90 1,90/7,90 2,35 / 8,90

5 5 3,60 / 7,80 4,10/8,90 4,65 /10,70 5,05/11,60

10 5 3,60/9,20 4,40/9,60 4,75/10,30 5,35/11,30

15 5 2,10/7,00 2,40/7,60 2,60/8,90 2,90/10,70

5 10 4,00/10,60 4,70/12,00 5,20/14,10 6,8/15,60

10 10 3,40/8,40 3,90/9,30 4,20/10,90 4,70/13,10

15 10 2,00/7,60 2,20/8,50 2,40/9,70 2,70/11,20

Отходы дробильно-сортировойной фабрики - 3 1,00/1,75 1,20/2,30 1,50/2,80 1,75/3,60

5 3 0,80/1,60 1,10/2,35 1,30/2,750 1,65/3,55

10 3 1,10/2,20 1,30/2,65 1,60/3,50 2,10/5,25

15 3 1,00/1,95 1,20/2,45 1,75/3,50 2,20/4,65

- 5 0,90/1,95 1,25/2,45 1,50/3,10 2,00/4,05

5 5 1,20/2,40 1,50/3,15 2,15/4,10 2,60 / 5,35

10 5 1,20/2,95 1,60/3,75 1,80/4,65 2,10/5,80

15 5 0,90/3,25 1,10/4,30 1,85/5,05 1,95/6,05

- 10 1,90/3,80 2,30/4,60 2,80 / 5,65 3,30/6,60

5 10 2,50 / 4,90 3,50/7,00 4,20 / 8,95 5,5/10,00

10 10 2,00/4,75 2,30/6,65 2,70/7,95 2,90/9,30

15 10 1,60/4,05 2,10/5,20 2,30/6,50 2,7/7,55

* Примечание: Предел прочности при сжатии грунтобетонов указан с учетом технологического коэффициента: 0,89 для грунтов с 1р 13; 0,91 - для грунтов с 1р <1.

компонентов решать задачи подбора состава для заданной прочности конечного продукта - грунтобетона для строительства укрепленных оснований автомобильных дорог - при фиксированном значении числа пластичности и определенном генетическом типе сырья.

у ^

кжО т=0

где Сцш и СцЗВ - концентрация соответственно цемента и известьсодержащего вяжущего, Ь, - искомые коэффициенты уравнения регрессии, ¡=к(А'+ 1)+т; N -показатель степени; к, т — индексы.

Следует отметить, что модель достаточно адекватно описывает исследуемый процесс, о чем свидетельствует сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных (рис. 7). При практическом использовании предложенных зависимостей для других генетических типов сырья необходимо вводить коэффициент, учитывающий влияние минералогического состава на процессы структурообразования грунтобетона.

в г

Рис. 7. Сравнительный анализ расчетных (а, б) и экспериментальных (в, а) данных предела прочности при сжатии для РВ (а, в) и ОДСФ (6, г)

Представление о длительном непрерывном увеличении прочностных показателей грунтов, обработанных известьсодержащим вяжущим, имеет важное значение с точки зрения эволюции таких материалов в конструкции дорожных одежд. Увеличение прочности помогает компенсировать эффект усталости от повторяющихся нагрузок, а также может способствовать проявлению "целительных эффектов" при воздействии циклов увлажнения-высыхания и замораживания-оттаивания.

Нарастание прочности во времени в грунтоизвестковом композите связано с развитием пуццолановых реакций, вследствие которых формируются цементирующие техногенный грунт новообразования. Прочность в начальные сроки твердения на образцах с оптимальным содержанием вяжущего достигает 2,4 МПа (рис. 8), при хорошей первоначальной реакции прирост прочности наблюдается до 28 суток. Это связано с образованием гелевидных глобул на поверхности глинистых частиц и упрочнением структуры образца. Далее до 60 суток наблюдается затухание изменения прочности и дальнейшее гелеобразование. Падение прочности на 75 сутки связано с процессами начального кристаллообразования и разуплотнения структуры образца. Следующая стадия (6-12 месяцев) характеризуется некоторой стабильностью при этом не наблюдается заметного снижения прочности материала в воздушно-влажном состоянии.

6 т

1 3 7 28 40 60 75 90 120 150 180 240 300 360 Время твердения, сутки ■■ 3 % ИСО SSN- 10 % ИСО S 15 % ИСО -«- 5 % ИСО Рис. 8. Изменение прочности при длительном твердении образцов рыхлой вскрыши с известьсодержащим вяжущим

Комплексное исследование микроструктурных характеристик техногенного сырья КМА и грунтобетонов на их основе позволило проследить наследование кинетики структурообразования в природных, техногенных грунтах и композитах на их основе, что дает возможность проектировать структуры при получении дорожно-строительных материалов с заранее заданными свойствами с учетом варьирования минерального состава исходного сырья. На основе вышеизложенного предложен механизм структурных трансформаций при получении грунтобетонов в системе "техногенное сырье — известьсодержащие отходы - цемент - вода", позволящий синтезировать структуры с заранее заданными свойствами в постгенетический (эксплуатационный) период.

Обнаружены тонкодисперсные кластогенные фазы кварца атипичной (слюдоподобной) морфологии (рис. 9), характерные для тонкодисперсного кварца метаморфо-генного происхождения. Причем, судя по контактной зоне новообразований с подложкой, кварцевой пластинкой, последняя обладает хорошей адгезией к данному новообразованному веществу.

Впервые изучена кинетика изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на основе глинистого и песчаного техногенного сырья с помощью РЭМ-микрофотоснимков в возрасте 28 суток, 1года и 3 лет. Установлено формирование сетки из несформиро-ванного рентгеноаморфного вещества с явно выраженными оолитоподобными составными частями, соединенными между собой в виде цепочек, во время длительных этапов твердения в грунтобетоне на основе песчаного техногенного сырья (ОДСФ) (рис. 10). Доказано формирование в постгенетический период новообразованных кристаллов, имеющих четко выраженную форму и хорошую огранку, в материале на основе глинистого техногенного сырья (РВ). Новообразования приобретают форму пирамид (рис. 11), которые в виде друзы покры-

вают псевдоглобулярную структуру.

Рис. 10. Сетка из новообразованного рИс. 11. Новообразования в виде пира-оолитоподобногвещества на поверхности мид в грунтобтоне на основе РВ в возрас-кластогенных фаз в грунтобетоне на ос- те 3 лет, РЭМ

нове ОДСФ, РЭМ

Отсутствие данных видов структур в образцах в возрасте 28 суток свидетельствует о том, что рассеянное в значительном количестве микропсевдоглобуляр-

Рис. 9. Пластинчатые обломки кварца атипичной морфологии, покрытые игольча' тыми новообразованиями (на основе ОДСФ), РЭМ

ное вещество является постгенетическим образованием. Размер отдельных глобул не превышает 200 нм (рис. 12), что свидетельствует о рентгеноаморфности данных структур (на рисунке 13 показано строение отдельных глобул на нано-уровне). Это не позволяет провести однозначную диагностику их состава. Однако, исходя из повсеместного распространения данных новообразований в образцах на основе РВ в возрасте 1 года и 3 лет, их отсутствия в аналогичном композите на основе ОДСФ, исходном глинистом сырье и в 28 суточных образцах, а также в составе использованных вяжущих (известьсодержащий компонент и цемент), можно сделать предположение об их природе.

Рис. 12. Общий вид глобулярной массы на наноуровнв, Рис. 13. Вид отдельных глобул матрицы в грунтобвто-РЭМ нвна основе РВ на наноуровне, РЭМ

Данные псевдоглобулярные новообразования являются зародышами (центрами кристаллизации) для последующего формирования гидросиликатов и гидроалюминатов кальция — продуктов гидратации цемента в системе "глинистые минералы — ИСО — цемент — вода". Основным фактором, определяющим столь значительное распространение агрегатов из псевдоглобулярного вещества по всему образцу грунтобетона, является присутствие именно глинистой фазы. Несущественное влияние на данные процессы минералов песчаных фракций, в частности кварца, объясняется нами отсутствием, как уже было отмечено выше, подобных структур в образцах на основе ОДСФ, где кварцевый компонент превалирует над глинистыми фазами.

Глинистое вещество в силу специфики своей природы участвует в таких процессах, как поглощение кальция, коагуляция коллоидов, взаимодействие кремнезема и глинозема с ионами кальция и молекулами Са(ОН)2 с образованием дополнительного цементирующего вещества, что и приводит к формированию гелевидных продуктов.

Различие химико-минералогической среды в материалах на основе ОДСФ и РВ, в которой происходит зарождение и рост новообразованных гидросиликатов и гидроалюминатов, последовательное растворение и выпадение Са(ОН)г,

приводит к различию состава новообразованных фаз, о чем свидетельствуют их морфология и габитус кристаллов (см. рис. 10,11).

В процессе дальнейшего набора прочности структура основной массы, сложенной новообразованным веществом, претерпевает сильные изменения. С одной стороны, она становится более однородной, пустоты зарастают, отдельные фрагменты структуры сращиваются, что и является причиной упрочнения искусственного композита. С другой стороны, коренным образом меняется морфология составных частей матрицы.

Установлен период разуплотнения структуры, который приходится на промежуток 60-90 суток (рис. 14). Разуплотнение микроструктуры обусловлено давлением сформировавшихся новообразований на стенки пор, разрывом контактов между структурообразующими компонентами системы. Это приводит к снижению прочностных характеристик композита в целом. Последующий рост прочности связан с вторичным уплотнением структуры. Растворенная часть, присутствующая в композите, заполняя микротрещины, формирует благоприятную среду для зародышеобразования, раскристаллизация которых приводит к "залечиванию" дефектов микроструктуры композита. Это способствует приросту прочности до максимального значения (прочность, предшествующая падению) и дальнейшему ее росту. Колебание прочности в данный период составляет 22 %.

— * - на основе РВ —Ф— на основе ОДСФ Время твердения, сутки

Рис. 14. Кинетика изменения прочности грунтобетона оптимального состава при длительном твердении

Таким образом, доказано, что при длительном твердении во влажных условиях в грунтобетоне на основе механогенного техногенного сырья продолжаются процессы химического взаимодействия, приводящие к омоноличиванию микроструктуры искусственного композита и, как следствие, упрочнению дорожно-строительного материала.

Путем введения в грунтоизвестковый композит 10 % портландцемента получен грунтобетон на основе техногенного сырья, имеющий: предел прочности при сжатии достигающий 15,6 МПа для грунтобетона на основе РВ и 10 МПа на основе ОДСФ (с учетом технологического коэффициента - 0,89 и 0,91 соот-

ветственно); коэффициент морозостойкости на основе РВ равен 0,81 и 0,74 — для ОДСФ; коэффициент водостойкости 0,64 и 0,52 соответственно. Разработанные составы на основе техногенного сырья Лебединского ГОКа позволяют использовать искусственный композит для строительства оснований автомобильных дорог ННУ категорий. Получение грунтобетона с высоким технологическим коэффициентом возможно в стационарных грунтосмесительных установках.

Для практической реализации диссертационной работы была предложена следующая последовательность технологического процесса получения грунтобетона на основе техногенного сырья: доставка техногенного сырья на базу; приготовление грунтоизвестковой смеси в грунтосмесительной установке; выдержка грунтоизвесткового композита в естественных условиях в течение не менее 24 часов; вывоз и распределение смеси по ширине дороги и прикатка; разрыхление грунтоизвестковой смеси; дозирование цемента, введение и перемешивание его с грунтоизвестковым композитом; поливка смеси водой для доведения до оптимальной влажности; перемешивание смеси; уплотнение грун-тобетонной смеси; устройство защитного слоя с применением эмульсии и укладка покрытия. Данная технология производства грунтобетона позволит получать грунтобетон I класса прочности с модулем упругости 350-400 МПа.

Экономическая эффективность внедрения разработанных составов грунтобетона при устройстве дорожных одежд в IV климатической зоне на основе техногенного сырья КМА, укрепленного неорганическими вяжущими (низкоактивными известковыми отходами сахарных заводов и цементом), по сравнению с применяемыми в настоящее время конструкциями с использованием щебня, составляет 44,4 тыс. руб. на 1 км дороги. Финансовый профиль проекта показал, что затраты на внедрение разработанного материала для строительства грунтобетонных оснований дорожных одежд на основе техногенного сырья, при производстве 20 тыс. м3 в год, окупаются в течение одного года и двух месяцев за счет замены дорогостоящего щебня, без снижения прочностных показателей дорожной одежды.

Основные выводы

1. Установлено, что отвалы отходов Лебединского ГОКа КМА - это техногенное глинистое и песчаное сырье механогенного происхождения, представляющее собой сложноструктурированную полиминеральную полигенетическую систему с реликтовыми и новообразованными структурами, по совокупности свойств не имеющее аналогов среди природных образований. В его состав входят минералы различных генетических типов (как осадочных, так и метаморфогенных пород), что приводит к формированию нетрадиционных систем и оказывает влияние на физико-химические процессы структурообразо-вания грунтобетонов. Это позволило определить рациональные области использования механогенных отходов с учетом степени техногенных преобразований и разработать классификацию техногенного сырья по степени его преобразования в процессе техногенеза.

2. Предложен механизм формирования микроструктуры техногенного сырья, заключающийся в самоорганизации микроструктуры, суть которой выражается в регенерации (самопроизвольном восстановлении) разрушенной механическими воздействиями исходной коагуляционной и кристаллизационной микроструктуры. Явление самоорганизации обусловлено повышенной химической активностью, высокой степенью дисперсности, кристаллохимическими особенностями строения и минеральным составом глинистых минералов. Показано, что самоорганизация микроструктуры техногенного глинистого сырья приводит к техногенному литогенезу, происходящему в толщах отвалов при формировании техногенных отложений.

3. Установлен характер взаимосвязи между микроструктурой исходного техногенного сырья и процессами формирования микроструктуры в грунтобетоне, заключающийся в наследовании степени агрегирования как первой стадии формирования коагуляционной микроструктуры грунтобетона. Модель формирования микроструктуры грунтоизвесткового композита заключается в частичном обезвоживании грунта за счет взаимодействия свободной воды с частицами известьсодержащих отходов, адсорбировании вяжущего компонента глинистыми минералами, возникновении зародышей новообразований на поверхности глинистых частиц, формировании в пустотах глинистого каркаса сетки-скелета новообразованного вещества с пористой микроструктурой.

4. На основе изучения кинетики изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на глинистом и песчаном техногенном сырье с помощью РЭМ-изображений в возрасте до 3 лет установлено формирование сетки из несфор-мированного рентгеноаморфного вещества с явно выраженными оолитоподоб-ными составными частями, соединенными между собой в виде цепочек, во время длительных этапов твердения в грунтобетоне на основе песчаных техногенных фунтов. Доказано формирование в постгенетический период новообразованных кристаллов, имеющих четко выраженную форму и хорошую огранку, в материале на основе глинистого техногенного сырья.

