АР15473081 «Домна өндірісінің қалдықтары негізінде жол-құрылыс материалдарын өндірудің кешенді технологиясын әзірлеу»

Домна қожы-шойын балқытылған кезде пайда болатын қалдық. Сұйық домендік шлагың бір бөлігі түйіршіктеледі және шлакопортландцемент өндіру үшін қолданылады. Алайда, домна пешінің шлагың едәуір көлемі (бүкіл әлемде жылына шамамен 300 миллион тонна) кәдеге жаратуды қажет ететін үйінділерде жиналады. Үйінді домна шлагы жол-құрылыс қиыршық тастарын өндіру үшін қолданылады. Шлак қиыршық тастары табиғи қиыршық тастарға қарағанда әлдеқайда арзан, бірақ беріктігі, судың жоғары сіңуі (6-8%) және аязға төзімділігі төмен.

Жобаның идеясы дәндердің беріктігі бойынша байыту (сұрыптау) және жол құрылысына жарамды неғұрлым берік дәндерді су өткізбейтін құраммен сіңдіру (гидрофобизация) есебінен шлак қиыршық тастарының физикалық-механикалық сипаттамаларын арттыру болып табылады.

Жол төсемдері үшін жол негіздері мен шлак портландцементін тұрғызу кезінде шлак қиыршық тастарын кешенді пайдалану автожолдар құрылысының өзіндік құнын төмендетеді, шлак үйінділерін кәдеге жарату есебінен экологиялық жүктемені азайтады және табиғи материалдар қорын сақтайды.

1) Кунаев Вячеслав Александрович – PhD, ғылым, инновация және халықаралық ынтымақтастық департаментінің Директоры, Жоба жетекшісі.

Scopus ID: 57200448577  

ResearcherID: AAR-2188-2020 

https://orcid.org/0000-0001-8283-7186.

2) Базаров Бауржан Ануарханович – т. ғ. д., профессор, «Құрылыс» кафедрасының меңгерушісі, ғылыми кеңесші.

Scopus ID: 36913827300  

ResearcherID: IVS-8148-2023  

https://orcid.org/0000-0002-8535-5446

Жобаны іске асыру шеңберінде домна шлагың негізінде қиыршық тастың физикалық-механикалық сипаттамаларының (үйінді тығыздығы, суды сіңіру, аязға төзімділік) өзара әсерін зерттеу  орындалады, эксперименттер нәтижелерін жуықтау теңдеулері алынады және осы параметрлердің корреляциялық байланысы бағаланады.

Талаптар кешені белгіленеді және домна шлагы негізінде жол-құрылыс қиыршық тастарының беріктігі бойынша гидрофобизациялау және байыту үшін жабдықтарды жобалауға техникалық тапсырмалар әзірленеді.

Дәндердің беріктігі бойынша гидрофобизациялау және байыту әдістерін қолдана отырып, кешенді өңдеу жолымен домна шлагы негізіндегі қиыршық тастың физикалық-механикалық сипаттамаларын арттыру технологиясы әзірленеді, беріктігі мен аязға төзімділігі жоғары домна шлагы негізінде байытылған қиыршық тас үлгілерінің тәжірибелік партиясы дайындалады, сондай-ақ алынған үлгілерге зертханалық сынақтар жүргізіледі.

Web of Science дерекқорында импакт-факторы бар немесе Scopus дерекқорында citescore бойынша кемінде 50 процентилі бар алғашқы үш квартилдің журналдарында 2 мақала және ҚР БҒМ саласында сапаны қамтамасыз ету комитеті ұсынған отандық басылымдарда жобаның бағыты бойынша 4 мақала кем емес жарияланады.

Зерттеу нәтижелері бойынша пайдалы модельге 1 патент алынады.

Зерттеу нәтижелері бойынша баяндаманың тезистері халықаралық конференцияларға жіберіледі.

Зерттеу нәтижелері авторлық құқықпен қорғалатын объектілерге құқықтардың мемлекеттік тізіліміне енгізілетін болады.

