ГлавнаяГорелые породы могут быть разделены на две группы:
1) глинистые, среди которых различают железистые (красного и красно-бурого цвета) со значительным содержанием железа и маложелезистые (желтовато-розового, белого цвета);
2) запесоченные, имеющие каменистую, несколько песчаную структуру и розовато-кирпичную окраску.
Железистые породы (например, горелые породы Донбасса и Караганды) характеризуются плотной структурой, высокой прочностью и водоустойчивостью.
Маложелезистые породы (например, породы Мосбасса) более рыхлые, иногда землистой структуры.
Запесоченные породы распространены в Сибири и на Дальнем Востоке.
Горелые породы по структуре обычно неоднородны, в одном и том же отвале наряду с плотным, хорошо обожженным материалом могут залегать и необожженные, слабые породы, а также крупнозернистые каменноугольные шлаки, спекшиеся с кусками породы. Наряду с крупными включениями в отвалах содержится пылеватозольная масса, образовавшаяся в результате горения сланцев. Физико-механические свойства горелой породы зависят от свойств отвальных пород, наличия примесей угля и серы.
Ориентировочно качество горелой породы в отвале определяют внешним осмотром плотности строения, характера поверхности излома ее кусков и цвета. Плотная структура и гладкая камневидная поверхность излома свидетельствуют о хорошем качестве горелой породы. Ноздреватая и шероховатая или жирная на ощупь поверхность в изломе указывает на плохое качество материала с малой объемной массой и большой влагоемкостью. Хорошо обожженные породы имеют более темный цвет (от коричневого до красно-желтого). Слабо обожженные породы характеризуются светлыми тонами (розовый, желтовато-белый, серый).
Горелые породы имеют различный гранулометрический состав, который зависит и от способа разработки материала в отвале. Плотность горелой породы колеблется в пределах 2,2—2,6 г/см3, насыпная масса — 0,9—1,45 г/см3. Водопоглощение кусков породы обычно 3—5%. Износ в полочном барабане колеблется от 15% и выше, значительная часть материала неморозостойка.
Хорошо обожженные горелые породы с плотной структурой и гладкой камневидной поверхностью в изломе, взятые из отвалов шахт антрацитовых углей, при условии обеспечения их однородности могут быть использованы для устройства нижних слоев оснований, а неоднородные по составу горелые породы с существенными колебаниями объемной массы и водопоглощения, взятые из отвалов шахт каменных и полуантрацитовых углей, могут применяться для этих целей лишь после обработки их вяжущими материалами или с устройством водонепроницаемой изолирующей оболочки.
Необожженные или слабообожженные глинистые сланцы совершенно непригодны для устройства дорожных одежд, так как при воздействии воды они превращаются в пластическую массу, в сухом виде расслаиваются на тонкие чешуйки, а затем превращаются в порошкообразную массу.
Как показал опыт, при отсутствии достаточной гидроизоляции слои из горелой породы уже через два-три годы службы под воздействием диффузии водного пара снизу, как правило, переувлажняются и значительно теряют несущую способность, что приводит к разрушению дорожной одежды. Поэтому целесообразность использования горелой породы должна быть тщательно обоснована.
Горелые породы неоднородного гранулированного состава и различной прочности возможно перерабатывать на сортировочных установках (рис. 12).
Отдельные разновидности порошкообразной горелой породы в смеси с известью и шлаком используются (после соответствующих лабораторных испытаний) как местный вяжущий материал.
Горелые породы хорошо укатываются, с органическими вяжущими они объединяются хуже, чем естественные каменные материалы.
При добыче и переработке различных ископаемых (железной руды, асбеста и др.) образуются отвалы пустой породы, которые в ряде случаев представляют собой ценный материал для дорожного строительства.
В рудниках огнеупорной промышленности при разработке магнезита отходами являются прочные и морозостойкие доломиты, запасы которых колеблются в пределах млн кубом.
Для дорожного строительства можно использовать и отходы от обогащения титано-магнетитовой руды, флотационные отходы, шлаки фосфорной и марганцевой промышленности. Например, отходы только одного титано-магнетитового рудника содержат десятки млн тонн мономинеральной горной породы — горнблендита, имеющей среднюю прочность и состоящую из хорошо развитых призматических зерен роговой обманки размерами от 50 мм и менее с преобладанием частиц крупнее 15 мм. Эти отходы пригодны для использования как в естественном виде, так и для обработки вяжущими.
Отходы коренных месторождений железных руд также применяются в дорожном строительстве. Горные работы ведутся как шахтным способом, так и в открытых карьерах, причем некоторые открытые разработки достигают глубины 80—100 м. Этим объясняется свежесть отходов и отсутствие выветрившихся пород. Отходы часто состоят из прочных минеральных пород и пород, менее пригодных для устройства различных оснований и покрытий.
Наряду с этим встречаются тонкоизмельченные породы («хвосты»), полученные после отделения рудных минералов путем мокрой сепарации. При отделении загрязняющих примесей и прогрохотке «хвосты» могут применяться в асфальтобетонных смесях в качестве мелкозернистых компонентов.
По данным Белгоравтодора, запасы скальных горных пород на железорудных месторождениях Курской Магнитной Аномалии (KMA) только на Лебединском и Стойленском месторождениях превышают 700 млн. м3. Среди них кристаллические сланцы, рудосодержащие и безрудные кварциты, граниты, габбро и другие дайковые породы. Прочность этих пород колеблется от 470 до 3780 кгс/см2, морозостойкость более 50 циклов.
Асфальто- и цементобетоны из этих материалов отвечают требованиям стандартов, что подтверждается удовлетворительным состоянием уже построенных покрытий.
НИИКМА предложено получение щебня из различных пород KMA дайковых Лебедйнского и Стойленского месторождений, метапесчаников Стойло-Лебединского участка, гранито-гнейсов Салтыково-Александровского и Коробковского месторождений.
Дайки диорит-порфиритов пригодны для получения щебня марки 450.
Метапесчаники имеют среднюю прочность 1500 кгс/см2 По данным Центрогипронеруда, добыча метапесчаников достигает 2,5 млн. м3 в год. Стоимость добычи 1 м3 метапесчаников составит около 2 руб. Щебень и крупнозернистый песок из диорит-порфиритов и малорудных (часто безрудных) кварцитов на железорудных месторождениях Старо-Оскольского района можно получить, применив сухую магнитную сепарацию кварцитов крупностью 5—3 мм. Стоимость 1 м3 щебня составит 0,95 руб.
В результате добычи руды на рудниках Днепровского бассейна образовались отвалы кварцитов, которые также могут использоваться в дорожном строительстве.
Отходы асбестовой промышленности Урала имеют высокие показатели прочности и пригодны для всех типов дорожных покрытий. Запасы этого материала составляют десятки млн тонн. Помимо асбестового щебня, материал содержит также асбестовое волокно, которое, обволакиваясь битумом, вместе с пылеватыми частицами придает покрытию высокие качества. Асбестовая мелочь после помола используется как минеральный порошок.
По гранулометрическому составу асбестовые отходы подразделяются на крупные и мелкие. Из крупных отходов путем прогрохотки и дозировки фракций можно получить минеральный материал для изготовления среднезернистой асфальтобетонной смеси. Недостающие мелкие фракции компенсируются за счет мелких отходов. Вблизи местонахождения отходов асбестовый щебень можно использовать для устройства различных слоев дорожных оснований и одежд, включая грунтощебень для местных дорог.
Циклонная пыль, получаемая в процессе обогащения асбестовых отходов, представляет собой активный минеральный порошок, который может применяться для изготовления асфальтобетонных или плотных битумоминеральных смесей.
В табл. 13 приведены рекомендованные лабораторией треста «Востоктрансспецстрой» составы асфальтобетонных смесей с применением асбестовых отходов. Из этой таблицы видно, что асфальтобетонные смеси рекомендованных составов по своим физико-механическим показателям могут применяться на дорогах высших категорий.
Результаты испытаний вырубок из асфальтобетонных покрытий г. Омска, устроенных с использованием асбестовых отходов, подтверждают высокие технические показатели таких покрытий и постепенное увеличение их плотности и прочности в процессе эксплуатации.
Открытие и промышленная эксплуатация новых месторождений асбеста на Урале, в Казахстане, Восточной Сибири и других местах создают благоприятные условия для широкого использования асбестовых отходов в дорожном строительстве.
Дунитовые «хвосты» — отход, получаемый при извлечении платины из платиноносной породы, которая состоит из зерен оливина, серпентина, хромистого железняка. Дунитовые «хвосты» могут использоваться как минеральный материал для строительства оснований и покрытий, а также как сырье для изготовления местного цемента.
Золоторудные «хвосты» — отход, получаемый при промывке золота на приисках в виде песчаной смеси и дробленой породы. Применяется вместо песка и минерального материала для дорожных одежд и сооружений.
Флотационные отходы меднорудной промышленности по степени раздробления аналогичны «хвостам», получаемым при обогащении железных руд методом мокрой сепарации.
Их можно применять при устройстве поверхностной обработки, а также в качестве мелкозернистого компонента асфальтобетонных смесей.
Каменноугольный шлам — мелкодисперсный уголь с размером частиц менее 1 мм образуется в результате неполного отделения пыли из угля перед обогащением, а также за счет измельчения угля в процессе самого обогащения.
Вблизи углеобогатительных фабрик только Карагандинского бассейна ежегодно сосредоточиваются до 400 тыс, т этого материала, который не находит промышленного применения. Влажность каменноугольного шлама 20—25%,
Как показали исследования, проведенные в Казахском филиале Союздорнии, введение каменноугольного шлама в асфальтобетонную смесь, приготовленную из гидрофильных минеральных материалов в смесительной установке, повышает качество этих смесей. Каменноугольный шлам вводят в холодную минеральную смесь непосредственно перед поступлением ее в сушильный барабан.
По данным В. П. Володько, предел прочности при сжатии асфальтобетона, приготовленного с добавкой 3% шлама, при 20°С примерно на 40% больше соответствующей прочности асфальтобетона без этой добавки. При добавке шлама водонасыщение асфальтобетона уменьшается в 2,3 раза.
В табл. 14 показано изменение свойств асфальтобетона при введении разного количества шлама.
В смесителе Д-138 приготавливали смесь следующего состава; гравийно-песчаная смесь — 86%, известковый минеральный порошок — 14, битум БНД-60/90 — 9% (от массы смеси), а в смесителе Д-325: гравийно-песчаная смесь — 90%, молотая горелая порода — 10, битум БНД-90/130 — 7%. Минеральный порошок обоих составов содержит 2% извести.
Как видно из табл. 14, оптимальное количество добавок шлама составило при этих условиях 3%. Опыты показали, что положительный эффект применения шламов достигается за счет того, что под воздействием пламени и высоких температур часть мелких угольных частиц подвергается коксованию или полукоксованию с выделением в газообразную фазу продуктов сухой перегонки угля — каменноугольной смолы. Эта смола содержит органические поверхностно-активные вещества, которые, распределяясь на поверхности нагретого и высушенного минерального материала, повышают его гидрофобность и улучшают сцепление с битумом. На ряду с этим улучшается и степень обволакивания минеральных частиц битумом, что позволяет сократить время перемешивания смеси.
Необходимо отметить, что добавка холодного сухого шлама (или недостаточный нагрев смеси) приводит к отрицательному эффекту. Важно также равномерное распределение шлама в минеральной смеси.
При влажности более 15% шлам коксуется и плохо поддается распределению, поэтому его следует предварительно сушить на открытых площадках.
Так как на гидрофобизированной поверхности минерального материала битум распределяется более тонким и равномерным слоем, необходимое количество битума может быть уменьшено примерно на 0,5—1%.