5. Установлен период разуплотнения структуры и снижения прочностных характеристик композита в постгенетический период, приходящийся на промежуток 60-90 суток, который обусловлен давлением сформировавшихся новообразований на стенки пор, разрывом контактов между структурообразующими компонентами системы. Последующий рост прочности связан с вторичным уплотнением структуры. Растворенная часть, присутствующая в композите, заполняя микротрещины, формирует благоприятную среду для зародышеобразо-вания, раскристаллизация которых приводит к "залечиванию" дефектов микроструктуры композита. Это способствует приросту прочности до максимального значения (прочность, предшествующая падению) и дальнейшему ее росту. Колебание прочности в данный период составляет 22 %.

6. Разработана классификация техногенного сырья по степени его преобразования в процессе техногенеза; определены рациональные области использования механогенных отходов Лебединского ГОКа КМА с учетом степени техногенных преобразований. Составлены рекомендации по использованию в качестве сырьевых компонентов техногенного сырья Лебединского ГОКа, рых-

лой вскрыши и отходов дробильно-сортировочной фабрики, при производстве грунтобетонов для дорожного строительства.

7. Разработаны составы грунтоизвестковой смеси на основе глинистого техногенного сырья КМА (рыхлой вскрыши) для использования при укреплении земляного полотна дорожных одежд. Показано, что оптимальное количество вводимых известковых отходов в техногенное глинистое сырье (РВ) составляет 5 %, что позволяет получить прочностные показатели в бесцементных образцах равные 4,5 МПа с учетом технологичного коэффициента.

8. Предложена технология производства грунтобетонов I класса прочности на основе как глинистого, так и песчаного техногенного сырья, модифицированного известьсодержащими отходами сахарного производства путем введения в грунтоизвестковый композит 10 % портландцемента. Разработанный состав позволяет получить композит с пределом прочности при сжатии 15,6 МПа для грунтобетона — на основе РВ и 10 МПа — на основе ОДСФ (с учетом технологического коэффициента - 0,89 и 0,91 соответственно); с коэффициентом морозостойкости на основе РВ - 0,81 и 0,74 - ОДСФ; с коэффициентом водостойкости - 0,64 и 0,52 соответственно. Разработанные составы на основе техногенного сырья Лебединского ГОКа позволяют использовать искусственный композит для строительства оснований автомобильных дорог Ш-1У категорий. Получение грунтобетона с высоким технологическим коэффициентом возможно в стационарных грунтосмесительных установках.

9. Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве и реконструкции автомобильных дорог разработан пакет нормативных документов:

— технические условия на "Вяжущее из известковых отходов сахарных заводов" ТУ 5744-008-02066339;

— рекомендации по использованию рыхлой вскрыши Лебединского ГОКа КМА для устройства земляного полотна и укрепления оснований дорожных одежд;

— рекомендации по использованию отходов дробильно-сортировочной фабрики Лебединского ГОКа КМА для производства грунтобетона;

— технологический регламент на "Производство грунтобетонов с использованием техногенного сырья Лебединского ГОКа КМА и вяжущего из известковых отходов сахарных заводов для укрепления оснований дорожных одежд".

10. Экономическая эффективность внедрения разработанных составов грунтобетона при устройстве дорожных одежд в IV климатической зоне на основе техногенного сырья КМА, укрепленного неорганическими вяжущими (низкоактивными известковыми отходами сахарных заводов и цементом), по сравнению с применяемыми в настоящее время конструкциями с использованием щебня, составляет 44,4 тыс. руб. на 1 км дороги. Финансовый профиль проекта показал, что затраты на внедрение разработанного материала для строительства грунтобетонных оснований дорожных одежд на основе техногенного сырья, при производстве 20 тыс. м3 в год, окупаются в течение одного года и двух месяцев за счет замены дорогостоящего щебня, без снижения прочностных показателей дорожной одежды.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Карацупа C.B. Особенности сырьевой базы дорожного грунтобетона региона КМА (Н.Д. Воробьев, В.В. Строкова, С.Н. Глаголев, А.Ф. Щеглов) // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Спецвыпуск: материалы междунар. конгресса Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2003. - № 5. - Ч. I. - С. 378-381.

2. Карацупа C.B. К вопросу утилизации техногенных отходов железорудных месторождений КМА (В.В. Строкова) // тр. Междунар. форума по проблемам науки, техники и образования. / под ред: В.П. Савиных, В.В. Вишневского. — М.: Академия наук о Земле, 2003. - Т. 1. - С. 48-49.

3. Карацупа C.B. Особенности структурообразования в системе "глинистые породы — известьсодержащие отходы — цемент" (В.В. Строкова, А.Ф. Щеглов) / Строительные материалы, - М., 2004. — № 3. - С. 16-17.

4. Карацупа C.B. К вопросу утилизации карьерных отходов Лебединского ГОКа (A.M. Гридчин, В.В. Строкова) // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Спецвыпуск: Матер. II Междунар. научн.-практ. конф. «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье». - Белгород: Изд-во БГТУ, 2004. — № 8. - Ч. VI.-С. 127-129.

5. Карацупа C.B. Дорожно-строительные материалы на основе отходов рыхлой вскрыши железорудных месторождений региона КМА (В.В. Строкова) // Материалы IX всероссийского слета студентов, аспирантов и молодых ученых - лауреатов конкурса «Ползуновские гранты» / Изд-во АлтГТУ. Барнаул. -

2004. - С. 92-95.

6. Карацупа C.B. Использование местного техногенного сырья для производства дорожно-строительных материалов (В.В. Строкова, Д.В. Морозов) / Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития: Материалы докладов Международной научн.-практ. конф. — Минск: БГТУ,

2005. - 203-205.

7. Карацупа C.B. Прочность цементогрунта на основе техногенного сырья (В.В. Строкова, Е.А. Потапенко, А.О. Лютенко) / Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сб. статей Межд. научн.-технич. конф. — Пенза, 2005. - С. 201-203.

8. Карацупа C.B. Эмпирическая модель оценки прочности грунтобетона (В.В. Строкова, Е.А. Потапенко) // Бетон и железобетон в Украине. - 2005. - № 5.-С. 8-10.

9. Карацупа C.B. Кинетика изменения рН среды при твердении грунтобетонов (A.M. Гридчин, В.В. Строкова) // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Матер, междунар. научн.-практ. конф. / Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2005. — №9.-С. 423—426.

10. Карацупа C.B. Математическая модель оценки прочности грунтобетона (В.В. Строкова, А.О. Лютенко, Е.А. Яковлев) / Строительные материалы. - М.,

2006.-№4.-С. 80-82.

КАРАЦУПА СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ГРУНТОБЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ КМА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 25.05.2006 / Формат 60x84 1/16. Объем 1,6 уч.-изд. л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете

им. В.Г. Шухова. 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Состояние сырьевой базы дорожных грунтобетонов.

1.2. Генетические особенности техногенного сырья.

1.3. Анализ системы «глинистые грунты - неорганические вяжущие».

1.4. Методы устройства земляного полотна и оснований автомобильных дорог с использованием грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими.

1.5. Выводы.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методы изучения фазового состава сырьевых и

I синтезированных материалов.

2.1.1. Рентгенофазовый анализ.

2.1.2. Дифференциальный термический анализ.

2.1.3. Растровый электронно-микроскопический анализ.

2.1.4. ИК-спекгроскопия.

2.1.5. Определение количества активных центров.

