Результаты исследования свойств золошлаковых отходов от сжигания углей различных месторождений России применительно к условиям дорожного строительства давно опубликованы. В России около 70% всей электроэнергии вырабатывается при сжигании твердого топлива - углей, сланцев, торфа, в результате чего образуется около 50 млн. тонн в год отвалов золошлаковых смесей. К концу 2001 г. в отвалах ТЭС находилось свыше 1,2 млрд. тонн таких отходов, а уровень их утилизации составляет только около 10%. Поэтому использование отходов от сжигания твердого топлива - это не столько вопрос экономии материальных ресурсов, сколько проблема возрастающего загрязнения окружающей среды и, следовательно, здоровья нации.

В настоящее время во многих странах, в том числе в России, накоплен достаточно большой опыт применения золошлаковых материалов во многих отраслях народного хозяйства.
Обзор отечественного и зарубежного опыта использования зол и золошлаковых материалов освещает вопросы их применения при строительстве земляного полотна и слоев дорожных одежд. Так, золы сухого улавливания и золошлаковые материалы можно использовать при укреплении грунтов различного состава, как в виде самостоятельного вяжущего материала, так и в составе комплексного вяжущего (в сочетании с органическими и неорганическими вяжущими, смолами). Накоплен опыт применения этих материалов в асфальто- и цементобетонах.

Рассмотрены классификационные характеристики отходов от сжигания твердого топлива, приводимые в литературных источниках по их использованию в дорожном строительстве.
Потребление материальных ресурсов при строительстве автомобильных дорог чрезвычайно велико. На возведение 1 км автомобильной дороги в зависимости от ее категории и местных условий требуется:
- для сооружения земляного полотна - 6-60 тыс. м3 грунта;
- для создания дренирующих и морозозащитных слоев - 1,6-6 тыс. м3 песка;
- для строительства дорожного основания - 0,8-5,4 тыс. м3 - щебня или грунта, укрепленного вяжущими материалами;
- для строительства дорожных покрытий - 1,1-4,7 тыс. т асфальтобетона (что требует 55-235 т битума) или 1,2-4,8 тыс. м3 цементобетона (480-1700 т цемента)
Уменьшение потребности в дорожно-строительных материалах и повышение эффективности их использования остается важнейшей проблемой. Многолетние научные исследования и практика дорожного строительства показали, что одним из путей ее решения является применение вторичных ресурсов - отходов промышленности которые можно использовать или в качестве непосредственно дорожно-строительного материала или как исходный продукт для его получения.
К таким отходам относятся золы и шлаки - продукты сжигания на тепловых электростанциях (ТЭС) твердого топлива: угля, торфа, сланцев и других горючих материалов. 

Следует различать 1 - золу уноса сухого улавливания, когда зола, поступающая с электрофильтров и из циклонов ТЭС в золосборники, направляется специальным пневмотранспортом в силосные склады либо непосредственно в транспортные средства потребителей;
2 - золошлаковую смесь гидроудаления, когда при очистке золосборников с помощью воды зола и шлак в виде золопульпы удаляется в отвалы.
В России золы и золошлаковые смеси образуются на 200 ТЭС (ТЭЦ, ГРЭС), и только приблизительно на 20 из них имеются установки для сухого улавливания золы. Объем золошлаковых отходов после сжигания углей, сланцев и торфа, по данным Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института (ВТИ), составляет 40-50 млн. т в год.
Зола - несгорающий остаток с зернами мельче 0,16 мм, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании и осажденный из дымовых газов золоулавливающими устройствами. В зависимости от вида топлива зола подразделяется на антрацитовую, каменноугольную, буроугольную, сланцевую, торфяную и др. Содержание золы при сгорании топлива различно: в каменных и бурых углях - от 1 до 45%, в горючих сланцах - от 50 до 80%, в топливном торфе - от 2 до 30%. По способу удаления различают: золу сухого отбора (зола уноса) и мокрого (зола гидроудаления). Зола уноса получается в результате очистки дымовых газов золоуловителями и представляет собой тонкодисперсный материал с очень мелкими частицами, что позволяет использовать ее без дополнительного помола. Зола мокрого отбора образуется при удалении ее с помощью воды в виде пульпы по золопроводам.
Топливный шлак - это материал, скапливающийся в нижней части топочного пространства тепловых агрегатов и удаляемый в жидком или спекшемся состоянии. При совместном удалении золы и шлака гидротранспортом на тепловых электростанциях образуется золошлаковая смесь.

