Связующая композиция, строительная композиция, включающая указанную связующую композицию, способ получения строительной композиции и ее применение
Настоящее изобретение относится к связующей композиции, строительной композиции, содержащей связующую композицию, способу получения указанной строительной композиции и ее применению. Технический результат - повышение прочности, защита окружающей среды. Связующая композиция содержит: а) золу в количестве 30,0-70,0 мас.% от общей массы связующей композиции; б) добавочную композицию в количестве 0,1-5,0 мас.% от общей массы связующей композиции, причем добавочная композиция включает один или более компонентов из группы (б1) и один или более компонентов из группы (б2), где группа (б1) состоит из хлоридов металлов и группа (б2) состоит из диоксида кремния, цеолита и апатита, при этом один или более компонентов из группы (б1) составляют 70,0-99,0 мас.% от общей массы компонентов (б1) и (б2), и один или более компонентов из группы (б2) составляют 1,0-30,0 мас.% от общей массы компонентов (б1) и (б2), в) цемент в количестве 25,0-69,9 мас.% от общей массы связующей композиции. Строительная композиция содержит указанную связующую композицию и основной компонент, с частицами размером максимум 28 мм в количестве по меньшей мере 15 мас.% от массы основного компонента. Способ получения строительной композиции включает смешивание связующего и основного компонента с водой, с последующим возможным уплотнением полученной таким образом смеси. Строительная композиция может быть использована для упрочнения грунта и изготовления строительных элементов. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 табл., 6 ил.
Настоящее изобретение относится к связующей композиции, включающей золу, добавочную композицию и цемент. В дополнение к этому настоящее изобретение относится к строительной композиции, включающей основной компонент и предлагаемую связующую композицию, и также к способу ее получения и применениям.
Из WO 2005/087687, зарегистрированного на имя заявителя, известна строительная композиция, включающая 90,0-99,9 мас.% золы, 01-10,0 мас.% добавочной композиции, включающей хлориды металлов и диоксид кремния, цеолит или апатит, и 0,0-5,0 мас.% цемента. Такой состав применяют для повторного использования больших количеств золы, например, в строительных композициях для укрепления материалов подстилающего слоя. Такая композиция, однако, менее пригодна для применения в специальном строительстве и инфраструктуре.
Из WO 2004/087600 известна вяжущая композиция, включающая пуццолановый материал, соединение, включающее щелочноземельный металл, и катализатор, выбранный из группы, состоящей из содержащего щелочь цеолита, содержащего щелочь фельдшпатоида и их сочетаний, причем указанное количество является достаточным для катализа пуццолановой реакции между щелочноземельными металлами и пуццолановым материалом, а количество воды, достаточное для создания цементного продукта.
Из GB 1592001 известна цементная композиция, включающая вяжущий материал, пуццолановый материал, мелкий заполнитель, воду, по меньшей мере одну составляющую на основе щелочного металла, который представлен ионом натрия или калия, и по меньшей мере одну анионную составляющую, которой является сульфатный, хлоридный, бромидный или нитритный ион.
Из GB 2128179 известна быстросхватывающаяся композиция на основе гидравлически твердеющего цемента, включающая гидравлический цемент, золу-унос, неорганический флокулянт и воду.
Целью настоящего изобретения является предоставление связующей композиции, которая при использовании ее в составе строительной композиции обеспечивает механические свойства, достаточные для применения в строительстве и инфраструктуре.
Другой целью настоящего изобретения является предоставление связующей композиции, которая при использовании ее в составе строительной композиции способна захватывать присутствующие в цементе вредные соединения, такие как соединения хрома, железа и радона, чтобы указанные соединения не могли просочиться наружу и оказаться в окружающей среде.
Одну или более из указанных выше целей достигают с помощью связующей композиции, как указано во введении, включающей:
а) золу в количестве 30,0-70,0 мас.% от общей массы связующей композиции,
б) добавочную композицию в количестве 0,1-5,0 мас.% от общей массы связующей композиции, причем добавочная композиция включает один или более компонентов из группы (б1) и один или более компонентов из группы (б2), где группа (б1) состоит из хлоридов металлов и группа (б2) состоит из диоксида кремния, цеолита и апатита, при этом один или более компонентов из группы (б1) составляют 70,0-99,0 мас.% от общей массы компонентов (б1) и (б2), и один или более компонентов из группы (б2) составляют 1,0-30,0 мас.% от общей массы компонентов (б1) и (б2),
в) цемент в количестве 25,0-69,9 мас.% от общей массы связующей композиции.
Преимущество такой связующей композиции заключается в том, что при использовании в строительной композиции эта связующая композиция переводит присутствующий в композиции шестивалентный хром в трехвалентный хром, причем указанные соединения хрома, так же как любые соединения вредного радона, которые могут присутствовать в композиции, не смогут оказаться в окружающей среде (см. примеры). Это преимущество достигается в меньшей степени, или даже не реализуется совсем, в случае связующей композиции, включающей количества золы, добавочной композиции и цемента, которые не попадают в границы настоящего изобретения.
Соединения хрома (VI) являются очень токсичными из-за их высокого окислительного потенциала и их способности проникать в ткани человека;
многие из них являются канцерогенными. Более того, соединения хрома (VI) хорошо растворимы в воде, очень подвижны и легко выщелачиваются.
Если компонент (а) присутствует в связующей композиции в количестве меньше 30 мас.%, образуется меньше так называемых первичных, подобных эттрингитам соединений (каких именно эттрингитов будет объяснено более детально далее), что, в частности, неблагоприятно влияет на долговечность. Если количество компонента (а) больше 70 мас.%, то строительное качество итоговой строительной композиции при использовании настоящей связующей композиции будет неудовлетворительным для применения по назначению.
Если компонент (б) присутствует в связующей композиции в количестве меньше 0,1 мас.%, его связующий эффект будет недостаточным и недостаточно эттрингита будет образовано. Если количество компонента (б) больше 5,0 мас.%, то связующая композиция будет слишком пластичной и с ней станет сложно обращаться.
Если компонент (в) присутствует в связующей композиции в количестве меньше 25 мас.%, то строительное качество итоговой строительной композиции при использовании настоящего связующей композиции будет неудовлетворительным для применения по назначению. Если количество компонента (в) больше 69,9 мас.%, то будет образован несоответствующий эттрингит, который неблагоприятно влияет на долговечность.
Настоящее изобретение будет разъяснено далее при помощи предпочтительных воплощений изобретения и чертежей.
На Фиг.1 показана О-СЭМ (окружающая среда посредством сканирующей электронной микроскопии) картина нестабилизированного осадка;
на Фиг.2 показана часть Фиг.1;
на Фиг.3 показана О-СЭМ картина стабилизированного цементом осадка;
на Фиг.4 показана часть Фиг.3;
на Фиг.5 показана О-СЭМ картина осадка, стабилизированного с помощью настоящего связующей композиции;
на Фиг.6 показана часть Фиг.5.
