Минеральная смесь для дорожного строительства
Владельцы патента RU 2259436:
Дочернее предприятие Федерального государственного унитарного предприятия Государственный дорожный научно-исследовательский институт "СоюздорНИИ" "Смоленский СоюздорНИИ" (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве дорожных оснований и покрытий. Технический результат: повышение физико-механических свойств минеральной смеси и расширение сырьевой базы. Минеральная смесь для дорожного строительства включает неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты при следующем соотношении, мас.%: неорганическое вяжущее вещество - 10-20; карбонатный компонент - 40-90; кремнеземистый компонент - остальное, при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1. 1 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве дорожных оснований и покрытий.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении физико-механических свойств минеральной смеси и расширении сырьевой базы.
Известна минеральная смесь для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, содержащая цемент, минеральный грунт и добавку неактивной золы уноса или золошлаковой смеси гидроудаления, получаемые при сжигании бурого или каменного угля (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. - М., Минтрансстрой СССР, 1976, с.7).
Недостатком такой смеси является ее низкая прочность и морозостойкость, а следовательно, ограниченная область применения.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является строительная смесь для устройства дорожного основания, которая содержит золу уноса от сжигания антрацитового угля (кремнеземистый компонент), цемент (неорганическое вяжущее вещество) и малопрочный известняк - ракушечник (карбонатный компонент) (Авторское свидетельство СССР №796300 «Строительная смесь для устройства дорожного основания», Кл. Е 01 С 7/10, 15.01.81).
Указанной смеси свойственны те же недостатки, что и предыдущим смесям. Наличие в смеси малопрочного крупного заполнителя из известняка - ракушечника обусловливает образование неоднородной структуры и, как следствие, пониженную эксплуатационную устойчивость дорожной конструкции.
Заявляемое техническое решение направлено на повышение физико-механических и структурных свойств смеси, а также на расширение сырьевой базы.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что минеральная смесь для дорожного строительства включает неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| неорганическое вяжущее вещество | 10-20 |
| карбонатный компонент | 40-90 |
| кремнеземистый компонент | остальное |
при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1.
Отличительной особенностью предлагаемой смеси является отсутствие крупного инертного заполнителя, что обеспечивает повышение физико-механических свойств, во-первых за счет дополнительного образования цементирующих веществ в результате протекания физико-химических процессов между неорганическим вяжущим и активированными тонкозернистыми компонентами смеси и, во-вторых, за счет отсутствия в структуре материала малопрочных контактных зон, характерных для смесей на крупных заполнителях.
В качестве неорганического вяжущего вещества в минеральной смеси используется портландцемент или смесь портландцемента с гидратной известью в соотношении от 1:0,5 до 1:1 мас.ч.
Образующийся при гидратации и гидролизе минералов портландцемента гидроксид кальция взаимодействует с тонкозернистыми активированными частицами карбонатного и кремнеземистого компонентов смеси, что обеспечивает дополнительное образование цементирующих веществ.
Введение в состав неорганического вяжущего гидратной извести позволяет не только интенсифицировать процесс образования гидросиликатов кальция, но и способствует образованию гидрокарбонатов кальция, обладающих также цементирующей способностью. Кроме этого гидратная известь, обладая высокой водоудерживающей способностью, создает благоприятные условия для упаковки тонкозернистых частиц при уплотнении смеси, а также обеспечивает оптимальные условия для длительного твердения.
В качестве карбонатного компонента минеральной смеси используется технический мел - отходный продукт производства минеральных удобрений. Технический мел представляет собой мелкозернистый материал, содержащий около 90% синтетического карбоната кальция, обладающего повышенной химической и сорбционной активностью, что приводит к интенсивному образованию в смеси цементирующих веществ в виде гидрокарбонатов кальция.
В качестве кремнеземистого компонента используется золошлак гидроудаления, образуемый при сжигании углей на тепловых электростанциях.
Золошлаковая смесь гидроудаления в своем составе содержит порядка 90% реакционноспособного кремнезема, который вступает во взаимодействие с имеющимися в смеси в большом количестве кальцийсодержащими соединениями с образованием полиморфных цементирующих веществ.
