Композиция для устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений

 

Сущность изобретения: разработана серия новых строительных материалов, состоящих из золошлаков от сжигания в качестве связываемого грунта одного из промышленных отходов с общим содержанием CaO+MgO не менее 35% в качестве вяжущего, а также щелочного компонента (как правило, промышленного отхода) с pH не менее 11 в качестве активизатора процессов химического взаимодействия первых двух твердых компонентов исходной смеси. Разработанные материалы являются тощими бетонами и обладают высокой прочностью, водо- и морозостойкостью, надежно химически связывают тяжелые металлы в соединения, практически нерастворимые в кислой, щелочной и нейтральной средах. Поэтому они могут быть с большим экологическим и экономическим эффектом использованы в качестве оснований автодорог, железных дорог, аэродрома, свалок городского мусора и промышленных отходов, ядер плотин, различных фундаментов и т.п. сооружений вместо песка, щебня, гравийно-песчаных смесей и др. Таким образом, природозащитный аспект разработанных материалов заключается также и в значительном снижении скорости разработки карьеров природных строительных материалов. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве оснований автомобильных и железных дорог, аэродромов, площадок различного назначения, фундаментов зданий и сооружений, свалок городского мусора и промышленных отходов, ядер плотин и т.п.

Известна композиция для устройства оснований, содержащая грунт, молотый металлургический шлак и активатор цемент или известь. Вода вводится в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость полученной композиции (1).

Наиболее близким аналогом к предложенной композиции является композиция, описанная в способе устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений. Композиция содержит минеральный материал грунт, дробленый отвальный шлак черной металлургии, 20-40% щелочной активизатор с концентрацией 0,09-0,23 Н (в количестве 2-10% и pH не менее 11) и воду 8-20% (2).

Недостатком указанной композиции является сравнительно невысокая водостойкость.

Задачей изобретения является повышение водостойкости материалов и защита окружающей среды путем утилизации промышленных отходов.

Поставленная задача решается тем, что композиция для устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений, включающая грунт, в качестве вяжущего дисперсный промышленный отход с общим содержанием CaO+MgO не менее 35% и щелочной активизатор с pH не менее 11, содержит в качестве грунта золошлак от сжигания мусора при следующем соотношении компонентов, мас.

Золошлак от сжигания мусора 40-85 Дисперсный промышленный отход с общим содержанием CaO+MgO не менее 35% - 15-60 Щелочной активизатор с pH не менее 11 от массы твердых компонентов 2-20 При этом композиция может дополнительно содержать воду в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость.

Также композиция содержит в качестве щелочного активизатора известь или цемент в количестве 2-5% от массы твердых компонентов или по крайней мере компонент из группы: сточные воды производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности; сточные воды отделочного производства текстильных фабрик; отход коксохимического производства, образующий на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа; отход крекинга нефти, образующейся на стадии очистки отходящих газов; щелочной сток, образующийся на стадии улавливания газообразного хлора с помощью NaOH в процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора; известковое молочко химводоочистки ТЭЦ или ТЭС или любой другой высокощелочной жидкий, пастообразный или сухой отход производства или продукт производства с величиной pH не менее 11 в количестве 2-20% от массы твердых компонентов.

Для приготовления композиций используются следующие исходные материалы: золошлак от сжигания мусора, образующийся на мусоросжигающих заводах; вяжущее дисперсный промышленный отход с общим содержанием CaO+MgO не менее 35% например шлам химводоочистки ТЭЦ или ТЭС, дробленный отвальный шлак черной металлургии и т.п. щелочной активизатор с pH не менее 11, который может быть представлен известью или цементом или любыми другими высокощелочными продуктами производств или отходами производств, например известковым молочком шлама химводоочистки тепловых электростанций, сточными водами производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, сточными водами отделочного производства текстильных фабрик, отходами коксохимического производства, образующимися на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа, отходами крекинга нефти, образующимися на стадии очистки отходящих газов и многих других.

Химические составы использованных в изобретении отвальных шлаков черной металлургии, шлама химводоочистки одной из ТЭЦ и золошлака одного из мусоросжигающих заводов приведены в табл. 1. Однако они могут существенно отличаться на различных заводах в зависимости от состава исходных компонентов и технологии.

Химические составы активизаторов отходов перечисленных производств. Известковое молочко шлама химводоочистки водный раствор извести CaO.

Химический состав отходов очистки отходящих газов при крекинге нефти, мас. Na₂CO₃ + NaHCO₃ 5-6, Na₂S 3, NaOH -0,85, pH 12,5 13,0.