2.2 Определение физико-механических свойств техногенных грунтов КМ А.

2.2.1. Определение гранулометрического состава техногенных грунтов.

2.2.2. Метод акустополярископии.

2.3. Изучение свойств вяжущих и грунтобетонов.

2.4. Выводы.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОГЕННОЙ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ГРУНТОБЕТОНОВ РЕГИОНА КМА.

3.1. Формирование техногенных отложений региона КМА.

3.2. Физико-механические свойства техногенных сырьевых материалов.

3.3. Состав и физико-химические особенности техногенного сырья.

3.4. Состав и микростроение техногенного сырья по данным растровой электронной микроскопии.

3.5. Микроструктура техногенного глинистого сырья как фактор техногенного литогенеза.

3.6. Выводы.

4. СВОЙСТВА ГРУНТОБЕТОНОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ И СОДЕРЖАНИЯВЯЖУЩИХ.

4.1. Разработка составов для укрепления земляного полотна.

4.2. Состав и свойства грунтобетонов на основе комплекса вяжущих.

4.3. Разработка эмпирической модели оценки прочности грунтобетона.

4.3.1. Динамическая модель набора прочности грунтобетона.

4.3.2. Статическая модель оценки прочности грунтобетона.

4.4. Структурообразование грунтобетонов при длительном твердении.

4.4.1. Изменение прочностных характеристик при длительном твердении.

4.4.2. Структурообразование грунтобетонов на основе отходов дробильно-сортировочной фабрики.

4.4.3. Структурообразование грунтобетонов на основе рыхлой вскрыши.

4.5. Выводы.

5. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ РЕГИОНА КМА.

5.1. Зависимость свойств грунтобетона от способа уплотнения.

5.2. Расчет конструкций дорожных одежд.

5.2.1. Исходные данные для расчета.

5.2.2. Расчетные нагрузки.

5.2.3. Расчет дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу.

5.2.4. Расчет дорожной одежды по сопротивлению сдвигу.

5.2.5. Расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе.

5.2.6. Обеспечение морозоустойчивости дорожных одежд и земляного полотна

5.3. Выводы.

6. АПРОБАЦИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

6.1. Технология производства дорожно-строительных смесей.

6.2. Технология устройства оснований дорожной одежды.

6.3. Технико-экономическое обоснование эффективности применения техногенных грунтов для получения грунтобетона

6.3.1. Расчет экономии денежных средств при использовании техногенных грунтов для укрепления дорожных оснований

6.3.2. Оценка эффективности инвестиционного проекта на основе динамических методов.

6.4. Выводы.

К началу третьего тысячелетия деятельность человека по масштабам стала соизмерима с геологическими процессами. Достаточно отметить, что ежегодно в мире перерабатывается около 4,5 млрд. т различных пород, используется из которых менее 10 %; рациональные области использования отходов, как правило, не определены. При этом приблизительно такое же количество сырья ежегодно добывается для нужд промышленности строительных материалов.

В настоящее время на территории РФ накоплено около 80 млрд. т промышленных отходов, которые занимают почти 300 тыс. га полезных земель. Ежегодно более 2 тыс. га отводится для складирования отходов, в том числе и ценные сельскохозяйственные земли, что не может не сказаться на экологической обстановке регионов. Данная проблема актуальна и для Белгородской области, на территории которой располагается ряд месторождений Курской магнитной аномалии (КМА). Мощным «производителем» отходов являются Лебединский и Стойленский горно-обогатительные комбинаты (ГОКи), где за год образуются десятки миллионов кубических метров техногенного сырья. Наиболее крупнотоннажными отходами являются механоген-ные, эффективной областью использования которых может быть дорожная отрасль.

Переход на использование укрепленных слоев дорожной одежды на основе техногенного сырья позволит получать грунтобетон для строительства автомобильных дорог III—IV категорий в III—IV дорожно-климатических зонах, исключив дорогостоящий щебень, расширив сырьевую базу дорожных грунтобетонов и снизив экологический прессинг в районах складирования отходов.

Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования РФ и финансируемого из средств федерального бюджета на 2004-2008 гг.

Цель работы. Повышение эффективности дорожного строительства за счет использования техногенного сырья КМА с учетом его генетических особенностей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение минерального состава, строения и распространения техногенного сырья КМА, как сырья для получения грунтобетонов;

- исследование кинетики структурообразования матрицы грунтобетонов, формирования новообразований, их фазового состава и морфологии в зависимости от состава и длительности твердения;

- разработка составов и изучение свойств грунтобетонов для укрепления земляного полотна и строительства оснований автомобильных дорог III и IV технических категорий;

- подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований и промышленная апробация.

Научная новизна работы. Установлено, что отвалы отходов Лебединского ГОКа КМА - это техногенное глинистое и песчаное сырье механо-генного происхождения, представляющее собой сложноструктурированную полиминеральную полигенетическую систему с реликтовыми и новообразованными структурами, по совокупности свойств не имеющее аналогов среди природных образований. В его состав входят минералы различных генетических типов (как осадочных, так и метаморфогенных пород), что приводит к формированию нетрадиционных систем и оказывает влияние на физико-химические процессы структурообразования грунтобетонов.

Предложен механизм формирования микроструктуры техногенного сырья, заключающийся в самоорганизации микроструктуры, суть которой выражается в регенерации (самопроизвольном восстановлении) разрушенной механическими воздействиями исходной коагуляционной и кристаллизационной микроструктуры. Явление самоорганизации обусловлено повышенной химической активностью, высокой степенью дисперсности, кристаллохими-ческими особенностями строения и минеральным составом глинистых минералов. Показано, что самоорганизация микроструктуры техногенного глинистого сырья приводит к техногенному литогенезу, происходящему в толщах отвалов при формировании техногенных отложений.

Установлен характер взаимосвязи между микроструктурой исходного техногенного сырья и процессами формирования микроструктуры в грунтобетоне, заключающийся в наследовании степени агрегирования как первой стадии формирования коагуляционной микроструктуры грунтобетона. Модель формирования микроструктуры грунтоизвесткового композита заключается в частичном обезвоживании грунта за счет взаимодействия свободной воды с частицами известьсодержащих отходов, адсорбировании вяжущего компонента глинистыми минералами, возникновении зародышей новообразований на поверхности глинистых частиц, формировании в пустотах глинистого каркаса сетки-скелета новообразованного вещества с пористой микроструктурой.

На основе изучения кинетики изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на глинистом и песчаном техногенном сырье в возрасте до трех лет с помощью РЭМ-изображений, установлено формирование сетки из несформированного рентгеноаморфного вещества с явно выраженными оолитоподобными составными частями, соединенными между собой в виде цепочек, при длительных этапах твердения в грунтобетоне на основе песчаных техногенных грунтов. Доказано формирование в постгенетический период новообразованных кристаллов, имеющих четко выраженную форму и хорошую огранку, в материале на основе глинистого техногенного сырья.

Практическое значение работы. Разработана классификация техногенного сырья по степени его преобразования в процессе техногенеза; определены рациональные области использования механогенных отходов Лебединского ГОКа КМА с учетом степени техногенных преобразований.

Составлены рекомендации по использованию в качестве сырьевых компонентов техногенного сырья Лебединского ГОКа - рыхлой вскрыши и отходов дробильно-сортировочной фабрики - при производстве грунтобетонов для дорожного строительства.

Разработаны составы грунтоизвестковой смеси на основе глинистого техногенного сырья КМА (рыхлой вскрыши) для использования при укреплении земляного полотна дорожных одежд.