1) Өнеркәсіптік қалдықтар негізінде кенді емес жол-құрылыс материалдарын байытудың перспективалық жабдықтары мен технологияларына жүргізілген сыни талдау нәтижелері бойынша дәндердің беріктігі бойынша өнеркәсіптік қалдықтар негізінде жол-құрылыс қиыршық тастарын сұрыптаудың механикаландыру құралдары мен технологиялық процестерінің морфологиялық көптігі белгіленді.

2) Әр түрлі көлемді тығыздықтағы қож қиыршық тастарының тәжірибелік сынамалары дайындалды (1086,6 кг/м3-ден 1426,9 кг/м3-ге дейін). Шлагы қиыршық тастың дайындалған сынамаларын су сіңіруге, аязға төзімділік пен беріктікке сынау жүргізілді. Эксперименттік деректерді математикалық өңдеу (корреляциялық талдау әдісін қолдана отырып) жүргізілді, бұл әртүрлі беріктігі бар қож қиыршық тастарының сынамаларының тығыздығының олардың физикалық-механикалық сипаттамаларына әсер ету дәрежесін бағалауға мүмкіндік берді.

3) Домендік шлагына негізделген қиыршық тастың физикалық-механикалық сипаттамаларын (суды сіңіру, аязға төзімділік, беріктік, үйінді тығыздығы) өзара байланыстыратын жуықтау теңдеулері алынды. Алынған жуықтау теңдеулерінің негізінде аталған параметрлердің өзара байланысын сипаттайтын математикалық модель құрылады.

4) Сіңдіру үшін шлагы қиыршық тасты гидрофобизациялау қондырғысын пайдалану ұсынылады. Шлагы қиыршық тасты гидрофобизациялауға арналған зертханалық қондырғының дизайнына қойылатын негізгі талаптар белгіленді. Шлагы қиыршық тасты гидрофобизациялаудың технологиялық процесінің негізгі кезеңдері анықталды.

5) Су өткізбейтін құрамның температурасының, консистенциясының және қожды қиыршық тасты сіңіру уақытының оның суды сіңіруіне әсерін эксперименттік бағалау жүргізілді.

6) Эксперименттік деректерді математикалық өңдеу (жуықтау және корреляциялық талдау әдістерін қолдана отырып) орындалды, бұл гидрофобизация параметрлерінің (сіңдіру уақыты мен су өткізбейтін құрамның температурасы) материалдың суды сіңіруіне әсер ету дәрежесін бағалауға мүмкіндік берді.

7) Шлагы қиыршық тасты су өткізбейтін құраммен сіңдіруге арналған жабдықтың оңтайлы құрамы мен параметрлері анықталды. Қожды қиыршық тасты гидрофобизациялауға арналған тәжірибелік қондырғының дизайны ұсынылған.

8) КОМПАС-3D бағдарламалық ортасында шлагы қиыршық тасты гидрофобизациялау үшін қондырғының негізгі бөлшектерінің 3D модельдері жасалды. Алынған бөлшектердің 3D модельдерінен қожды қиыршық тасты гидрофобизациялауға арналған қондырғыны құрастырудың компьютерлік 3D моделі құрастырылған.

9) Түйіршіктердің тығыздығы бойынша шлагы қиыршық тасты әртүрлі тәсілдермен байыту бойынша эксперименттік зерттеулер жүргізілді: селективті ұсақтау әдісімен және үйкеліс сипаттамалары бойынша бөлу әдісімен. Белгіленген эмпирикалық тәуелділіктер негізінде домендік қож негізіндегі қиыршық тасты байытудың технологиялық процесі параметрлерінің оның физика-механикалық сипаттамаларымен корреляциялық байланысын сипаттайтын математикалық модель жасалды.

10) Селективті ұсақтау әдісімен қожды қиыршық тасты байыту үшін технологиялық процесс пен жабдықтың (зертханалық шар диірменінің) параметрлеріне қойылатын талаптар эмпирикалық түрде белгіленген.

11) Астық тығыздығы бойынша қожды қиыршық тасты байыту үшін жабдықтың (үйкеліс сепараторының) тәжірибелік конструкциясының 3D-моделі әзірленді. 3D моделі бойынша зертханалық үйкеліс сепараторының тәжірибелік дизайны жасалды және сыналды.

