Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

Рис. 2. Профили радиояркостной температуры для землетрясения 4.12.2015 г.

На рис. 2 приведены результирующие профили для землетрясения, произошедшего 04.12.2015. Обозначения на рисунке: для пиксел с координатами [85°, -48°] (верхний ряд), [85.5°,-47.5°] (средний ряд), [86°,-47.5°] (нижний ряд). При этом в левой колонке представлены данные для 14.11.2015, в центральной колонке - для 4.12.2015 и в правой - для 14.12.2015. На рис. 2 очевидно, что в сутки, соответствующие землетрясению, наблюдается уменьшение вариации радиояркостной температуры, особенно, это заметно на высотах ~10 км. Кроме того, существенно меняется часть профиля, находящегося ниже 10 км. В целом, можно отметить повторение изменений профилей в сутки, соответствующие землетрясению по сравнению с «фоновыми» значениями.

121

Таблица 2 Сейсмические события для исследования СВЧ-радиометрией (M>6, h<50 км)

Дальнейшие исследования планируются в направлении оптимизации расчетов, выполняемых вычислительными программами, а также в комплексировании технологий путем создания наземно-космической системы ионосферного мониторинга в целях диагностики сейсмической опасности.

Литература

1.Физика землетрясений и предвестники [Текст] / Г.А. Соболев, А.В. Пономарев; Отв. ред. В.Н. Страхов. - М.: Изд-во «Наука», 2003. - 270 с.

2.Liu H., Stolle C., Watanabe S. Evaluation of the IRI model using CHAMP observations in polar and equatorial regions [Текст] / H. Liu, C. Stolle, S. Watanabe // Adv. Space Res, 2007. - V.

39.- № 5. - P. 904-909.

3.Dobrovolsky I.P., Zubkov S.I. and Miachkin V.I. Estimation of the size of earthquake preparation zone [Текст] / I.P. Dobrovolsky, S.I. Zubkov and V.I. Miachkin // Pure Appl. Geophys, 1979. - № 117. - P. 1025-1044.

4.Akhoondzadeh M., Parrot M., Saradjian M. R. 2010 Electron and ion density variations before strong earthquakes (M>6.0) using DEMETER and GPS data [Текст] / M. Akhoondzadeh, M. Parrot, M. R. Saradjian // Nat. Hazards and Earth System Sci, 2010. - № 10. - P.7-18.

5.Тронин А.А. Возможность применения космической тепловой съѐмки для исследования землетрясений [Текст] / А.А. Тронин //Исследования Земли из космоса.- СПб.: Изд-во «Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН»,

2005. -. № 4. - С. 86-96.

1ФГБОУ ВО «Московский технологический университет (МИРЭА)», г. Москва 2Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» Российской академии наук, г. Москва

V.О. Skripachev1, O.V. Yakovlev2, Yu.A. Polushkovskiy1

APPLICATION OF SPACE TECHNOLOGIES FOR MONITORING OF EARTHQUAKE PRECURSORS

Space monitoring technologies that can be used to diagnose seismic activity are shown. The results of studies of perturbations of ionosphere and atmosphere recorded by on-board scientific equipment before strong earthquakes are presented

Key words: satellite, on-board scientific equipment, data processing, earthquake, ionosphere, electron density, atmosphere, temperature profile

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Moscow Technological University (MIREA)», Moscow

2Federal Research Center «Informatics and Management» of the Russian Academy of Sciences, Moscow

122

СЕКЦИЯ 3. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ, ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД И ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ. МАЛООТХОДНЫЕ И БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВА. ФИЗИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НАД СОСТОЯНИЕМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УДК 624.138.4

Н.А. Ларионова

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОСТАВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ УКРЕПЛЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

В работе рассмотрены особенности процессов твердения шлаков и шлакогрунтовых смесей, определяемые составом шлаков и их гидравлической активностью. Введение небольших дозировок цемента способствует активизации процесса твердения композиций. Установлена возможность использования активированных цементом шлаков для укрепления глинистых грунтов и получения материалов с заданными свойствами. Определено влияние состава грунтов на эффективность их укрепления активированными шлаками

Ключевые слова: состав шлаков, активизация, цемент, процесс твердения, вяжущие свойства, прочность, морозостойкость образцов, глинистые грунты, укрепление