Предложена технология производства грунтобетонов I класса прочности на основе как глинистого, так и песчаного техногенного сырья, модифицированного известьсодержащими отходами сахарного производства, с использованием цемента, пригодных для строительства оснований автомобильных дорог III—IV категории.

Внедрение результатов исследований. Результаты работы внедрены при строительстве автомобильных дорог III и IV технических категорий в Белгородской области, в районе сел Репяховка и Графовка Красно-яружского района - 5 км, подъездные пути к птицефабрикам в поселке Красная Яруга - 2 км, села Илек Кошары и Святославка Ракитянского района - 4,3 км.

Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве и реконструкции автомобильных дорог разработаны следующие нормативные документы:

- ТУ 5744-008-02066339-00 "Вяжущее из известковых отходов сахарных заводов";

- рекомендации по использованию рыхлой вскрыши Лебединского ГОКа для устройства земляного полотна и укрепления оснований дорожных одежд;

- рекомендации по использованию отходов дробильно-сортировочной фабрики Лебединского ГОКа для производства грунтобетона;

- технологический регламент на "Производство грунтобетонов с использованием техногенного сырья Лебединского ГОКа КМА и вяжущего из известковых отходов сахарных заводов для укрепления оснований дорожных одежд".

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения ис-» пользуются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270205, 270106 и 340100, что отражено в учебных программах дисциплин «Строительные материалы и изделия», «Инженерная геология», «Минерально-сырьевая база отрасли», «Дорожно-строительные материалы и изделия», «Технология конструкционных материалов». На защиту выносятся:

- результаты исследования особенностей минерального состава, гранулометрии и микростроения техногенного сырья Лебединского ГОКа;

- механизм формирования микроструктуры техногенного сырья, как фактор техногенного литогенеза, происходящего в толщах отвалов при формировании техногенных отложений;

- модель формирования микроструктуры грунтоизвесткового композита,

- кинетика изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на основе глинистого и песчаного техногенного сырья в постгенетический период;

- оптимальные составы грунтоизвесткового композита и грунтобетона I класса прочности с использованием техногенного сырья Лебединского ГОКа для устройства земляного полотна и оснований автомобильных дорог III—IV категории;

- результаты внедрения.

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в десяти научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 250 страницах машинописного текста, включающего 34 таблицы, 73 рисунка и фотографии, списка литературы из 158 наименований, 9 приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что отвалы отходов Лебединского ГОКа КМА - это техногенное глинистое и песчаное сырье механогенного происхождения, представляющее собой сложноструктурированную полиминеральную полигенетическую систему с реликтовыми и новообразованными структурами, по совокупности свойств не имеющее аналогов среди природных образований. В его состав входят минералы различных генетических типов (как осадочных, так и метаморфогенных пород), что приводит к формированию нетрадиционных систем и оказывает влияние на физико-химические процессы структурообразования грунтобетонов. Это позволило определить рациональные области использования механогенных отходов с учетом степени техногенных преобразований и разработать классификацию техногенного сырья по степени его преобразования в процессе техногенеза.

2. Предложен механизм формирования микроструктуры техногенного сырья, заключающийся в самоорганизации микроструктуры, суть которой выражается в регенерации (самопроизвольном восстановлении) разрушенной механическими воздействиями исходной коагуляционной и кристаллизационной микроструктуры. Явление самоорганизации обусловлено повышенной химической активностью, высокой степенью дисперсности, кристаллохими-ческими особенностями строения и минеральным составом глинистых минералов. Показано, что самоорганизация микроструктуры техногенного глинистого сырья приводит к техногенному литогенезу, происходящему в толщах отвалов при формировании техногенных отложений.

3. Установлен характер взаимосвязи между микроструктурой исходного техногенного сырья и процессами формирования микроструктуры в грунтобетоне, заключающийся в наследовании степени агрегирования, как первой стадии формирования коагуляционной микроструктуры грунтобетона. Модель формирования микроструктуры грунтоизвесткового композита заключается в частичном обезвоживании грунта за счет взаимодействия свободной воды с частицами известьсодержащих отходов, адсорбировании вяжущего компонента глинистыми минералами, возникновении зародышей новообразований на поверхности глинистых частиц, формировании в пустотах глинистого каркаса сетки-скелета новообразованного вещества с пористой микроструктурой.

4. На основе изучения кинетики изменения микроструктуры матрицы грунтобетонов на глинистом и песчаном техногенном сырье в возрасте до 3-х лет, с помощью РЭМ-изображений установлено формирование сетки из не-сформированного рентгеноаморфного вещества с явно выраженными ооли-топодобными составными частями, соединенными между собой в виде цепочек, при длительных этапах твердения в грунтобетоне на основе песчаных техногенных грунтов. Доказано формирование в постгенетический период новообразованных кристаллов, имеющих четко выраженную форму и хорошую огранку, в материале на основе глинистого техногенного сырья.

5. Установлен период разуплотнения структуры и снижения прочностных характеристик композита в постгенетический период, приходящийся на промежуток 60-90 сут., который обусловлен давлением сформировавшихся новообразований на стенки пор, разрывом контактов между структурообразующими компонентами системы. Последующий рост прочности связан с вторичным уплотнением структуры. Растворенная часть, присутствующая в композите, заполняя микротрещины, формирует благоприятную среду для зародышеобразования, раскристаллизация которых приводит к залечиванию дефектов микроструктуры композита. Это способствует приросту прочности до максимального значения (прочность, предшествующая падению) и дальнейшему росту. Колебание прочности в данный период составляет 22 %.

6. Разработана классификация техногенного сырья по степени его преобразования в процессе техногенеза; определены рациональные области использования механогенных отходов Лебединского ГОКа с учетом степени техногенных преобразований. Составлены рекомендации по использованию в качестве сырьевых компонентов техногенного сырья Лебединского ГОКа рыхлой вскрыши и отходов дробильно-сортировочной фабрики - при производстве грунтобетонов для дорожного строительства.

7. Разработаны составы грунтоизвестковой смеси на основе глинистого техногенного сырья КМА (рыхлой вскрыши) для использования при укреплении земляного полотна дорожных одежд. Показано, что оптимальное количество вводимых известковых отходов в техногенное глинистое сырье (РВ) составляет 5 %, что позволяет получить в бесцементных образцах прочностные показатели равные 4,5 МПа, с учетом технологичного коэффициента.

8. Предложена технология производства грунтобетонов I класса прочности на основе как глинистого, так и песчаного техногенного сырья, модифицированного известьсодержащими отходами сахарного производства путем введения в грунтоизвестковый композит 10 % портландцемента. Разработанный состав позволяет получить композит с пределом прочности при сжатии -15,6 МПа для грунтобетона на основе РВ и 10 МПа - на основе ОДСФ (с учетом технологического коэффициента 0,89 и 0, 91 соответственно); коэффициентом морозостойкости на основе РВ - 0,81 и 0,74 - ОДСФ; коэффициентом водостойкости 0,64 и 0,52 соответственно. Разработанные составы на основе техногенного сырья Лебединского ГОКа позволяют использовать искусственный композит для строительства оснований автомобильных дорог III—IV категорий. Получение грунтобетона с высоким технологическим коэффициентом возможно в стационарных грунтосмесительных установках.

