Recycling of steam slag in composite materials to strengthen railway subgrades

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper substantiates the possibility of obtaining composite materials with improved functional properties for strengthening the subgrade, containing locomotive slag stabilized by an additive based on a gel-forming polymer. The mechanism of structure formation of the resulting organic-inorganic materials, consisting of macromolecules of high-molecular substances and inorganic inclusions subjected to cryogenic treatment, is shown. The structure of the sample is distinguished by the heterogeneity of the pore space, which is characterized by the presence of fine-porous and large-porous regions, which determines its thermophysical properties. It was revealed that the compressive strength of samples subjected to three cycles of cryogenic treatment and subsequent air drying was 3.5 MPa, thermal conductivity – 0.17 W/(m×K). It has been established that the resulting composite material is waterproof and frost-resistant, which makes it possible to recommend it for strengthening the subgrade in difficult climatic and engineering-geological conditions.

About the authors

N. D. Shavanov

Irkutsk State Transport University

Author for correspondence.
Email: shavanov.nikolay@mail.ru

аспирант, ассистент кафедры «Техносферная безопасность»

Russian Federation, Irkutsk

P. P. Pankov

Irkutsk State Transport University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

Transbaikal Institute of Railway Transport

Russian Federation, Chita

D. V. Bespolitov

Irkutsk State Transport University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

Transbaikal Institute of Railway Transport

Russian Federation, Chita

N. A. Konovalova

Irkutsk State Transport University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

Transbaikal Institute of Railway Transport

Russian Federation, Chita

S. A. Evsyukov

Irkutsk State Transport University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

Transbaikal Institute of Railway Transport

Russian Federation, Chita

N. D. Avseenko

Irkutsk State Transport University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

Transbaikal Institute of Railway Transport

Russian Federation, Chita

A. A. Fatkulin

Far Eastern Federal University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

доктор технических наук, профессор, директор

Russian Federation, Vladivostok

V. P. Lushpey

Far Eastern Federal University

Email: shavanov.nikolay@mail.ru

доктор технических наук, профессор, профессор департамента мониторинга и освоения георесурсов

Russian Federation, Vladivostok

References

  1. Valiev N.A., Kovenkin D.A. [Protection against degradation of permafrost soils in snow-covered areas], Put` i putevoe hozyajstvo [Path and track facilities], 2021, no. 11, pp. 23-26. (In Russ., abstract in Eng.)
  2. Ashpiz E.S., Xrustalev L.N. [Preventing the degradation of permafrost soils at the base of railway embankments], Kriosfera Zemli [Earth's cryosphere], 2020, vol. 24, issue 5, pp. 45-50. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2020-5(45-50) (In Russ., abstract in Eng.)
  3. Kotova I.A., Chizhov A.V., Yudin O.G. [Technical and economic comparison of technological options for constructing sub-ballast protective layers using a three-dimensional geogrid], Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshheniya [Bulletin of the Siberian State Transport University], 2017, no. 1(40), pp. 36-45. (In Russ., abstract in Eng.)
  4. Indraratna B., Salim W. Deformation and Degradation Mechanics of Recycled Ballast Stabilised with Geosynthetics, Soils and Foundations, 2003, vol. 43, no 4, pp. 35-46. doi: 10.3208/sandf.43.4_35
  5. Indraratna B., Qi Y., Tawk M., Heitor A., Rujikiatkamjorn Ch., Navaratnarajah S.K.. Advances in Ground Improvement Using Waste Materials for Transportation Infrastructure, Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Ground Improvement, 2022, vol. 175, no. 1, pp. 3-22. doi: 10.1680/jgrim.20.00007
  6. Oreshkin D.V. [Environmental problems of integrated subsoil development with large-scale utilization of technogenic mineral resources and waste in the production of building materials], Stroitel’nye materialy [Construction Materials], 2017, no. 8, pp. 55-63. doi: 10.31659/0585-430X-2017-751-8-55-63(In Russ., abstract in Eng.)
  7. Bibaeva A.Yu. [Analysis of the structure of tourist flow to the Slyudyansky district of the Irkutsk region], Uspexi sovremennogo estestvoznaniya [Advances of modern natural science], 2020, no. 7, pp. 61-69. doi: 10.17513/use.37433 (In Russ., abstract in Eng.)
  8. Fefelov I.V. [Species composition and number of birds on the Angasolskaya-Baklan section of the Circum-Baikal railway in June 2008 and 2014], Bajkal`skij zoologicheskij zhurnal [Baikal Zoological Journal], 2015, no. 1(16), pp. 110-112. (In Russ., abstract in Eng.)
  9. Konovalova N., Pankov P., Petukhov V., Fediuk R., Amran M., Vatin N. Structural Formation of Soil Concretes Based on Loam and Fly Ash, Modified with a Stabilizing Polymer Additive, Materials, 2022, vol. 15, no. 14, pp. 4893. doi: 10.3390/ma15144893
  10. Konovalova N., Pankov P., Bespolitov D., Petukhov V., Panarin I., Fomina E., Lushpey V., Fatkulin, Othman A. Road soil concrete based on stone grinder waste and wood waste modified with environmentally safe stabilizing additive, Case Studies in Construction Materials, 2023, vol. 19, no 12, pp. е02318. doi: 10.1016/j.cscm.2023.e02318
  11. Lozinsky V.I., Zubov A.I., Kulakova V.K., Titova E.F., Rogozhin S.V. Study of cryostructurization of polymer systems. IX. Poly(vinyl alcohol) cryogels filled with particles of cross-linked dextran gel, Journal of Applied Polymer Science, 1992, vol. 44, no. 8, pp. 1423-1435. doi: 10.1002/app.1992.070440813
  12. Savina E.N., Hanora A., Plieva F.M., Galaev I.Y., Mattiasson B., Lozinsky V.I. Study of cryostructuration of polymer systems. 24. Poly(vinyl alcohol) cryogels filled with particles of strong anion-exchanger: Properties of the composite materials and potential application, Journal of Applied Polymer Science, 2005, vol. 95, no. 3, pp. 529-238. doi: 10.1002/app.21227
  13. Vasiliev N.K., Ivanov A.A., Sokurov V.V., Shatalina I.N., Vasilyev K.N. Strength properties of ice-soil composites created by method of cryotropic gel formation, Cold Regions Science and Technology, 2012, vol. 70, pp. 94-97. doi: 10.1016/j.coldregions.2011.09.003
  14. Millon L.E., Oates C.J., Wan W. Compression properties of polyvinyl alcohol-bacterial cellulose nanocomposite, Journal of Biomedical Materials Research, 2009, vol. 90, no. 2, pp. 922-929. doi: 10.1002/jbm.b.31364
  15. Wang Y., Zhang Y., Cui J., Li S., Yuan M., Wang T., Hu Q., Hou X. Fabrication and Characterization of Metal Organic Frameworks / Polyvinyl Alcohol Cryogel and their Application in Extraction of Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs in Water Samples, Analytica Chimica Acta, 2018, vol. 1022, pp. 45-52. doi: 10.1016/j.aca.2018.03.056
  16. Reguieg F., Ricci L., Bouyacoub N., Belbachir M., Bertoldo M. Thermal characterization by DSC and TGA analyses of PVA hydrogels with organic and sodium MMT, Polymer Bulletin, 2020, vol. 77, no. 1, pp. 929-948. doi: 10.1007/s00289-019-02782-3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».