Под термином «цемент» (компонент (в)) понимают гидрат соли, в виде материала тонкого помола, который после смешивания с водой образует более или менее пластичную массу, которая твердеет и под водой, и на открытом воздухе и которая способна связывать материалы, пригодные для цели образования массы, которая также стабильна в воде. Стандарты цементов в соответствии с Европейским стандартом NEN-EN-197-1 следующие: СЕМ I является портландцементом; СЕМ II является композитным портландцементом; СЕМ III является цементом из доменного шлака; СЕМ IV является пуццолановым цементом и СЕМ V является композитным цементом.
Клинкерный минерал является одним из компонентов цемента;
примером характерного клинкерного минерала является соединение кальция и алюминия, или трехкальциевый алюминат (С3А). Трехкальциевый алюминат интенсивно реагирует с водой и сульфатом, который добавляют к цементу, часто в форме гипса (CaSO4·2H2O) или ангидрита (CaSO4), с образованием в этой реакции эттрингита. Следовательно, настоящий связующий агент, при использовании в строительной композиции, где он подвергается действию воды, образует эттрингит. Образование эттрингита может приводить к приращению удельной поверхности цементной массы и соответственно к увеличению химически активных поверхностей. Образование эттрингита на ранней стадии, то есть в первой фазе затвердения (скрытый период), также относят к образованию первичного эттрингита. Эттрингит вносит вклад в образование кристаллических соединений в матрице итогового строительного материала. В результате, образование эттрингита способствует долговечности, поскольку долговечность является производной от качества кристаллических соединений, которые образуются в матрице. Наличие первичных эттрингитов ведет к улучшению конструкционных свойств, таких как предел прочности при сжатии, модуль упругости, сопротивление раскалыванию и аналогичных.
Заявитель, не желая быть ограниченным теорией, приписывает превосходные свойства настоящему изобретению удивительному образованию длинных кристаллических структур игольчатого типа, которые, как оказалось, формируются в подобные ячеистым структуры во время затвердевания итоговой строительной композиции.
Оказывается, указанные подобные ячеистым структуры имеют такую форму, что способны захватывать и удерживать вредные и/или загрязняющие атомы, ионы и молекулы, такие как ядовитый хром (VI) и менее вредные хром (III), железо (III) и радон, закрепляя их посредством взаимодействия зарядов и других химических связывающих эффектов. Эта полезная особенность настоящего изобретения имеет большое значение, поскольку все больше и больше стран устанавливает во всевозрастающем количестве строгие требования, касающиеся стандартов по вредным веществам, которые могут выделяться из строительных композиций. Так, стандарты, установленные Южной Африкой в 2006 году, являются более строгими, чем стандарты, например, в США, Европе и также Нидерландах по части присутствия шестивалентного хрома. Следовательно, очень важно добиться оптимальной иммобилизации, в частности, хрома и радона, что, как неожиданно оказалось, удивительно легко осуществимо со связующей композицией по изобретению и что до настоящего времени считали невозможным осуществлять в достаточной степени с коммерчески доступными связующими композициями.
Ячеистая структура позволяет осуществить окклюзию атомов, ионов и молекул, имеющих определенный размер и заряд. Реальные химические частицы, которые могут попасть в ячеистую структуру, ограничены как размерами ячеек, так и размерами и возможно формой химических частиц. Факторами, которые возможно вызывают фиксирование химических частиц внутри ячеистой структуры, являются, вероятно, эффекты зарядов и связей (то есть, это относится к обнаружению молекул или обнаружению химических частиц). Настоящая добавочная композиция обладает способностью связывать ионы в положениях решетки внутри ее сети каналов и пустот.
Мелкокристаллическую структуру, которая отвечает за такую огромную прочность при затвердевании и стабилизации загрязненного осадка, такого как загрязненный осадок из так называемого Галлигу-участка в Великобритании, приписывают основной структуре настоящего связующей композиции и ее тенденции к образованию игл с окружающими молекулами в таком осадке.
Замечено, что большие концентрации кристаллов, как Ca(OH)2, так и первичного эттрингита, дают значительно меньше пустот, что ведет к мелкокристаллическим и игольчатым структурам. При наблюдении за этими иглами оказалось, что они образовывались из настоящей связующей композиции во время первоначального процесса гидратации цемента. Это показывает, что настоящая связующая композиция способна создавать длинноигольчатые кристаллические образования в процессе затвердевания и стабилизации загрязненного материала, такого как осадок.
Образование первичного эттрингита, имеющего вид игл, и кристаллов гидроксида кальция вокруг сгруппированных частиц было продемонстрировано с использованием поляризационной и флуоресцентной микроскопии (ПФМ) и сканирующей электронной микроскопии окружающей среды (О-СЭМ). Эти методы показали, что длинноигольчатые кристаллы формируются в настоящей композиции во всех направлениях, и эти игольчатые кристаллы объясняют значительную прочность конечного затвердевшего материала, такого как осадок.
На Фиг.1 показан общий вид микроструктуры нестабилизированного осадка, включающего большое количество органического материала. На Фиг.2 показана часть Фиг.1, где присутствует некоторое количество диатомита.
На Фиг.3 показан общий вид микроструктуры осадка, стабилизированного цементом. На Фиг.4 показана часть Фиг.3.
На Фиг.5 показан общий вид микроструктуры осадка, стабилизированного связующей композицией по изобретению. На Фиг.6 показана часть Фиг.5, где явно видны многочисленные игольчатые кристаллы эттрингита, которые являются отличительной особенностью при использовании связующей композиции согласно настоящему изобретению.
Вышеуказанные фигуры демонстрируют успешное использование настоящей связующей композиции для отверждения загрязненного осадка.
Если первичного эттрингита образуется мало, например, при использовании связующей композиции, состав которой отличается от состава композиции, то согласно настоящему изобретению, когда строительная композиция содержит трехкальциевый алюминат, эттрингит - так называемый вторичный эттрингит - образуется еще на более поздней стадии в результате действия сульфатов из окружающей среды. Это может привести к растрескиванию структуры в строительной композиции и, таким образом, к разрушению, что нежелательно.
Следовательно, образование первичного эттрингита желательно по ряду причин, во-первых, для увеличения долговечности, во-вторых, для образования структур, подобных ячеистым, которые способны улавливать вредные атомы, ионы и/или молекулы, и в-третьих, для предотвращения образования вторичного эттрингита, поскольку весь присутствующий трехкальциевый алюминат уже прореагировал, и соответственно для снижения риска разрушения.