9. Для широкомасштабного внедрения результатов работы при строительстве и реконструкции автомобильных дорог разработан пакет нормативных документов:

- ТУ 5744-008-02066339-00. "Вяжущее из известковых отходов сахарных заводов";

- рекомендации по использованию рыхлой вскрыши Лебединского ГОКа для устройства земляного полотна и укрепления оснований дорожных одежд;

- рекомендации по использованию отходов дробильно-сортировочной фабрики Лебединского ГОКа для производства грунтобетона;

- технологический регламент на "Производство грунтобетонов с использованием техногенного сырья Лебединского ГОКа КМА и вяжущего из известковых отходов сахарных заводов для укрепления оснований дорожных одежд".

10. Экономическая эффективность внедрения разработанных составов грунтобетона при устройстве дорожных одежд в IV климатической зоне на основе техногенного сырья КМА, укрепленного неорганическими вяжущими, низкоактивными известковыми отходами сахарных заводов и цементом, по сравнению с применяемыми в настоящее время конструкциями с использованием щебня, составляет 44,4 тыс. руб. на 1 км дороги. Финансовый профиль проекта показал, что затраты на внедрение разработанного материала для строительства грунтобетонных оснований дорожных одежд на основе техногенного сырья при производстве 20 тыс. м3 в год окупаются в течение одного года и двух месяцев за счет замены дорогостоящего щебня, без снижения прочностных показателей дорожной одежды.

199

1. Дороги России. Исторический аспект / Под ред. А.А. Надежко. М.: КРУК, 1996.-408 с.

2. Гридчин A.M. Дорожно-строительные материалы из отходов промышленности: Учебное пособие. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1997. -204с.

3. Гридчин A.M. Производство и применение щебня из анизотропного сырья в дорожном строительстве. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 149 с.

4. Гридчин A.M., Королев И.В., Шухов В.И. Вскрышные породы КМА в дорожном строительстве. Воронеж: Центрально-Черноземное изд-во, 1983.94 с.

5. Терещенко А.П., Володченко А.Н., Лесовик B.C. Глинистые породы Курской магнитной аномалии, повышающие механическую прочность автоклавных силикатных изделий // Химия и технология строительных материалов (Сб. тр. УМИСИ, БТИСМ). М., 1982. - С. 111-119.

6. Шухов В.И. Дорожные цементобетоны с заполнителями из железистых отходов горнорудной промышленности Курской магнитной аномалии: Автореф. дис. канд. тех. наук. Харьков, 1990. - 20 с.

7. Алехин Ю.А., Люсов А.Н. Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производстве строительных материалов-М.: Стройиздат, 1988-344с.

8. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. -М.: Транспорт, 1979. Ч. 1. 367 с.

9. Некрасов В.К., Калечиц Е.В. Строительство автомобильных дорог-М.: Научно-техническое издательство автотранспортной литературы, 1957. -487 с.

10. Морозов А.И. Актуальные проблемы повышения качества автомобильных дорог // Сб. докл. Междунар. конф. «Проблемы строительного материаловедения и новые технологии». Белгород: Изд.1. БелГТАСМ, 1997.-423 с.

11. Филатов М. М. Почвенный поглощающий комплекс и дорожные условия: Тр. ГДОРНИИ.-М., 2000.-С.81-83.

12. Филатов М. М. Основы дорожного грунтоведения. М: Гострансиздат, 1965г.-267 с.

13. Справочник инженера дорожника. Изыскания и проектирования автомобильных дорог / Под ред. А.К. Бируля М.: Транспорт, 1984.-552 с.

14. Волков М.И., Головко В.А., Гридчин A.M. и др. Исследование ресурсов местных каменных материалов и отходов промышленности с составлением каталога местных строительных материалов Белгородской области// Отчет по НИИ-Харьков: ХАДИ, 1976.-95 с.

15. Бируля А.К. Новые конструкции оснований для дорожных покрытий, и // Строительство дорог.- 1989 № 6 - С. 45-48.

16. Бируля А. К. Обработка грунтовых дорог дегтями/ Сб. «Применение каменноугольных дегтей в дорожном строительстве». М.: Изд-во Гушосдора, 1939.-447 с.

17. Лесовик B.C. Строительные материалы из отходов горнорудного производства Курской магнитной аномалии: Учебное пособие. -М.:Белгород: Изд-во АСВ, 1996г. 155с.

18. Боженов П.И. Комлексное использование минерального сырья и экология. М.: Изд-во АСВ, 1994. - 264 с.

19. Автомобильные дороги: Одежды из местных материалов/ Славуцкий

20. А.К., Некрасов В.К., Ромаданов Г.А. и др.; Под ред. Славуцкого А.К. М.: Транспорт, 1987.-255 с.

21. Гончаров Э.Я., Исаев B.C., Марышев Б.С., Юмашев В.М. Устройство щебеночного основания, обработанного цементно-песчаной смесью// Автомобильные дороги. 1979. - №4. - С. 10-12.

22. Шлакощелочные вяжущие и мелкозернистые бетоны на их основе / Под ред. проф. В.Д. Глуховского: Ташкент: Узбекистан, 1980. - 484 с.

23. Рыбьев И.А. Общий курс строительных материалов: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1987. - 584 с.

24. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат, 1986. - 325 с.

25. Рыбьев И.А. Открытие закона створа, его сущность и значимость // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 1999 - № 3— 4.-С. 21-23.

26. Комохов П.Г., Грызлов B.C. Структурная механика и теплофизика легкого бетона. Вологда, 1992. - 318 с.

27. Афонин А. П., Дудлер И. В., Зиангиров Р. С. И др. Классификация техногенных грунтов//Инженерная геология. 1990-№1.-С. 115-121.

28. Огородникова Е. Н., Николаева С. К. Техногенные грунты: Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 2004. - 250 с.

29. Россия в цифрах. 1996 г.- М.: Госкомстат России, 1997 298 с.

30. Огородникова Е. Н., Николаева С. К., Черняева И. Д. Особенности распространения и состав техногенных грунтов отходов черной металлургии // Геоэкология - 2000. - №1. - С. 53-58.

31. Российский статистический ежегодник, 1994 г. М.: Госкомстат » России.- 1995. 627с.

32. Лычко Ю. М. Инженерно-геологическая характеристика некоторых типов техногенных грунтов // Инженерная геология. 1983-№1- С. 56-59

33. Лычко Ю. М. Использование промышленных отходов для устройства оснований зданий и сооружений. Серия 8. Строительные конструкции (обзорная информация). М.: ВНИИИС Госстроя СССР, 1982. - 67 с.

34. Дудлер И. В. Инженерно-геологический контроль при возведении и эксплуатации намывных сооружений. -М.: Стройиздат, 1987. 182 с.

35. Котлов Ф. В. Изменение природных условий территории Москвы под влиянием деятельности человека и их инженерно-геологическое значение. М.: АН СССР, 1962. - 138 с.

36. Котлов Ф. В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Недра, 1978. - 94 с.

37. Гальперин А. М., Дьячков Ю. Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. М.: Недра, 1993. - 254 с.

38. Котлов Ф. В. Культурный слой г. Москвы и его инженерно-геологическая характеристика // Очерки гидрогеологии и инженерной геологии Москвы и ее окрестностей. М.: МОИП, 1974. 184 с.

39. Банник Г. И. Техническая мелиорация грунтов. Киев: Выща школа, 1976.-304 с.

40. Гридчин A.M., Строкова В.В., Щеглов А.Ф. Глины КМА в дорожном строительстве / XVII Региональная науч.-техн. конф., Красноярск, Изд-во КрасГАСА 1999.-С. 127.

41. Воронкевич С. Д., Евдокимова Л. А., Ларионова Н. А., Огородникова Е. Н. Роль основных факторов в укреплении дисперсных грунтов золошлаковыми вяжущими // Инженерная геология. 1986. -№3. -С. 43 -54.