Химический и минерально-фазовый составы, строение и свойства золошлаковых материалов (ЗШМ) зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа их улавливания и удаления, места отбора из отвалов.
При высоких температурах (1200-1600°С) сжигания топлива минеральные примеси претерпевают изменения; в них протекают сложные физико-химические процессы: выделяется химически связанная вода силикатов и алюмосиликатов; разлагаются карбонаты; идут реакции в твердой фазе; происходят плавление, кристаллизация, силикатообразование, стеклообразование и др. Поэтому золы и шлаки ТЭЦ имеют сложный химический и минералогический составы.

Основным нормативным документом, в котором приведены и детализированы основные требования к золошлаковым материалам, используемым в дорожном строительстве, а также указания по технологии их применения являются «Технические указания по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог» (ВСН 185-75). Они основаны на обобщенных результатах исследований Союздорнии, его филиалов, Гипродорнии, Госдорнии и ряда других научно-исследовательских организаций с учетом производственного опыта.
ВСН 185-75 предусматривают применение в дорожном строительстве зол уноса и золошлаковых смесей, получаемых от сжигания в котлоагрегатах тепловых электростанций (ТЭС) твердого топлива различного вида (бурого и каменного угля, торфа, горючих сланцев).

При строительстве автомобильных дорог золы уноса сухого отбора используют в качестве активной гидравлической добавки совместно с цементом или известью, а также как самостоятельное медленно твердеющее вяжущее для устройства дорожных оснований и покрытий из укрепленных грунтов и отходов, получаемых при дроблении каменных материалов.
Золошлаковые смеси применяют в качестве материала для сооружения насыпей земляного полотна или малоактивной гидравлической добавки, в сочетании с цементом при укреплении грунтов на дорогах III-IV категорий.
Критерием пригодности золошлаковой смеси для возведения земляного полотна считают их морозостойкость, которая характеризуется величиной относительного морозного пучения. Оно представляет собой отношение вертикальной деформации пучения при промораживании образца к его первоначальной высоте, выраженной в процентах. Степень пучинистости материалов определяют на образцах, выдержанных 7, 28 и 90 сут.

Применение золошлаковых смесей в асфальтобетоне:
ГОСТ 9128-97 допускает использование в качестве минеральных порошков для пористого и высокопористого асфальтобетонов, а также плотного золы уноса и золошлаковые смеси. Для таких материалов нормируются:
- зерновой состав;
- пористость;
- битумоемкость;
- потери при прокаливании;
- содержание окисей кальция и магния, водорастворимых соединений.

Исследованиями показана целесообразность применения зол ТЭЦ городов Чита, Краснокаменск, Петровск-Забайкальск в качестве минеральных порошков для приготовления асфальтобетона.Работами установлена возможность применения зол и золошлаковых смесей Владимирской ТЭЦ в качестве заполнителя. Обоснована эффективность использования зол уноса и сланцевых фусов как минерального порошка при приготовлении асфальтобетонных смесей для устройства покрытий автомобильных дорог и аэродромов.
Имеется опыт применения в дорожных асфальтобетонах материалов из отвалов золошлаковых смесей и отходов производства органических полимеров. В работе показано, что введение зол и золошлаковых смесей от сжигания каменных и бурых углей, торфов в качестве минерального порошка для приготовления асфальтобетонных смесей позволяет получать материал с нормативными физико-химическими характеристиками. Более высокие показатели свойств асфальтобетонных смесей получали при активации или домоле зол. Активация золошлаковой смеси производилась следующим образом. ЗШС помещали в сушильно-обжиговую камеру для обработки при температуре 600-800°С. Затем материал поступал в смеситель, где обрабатывался гидрофобизирующим газом, который получали в генераторе путем нагрева гидрофобизирующего материала до температуры 200-250°С. В качестве гидрофобизаторов использовали топочный мазут, вязкий битум марки БНД 90/130, битум с добавками соответственно таллового масла и жирового гудрона. Расход гидрофобизатора составлял 0,15-0,3% по массе адсорбента.