Со связующей композицией и строительной композицией по настоящему изобретению получают достаточное образование эттрингита, что не только ведет к полезным свойствам затвердевшего строительного материала, но и также к снижению возможности образования вторичного эттрингита и, соответственно, к снижению риска разрушения строительного материала.
Дополнительное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что, как указано выше, оно может быть использовано для иммобилизации тяжелых металлов. Имеют место, например, экологические проблемы с очисткой так называемых пылеуловительных камер от пыли, которая образуется на электростанциях, работающих на угле. Большое число таких электростанций и, следовательно, большое количество пыли из пылеуловительных камер находится в Южной Африке, например на электростанции в Тубатсе. Другая проблема отходов имеет место на рудниках, где добывают тяжелые металлы, таких как рудники, где добывают хром. В процессе получения металлов при добыче остаются так называемые отвалы осадков, которые являются отложением отходов, образующихся при добыче. Из-за увеличения потребности в металлах, таких как хром, объемы таких отвалов осадков продолжают расти. Такие отвалы осадков состоят в большой степени из оксидов кремния, титана, алюминия и железа, загрязненных тяжелыми металлами.
С точки зрения вышеуказанного, обработка отходов тяжелых металлов и их разгрузка является серьезной проблемой, которая требует решения. В настоящее время удаление или повторное использование металлических компонентов в этих потоках отходов считается бесполезным, и использование этих потоков отходов в строительных материалах считается до сих пор невозможным из-за выщелачивания тяжелых металлов, которое вызывало бы серьезный риск общественному здоровью.
Поэтому заявитель провел исследования, касающиеся использования настоящей связующей композиции для решения этой проблемы, подразумевая нейтрализацию и иммобилизацию таких потоков отходов тяжелых металлов и трансформирование этих потоков отходов в полезные продукты, такие как, например, строительные материалы. Такая нейтрализация/иммобилизация приведет к снижению потоков отходов и является огромным усовершенствованием для сообщества, поскольку отходы трансформируют в используемые строительные материалы. Связующая композиция в соответствии с настоящим изобретением способна абсорбировать тяжелые металлы и иммобилизовать их.
Применение настоящей связующей композиции для экологических целей состоит не в том, чтобы связывать тяжелые металлы, а в том, чтобы иммобилизовать их таким образом, чтобы возможность выщелачивания продукта снизить или даже исключить. Это дает возможность перенести строительную продукцию в более низкий класс вредности. В соответствии с постановлениями правительства только продукцию с низким классом вредности возможно использовать в качестве строительного материала. Это делает доступным дополнительно большое количество строительного материала, который не был бы доступным без применения настоящего изобретения.
Дополнительным преимуществом иммобилизации тяжелых металлов является снижение расходов на транспортировку и хранение отходов с высоким содержанием тяжелых металлов. Степень иммобилизации тяжелых металлов в настоящей продукции будет зависеть от выбранной связующей композиции.
Предпочтительные воплощения настоящего изобретения приведены ниже.
В предпочтительном воплощении изобретения количество компонента (а) в связующей композиции составляет 40-65 мас.%, в особенности 50-60 мас.%, поскольку это дает оптимальные результаты при использовании связующего в строительной композиции (также см. примеры ниже).
Предпочтительно золу для компонента (а) выбирают из золы-уноса ТЭЦ, зольного остатка ТЭЦ, пыли пылеуловительных камер и их сочетания.
Зола-унос ТЭЦ (пылевидная летучая зола угля) является тонкодисперсным порошком, который состоит в основном из сферических стекловидных частиц, обладающих свойствами пуццолана (то есть, частицы схватываются с известью и водой в стабильные соединения, которые не растворяются в воде). Зола-унос ТЭЦ образуется на электростанциях, работающих на пылевидном угле, где золу-унос отделяют от потока дымового газа с помощью электростатических фильтров. На свойства золы-уноса ТЭЦ влияет природа угля, условия технологического процесса на электростанции и способ транспортировки золы. Зола-унос ТЭЦ может вызывать экологические проблемы при попадании в атмосферу.
Зольный остаток ТЭЦ образуется на электростанциях, работающих на пылевидном угле. Зольный остаток ТЭЦ образуется в виде «тяжелых» частиц золы во время процесса сгорания. Материал является обожженной дегидратированной глиной, которая имеет черно-коричневую окраску. Можно различить пористые (спеченные) и плотные (расплавленные) гранулы зольного остатка ТЭЦ. Если зольный остаток ТЭЦ сертифицирован, его относят также к так называемому «котельному песку».
Пыль из пылеуловительных камер является материалом, который имеет физические свойства, сравнимые со свойствами золы-уноса ТЭЦ.
Дополнительно к золе-уносу ТЭЦ и зольному остатку ТЭЦ существует так называемые зола-унос УСО и зольный остаток УСО (УСО = Установка Сжигания Отходов), которые имеют свойства, полностью отличающиеся от свойств золы-уноса ТЭЦ и зольного остатка ТЭЦ, и поэтому зола-унос УСО и зольный остаток УСО не подходят для использования в настоящей связующей композиции.
Зола-унос УСО состоит из тонкодисперсного, пылевидного, порошкообразного материала, который образуется как остаточный продукт сжигания домашних отходов и сопоставимых промышленных отходов. Сжигание проводят в установках для сжигания отходов, и оно касается золы, которая может быть отделена от неочищенного дымового газа из такой установки с помощью электростатических фильтров.
Зольный остаток УСО (прежде называемый «шлак») состоит на 50% из аморфной массы, а в остальном из других материалов, таких как стекло, щебень/керамика, шлакообразный материал и небольшие количества железа и несгораемого органического материала. Зольный остаток УСО образуется во время сжигания домашних отходов и сопоставимых с ними промышленных отходов.
В предпочтительной связующей композиции количество компонента (б) составляет 0,5-1,0 мас.% общей массы связующей композиции, поскольку было обнаружено, что именно в этом диапазоне достигают хороших связующих свойств, в то время как состав является рентабельным.
Предпочтительно компонент (б2) связующей композиции включает цеолит. Цеолит является природным адсорбентом и обычно используется преимущественно в железообменном производстве и других процессах очистки для селективного удаления металлов и газов. Компонент (б2) может также включать сочетание различных цеолитов. Указанные цеолиты могут, например, быть цеолитами, выбранными из группы, состоящей из цеолитов волокнистого типа, цеолитов со связанными двойной связью 4-кольцевыми цепочками, цеолитами с 6 кольцами, цеолитами с 8, 10 и/или 12 кольцами, такими как цеолиты из группы морденита, цеолиты из группы гейландита, гусекрикита, парсеита и подобных. Цеолит может быть как естественного, так и искусственного происхождения, последний более предпочтителен. Цеолит предпочтительнее диоксида кремния и апатита, потому что цеолит поглощает и связывает специфические ионы и/или молекулы, имеющие специфическую массу и размеры в пределах его подобной ячеистой структуры, которая имеет дополнительное положительное влияние на свойства конечного продукта, что было обсуждено выше в связи с эттрингитом.