42. Баженов Ю.М. Многокомпонентные бетоны с техногенными отходами // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы междунар. конф. Самара, 1995. - Ч. 4. - С. 3-4.

43. Безрук В.М. Укрепленные грунты. М.: Транспорт, 1982. - 231 с.

44. Безрук В.М. Укрепление фунтов. М.: транспорт, 1965. - 340 с.

45. Безрук В.М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромномстроительстве. М.: Транспорт, 1971. - 247 с.

46. Безрук В.М. Основные принципы укрепления грунтов. М.: Транспорт, 1987.-261 с.

47. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1988.64 с.

48. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. -М.: Наука, 1966.-400 с.

49. Баженов Ю.М., Плотников В.В. Активация вяжущих композиций в роторно-пульсационных аппаратах. Брянск: БГИТА, 2001- 336 с.

50. Л.Г. Шпынова, В.И. Чих, М.А. Саницкий и др. Физико-химические основы формирования структуры цементного камня / Львов: Вища школа, изд-во при Львов, ун-те, 1981. - 160с.

51. Ю.М.Васильев, В.П. Агафонцева, B.C. Исаев и др. Дорожные одежды с основаниями из укрепленных материалов М.: Транспорт, 1989. -191 с.

52. Безрук В.М., Князюк К.А. Устройство цементогрунтовых оснований и покрытий. М.: Дориздат, 1951. - 186 с.

53. Ананьев В.П., Кейльман В.А. Укрепление лессовых грунтов цементами // Материалы к V Совещанию по закреплению и уплотнению грунтов. Новосибирск: Изд. НИИЖТ, 1966. - С. 34-36

54. Борисова Е. Г. Теоретические основы цементации грунтов известью // Вопросы технической мелиорации грунтов. М.: МГУ, 1953. - С. 102 -145.

55. Могилевич В.М., Щербакова Р.П., Никитин В.Н. Подбор состава цементогрунтов с учетом технологии работ // Автомобильные дороги. 1969. -№2. - С. 10-12.

56. Бахтин П. У. Исследования физико-механических и технологических свойств основных видов почв СССР. М.: Колос, 1969. - 270 с.

57. Кнатько В. М. Укрепление дисперсных грунтов. JL: ЛГУ, 1989. -272 с.

58. Евстатиев Д., Ангелова Р. Цементация скальных и дисперсных грунтов (болг.). София: БАН, 1993. - 206 с.

59. Морозов С.А. Цементирующая способность глинистых частиц некоторых фунтов в аэродромном и дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1969.-241 с.

60. Химия цементов. Под редакцией Х.Ф. Тейлора. Стройиздат, 1972. — 255 с;

61. Химия полимерных неорганических вяжущих веществ. Под ред. Х.Ф. Тейлора. Л.: Химия, 1978. - 794с.

62. Гурьянова М.Ф. Процессы структурообразования при укреплении глинистых грунтов шлаковым вяжущим в дорожном строительстве: Дисс. канд. геол. миненал. Наук. - М.: МГУ, 1985. - 145 с.

63. Егоров И.В. Использование молотой негашеной извести для строительства оснований и покрытий из переувлажненных глинистых фунтов. Лениздат, 1962. - 260 с.

64. Технология и механизация укрепления фунтов в дорожном строительстве / Под ред. проф. В.М. Безрука. М.: Транспорт, 1976. - 230 с.

65. Черкинский Ю.С. Химия полимерных неорганических вяжущих веществ. -М.: Химия, 1967.-224с.

66. Сычев М.М. Некоторые вопросы химии межзерновой конденсации при твердении цементов // Цемент. 1982. - № 8. - С. 7-9.

67. Сычев М.М. Активация твердения портландцемента с помощью глинистых добавок // Цемент. 1982. — JVb 1. - С. 12-13.

68. Бажанов А.И., Кузнецов А.П., Салль А.О. Устройство оснований из малопрочных известняков // Автомобильные дороги. 1974 - №12. - С. 13.

69. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. М.: Высш. шк., 1980. - 472 с.

70. Данилович И. Ю., Сканави Н. А. Использование топливных шлаков и зол для производства строительных материалов. М.: Высшая школа, 1988. -72 с.

71. Евдокимова JI. А., Морозов С. С. Изменение химического и минерального состава глинистых грунтов при обработке их кремнефтористоводородной кислотой и флюатом магния // Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. М.: МГУ, 1973. - Вып. 3. - С. 434 -448.

72. Евдокимова Л. А., Мымрин В. А., Воронкевич С. Д., Домагала М. Особенности твердения активной золы-уноса в присутствии глинистых минералов // Геологический бюллетень Варшавского университета. 1981. -Т. 24.-С. 71-87.

73. Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов (техническая мелиорация). М.: МГУ, 1973. - 373 с.

74. Ormsby W.C., Bolz L.H. Kaolin-lime-water system. Part 2. Electron Microscope Observations Public Roads, Journal of Highway Research., vol 32, № 2, June, 1968/

75. Grossi F. X., Woolsen J. L. Effect of Fatty Quaternary Ammonium Saltson Physical Properties of Certain Soils // Industrial and Engineering Chemistry. 1955. Vol. 47. № 11. P. 2252 2258.

76. Herzog A., Mitchell J. К/ Reactions Accompaning the Stabilization of Clay with Cement // Highway Research Record. 1963. №36. P. 146 171.

77. Ingles O. G., Metcalf J. B. Soil Stabilization. Principles and Practice. Sidney-Melbourne- Brisbane: Butterworths, 1972. 374 p.

78. Безрук B.M., Левицкий Е.Ф., Ястребова Л.Н. и др. Технология и механизация укрепления грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1976. - 262 с.

79. Соколов В.Н. Формирование микроструктуры глинистых пород // Соросовский образовательный журнал. 1998. -№ 7. - С. 83-88.

80. Морозов С.С. Цементирующая способность глинистых частиц некоторых грунтов СССР по отношению к кварцевому песку по сравнению с портландцементом. М.: МГУ, 1951. - 40 с.

81. Евстатиев Д. Формирование прочности цементогрунтов (болг.). -р София: БАН, 1984.- 94 с.

82. Ларионова Н. А. Исследование процесса твердения зологрунтов и золоцементогрунтов на основе грунтов и зол различного состава. Дисс. канд геол.-минерал, наук. М.: МГУ, 1978. - 129 с.

83. Correns C.W. The Experimental Chemical Weathering of Silicates. Clay Minerals Bull. 4, 26, 1961 c.

84. Mitchel J. K. In-place treatment of foundation soils // J. Soil mechanics and foundation divisions. ASCE. 1970. Vol. 96. №SM1. P. 73 110.

85. Mitchel J. K., Katti R. K. Soil Improvement. State-of-the-Art Report (Preliminary). Proc. 10th Conf of Soil Mech. and Found. Engng. Stockholm, 1981. Vol. 4. P. 261-317.

86. Wintercorn H. F., Pamurcu S. Soil Stabilization and grouting // Foundation Engineering Handbook (2nd edn.). Fang H/-J. ed. Van Nostrand Reinhold. N.-Y., 1991. P. 319-323.

87. Correns C.W. The Experimental Chemical Weathering of Silicates. Clay Minerals Bull. 4, 26, 1961 c.

88. Hashimoto J., Jackson M.L. Rapid Dissolution of Ailophane and Kaolinite-Halloysite after Dehydration. Proc. 7 th Conf. On Clays and Clay Minerals. London, Pergamon Press, 1960 p.