Проведёнными работами было показано, что отвальные золошлаковые смеси можно использовать в качестве однокомпонентного заполнителя в мелкозернистых бетонах (без природного песка и крупного заполнителя), а также в различных бетонах в сочетании с природными или искусственными заполнителями.

Содержание в золошлаковой смеси зерен мельче 0,315 мм должно составлять 20-50% по массе. Расход цемента повышается на 10-20% по сравнению с бетонными смесями традиционного состава.

Мелкозернистый бетон на заполнителе из золошлаковой смеси обладает прочностью 50-500 кгс/см2, морозостойкостью 15-150 циклов, теплопроводностью 0,87-0,93 Вт/(м°С). Установлено, что применение золошлаковых смесей при производстве бетонных и железобетонных изделий позволяет экономить до 30% цемента.

Добавки отвальных золошлаковых смесей Курской ТЭЦ-1 в бетонные смеси позволяют экономить до 15% цемента, а при сульфатной активации золошлаков - до 30%. Применение золошлаковых материалов Бурштынской ГРЭС (от сжигания каменных углей Львовско-Волынского бассейна) позволило заменить в бетонах для производства дорожных плит, дорожного и газонного бордюра, тротуарной плитки и других изделий до 40% мелкозернистого природного песка.

Использование зол и шлаков от сжигания бурого угля дало возможность сократить до 20% песка и уменьшить расход цемента на Владимирском ЖБК. Ведущее место среди стран Западной Европы в решении проблемы использования топливных отходов ТЭС в дорожном строительстве занимает Франция. Золы уноса используются во всех элементах дорожных конструкций. В зависимости от их состава и свойств они могут входить в тело насыпи как техногенный грунт; как минеральный материал, укрепленный гидравлическим вяжущим, в нижних слоях основания; в верхних слоях основания как компонент смешанного вяжущего или в качестве самостоятельного вяжущего; в асфальтобетонных покрытиях как минеральный порошок, в цементобетонных - как добавка, улучшающая состав бетона.

Влажные золы уноса применяют для возведения насыпей, если невозможно заложить резервы или карьеры из естественных грунтов, а также при их неудовлетворительном качестве. Золы укладывают слоями по 40-50 см с уплотнением, откосы укрепляют дерном.
В нижних слоях оснований широко применяют смеси зол уноса с известью и гипсом, в верхних дробленую гравийно-песчаную смесь, укрепленную зольно-известковым вяжущим. Оптимальные результаты получены при соотношении извести и золы 1:4. Если установки для приготовления смесей размещены около отвалов зол уноса, то на территорию ТЭС завозят гравийно-песчаную смесь, известь и гипс, подводят водопровод; если они находятся на строительной площадке, то на нее завозят все материалы. Для приготовления смесей используют смесители с принудительным перемешиванием производительностью 300 т/ч. При укладке смесей особое внимание уделяют качеству уплотнения. Его осуществляют виброкатками, катками на пневматических шинах, пневмовиброкатками. На укрепленном слое основания устраивают защитный слой типа одиночной или двойной поверхностной обработки путем розлива 0,5-2 л/м2 катионной битумной эмульсии и распределяют 0,5-6 л/м2 песка или щебня фракции 10-20 мм. Укладка асфальтобетонного покрытия непосредственно на гравийно-песчаную смесь, содержащую известь и золу, не допускается.

Активные золы для укрепления песков, гравийно-песчаных и гравийно-щебеночных смесей применяют в качестве самостоятельного вяжущего в количестве 5-15% (массы смеси). В укатываемом бетоне для обеспечения наибольшей его плотности используют золу уноса, отходы горнодобывающей промышленности, известняки и др.