Компонент из группы (б1) данной связующей композиции выбирают предпочтительно из хлорида натрия, хлорида калия, хлорида магния, хлорида кальция, хлорида бария, хлорида аммония, хлорида стронция, хлорида алюминия и их сочетаний из-за хороших свойств этих материалов.
Хлориды металлов, в частности, выбирают из группы, состоящей из хлорида натрия, хлорида калия и их сочетания. Преимуществом этого является внесение упругопластических свойств в результате использования этих хлоридов металлов, которые в сочетании с другими компонентами обеспечивают конечный продукт композитного типа, такой как связующее вещество, что является благоприятным.
В предпочтительном воплощении изобретения компонент (б) дополнительно включает один или более компонентов из группы (б3), причем группа (б3) состоит из оксида магния, оксида кальция и их сочетания, и при этом указанные один или более компонентов из группы (б3) составляют 5-40 мас.% от общей массы компонентов (б1), (б2) и (б3), так как это дает более хорошие связующие свойства.
В особенно предпочтительном воплощении настоящей связующей композиции в качестве компонента (б) применяют добавочную композицию, как описано в WO 02/48067 от имени настоящего изобретателя. Примером этого является связующая композиция, включающая 45-90 мас.% хлорида натрия, хлорида калия, хлорида магния, хлорида кальция, хлорида стронция, хлорида бария и/или хлорида аммония, 1-10 мас.% хлорида алюминия и 1-10 мас.% диоксида кремния, цеолита и/или апатита.
Настоящее изобретение дополнительно относится к строительной композиции, включающей:
i) основной компонент в количестве 50,0-98,0 мас.% от общей массы строительной композиции, выбранный из группы, состоящей из песка, суглинка, песчаной глины, глины, бетонного щебня, строительного щебня, гранулированного асфальта, портового донного осадка, осадка сточных вод, промышленных отходов и их сочетаний, причем основной компонент содержит частицы размером максимум 28 мм в количестве по меньшей мере 15 мас.% от массы основного компонента,
ii) связующую композицию по настоящему изобретению в количестве 2,0-50 мас.%.
Преимуществом такой композиции является то, что она может быть использована в качестве строительного материала, в частности, для применения в строительстве и инфраструктуре. В дополнение к этому, шестивалентный хром, который может присутствовать в строительной композиции, превращают в трехвалентный хром и улавливают вместе с радоном, который может присутствовать в цементе, так что они не могут оказаться в окружающей среде (см. примеры).
Другим преимуществом является возможность использовать гетерогенные материалы, такие как гетерогенный песок, т.е. песок, имеющий распределение зерен 0-6 мм, таким образом, получая строительную композицию с прекрасными строительными свойствами, что зачастую оказывается невозможным в достаточной степени в случае строительных композиций, не попадающих в рамки настоящего изобретения.
Если компонент (i) присутствует в строительной композиции в количестве меньше 50,0 мас.%, или если компонент (ii) присутствует в количестве больше 50,0 мас.%, то не будет получено дополнительное связывающее действие.
Если компонент (i) присутствует в строительной композиции в количестве больше 98,0 мас.%, или если компонент (ii) присутствует в количестве меньше 2,0 мас.%, то связывающее действие будет недостаточным, в результате чего строительная композиция покажет неудовлетворительные строительные свойства для предназначенного применения.
Основной компонент содержит частицы, которые обеспечивают монолитную структуру строительных композиций, что способствует необходимым строительным свойствам.
В предпочтительном воплощении изобретения количество связующей композиции в настоящей строительной композиции составляет 5,0-25,0 мас.%, в частности 8,0-15,0 мас.%, поскольку заявители обнаружили, что это обеспечивает оптимальные результаты в отношении ряда свойств (см. примеры).
Настоящее изобретение также относится к способу получения строительной композиции, включающему смешивание компонента (i), компонента (ii) и воды, возможно уплотнение полученной таким образом смеси, и осуществление таким образом взаимодействия и затвердевания смеси.
Строительная композиция в соответствии с настоящим изобретением сравнима с бетоном. Бетон представляет собой строительную композицию, включающую воду, связующее вещество (обычно цемент) и один или более промытый заполнитель, такой как песок или гравий. Эти компоненты смешивают в подходящих соотношениях, в результате чего в затвердевшем состоянии достигают прочности и долговечности природного камня. Воду нельзя добавлять в неограниченном количестве. Настоящая строительная композиция имеет более сложную природу, чем бетон, поскольку отходы от промышленных процессов также могут быть добавлены помимо стандартных промытых заполнителей.
Водоцементное отношение (В/Ц) является соотношением между количеством воды и количеством цемента в строительной смеси (такой, как бетон). Указанное В/Ц отношение частично определяет ряд свойств строительной композиции; оно должно составлять по меньшей мере 0,3 для наличия достаточного количества воды в реакции гидратации с цементом. Когда отношение ниже 0,3, бетон трудно формовать, так как он слишком сухой, и химическая реакция протекает не до конца, в результате чего прочность будет недостаточной. Проницаемость и долговечность строительной композиции также частично зависит от В/Ц отношения. В мягких условиях, например, для сухой внутренней стены максимальное В/Ц отношение может составлять примерно до 0,65, поскольку такая строительная композиция не подвергается воздействию ионов, которые вредны для строительной композиции. Внешние стены и стены, которые соприкасаются с морской водой, требуют значительно более низкого максимального В/Ц отношения, а именно максимум отношения 0,4 для стен, которые соприкасаются с морской водой, для продления их срока службы. Таким образом, очень важно правильно выбрать В/Ц отношение в зависимости от желаемого применения связующей композиции и строительной композиции в соответствии с настоящим изобретением. Указанное В/Ц отношение также зависит от выбранного способа уплотнения строительной композиции. Если строительную композицию уплотняют с помощью тяжелого оборудования, то необходимо более низкое В/Ц отношение, чем в случае, когда строительную композицию уплотняют с помощью стержневого вибратора. В дополнение к этому, в выборе В/Ц отношения играет роль абсорбционная емкость основного компонента по отношению к воде и количество прибавляемой добавки. Специалист может определить корректирующее количество воды и, таким образом, правильное В/Ц отношение для применение по назначению.