Химический состав регенерированных отходов растворов очистки коксового газа от сероводорода коксохимических производств мас. карбонаты 3,5-4, сероводород 0,1-0,23, тиосульфаты 0,3-0,6, эфирорастворимые 0,25-0,6, сульфат натрия 0,4-0,6, pH 12-14,0.

Химический состав отработанной щелочи дисорбата парекса в производствах нефтеоргсинтеза, мг/л): сульфат натрия не более 3000, сульфит натрия не более 16 000, гидросульфит натрия не более 5000, нефтепродукты не более 100.

Химический состав сточных вод производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, мас. вода 69,3, NaOH -1,8, NaCl 14,6, глицерин 4,1, смола 4,2, толуол 5,2.

Химический состав сточных вод отделочного производства текстильных фабрик, мг/л: хлориды (NaCl) 106, сульфиды (Na₂S) 1, окислы железа 2,8, CuSO₄ 0,3, ПАВ неионогенные 0,01, нефтепродукты (лигнины, пектины, орг. красители) 14,4, взвешенные вещества 97,5, сухой остаток -34,07.

Химический состав щелочных стоков, образующихся при улавливании газообразного хлора с помощью NaOH при производстве хлора, акустической соды, фенозона и др. процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора, мас. взвешенные вещества 0,2-0,5, сухой остаток (растворимые органические и минеральные соли) -0,2-1,5, из них: хлориты 0,2-0,4, сульфаты 0,05-0,1, нефтепродукты 0,0025, гипохлориты натрия 0,05-0,1, pH 12,5-13,5.

Смесь можно готовить путем смешения сухих компонентов золошлаков мусоросжигающего завода и шлаков металлургии в стационарных смесительных установках или непосредственно на земляном полотне с помощью фрезы или автогрейдера и т.п. Полученную равномерную смесь увлажняют активатором или его раствором до оптимальной влажности (10-12%), а затем уплотняют традиционными методами.

Представленные в табл. 2 основные результаты определения механических свойств образцов показывают, что к 90 сут прочность почти всех материалов при одноосном сжатии значительно превышает 4 МПа, т.е. соответствует первому классу (4-6 МПа) укрепленных грунтов. Максимальной прочностью (11,8 МПа) обладают материалы с отвальным шлаком черной металлургии. Продолжение реакций гидратации вызывает дальнейший рост прочности, характерный для шлакогрунтовых материалов. Поэтому к годичному сроку прочность почти всех материалов превышает максимальный уровень (6,0 МПа) требований российских стандартов к укрепленным грунтам.

Прочность водонасыщенных образцов (R_в) заявляемых материалов к 90-суточному возрасту в ряде случаев (1, 3, 5 и 8) значительно превышает максимальную величину прочности у прототипа.

Все материалы обладают высокой водо- и морозостойкостью, что позволяет рекомендовать их для использования в качестве верхнего слоя оснований автодорог вместо традиционного щебня. Дренирующий слой песка при этом должен быть исключен как препятствующий капиллярному поднятию влаги земполотна, необходимой для длительного протекания реакций гидролиза и гидратации (и соответственно упрочнения) нового материала.

Утилизация больших количеств длинного перечня промышленных отходов и их прочное связывание в нерастворимые новообразования является эффективным природозащитным мероприятием, тормозящим разработку карьеров природных строительных материалов.

Формула изобретения

1. Композиция для устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений, включающая минеральный материал, вяжущее и щелочной активизатор с pH не менее 11, отличающаяся тем, что она содержит в качестве вяжущего дисперсный промышленный отход с общим содержанием CaO + MgO не менее 35% а в качестве минерального материала золошлак от сжигания мусора при следующем соотношении компонентов, мас.

Золошлак от сжигания мусора 40 85 Дисперсный промышленный отход с общим содержанием CaO + MgO не менее 35% 15 60 Щелочной активизатор с pH не менее 11 от массы твердых компонентов 2 - 20 2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве дисперсного промышленного отхода с общим содержанием CaO + MgO не менее 35% шлам химводоочистки ТЭЦ или ТЭС или дисперсный отвальный шлак черной металлургии.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит воду в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость.

4. Композиция по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она содержит в качестве щелочного активизатора известь или цемент в количестве 2 5% от массы твердых компонентов.

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве щелочного активизатора по крайней мере один компонент из группы: сточные воды производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, сточные воды отделочного производства текстильных фабрик, отход коксохимического производства, образующийся на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа, отход крекинга нефти, образующийся на стадии очистки отходящих газов, щелочной сток, образующийся на стадии улавливания газообразного хлора с помощью NaOH в процессах, связанных с использованием жидкого и газообразного хлора, известковое молочко шлама химводоочистки тепловых электростанций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2