Дисертаційна робота присвячена вирішенню завдання отримання композиційних систем з використанням термоактивованих відходів паперового виробництва для дорожнього будівництва і встановлення особливостей формування комплексу фізико-механічних та експлуатаційних властивостей цементних дорожніх бетонів та укріплених грунтів з покращеними властивостями.
Вивчено фізико-хімічні та гідравлічні властивості термоактивовані відходи (ТАВ). Показано, що при їх термообробці відбуваються процеси, характерні для карбонатно-глинистої сировини з утворенням β-C2S, С12А7, С3А, С2АS. Встановлено, що гідратація ТАВ характеризується активною взаємодією з водою, що супроводжується значним тепловиділенням і швидким тужавінням. Показано, що необхідною умовою для гідратаційного тверднення термоактивованих відходів є регулювання процесів раннього структуроутворення шляхом використання сповільнювачів тужавіння, зокрема добавки 7,0 мас% CaSO4∙2H2O та 1,0 мас. % винної кислоти, використання яких забезпечує підвищені показники міцності з одержання необхідних термінів тужавіння, та дозволяє отримати регульовані термоактивовані відходи (РТАВ). Встановлено, що гідратною фазою, яка забезпечує сповільнення тужавіння та ранню міцність РТАВ є етрингіт. При подальшому твердненні утворюються гідросилікати кальцію, які ущільнюють структуру, сприяючи збільшенню міцності в’яжучого.
Розроблено склади грунтів, укріплених РТАВ, та досліджено їх будівельно-технічні властивості. Встановлено, що набухання укріплених грунтів зменшується незалежно від виду в’яжучого, в той час як несуча здатність, визначена на основі каліфорнійського коефіцієнту CBR, для укріплених грунтів порівняно з неукріпленими зростає із збільшенням вмісту в’яжучих, особливо РТАВ. Як показали проведені дослідження, використання РТАВ в кількості 14 мас.% замість 10 мас.% ПЦ сприяє процесу направленого структуроутворення, яке забезпечує укріплення шару земляного полотна та досягнення високих показників морозостійкості та міцності з отриманням марок укріпленого грунту М10, М20 та М40.
Досліджено властивості композиційних систем з різним співвідношенням доменного гранульованого шлаку (ДГШ) та регульованих термоактивованих відходів, а також розроблено і визначено властивості дорожніх цементобетонів. Встановлена ефективність використання РТАВ для активації ДГШ, яка відбувається за сульфатним та частково лужним механізмами. Результати фізико-механічних випробувань зразків композиційної системи «ДГШ-РТАВ» показали, що найвищу ранню міцність – 2,23 МПа на згин та 7,6 МПа на стиск досягають зразки із максимальним вмістом РТАВ – 70 мас.%. Проте найвищими показниками міцності як на стиск (38,3 МПа), так і на згин (4,6 МПа) у пізні терміни гідратації, коли переважає гідросилікатний тип тверднення, характеризуються зразки з співвідношенням ДГШ:РТАВ=70:30. Дослідження фазового складу розробленої композиційної системи свідчать про утворення гідросилікатів, гідроалюмінатів кальцію, які взаємодіючи з гіпсом, присутнім в складі РТАВ, утворюють гідросульфоалюмінат кальцію в початковий період гідратації. Використання 5 мас. % РТАВ та 0,8 мас.% суперпластифікатора Stachement 2570 забезпечують активну кінетику набору ранньої міцності та найвищу міцність бетону на розтяг при згині, що відповідає класу Вtb 6,4, та досягнення класу бетону за міцністю на стиск С 40/50. Розроблено жорсткі бетонні суміші номінального складу 1:1,9:3,8 з вмістом 0,8 мас.% суперпластифікатора, 0,2 мас.% повітровтягувальної добавки Microporan. Досліджено вплив РТАВ на силові та енергетичні характеристики тріщиностійкості розроблених дорожніх бетонів. Аналіз отриманих повних діаграм стану бетонів свідчить про позитивний ефект від додавання 5 мас.% РТАВ на роботу бетону як в докритичній, так і закритичній стадіях, а також характеризуються найвищими статичними критичними коефіцієнтами інтенсивності напружень. Встановлено, що бетони з оптимальним вмістом РТАВ характеризуються маркою за морозостійкістю F300 та стираністю G=0,29 г/см2.
Наведено результати дослідно-промислової апробації композиційних систем з використанням РТАВ паперового виробництва. Розроблені РТАВ використано як в’яжучі при влаштуванні шарів основи дорожнього одягу на об’єкті «Нове будівництво ЦПС 35/110 кВ «Яворівська ВЕС/СЕС» на території Яворівського району Львівської області. Показана економічна ефективність використання РТАВ в дорожніх цементобетонах. Встановлено, що очікуваний ефект від використання РТАВ як додаткового цементуючого матеріалу становить 94 тис. грн. при спорудженні 1 км цементобетонного покриття автомобільної дороги Ⅱ категорії.