Затвердевание реализованной таким образом композиции для получения строительной композиции по изобретению занимает от нескольких дней до примерно месяца, например, от 7 до 28 дней, и зависит от используемого основного материала. Например, если в качестве основного материала используют песок, период затвердевания примерно 7 дней будет достаточным, тогда как в случае присутствия, например, органического материала может потребоваться период затвердевания вплоть до 28 дней. В дополнение к этому, на период затвердевания влияет количество воды, т.е. время затвердевания возрастает при увеличении количества воды.
В дополнение к этому, настоящее изобретение относится к применению этой строительной композиции в качестве дорожного покрытия на грунт. Это подразумевает дороги (автострады, высокоскоростные автострады), площадки для стоянки автомобилей, взлетно-посадочные полосы аэродромов, применения в гражданском строительстве (мосты-путепроводы, туннели, мосты и тому подобное) и другие применения в инфраструктуре.
Настоящее изобретение относится, кроме того, к применению настоящей строительной композиции для получения строительных элементов. Это подразумевает, например, стены и полы зданий и другие градостроительные применения.
Предпочтительные воплощения настоящего изобретения определены в формуле изобретения. Настоящее изобретение будет объяснено ниже с помощью ряда неограничивающих примеров.
Примеры
Используемые материалы
Добавочная композиция А состоит из 75% хлоридов металлов (24% NaCl, 1% NH4Cl, 3% АlСl3·6Н2O, 16% KCl, 15% CaCl·2H2O, 16% MgCl·6H2O) и 25% диоксида кремния.
Добавочная композиция В состоит из 82% хлоридов металлов (31% NaCl, 1% NH4Cl, 3% АlСl3·6Н2O, 16% KCl, 15% CaCl·2H2O, 16% MgCl·6H2O), 3% оксида металла (MgO), 3% карбоната металла (NaCO3) и 10% цеолита.
Основной компонент Q является железистым кирпичным песком.
Основной компонент R является смесью 30/70 м/м пластичной глины и железистого кирпичного песка.
Основной компонент S является смесью 40/60 м/м железистого кирпичного песка и золы-уноса ТЭЦ. Зола-унос ТЭЦ из Веринигинга, собранная с общей площади башни пылеулавливания электростанции в Летабо, была выбрана в качестве золы-уноса ТЭЦ для настоящих примеров. Однако зола-унос ТЭЦ из Матлы, Кендалла или Келвина дает сопоставимые результаты. Ниже приведен химический состав указанных видов золы-уноса, определенный с помощью рентгеновской флуоресценции (РФ).
Зола-унос ТЭЦ из Летабо (49,9% SiO2, 32,74 Аl2О3, 3,45% Fе2О3, 0,07% Мn2О3, 3,97% CaO, 1,29% MgO, 0,53% P2O5, 0,65% K2O, 0,24% Na2O, 2,33% TiO2, 0,41% SO3, 1,23% других оксидов).
Зола-унос ТЭЦ из Матлы (50% SiO2, 31,58% Аl2О3, 3,15% Fе2O3, 0,1% Мn2O3, 5,7% CaO, 1,66% MgO, 0,62% P2O5, 0,8% K2O, 0,28% Na2O, 1,63% TiO2, 0,48% SО3, 1,29% других оксидов).
Зола-унос ТЭЦ из Кендалла (51,29% SiO2, 29,71 Аl2О3, 4,61% Fе2O3, 0,08% Мn2O3, 5,22% CaO, 1,72% MgO, 0,9% P2O5, 0,79% K2O, 0,13% Na2O, 2,12% TiO2, 0,23% SO3, 1,22% других оксидов).
Зола-унос ТЭЦ из Келвина (29,3% SiO2, 20,2 Аl2О3, 2,63% Fе2O3, 0,06% Мn2O3, 8,03% CaO, 1,3% MgO, 0,70% Р2O5, 0,73% К2O, 0,3% Na2O, 1,16% TiO2, 1,58% SО3, 34,5% других оксидов).
Пыль типа А пылеуловительных камер из Тубатсе, Южная Африка: 28,53% SiO2, 7,04% Аl2О3, 3,09% Fе2O3, 0,84% CaO, 33,16% MgO, 0,33% MnO, 0,06% Р2O5, 3,09% K2O, 3,21% Na2O, 0,10% TiO2, 7,44% SO3, 4,42% Сr2O3, 0,01% NiO, 0,04% V2O5, 2,43% ZnO, 0,28% Cl, 5,86% других оксидов.
Пыль типа В пылеуловительных камер из Мидельбурга, Южная Африка. Индивидуальный состав пыли пылеуловительных камер из Мидельбурга точно не известен, однако он очень близок к составу из Тубатсе.
Цемент, используемый в примерах, является портландцементом СЕМ1 42.5 из Претории.
Использованные методы
Определение предела прочности при сжатии, модуля упругости, сопротивления раскалыванию проводили в соответствии с методикой DIN 1048. Устойчивость по отношению к щелочным и агрессивным веществам была испытана с использованием 30% раствора NaOH, после чего была сделана визуальная оценка, влияет ли неблагоприятно эта обработка на строительную композицию. Определение плотности по Проктору выполняли в соответствии со способом TP-BF-StB 4.1 бис 4.1.3.
Сравнительные связующие композиции 1-3 и 19-21
Несколько связующих композиций в количестве по 100 граммов было приготовлено смешиванием в сухом состоянии определенного количества золы-уноса ТЭЦ, определенного количества добавочной композиции В и определенного количества цемента. Количества приведены в Таблице I.
Связующие композиции в соответствии с изобретением 4-18
Несколько связующих композиций в количестве по 100 граммов было приготовлены смешением в сухом состоянии определенного количества золы-уноса ТЭЦ, определенного количества добавочной композиции А или В и определенного количества цемента. Количества приведены в Таблице I.
Сравнительные композиции 1-3, 19-22 и 31
Было приготовлено несколько сравнительных строительных композиций с использованием сухих сравнительных связующих композиций 1-3 и 19-21 и связующая композиция 11 в соответствии с изобретением (смотри Таблицу II). Эти композиции смешивали в количествах, показанных в Таблице II, с основным компонентом Q, в количестве, показанном в Таблице II, и с достаточным количеством воды для получения смеси, которая после затвердевания, например в течение 7-28 дней, формировала строительную композицию с оптимальной плотностью по Проктору. Свойства, касающиеся предела прочности при сжатии, модуля упругости, сопротивления раскалыванию, устойчивости по отношению к щелочным и агрессивным веществам, и долговечности, измеренные после затвердевания, приведены в Таблице III.