12) Дәндердің беріктігі бойынша гидрофобизация және байыту әдістерін қолдана отырып, кешенді өңдеу арқылы домна шлагына негізделген қиыршық тастың физикалық-механикалық сипаттамаларын арттыру әдісі әзірленді және патенттелді.

1) Kunaev V., Bazarov B., Tavshanov I., Kadyrov A., Abdugaliyeva G., Kydyrbayeva S. Evaluation of the effect of enrichment of slag aggregate for pavement subbase by grains density on its physical and mechanical characteristics // Results in Engingeering. – 2023. – 18. – 101181. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101181 (Web of Science, Q1, Scopus, 82-ші процентиль);

2) Kunaev V., Tavshanov I., Asanov R. Laboratory evaluation of a complex treatment technology for reducing water absorption of the pavement subbase aggregate from the blast-furnace slag // Engineering Research Express. – 2024. – 6 (1). – 015048. https://doi.org/10.1088/2631-8695/ad1e16 (Web of Science, Q2, Scopus, 53-ші процентиль);

3) Kunaev V., Bazarov B., Kadyrov A., Konakbaeva A. Selective crushing, enrichment by friction properties and hydrophobization for obtaining the sustainable blast furnace slag aggregate for road subbase. – 2024. – 102928. https://doi.org/10.1016/j.asej.2024.102928   (Web of Science, Q1, Scopus, 93-ші процентиль);

4) Кунаев В.А., Тавшанов И.С., Четын А. Анализ оборудования и технологий обогащения щебня из промышленных отходов для строительства объектов транспортной инфраструктуры // Труды университета. – Караганда: КарТУ. – 2023. – № 2. – С. 206-211. URL: http://tu.kstu.kz/publication/publication/download/528 (журналды ғылым және жоғары білім саласындағы сапаны бақылау комитеті ұсынады);

5) Кунаев В.А., Тавшанов И.С., Тимухина Е.Н. Применение фрикционного сепаратора для повышения прочности и снижения водопоглощения дорожно-строительного шлакового щебня // Труды университета. – Караганда: КарТУ. – 2023. – № 3(92). – С. 271-277. URL: http://tu.kstu.kz/publication/publication/download/602 (журналды ғылым және жоғары білім саласындағы сапаны бақылау комитеті ұсынады);

6) Кунаев В.А., Тимухина Е.Н. Проект технологической линии для избирательного дробления и гидрофобизации дорожно-строительного щебня из доменного шлака // Труды университета. – Караганда: КарТУ. – 2023. – № 4(93). – С. 241-246. URL: http://tu.kstu.kz/issue/issue/download/100 (журналды ғылым және жоғары білім саласындағы сапаны бақылау комитеті ұсынады);

7) Кунаев В.А. Патент на полезную модель № 8677 «Способ повышения физико-механических характеристик щебня из доменного шлака». Бюл. № 48 ­от 01.12.2023. URL: https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/Details?docNumber=382664.

8) Кунаев В.А., Кадыров А.С. Современные технологии и материалы из промышленных отходов в дорожном строительстве (Монография). – Темиртау: Карагандинский индустриальный университет, 2024. – 195 с.

9) Кунаев В.А. Лабораторная оценка влияния обогащения шлакового щебня для дорожного строительства по пористости зерен на его физико-механические характеристики. Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом № 31583 от «5» января 2023 года;

10) Кунаев В.А. Математическая модель технологического процесса гидрофобизации предварительного обогащенного шлакового щебня. Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом № 40471 от «15» ноября 2023 года;

11) Кунаев В.А. Проект разработки комплексной технологии производства гидрофобизированного обогащенного шлакового щебня: текущие результаты // Сб. трудов межд. научн.-практ. конф. ««Инновационные технологии и инжиниринг», посвященной 60-летию Карагандинского индустриального университета». – Темиртау: КарИУ, 2023. – С. 600-604.

12) Кунаев В.А. Экспериментальная оценка эффективности технологии обработки дорожностроительного шлакового щебня в целях экономии минерального сырья // Сб. трудов межд. научн.-практ. конф. «Ресурсосберегающие технологии в минерально-индустриальном мегакомплексе в условиях устойчивого развития экономики». – Алматы: КазНИТУ, 2024. – C. 144-148.