Для приготовления минеральной смеси использовали в качестве: неорганического вяжущего - портландцемент Брянского завода и гидратную известь по ГОСТ-9179-77; карбонатного компонента -технический мел (конверсионный карбонат кальция, являющийся отходным продуктом производства минеральных удобрений ОАО «Дорогобуж»); кремнеземистого компонента - золошлак гидроудаления Дорогобужской ТЭЦ.
Конкретные примеры составов минеральных смесей приведены в табл. 1
| Таблица 1 | |||||
| № составов смесей | Расход компонентов, мас.% | Модуль крупности технического мела, золошлака | |||
| Портландцемент | Гидратная известь | Технический мел | Золошлак гидроудаления | ||
| 1 | 10 | - | 40 | 50 | 0.75 |
| 2 | 5 | 5 | 40 | 50 | 0.75 |
| 3 | 6.4 | 3.6 | 40 | 50 | 0.75 |
| 4 | 5 | 5 | 40 | 50 | 0.95 |
| 5 | 5 | 5 | 40 | 50 | 0.50 |
| 6 | 5 | 5 | 40 | 50 | 0.05 |
| 7 | 5 | 5 | 40 | 50 | 1.05 |
| 8 | 10 | - | 40 | 50 | 1.05 |
| 9 | 10 | - | 90 | - | 0.75 |
| 10 | 20 | - | 90 | - | 0.75 |
| 11 | 20 | - | 40 | 40 | 0.75 |
| 12 | 10 | 10 | 40 | 40 | 0.75 |
| 13 | 10 | 10 | 90 | - | 0.75 |
| 14 | 10 | 10 | 60 | 20 | 0.75 |
| 15 | 13.4 | 6.6 | 40 | 40 | 0.75 |
| 16 | 13.4 | 6.6 | 60 | 20 | 0.75 |
| 17 | 5 | 5 | 60 | 20 | 0.75 |
| Прототип | 4.0 | Известняк ракушечник, 88 | Зола уноса от сжигания антрацитового угля, 8 | Модуль крупности известняка-ракушечника фракции 0-15 мм, 3.5 |
Минеральную смесь готовят следующим образом.
Предварительно подготавливают карбонатный и кремнеземистый компоненты с целью обеспечения требуемого модуля крупности. Все компоненты смеси дозируют по массе. Затем в смесителе принудительного действия вначале смешивают карбонатный и кремнеземистый компоненты, после чего вводят портландцемент и перемешивание продолжают. При использовании в смеси двухкомпонентного неорганического вяжущего вещества (портландцемент, гидратная известь) гидратную известь подают в смеситель в последнюю очередь. В необходимых случаях в смеситель добавляют воду для получения смеси оптимальной влажности, обеспечивающей плотную упаковку частиц минеральной смеси при формовании. Перемешивание смеси производят в течение 4-5 минут до получения однородной массы.
Из полученной минеральной смеси формуют образцы - цилиндры диаметром и высотой 5 см путем прессования при удельном давлении 15 МПА с выдержкой смеси при этом давлении в течение 3 минут. Отформованные образцы твердеют при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 95-100%.
Через 7, 28, 90 и 180 суток твердения образцы испытывают на прочность при сжатии с определением их средней плотности. Кроме того, в возрасте 90 суток образцы в водонасыщенном состоянии подвергают испытанию на морозостойкость путем их попеременного замораживания при температуре минус 18±2°С и оттаивания в воде при температуре 20±2°С.
После 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания образцы испытывают на сжатие с определением коэффициента морозостойкости.
По результатам дискретного насыщения образцов водой определяют структурный параметр пористости материала α, руководствуясь методикой ГОСТ 12730.4-78.
