В настоящее время все большее распространение при строительстве автомобильных дорог получают цементные бетоны. Это обусловлено возросшими требованиями к покрытиям и основаниям автомобильных дорог.

Чтобы получить качественное и дешевое покрытие, следует совершенствовать технологию строительства автомобильных дорог, качество цементобетона, а также использовать отходы производства. Очевидно, при этом более целесообразным является применение особо жестких смесей, с меньшим расходом цемента по сравнению с традиционными смесями. Данным требованиям в наибольшей степени отвечает укатываемый бетон.

При применении такого бетона требуется меньшая энергоемкость, увеличивается расстояние между швами, обеспечивается меньшая усадка, а также сокращаются сроки строительства. Наряду с этим, актуальной проблемой для Центрально-Черноземной области РФ является утилизация отходов КМА. Поэтому повышение эффективности дорожного строительства может быть достигнуто за счет комплексного использования отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов (ММС) - самого крупнотоннажного отхода на территории КМА - и современной технологии укатки. Применение вяжущих низкой водопотребности и тонкомолотых цементов на основе отходов ММС железистых кварцитов в укатываемых бетонах даст возможность моделировать состав бетона, изменяя его прочность, в зависимости от конкретных условий и особенностей района строительства и экономить самый дорогостоящий компонент бетонной смеси - цемент.

Поэтому актуальность проекта заключается в применении высокопрочных укатываемых бетонов с использованием тонкомолотых цементов (ТМЦ) и вяжущих низкой водопотребности (ВНВ). Это позволит не только снизить материалоемкость дорожных одежд, но и позволит значительно уменьшить время строительства. Кроме того, при использовании ТМЦ и ВНВ возможно утилизировать отходы горнорудного производства. Анализ литературы показал, что в последние годы наметилась тенденция строительства слоев оснований и покрытий автомобильных дорог и магистралей из цементобетонных смесей, уплотняемых укаткой.

В 80-ых годах XX века за рубежом начались первые исследования, так называемого, укатываемого бетона (УБ). Первоначально его использовали (и применяют до настоящего времени) в плотиностроении. Стимулятором процесса поиска принципиально новой технологии укладки бетона явилась проблема регулирования температурного режима и трещиностойкости бетонных плотин.

Использование же в дорожном строительстве было ограниченно. Но постепенно интерес к нему возрос. Укатываемые бетонные смеси все большее распространение получают в США, Канаде, Германии, Швеции и других странах при строительстве местных, сельскохозяйственных и тому подобных автомобильных дорог с невысокой интенсивностью движения, Предлагается применять аналогичные жесткие бетонные смеси при строительстве внутрихозяйственных дорог.

Интересен опыт Франции, где для дорожных покрытий предложен материал, получивший название сандросим (cendrocim). Разновидностью жестких смесей, уплотняемых катками, является бетонпакт, который представляет собой бетонную смесь, которую укладывают и уплотняют так же, как цементоминеральные и шлакоминеральные материалы. В России покрытия из укатанного цементобетона рекомендуется укладывать в дорожные одежды облегченного типа сельских дорог, дорог общей сети III-IV категорий и на первой стадии при стадийном строительстве дорог I-II категорий и городских магистралей. Несмотря на возрастающее применение, при анализе литературы не было найдено принципов проектирования укатываемых бетонов, что значительно усложняет процесс подбора состава.

Энергетически целесообразно использовать в качестве тонкозернистого заполнителя и наполнителя сырьевые компоненты, которые накопили энергию в результате геологических и техногенных воздействий. Ярким примером этому могут служить железистые кварциты, которые подверглись механическому воздействию в процессе дробления и помола, дезинтегрированы до Sуд = 900 см2/г и разделены на магнетитовый концентрат и отходы - хвосты мокрой магнитной сепарации. Они представляют собой техногенный песок темно-серого цвета, с Мк=0,6-0,9, состоящий из неокатанных частичек кварца (около 70 %), магнетита, гематита, амфиболов, карбонатов, полевых пшатов и их агрегатов.

Запасенная в хвостах под воздействием механической активации энергия влияет на процессы структурообразования в системе отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов - портландцемент.[3] Установлено, что кварц отходов мокрой магнитной сепарации в целом отличается более низкой степенью кристалличности, чем песок Вольского и Нижне-Ольшанского месторождений. Наиболее реакционно-способным является халцедоновая разновидность регионально метаморфизованного слабоупорядоченного кварца. Степень кристалличности повышается в направлении: складчато-метаморфического, метасоматического и контактно-метаморфического кварца. Таким образом: слабая кристалличность кварца отходов ММС в целом, техногенное воздействие во время дробления и помола в технологии обогащения, механохимическая активация при производстве вяжущих низкой водопотребности - позволяют получать материал с более низкой энергоемкостью за счет эффекта синергетизма системы: генезис сырья – обогощение железистых кварцитов – производство вяжущих низкой водопотребности.

Для снижения содержание наиболее энергоемкого компонента бетонной смеси - цемента мы применяли ВНВ и ТМЦ, которые получали путем совместного помола клинкера, гипса, отходов ММС и суперпластификатора СБ-3. Управляемый состав новообразований, характеристики микроструктуры и пористости цементного камня, полиминеральный состав техногенного песка с шероховатой поверхностью позволяют синтезировать на основе отходов ММС железистых кварцитов ВНВ и ТМЦ необходимых эксплуатационных характеристик.

Установлено, что размалываемость компонентов и вяжущих улучшается в направлении клинкер - кварцевый песок - отходы ММС. Этим объясняется увеличение удельной поверхности при фиксированном времени помола по направлению от ТМЦ-70 к ТМЦ-30 и от ТМЦ-50 на основе песка по отношению к ТМЦ-50 с использованием отходов ММС. Кроме того, установлено, что ВНВ имеет более высокую удельную поверхность по сравнению с соответствующим ТМЦ, что свидетельствует о том, что применяемый суперпластификатор СБ-3 помимо пластифицирующего действия адсорбируется на вновь образующихся при помоле поверхностях, препятствует самозалечиванию трещин, увеличивая тем самым скорость дезинтеграции. Особенно интенсивно этот эффект проявляется при помоле полиминеральных техногенных песков.

Плотная структура бетона на основе ВНВ с использованием отходов ММС железистых кварцитов обусловлена наличием в отходах кварца различных генераций, а также более дефектной поверхностью частиц. Конечным результатом работы будет являться технология производства тонкомолотых цементов с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и укатываемых бетонов для дорожного строительства.

Будут предложены составы бетонных смесей с использованием отходов ММС и усовершенствованная технология транспортирования и укладки бетонов под укатку, которые позволяют существенно повысить качество УБ и соответственно снизить себестоимость производства дорожных работ.

Таким образом, появилась реальная возможность повысить эффективность строительства дорог за счет использования бетона в конструктивных слоях дорожных одежд. Низкий расход клинкера, использование отходов СС железистых кварцитов, упрощенная технология строительства обеспечивают технико-экономическую эффективность применения укатанных бетонов в конструкциях дорожных одежд.

Несомненно, что использование С ЗБ применительно к технологии устройства дорожных одежд методом укатки, а также применение в составе таких бетонов техногенных песков и ВНВ, в комплексе позволит существенно снизить себестоимость строительства автомобильных дорог.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков   «Рынок цемента в России».

Гридчин Д.М.
Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова.