ПРИМЕНЕНИЕ ЗОЛЫ УНОСА В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ 22.10.2024 12:50
При производстве материалов, обладающих энергосберегательными функциями, в качестве наполнителя могут применяться различные виды минерального сырья. Использование таких минеральных отходов способствует решению задач, поставленных в приоритетном направлении науки, технологии и техники в России. Конструирование на основе минерального сырья теплоизоляционного материала может способствовать достижению двух целей – природоохранной, суть которой заключается в переработке крупномасштабных отходов промышленности и теплоэнергетики, и научно-технической, которая заключается в воплощении высоких технологий, а именно в производстве новых материалов для строительной индустрии, характеризующихся различными исключительными свойствами. Одним из ярких примеров минеральных отходов является зола уноса. Зола уноса – это тонкодисперсный материал, который состоит из частиц размером до 0,14 мм, образуется в результате сжигания твердого топлива, после чего улавливается электрофильтрами и в сухом состоянии при помощи пневмотранспорта поступает в силосы-накопители. На сегодняшний день известно широкое применение золы уноса для приготовления строительных материалов:
– легких бетонов, используемых при подготовке оснований автодорог;
– шлакосиликатных бетонов, которые применяют для ремонта дорог, аэродромов, мостов, а также при устройстве полов, стойких к кислоте, в химических цехах, животноводческих комплексах, металлургических производствах;
– пенобетона, повышающего агрегативную устойчивость смеси в период между началом и окончанием схватывания цементного теста;
– замещает цемент в производстве строительных растворов, товарных бетонов, готовых изделий, используется в качестве добавки к цементу, при этом, не снижая его активность, применяется в подготовке бетонов для строительства дорог, а также в качестве примеси к глине в процессе изготовления черепицы и кирпича.
В зарубежной практике используют золу уноса как альтернативу обратной засыпки . Известно также, что ее применяют на территории нашей страны при строительстве дорог, так как она увеличивает прочность, водостойкость и морозостойкость, водоотталкивающие и теплоизоляционные свойства. При этом зола уноса используется в основном с песком при соотношении 30 % золы уноса и 70 % песка, что повышает прочностные характеристики песка, в частности удельное сцепление. Однако применение золы в качестве самостоятельного основания под фундаменты зданий, особенно взамен слабых глинистых грунтов, изучено недостаточно. Территория Пермского края, как и многие территории РФ, подвержена сезонному промерзанию грунтов. Глинистые грунты при промерзании подвергаются морозному пучению, что приводит к неравномерным деформациям фундаментов зданий и сооружений. Как поведет себя зола уноса в основании фундамента в условиях морозного пучения, также изучено недостаточно. Для установления возможности применения золы уноса в качестве основания под фундаменты были проведены лабораторные испытания с золой уноса в чистом виде, а также с внедрением базальтовых волокон. Базальтовое волокно – это современный фрикционный и теплоизолирующий минеральный материал-изолятор, получаемый обработкой базальта на специальных расплавных печах. Значения характеристик золы уноса сравнивались с характеристиками глинистых мягкопластичных грунтов, результаты лабораторных испытаний которых представлены в статьях. Испытания на прочностные характеристики проводились на базе Чешского университета на одноплоскостном приборе прямого среза. Физические характеристики золы уноса представлены в табл. 1.

Одноплоскостной прибор прямого среза

Испытания проводились согласно ГОСТ 12248–2010 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости». Испытания на срез проводились при непрерывно возрастающей горизонтальной нагрузке с постоянной скоростью деформации образца. По результатам исследований были рассчитаны удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ. Значения представлены в табл. 2

По данным, приведенным в табл. 2, видно, что у неармированных образцов золы уноса значения удельного сцепления совпадают со значениями глины, а у образцов, армированных базальтовым волокном, возрастают почти в 3,5 раза. Угол внутреннего трения золы выше, чем у глины, также в 3,5 раза, однако при внедрении базальтовых волокон он снижается на 29 %. Лабораторные испытания золы уноса на деформационные характеристики проводились на базе кафедры «Строительное производство и геотехника» Пермского национального исследовательского политехнического университета (СПГ ПНИПУ) в компрессионных приборах согласно ГОСТ 12248–2010. Для этого были сформированы образцы в компрессионных кольцах диаметром 71 мм и высотой 20 мм. В ходе испытаний к образцам прикладывалась нагрузка ступенями 12, 25, 50, 100, 200, 300 кПа. Нагружение образцов на каждой ступени продолжали до момента достижения условной стабилизации деформации образца. В качестве критерия условной стабилизации деформации образца принималось ее приращение, не превышающее 0,05 % за 3 ч. После испытаний был рассчитан модуль деформации Е, результаты представлены в табл. 3. По результатам исследований, приведенным в табл. 3, можно сделать вывод, что у образцов золы уноса модуль деформации выше, чем у глинистых грунтов, на 12 %. Внедрение в образцы золы базальтовых волокон снижает модуль деформации на 35 %

Образцы золы уноса в компрессионных кольцах (без армирования и с армированием базальтовым волокном)

Лабораторные испытания золы уноса на пучинистые свойства проводились также на базе кафедры СПГ ПНИПУ с помощью прибора «УПГ-МГ4 Грунт» согласно ГОСТ 28622–2012 «Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости». Для этого были сформированы образцы диаметром 100 мм и высотой 150 мм. Во время испытаний образец золы сначала выдерживался при температуре +1 о С в течение суток, затем на верхнем торце образца температура опускалась до –4 о С. Испытание продолжалось до тех пор, пока на нижнем торце образца температура не достигала 0 о С. При этом осуществлялся непрерывный поток воды к образцу с температурой +2 о С. После испытаний замерялась глубина промерзания образца и рассчитывалась относительная деформация пучения. Результаты приведены в табл. 4
По результатам исследований, приведенным в табл. 4, видно, что образцы магкопластичной глины являются среднепучинистыми, а образцы золы уноса – непучинистыми. Внедрение в золу базальтовых волокон приводит к увеличению деформаций пучения, хотя и к незначительному.

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1) удельное сцепление золы уноса не отличается от значений мягкопластичной глины, однако угол внутреннего трения выше в 3,5 раза; 2) модуль деформации золы уноса выше, чем у мягкопластичной глины, на 12 %; 3) в отличие от мягкопластичной глины, зола уноса является непучинистой; 4) внедрение в золу уноса базальтового волокна в качестве армирования увеличивает сцепление золы в 3,5 раза, однако угол внутреннего трения при этом снижается на 29 %, а модуль деформации – на 35 %. В заключение можно отметить, что внедрение в золу уноса базальтовых волокон может быть актуально при увеличении устойчивости откосов и котлованов. Однако для снижения осадок и увеличения несущей способности оснований армирование золы уноса базальтовым волокном нецелесообразно. Зола уноса является непучинистой, что позволяет ее использовать в качестве противопучинистых мероприятий. Таким образом, есть возможность использования золы уноса в качестве оснований.
Источник:
Мащенко А.В., Пономарев А.Б., Спирова Т.А. / Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, т. 8, № 3 (2017), 89–96