В Англии зола уноса от сжигания каменного угля была применена в начале 60-х годов как материал для возведения насыпей. Исследования показали, что зола уноса является материалом, пригодным для сооружения насыпей и устройства нижних слоев основания дорожной одежды, которые должны находиться на глубине не менее 40 см от поверхности покрытия в связи с их недостаточной морозоустойчивостью. Аналогичные исследования золошлаковых смесей из отвалов тепловых электростанций доказали их пригодность для сооружения насыпей и устройства оснований дорожных одежд. Из этого материала были отсыпаны две насыпи при реконструкции дороги А1, в которые уложено около 172800 м3 золошлаковой смеси. Рекомендовано не сооружать насыпи из мелкого и влажного материала. Золу уноса использовали в жестком укатываемом бетоне для устройства дорожных одежд, а также для укрепления подстилающих слоев. Образцы бетона с добавкой 42% (массы вяжущего) золы в возрасте 28 сут. показали большую прочность, чем обычного.

Несколько насыпей из золошлаковых смесей построено в Венгрии: одна высотой 2-3 м, объемом 4000 м3, вторая - соответственно 1,7 м и 22744 м3, третья - 1,5м и 2700 м3. Чрезвычайно неблагоприятная погода (за 8 дней выпало 400 мм осадков в виде дождя) не помешала строительству благодаря хорошей дренирующей способности смесей. Кроме того, в 1986г. с применением золы было уложено около 2 млн. м2 дорожных покрытий. Исследования, проведенные в США, показали, что золы можно использовать для гидротехнических насыпных сооружений. Опыты на свежеуложенных образцах по определению сопротивляемости сдвигу показали, что зола уноса имеет некоторое сцепление при увлажнении вследствие поверхностного натяжения в поровой воде.

Отмечается, что если процесс консолидации в лабораторных: условиях длится считанные минуты, то осадка насыпи из тaкого материала происходит на протяжении всего строительного периода.

В Польше проведены исследования и опытные работы по укреплению золы уноса как самостоятельным вяжущим не только песков, но и глинистых грунтов. Получены положительные результаты при устройстве однослойного основания из глины, укрепленной 85% золы уноса, и двухслойного основания с нижним слоем из пылеватых лессовых суглинков, укрепленных 8-12% золы уноса и верхним слоем из того же грунта, укрепленного 6% золы уноса и таким же количеством портландцемента. Установлено, что грунты (пылеватые пески, глины, суглинки), укрепленные 5-15% золы уноса, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к грунтам, укрепленным цементом или известью. Однако нарастание - прочности протекает медленней. Морозостойкость укрепленных грунтов в 42-суточиом возрасте в большинстве случаев достигает значений, получаемых при укреплении аналогичных грунтов цементом в возрасте 28 сут.

В Японии в используемый для дорожного строительства смешанный шлак сталеплавильного производства добавляют 5% (массы смеси) золы уноса. В Италии зола от сжигания угля применяется как естественный заполнитель и вяжущее в конструкциях дорожных одежд.

В этом году энергетики Кузбасса совместно с Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетом и Российским дорожным научно-исследовательским институтом разработали технологию переработки золошлаковых отходов (ЗШО), которые в большом количестве образуются при работе ТЭЦ, в доступный по цене материал для асфальтирования дорог. "По предварительным данным, созданные из золы с добавлением пластификаторов и других компонентов [материалы] для дорожного строительства обладают очень высокой прочностью, плюс их применение может удешевить стоимость дорожного полотна на 10% и более. Руководитель ГКУ "Дирекция автодорог Кузбасса" Олег Шурыгин сообщил, что готов построить тестовый участок дороги и посмотреть, как новые материалы будут работать в реальных условиях. Продукты переработки золошлака также планируется использовать для борьбы с гололедом на дорогах в зимнее время. СГК, чьи энергетические объекты работают в Кузбассе, готова производить из золошлака песок, щебень и другие материалы. Компания планирует построить установки для переработки ЗШО в Кемерове и Новокузнецке, ввод которых позволит перерабатывать золу, вырабатываемую Ново-Кемеровской и Кузнецкой ТЭЦ.

В статье используются материалы из следующих источникв:

https://files.stroyinf.ru/Data1/45/45754/index.htm

https://gazeta.a42.ru/lenta/news/127198-v-kuzbasse-mogut-poyavitsya-dorogi-iz-pererabotannyx-zoloslakovyx-otxodov