Композиции в соответствии с изобретением 4-18, 23-30 и 32-40
Было приготовлено несколько строительных композиций с использованием сухих связующих композиций 4-18 в соответствии с изобретением (смотри Таблицу II). Эти композиции смешивали в количествах, показанных в Таблице II, с основными компонентами Q, R и S в количествах, показанных в Таблице II, и с достаточным количеством воды для получения смеси, которая после затвердевания в течение 7-28 дней формировала строительную композицию с оптимальной плотностью по Проктору. Свойства, касающиеся предела прочности при сжатии, модуля упругости, сопротивления раскалыванию, устойчивости по отношению к щелочным и агрессивным веществам, и долговечности, измеренные после затвердевания, приведены в Таблице III.
Таблица III показывает, например, что композиции в соответствии с настоящим изобретением демонстрируют лучшие результаты, чем сравнительные композиции.
Для демонстрации, в частности, того, что количество золы и количество цемента имеют большое значение для свойств настоящей строительной композиции, ниже будут показаны четыре строительных композиции, которые подвергли испытаниям после 14 дней затвердевания для определения предела прочности при сжатии, модуля упругости, сопротивления раскалыванию и устойчивости по отношению к щелочным и агрессивным веществам. Связующая композиция состояла из 0,1% добавки В и 90% (сравнительный пример), 80% (сравнительный пример), 70% (в соответствии с изобретением) или 60% (в соответствии с изобретением) золы-уноса ТЭЦ и 9,9%, 19,9%, 29,9% и 39,9% цемента соответственно.
Предел прочности при сжатии композиций, включающих 90%, 80%, 70% или 60% золы-уноса ТЭЦ, составил 1,2 Н/мм2, 1,4 Н/мм2, 2,9 Н/мм2 и 4,9 Н/мм2 соответственно. Модуль упругости композиций, включающих 90%, 80%, 70% или 60% золы-уноса ТЭЦ, составил 2200 Н/мм2, 2800 Н/мм2, 5800 Н/мм2 и 10800 Н/мм2 соответственно. Сопротивление раскалыванию композиций, включающих 90%, 80%, 70% или 60% золы-уноса ТЭЦ, составило 0,20 Н/мм2, 0,28 Н/мм2, 0,60 Н/мм2 и 1,50 Н/мм2 соответственно. Устойчивость по отношению к щелочным и агрессивным веществам композиций, включающих 90%, 80%, 70% или 60% золы-уноса ТЭЦ, была низкой/средней, средней, средней/хорошей и хорошей соответственно.
Отсюда следует поэтому, что для получения удовлетворительных результатов по вышеуказанным свойствам требуется процентное содержание золы-уноса ТЭЦ максимально 70%, предпочтительно максимально 60%.
Для связующей композиции 14 были проведены дополнительные тесты с использованием основных компонентов Q и R с 8, 12 или 18% связующего 14, используемого в сочетании с 92%, 88% и 82% основного компонента соответственно. Эти дополнительные тесты будут пояснены ниже, и результаты приведены в Таблице IV. Две контрольных композиции, то есть без связующей композиции, были также использованы: контрольная композиция 1, состоящая из основного компонента Q, и контрольная композиция 2, состоящая из основного компонента R. Тесты проводили на пробах, полученных смешиванием связующего, основного компонента и достаточного количества воды, их оставляли затвердевать в соответствии с процедурой, описанной ниже для каждого способа испытаний.
Первый тест на прочность являлся определением так называемого КЧ или Калифорнийского числа. В этом тесте композиции оставили затвердевать на 7 дней при 100% относительной влажности и затем провели испытание стандартным методом ТМА1 (ТМН1) (Технические Методы для Автомагистралей, No 1, 1986, Департамент Транспорта Претории). Из результатов, приведенных в Таблице IV, видно, что по сравнению с контрольной композицией прочность значительно возросла при использовании связующего в соответствии с настоящим изобретением. В дополнение к этому, прочность возрастала с ростом количества связующего, однако она возрастала только минимально при использовании основного компонента Q, и возрастала значительно при использовании основного компонента R. Следовательно, оптимальное количество связующего должно быть определено индивидуально для каждого используемого основного компонента.
Второй тест на прочность, который был выполнен, являлся так называемым ППНС тестом (предел прочности при неограниченном сжатии), который проводили на пробах, затвердевавших в течение различных периодов времени (0, 1, 2, 7, 14, 21 и 28 дней). Композиции подвергали статическому сжатию для получения образцов диаметром 101,4 мм, высотой 115 мм и плотностью, эквивалентной 95% согласно Модели Американской ассоциации дорожных и транспортных должностных лиц штатов (Mod. AASHTO). После затвердевания пробы затопляли на 2 часа и затем испытывали, как описано в ТМА1 (см. выше).
Из результатов, приведенных в Таблице IV, видно, что значения ППНС, равные нулю, были найдены для контрольных композиций; причиной этого является то, что эти композиции распадались в течение 4 минут после погружения в воду. Все строительные композиции продемонстрировали улучшенное значение ППНС с возрастанием времени затвердевания. Значение ППНС возрастало с возрастанием количества связующей композиции, при этом, кроме того, оказалось, что значение ППНС для основного компонент Q было выше, чем для основного компонента R. Оптимальное значение количества связующего следует определять в зависимости от желаемого значения ППНС и, следовательно, от выбранного основного компонента.
Первым выполненным тестом на долговечность был так называемый ОППНС тест (остаточный предел прочности при неограниченном сжатии), который применяют для оценивания того, сохраняют ли пробы, подвергнутые увлажнению и высушиванию или воздействию СО2, достаточную структурную целостность для сохранения соответствия первоначально заданным параметрам. Пробы были сформированы способом, описанным выше для ППНС, и оставлены для затвердевания на 7 дней. Потом пробы помещали на 24 часа в камеру, через которую пропускали СO2. Затем пробы вымачивали в течение 4 часов и подвергали ППНС тесту тем же способом, как описано выше. Из результатов, приведенных в Таблице IV, видно, что ни одна из двух контрольных композиций не давала определить ОППНС значения, поскольку эти пробы распадаются на части во время обработки вымачиванием. Более того, оказалось, что ОППНС значения возрастали с возрастанием количества связующего и что значения для основного компонента Q были выше значений для основного компонента R, что наблюдали также для значений ППНС (см. выше). Эти данные показывают, что строительные композиции в соответствии с изобретением сохраняют свою структурную целостность в достаточной степени после теста.
Вторым выполненным тестом на долговечность был тест на определение устойчивости к эрозии, что имеет большое значение, в частности, в тех случаях, когда строительную композицию применяют в строительстве дорог. С этой целью из строительной композиции формовали бруски, которые сжимали до 100% согласно Mod. AASHTO (Американская ассоциация дорожных и транспортных должностных лиц штатов). Бруски затем оставляли затвердевать на 28 дней при 100% относительной влажности и после этого подвергали механической эрозии (Гасс, Вентури и Де Бир в «подверженности эрозии сцементированных материалов» Transportek, CSIR, Research Report, RR 91/167/1, 1992). Показатель эродированности определяли измерением глубины износа в миллиметрах.