Результаты испытаний образцов составов смесей приведены в табл. 2
| Таблица 2 | |||||||
| № составов смесей | Предел прочности при сжатии (МПа) образцов-цилиндров в возрасте, сут. | Средняя плотность, кг/м3 | Коэффициент морозостойкости, Кмрз | Структурный показатель пористости, α | |||
| 7 | 28 | 90 | 180 | ||||
| 1 | 2,54 | 4,9 | 7,92 | 9,75 | 1450 | 0,95 | 0,42 |
| 2 | 2,95 | 3,9 | 8,25 | 11,10 | 1430 | 0,99 | 0,63 |
| 3 | 2,63 | 4,01 | 7,20 | 10,93 | 1430 | 0,98 | 0,75 |
| 4 | 2,80 | 3,40 | 7,05 | 8,15 | 1420 | 0,95 | 0,48 |
| 5 | 2,90 | 3,65 | 7,65 | 8,35 | 1425 | 0,97 | 0,80 |
| 6 | 2,60 | 3,45 | 7,35 | 7,95 | 1435 | 0,94 | 0,59 |
| 7 | 2,30 | 3,00 | 5,22 | 7,10 | 1445 | 0,88 | 0,30 |
| 8 | 2,00 | 2,80 | 4,95 | 6,90 | 1480 | 0,85 | 0,26 |
| 9 | 2,38 | 3,60 | 7,15 | 8,00 | 1800 | 0,92 | 0,55 |
| 10 | 4,00 | 7,60 | 8,20 | 11,20 | 1850 | 0,93 | 0,70 |
| 11 | 3,50 | 7,20 | 10,50 | 12,60 | 1500 | 1,00 | 0,77 |
| 12 | 3,70 | 11,00 | 14,80 | 18,00 | 1440 | 1,00 | 0,95 |
| 13 | 3,50 | 6,00 | 8,50 | 11,70 | 1870 | 0,95 | 0,62 |
| 14 | 3,65 | 8,10 | 12,80 | 14,10 | 1660 | 0,97 | 0,60 |
| 15 | 3,25 | 8,00 | 12,10 | 13,60 | 1420 | 1,05 | 0,95 |
| 16 | 3,25 | 6,95 | 10,20 | 12,15 | 1670 | 0,96 | 0,66 |
| 17 | 2,70 | 3,53 | 7,21 | 8,20 | 1640 | 0,96 | 0,49 |
| Прототип | 7,00 | 0,90 | |||||
Полученные результаты испытаний смесей показывают, что:
1. Прочность предлагаемых составов смесей боле чем в 2 раза превышает прочность известных составов смесей. При этом заявляемые смеси обладают способностью к длительному набору прочности: R180/R90 находится в пределах 1.12-1.52, что является весьма положительным свойством материала, обеспечивающим долговечность дорожной конструкции за счет протекания структурообразующих процессов в период эксплуатации,
2. Заявляемые составы являются тонкозернистыми смесями, которые обусловливают образование мелкопористой структуры материала повышенной однородности (α=0.42-0.95) и физико-химической активности, что обеспечивает повышенную морозостойкость (Кмрз=0.92-1.05) за счет кольматации пор дополнительными продуктами цементирующих новообразований, а также повышенную теплоизоляционную способность минеральных смесей.
3. Предлагаемые составы смесей базируются на использовании техногенных отходов промышленности (технический мел, золошлак гидроудаления), что способствует расширению сырьевой базы и снижению вредного воздействия отходов на окружающую среду.
1. Минеральная смесь для дорожного строительства, включающая неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты, отличающаяся тем, что она содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| Неорганическое вяжущее вещество | 10-20 |
| Карбонатный компонент | 40-90 |
| Кремнеземистый компонент | Остальное |
при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1.
2. Минеральная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неорганического вяжущего вещества она содержит портландцемент.
3. Минеральная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве карбонатного компонента она содержит технический мел - конверсионный карбонат кальция - отход производства минеральных удобрений.
4. Минеральная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве кремнеземистого компонента она содержит золошлак гидроудаления от сжигания каменного или бурого углей.
5. Минеральная смесь по любому из пп.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что в качестве неорганического вяжущего вещества она содержит портландцемент и гидратную известь в соотношении от 1:0,5 до 1:1 мас.ч.