Черная металлургия – одна из важнейших отраслей тяжелой индустрии, производящая чугун, сталь, ферросплавы и различный прокат. Она является основой средств производства, особенно машиностроения, с развитием которого связан технический прогресс. В металлургической промышленности образуются достаточно в большом количестве твердые промышленные отходы – это шламы, шлаки, колошниковая пыль. Среди шлаков основную массу составляют доменные, количество которых составляет 60 %, мартеновских - 15 %. При производстве 1 т чугуна образуется 0,47-0,48 т доменных шлаков, а сталеплавильных - 0,168- 0,17 т/т стали. В настоящее время в отвалах металлургических комбинатов накоплено около 500 млн. т шлаков, которые занимают сотни гектар [1-4].

Для оценки качества шлаков и возможности их применения в производстве строительных материалов используют определенные показатели – модуль основности и модуль активности. Модуль основности определяется: для доменных шлаков Мо = (CaO + MgO)/(SiO2 + Al2O3); для сталеплавильных шлаков Мо = CaO/SiO2. Основные шлаки характеризуются высоким содержанием оксида кальция (44-50 %) и низким содержанием глинозема (до 10 %). Более половины образующихся доменных шлаков относятся к основным шлакам. Кислые шлаки отличаются низким содержанием оксида кальция и высоким содержанием глинозема. Около трети доменных шлаков относятся к кислым шлакам. Величина модуля активности для кислых шлаков колеблется от 0,3 до 0,6, а для основных - от 0,1 до 0,5. Учитывая значительные объемы накопленных металлургических шлаков, обостряется проблема их утилизации и разработки малоотходных технологий производства. Решению этой проблемы уделялось большое внимание в нашей стране, в том числе по использованию различных промышленных отходов, в том числе металлургических шлаков, в производстве вяжущих и строительных материалов – цемента, пемзы, щебня. К 1990 году на всех металлургических предприятиях шлаки практически полностью перерабатывались в товарную продукцию. Но уровень переработки доменных шлаков к 2000 году до 53 % снизился. Это было вызвано экономическими трудностями в металлургической отрасли, а также снижением спроса на шлаки и продукцию из них у потенциальных потребителей. Требуется разработка технологий для переработки образовавшихся на местах одновременного слива и складирования доменных и сталеплавильных шлаков, основная их масса складируется в отвалах. Но процент их потребления в настоящее время в стране остается достаточно низким, не превышающим 15-18 %. По данным на 2007 год потребление доменных шлаков в России составило 13,9 млн. т, в том числе для дорожного строительства – 8,1 млн. т. [1].

На кафедре инженерной и экологической геологии МГУ и в РУДН проведены детальные исследования по оценке возможности и целесообразности использования шлаков для

123

получения дорожных материалов с заданными свойствами, отвечающих требованиям нормативных документов. При этом большое внимание уделялось изучению механизма твердения материалов; характеру изменения их свойств во времени; выявлению оптимальных дозировок шлака и активизаторов твердения в зависимости, как от вида и состава шлаков, так и от особенностей состава укрепляемых грунтов. Исследования проводилась на образцах, приготовленных при оптимальной влажности и нагрузке уплотнения 10,0 МПа.

Сравнительная оценка процессов твердения гидратированных шлаков и шлакогрунтовых смесей позволила выявить определенные различия, обусловленные их химикоминеральным составом и гидравлической активностью. На ранних сроках твердения прочность гидратированных шлаков достаточно низкая и не превышает 0,2-0,5 МПа, и только с увеличением сроков твердения она (к 90 суткам) увеличивается в 3 раза по сравнению с 28суточными образцами. К 360 суткам твердения прочность на порядок превышает показатели образцов 90-суточного твердения и достигает 16,0-17,0 МПа. Это обусловлено протеканием в системе различных физико-химических процессов и формированием новообразований и структурных связей между ними. Активность протекающих процессов связана с повышенным содержанием CaO (34,08 %) и SO3 (3,29 %) в его составе. Образцы на основе доменного шлака, несмотря на высокую прочность в воздушно-влажных условиях твердения не отличаются водостойкостью и морозостойкостью. По-видимому, на 90-е сутки, когда проводятся испытания на морозостойкость, формирующиеся новообразования не обеспечивают необходимой плотности. На поздних стадиях твердения (1-3 года) происходят значительные структурные преобразования в системе, возрастает количество кристаллических новообразований, представленных гидросиликатами и гидросульфоалюминатами кальция. Структура постепенно переходит в конденсационно-кристаллизационную и кристаллизационную форму. Прочность увеличивается до 17,10 МПа. Повышается содержание CaCO3 до 8,40 % и подвижной фазы SiO2 -до 5,0 % [2].