Если строительная композиция предназначена для применения в качестве несущего слоя дороги, которая часто подвержена тяжелой нагрузке от транспортных средств, показатель эродированности должен быть ниже или равен 1,0 мм. Если строительная композиция предназначена для применения в качестве подслоя дороги, которая часто подвержена тяжелой нагрузке от транспортных средств, показатель эродированности должен быть ниже или равен 3,0 мм, и если строительную композицию будут применять для дороги, которая менее часто подвержена тяжелой нагрузке от транспортных средств, показатель эродированности должен быть ниже или равен 5,0 мм. Результаты, приведенные в таблице IV, показывают, что контрольные композиции не подходят для применения в строительстве дорог. В дополнение к этому, оказалось, что композиция 28 (18% связующего в основном компоненте Q) дал удовлетворительное значение показателя эродированности для использования в качестве несущего слоя дороги. Композиции 26 или 40 являются удовлетворительными для дороги с тяжелой нагрузкой от транспортных средств, а композиции 25, 38 и 39 являются удовлетворительными для использования в качестве подслоя для дороги с менее тяжелой нагрузкой от транспортных средств.
Более того, тесты проводили на грунтовых дорогах, которые до сих пор есть на многих отдаленных территориях или в менее развитых странах. Тесты проводили для определения устойчивости к износу, устойчивости к водной эрозии и чувствительности к влаге.
Устойчивость к износу измеряли на пробах, которые сжимали до 95% по Мод. AASHTO для получения образцов диаметром 101,4 мм, высотой 115 мм. После затвердевания в течение 7 дней при 100% влажности пробы сушили в печи при 50°С до высушивания. После этого пробы закрепляли в аппарате, включающем механическую щетку, и при нагрузке на щетку 2,5 кг пробы чистили щеткой при 60 оборотах в минуту, осуществляя 250 или 500 оборотов. Устойчивость к износу предпочтительно такова, что потеря материала в % после 500 оборотов составляет менее 10. Из результатов, приведенных в Таблице IV, явствует, что контрольные композиции не соответствовали этой предпочтительной норме, в отличие от всех исследованных строительных композиций по изобретению.
Устойчивость к водной эрозии была измерена с использованием проб, полученных тем же способом, который описан выше применительно к определению устойчивости к износу. Затем пробы помещали в аппарат, в котором воду пропускали над пробами в течение 5 минут. Устойчивость к водной эрозии предпочтительно такова, что потеря материала в % составляет менее 8 после 5 минут воздействия. Из результатов, приведенных в Таблице IV, явствует, что ни одна из двух контрольных композиций не соответствовала этой предпочтительной норме, в отличие от всех исследованных строительных композиций по изобретению.
Чувствительность к влаге была измерена с использованием проб, образованных тем же способом, который описан выше применительно к определению устойчивости к износу. Затем пробы помещали в воду и подвергали замачиванию в течение 120 минут. Приведено время распада проб. Если пробы не распадались, записывали время >120 минут. Из результатов, приведенных в Таблице IV, явствует, что обе контрольные композиции распадались в пределах нескольких минут. Более того, оказалось, что за исключением пробы их строительной композиции 38, все исследованные строительные композиции продемонстрировали хорошие результаты.
Более того, был проведен ряд других тестов, а именно тест на «деформацию при разрыве» и статический и динамический тест на трехосное сжатие. Результаты этих тестов приведены в Таблице V.
Тесты на «деформацию при разрыве» проводили, поскольку настоящие строительные композиции при использовании в строительстве дорог подвергаются большим нагрузкам, вызванным транспортными средствами. Если строительная композиция подвергается слишком большой нагрузке, то это может привести к трещине в полотне, что нежелательно. Деформацию при разрыве определяли с помощью так называемого ИБ теста (Изгиб Бруска). Композиции, которые должны были оценивать, сжимали до 100% по Мод. AASHTO для получения образцов длиной 450 мм, шириной и высотой 75 мм. Затем пробы помещали в пластиковый мешок и оставляли затвердевать на 24 часа, затем сушили в печи при 40°С до постоянного веса. Затем определяли деформацию при разрыве и предел прочности при растяжении. Контрольные композиции не могли быть измерены, с учетом того факта, что они распались. Из результатов, приведенных в Таблице V, следует, что предел прочности при растяжении возрастал с возрастанием концентрации связующего. Деформация при разрыве для проб, образованных с использованием основного компонента Q, показала линейное возрастание, в то время как пробы, образованные с использованием основного компонента R, показали слабое снижение показателей с концентрацией связующего 18%.
Тесты на трехосное сжатие были выполнены с целью определения прочности материала под воздействием как статических, так и динамических нагрузок для получения показателя эксплуатационных качеств дорог, построенных из композиций, в отношении их устойчивости к постоянным деформациям, вызванным нагрузкой от транспортных средств, во времени. Тесты проводили только с композициями 26 и 39 и с обоими контрольными композициями. Пробы сжимали до 100% по Мод. AASHTO. Условия статического и динамического тестов на трехосное сжатие приведены в Таблице VI и в Таблице VII соответственно. Результаты статического и динамического тестов на трехосное сжатие (50000 повторов) приведены в Таблице V.
Тесты, касающиеся иммобилизации хрома (VI)
Целью этих тестов является исследование эффективности настоящей связующей композиции для иммобилизации хрома (VI) в конечной строительной композиции. Тесты проводили, используя хром (VI), содержащийся в пыли пылеуловительных камер печей для расплавления феррохрома.
При проведении тестов были испытаны свойства строительных композиций, выполненных с использованием связующих композиций. Заявители отметили, что пыль пылеуловительных камер имеет большое сродство к воде. Можно добавлять к композиции пластификатор, такой как например Глениум 51 от BASF, являющийся водным раствором поликарбоксилатного простого эфира.
Из полученных строительных композиций были отлиты 75-мм бруски строительного раствора с использованием различных строительных композиций. Затем определяли структурные свойства, и обломки брусков использовали для установления степени иммобилизации хрома (VI).
Составы различных проб, являющиеся сравнительной композицией 41 и композициями 42-45, приведены в Таблице VIII. Структурные данные по прочности бетона (МПа) при различных временах твердения проиллюстрированы в Таблице IX.
Из таблицы видно, что применение связующей композиции, включающей 53,5 мас.% компонента (а), 0,5 мас.% компонента (б) и 46 мас.% компонента (в) (композиции 42 и 43), дает хорошие результаты для обоих типов пыли пылеуловительных камер (композиция 42 с пылью типа А, композиция 43 с пылью типа В). Снижение процентного содержания компонента (а) в пользу компонента (в) в композициях 44 и 45 (48,9 мас.% компонента (а), 0,5 мас.% компонента (б) и 50,6 мас.% компонента (в)) влияет положительно на прочность связующей композиции.