89. Bell F. G. Engineering treatment of soils. London: E and FN Span, 1993. 295 p.

90. Bell F. G. Engineering treatment of soils (1st edn). London: E and FN Span, 1993. 289 p.

91. Соколов B.H. Глинистые породы и их свойства // Соросовский образовательный журнал, 2000. Т. 6. - № 9. - С. 59-65.

92. Лесовик В. С. Снижение энергоемкости производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород: Автореф. дис. д-ра техн. наук. -М., 1997.-39 с.

93. Безрук В.М. Укрепленные грунты // Свойства и применение в дорожном и аэродромном строительстве. -М.: Транспорт, 1982. 231 с.

94. Технология и механизация укрепления грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1976. - 232 с.

95. Мымрин В. А. Теоретические основы упрочнения глинистых грунтов металлургическими шлаками в целях дорожного строительства. Автореф. дисс. д-ра. геол.-минер. наук. М.: УДН, 1987. - 33 с.

96. Князюк К. А. Применение грунтов в строительстве дорожных покрытий и оснований. -М.: Автотрансиздат, 1961.-92 с.

97. Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущимиматериалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. СН 25-74. М., Стройиздат, 1974. - 128 с.

98. Левченко А. В. Определение добавки извести при укреплении грунтов.—«Автомобильные дороги», 1975, № 1, с. 19—21.

99. Левченко А. В., Марков Л. А. Изучение механизма взаимодействия переувлажненного грунта с известью // Коллоидный журнал. М.: Изд. АН СССР, 1970. № 4. - Т. 32. С. 550—557.

100. Строкова В. В., Щеглов А. Ф. Грунтобетоны на основе глинистых пород КМА для дорожного строительства: Монография. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2003. - 152 с.

101. Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов. М.: Транспорт, 1973. - 148 с.

102. Пащенко А.А., Сербии В. П., Старчевская Е. А. Вяжущие материалы. Киев: Вища школа, 1975. - 444 с.

103. Марков J1. А. и др. Улучшение свойств грунтов поверхностно-активными и структурообразующими веществами / Под ред. И. И. Черкасова -М.: Автотрансиздат, 1963. 176 с.

104. Амарян J1. С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. — М.: Недра, 1990.-220 с.

105. Кригер Н. И. Лесс. Формирование просадочных свойств. М.: Наука, 1986.- 132 с.

106. Агафонцева В. П., Ю. М.Васильев Улучшение уплотняемости цементогрунта // Автомобильные дороги. 1973. - №4. - С. 26 - 27.

107. Егоров И.В. Использование молотой негашеной извести для строительства оснований и покрытий из переувлажненных глинистых грунтов. Л.: Лениздат, 1962.

108. Безрук В.М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромномстроительстве. М.: Транспорт, 1971. - 247 с.

109. Eades J.L., Nicols P.P., Grim R.E. Formation of New Minerals with Lime Stabiliration as Proven by Field Experiments in Virginia. HPvR, Bull, 335, 1962.

110. Hilt G.H., Davidson D.T. Isolation and Investigation of a Lime Montmorillonite Crystalline Reaction Product. HRB Bull. 304, 1961.

111. Губерман Ф. Долговечность дорог // Строительная газета. 1998. -№38.-№5-С. 61-64

112. Строительство автомобильных дорог: Справочник инженера-доррожника/ В.А. Бочин, М.И. Вейцман, Е.М. Зейгер и др.; Под ред. В.А. Бочина. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1980. - 512 с.

113. Mitchell J. К., El Jack S. A. The fabric of soil-cement and its formation // Clays and Clay minerals. Proc. 14th Conf. Oxford-New-York: Pergamon Press, 1966. P. 297-305.

114. Thompson M.R. Lime Reactivity of Illinois Soil // J. Soil Mechan. b, Foundation Division Proc. Amer. Soc. Civil Engineers. 1966/ Sm5. Р/ 67-92/

115. Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1981.-335с.

116. Хигерович М.И., Меркин А.П. Физико-химические и физические методы исследования строительных материалов. -М.: Высшая школа, 1968-136с.

117. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ. Справочное руководство. М.: Наука, 1976.- 570с.

118. Берг Л.Г. Введение в термографию.-М.: Наука, 1969.-394 с.

119. Горшков B.C. Термография строительных материалов. М.: Стройиздат, 1968.-238 с.

120. Рамачандран B.C. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов. -М.: Стройиздат, 1977.-408 с.

121. Лодочников В.Н. Главнейшие породообразующие минералы. М.: ^ Госгеолтехиздат, 1955.

122. Заварицкий В.А. Петрография. Микроскопический метод в петрографии. Л.: Изд-во Ленингр. горн, ин-та, 1970. - Т. III. - 362 с.

123. Горбацевич Ф.Ф. Акустополярископия породообразующих минералов и кристаллических пород. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2002 - 140 с.

124. ГОСТ 22688-77. Известь строительная. Методы испытаний. Введ. 29.07.77.-23 с.

125. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. Введ. 01.07.83. - 56 с.

126. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. Введ. 1.01.97. - 38 с.

127. Лесовик Р.В. Мелкозернистые бетоны для дорожного строительства с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов. Дисс. канд.техн.наук. Белгород, 2002 - 207 с.

128. Лесовик B.C. Строительные материалы из отходов горнорудного производства Курской магнитной аномалии: Учебное пособие. М. Белгород: Изд-во АСВ, 1996. - 155 с.

129. Отчет о комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемке, геолого-экологических исследованиях и картографировании с геологическим доизучением масштаба 1:200000 на площади листа M-37-XIII (объект 310). «Белгородгеология». Белгород, 1994.

130. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний. -Введ. 01.07.89.-72 с.

131. ГОСТ25100-95. Грунты. Классификация. -Введ. 1.07.96.-45 с.

132. Гридчин A.M., Строкова В.В., Щеглов А.Ф. Роль известьсодержащего компонента в процессах формирования микроструктуры грунтобетона // Строительные материалы. М., 2002. - № 8. - С. 24-25.

133. В.М. Безрук, И.Л. Горячков, Т.М. Луканина, Р.А. Аганова. Укрепленные грунты (Свойства и применение в дорожном и аэродромном строительстве) / М.: Транспорт, 1982. - 231 с.

134. Строкова В.В., Потапенко Е.А., Карацупа С.В. Эмпирическая модель оценки прочности грунтобетона // Бетон и железобетон в Украине. -2005.-№5.-С. 8-10.

135. Александров А.А. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1989. - 263 с.

136. Строкова В.В., Лютенко А.О., Карацупа С.В., Яковлев Е.А. Математическая модель оценки прочности грунтобетона // Строительные материалы. М., 2006. - № 4. - С. 80-82.

137. Highway Research Record. 1965. №92/ P.83-102.

138. Diamond S. Cement pastes microstructure-an overview at several levels // Proc. Conf. On Hydraulic Cement Pastes: Their Structure and Properties. Sheffield: University of Sheffield, 1965. №92. P. 2 30.

139. Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов. 3-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1980.-368 с.155. ОДН 218.046-2001.

140. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. Введ. 1.01.87.-36 с.

141. Никитин В.П. Влияние технологии строительства цементогрунтовых дорожных одежд на их прочность / Сб. статей „Вопросы строительства автомобильных дорог". Омск, Зап-Сибирское изд-во, 1970. -264 с.

142. В.М. Сиденко, О.Т. Батраков, А.И. Леушин. Технология строительства автомобильных дорог. Киев В ища школа 1970. - 98 с.