Несколько иначе процесс твердения протекает для гидратированного мартеновского шлака. Образцы интенсивно набирают прочность, достигая на ранних стадиях 1,60 МПа, увеличиваясь со временем. К 180 суткам она превышает показатели 28-ми суточных образцов в 4-5 раз. Образцы шлака отличаются от доменных шлаков высокой водостойкостью (Кв = 1,15) и высокой морозостойкостью. Их коэффициент морозостойкости после испытаний (25 циклов замораживания-оттаивания) достигал 1,26. Это обусловлено высоким содержанием CaO + MgO (43,3-46,2 %) и Fe2O3 - 9,55-22,14 %, а также высоким модулем основности

(Mo = 1,5-1,8).

Гидратированные электросталеплавильные шлаки отличаются повышенной прочностью даже на ранних сроках твердения, которая увеличивается со временем. Их прочность на 28 сутки твердения (2,20-3,10 МПа) на порядок выше, по сравнению с ваграночными шлаками, а к годичному сроку она может достигать 16,0-20,0 МПа [5]. Это обусловлено меньшим содержанием SiO2 + Al2O3 (19,0-30,0 %), наличием активных металлов CaO + MgO (40-66 %), в том числе и свободного оксида кальция CaO (3,5-7,8 %). Упрочнение шлаковых систем происходит за счет гидролиза и гидратации активных минералов шлаков и синтеза гелевидных новообразований в виде низкоосновных гидросиликатов кальция. В результате формируется конденсационно-коагуляционная структура. На поздних сроках твердения появляются кристаллические новообразования, существенно упрочняющие материал. Низкой прочностью при твердении обладали гидратированные ваграночные шлаки, что связано с повышенным содержанием SiO2 + Al2O3 (46-52 %) в их составе, отсутствием свободной извести и SO3. Они отличаются низким показателем модуля основности (Mo = 0,44-0,59), а модуль активности равен 0,22.

Введение небольших дозировок цемента (2-3 %) способствует активизации процесса твердения и повышению прочности даже на ранних стадиях твердения, причем в значительной степени это прослеживается на примере сталеплавильного и доменного шлаков. Высокое содержание CaO в их составе определяет интенсивность протекающих пуццоланических ре-

124

акций. Создаются условия и возможность для формирования большего количества новообразований, повышающих прочность, водостойкость и морозостойкость материала. Даже в образцах на основе ваграночных шлаков прочность увеличивается более чем в 3-5 раз, по сравнению с не активизированным шлаком, и повышается их морозостойкость (Км = 0,77) (таблица).

Изменение прочности глинистых грунтов, укрепленных шлаками [2-5]

Примечание: * - шлак доменный; ** - шлак мартеновский; *** - шлак электросталеплавильный; **** - шлак ваграночный не гранулированный; Км - коэффициент морозостойкости

При укреплении глинистых грунтов добавками шлаков (20-50 %) прочность и водостойкость шлакогрунтов медленно повышается с увеличением времени твердения и дозировок шлаков. Образцы отличаются низкой водостойкостью, коэффициент водостойкости (после 90 суток твердения в воздушно-влажных условиях) составляет 0,37-0,44 и не обладают морозостойкостью. Протекающие в шлакогрунтовых системах физико-химические процессы усложняются вследствие взаимодействия компонентов грунтов с промежуточными продуктами гидратации минералов шлака. При этом в щелочной среде активизируются обменные реакции, со временем увеличивается количество адсорбированной извести компонентами грунта, что приводит к снижению ее концентрации в поровом растворе. В результате этого изменяются условия формирования новообразований в системе, что определяет характер изменения прочностных характеристик материалов.

Учитывая замедленное проявление вяжущих свойств шлаков во времени при укреп-

125