Результаты ясно показывают, что предлагаемая связующая композиция, использующая пыль пылеуловительных камер, является подходящим связующим для строительной композиции. В таблице IX ясно показано, что данные по прочности бетона значительно улучшаются при применении настоящей связующей композиции (композиции 42-45) по сравнению с другим связующим (сравнительный пример 41).
Помимо хорошей прочности бетона, хорошая иммобилизация хрома (VI) также является существенным фактором, так как если иммобилизация недостаточна и законодательные требования не будут удовлетворены, то эту строительную композицию не разрешат использовать в качестве строительной. Поэтому были проведены тесты для изучения иммобилизации хрома (VI). Содержание хрома (VI) после иммобилизации определяли и измеряли, применяя как Южно-Африканские, так и Голландские нормативные документы, для которых используют разные тесты.
Условия теста в соответствии с Южно-Африканским стандартом соответствуют Приложению 8.5 (Характеристики токсичности и методики выщелачивания кислотным дождем) «А8-12 Минимальные требования к обращению, классификации и утилизации вредных отходов, 2-ое издание, 1998». Условия теста в соответствии с Голландским стандартом соответствуют NEN 7341, 1-ое издание, февраль 1995 г.
Результаты тестов приведены в Таблице X. Из таблицы ясно видно, что имеет место большое различие между результатами, измеренными в соответствии с Голландским стандартом и в соответствии с Южно-Африканским стандартом. Значения для сравнительного примера 41 не были определены. Однако было проведено несколько других сравнительных примеров, в которых только цемент использовали в качестве связующего, и хотя они не приведены в Таблице X, общее количество хрома снижено больше чем на 40% при использовании композиций по изобретению в сравнении с тем, когда только цемент использовали в качестве связующего.
Все пробы были признаны приемлемыми в соответствии с Голландскими критериями, но ни одна из проб не была приемлемой в соответствии с Южно-Африканскими критериями. Необходимо отметить, что Южно-Африканский тестовый способ не только дает более высокие детектируемые значения, но и допустимый предел риска в Южной Африке ниже, и следовательно, стандарт более высокого порядка, чем в других странах. Даже несмотря на то, что ни одна из проб не соответствовала Южно-Африканскому допустимому пределу риска, обычно бетон в нормальной форме используют только ниже этого предела, и возможно снижение хрома (VI) от 96% до 99%.
Вышеуказанные результаты иллюстрируют, что иммобилизация хрома (VI) возможна при использовании настоящей связующей композиции. Однако точный оптимальный состав композиции будет зависеть от состава пыли пылеуловительных камер. Специалист, руководствуясь настоящей заявкой, сможет определить наиболее оптимальную композицию.
Дополнительные воплощения настоящего изобретения определены в прилагаемой формуле изобретения.
| Таблица I | ||||
| Связующая композиция | Зола (мас.%) | Тип добавки | Добавка (мac.%) | Цемент (мас.%) |
| Сравнительное связующее 1 | 10 | В | 0,1 | 89,9 |
| Сравнительное связующее 2 | 10 | В | 1 | 89 |
| Сравнительное связующее 3 | 10 | В | 5 | 86 |
| Связующее 4 по изобретению | 30 | В | 0,1 | 69,9 |
| Связующее 5 по изобретению | 30 | В | 1 | 69 |
| Связующее 6 по изобретению | 30 | В | 5 | 65 |
| Связующее 7 по изобретению | 50 | А | 0,1 | 49,9 |
| Связующее 8 по изобретению | 50 | А | 1 | 49 |
| Связующее 9 по изобретению | 50 | А | 5 | 45 |
| Связующее 10 по изобретению | 50 | В | 0,1 | 49,9 |
| Связующее 11 по изобретению | 50 | В | 1 | 49 |
| Связующее 12 по изобретению | 50 | В | 5 | 45 |
| Связующее 13 по изобретению | 59 | В | 0,1 | 40,9 |
| Связующее 14 по изобретению | 59 | В | 1 | 40 |
| Связующее 15 по изобретению | 59 | В | 5 | 36 |
| Связующее 16 по изобретению | 70 | В | 0,1 | 29,9 |
| Связующее 17 по изобретению | 70 | В | 1 | 29 |
| Связующее 18 по изобретению | 70 | В | 5 | 25 |
| Сравнительное связующее 19 | 90 | В | 0,1 | 9,9 |
| Сравнительное связующее 20 | 90 | В | 1 | 9 |
| Сравнительное связующее 21 | 90 | В | 5 | 5 |
| Таблица II | ||||
| Композиция | Тип связующего | Связующее (мас.%) | Тип основного компонента | Основной компонент (мас.%) |
| Сравнительная композиция 1 | 1 | 10 | Q | 90 |
| Сравнительная композиция 2 | 2 | 10 | Q | 90 |
| Сравнительная композиция 3 | 3 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 4 | 4 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 5 | 5 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 6 | 6 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 7 | 7 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 8 | 8 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 9 | 9 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 10 | 10 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 11 | 11 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 12 | 12 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 13 | 13 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 14 | 14 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 15 | 15 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 16 | 16 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 17 | 17 | 10 | Q | 90 |
| Композиция 18 | 18 | 10 | Q | 90 |
| Сравнительная композиция 19 | 19 | 10 | Q | 90 |
| Сравнительная композиция 20 | 20 | 10 | Q | 90 |
| Сравнительная композиция 21 | 21 | 10 | Q | 90 |
| Сравнительная композиция 22 | 14 | 1 | Q | 99 |
| Композиция 23 | 14 | 2 | Q | 98 |
| Композиция 24 | 14 | 5 | Q | 95 |
| Композиция 25 | 14 | 8 | Q | 92 |
| Композиция 26 | 14 | 12 | Q | 88 |
| Композиция 27 | 14 | 15 | Q | 85 |
| Композиция 28 | 14 | 18 | Q | 82 |
| Композиция 29 | 14 | 25 | Q | 75 |
| Композиция 30 | 14 | 50 | Q | 50 |
| Сравнительная композиция 31 | 14 | 75 | Q | 25 |
| Композиция 32 | 13 | 10 | R | 90 |
| Композиция 33 | 14 | 10 | R | 90 |
| Композиция 34 | 15 | 10 | R | 90 |
| Композиция 35 | 13 | 10 | S | 90 |
| Композиция 36 | 14 | 10 | S | 90 |
| Композиция 37 | 15 | 10 | S | 90 |
| Композиция 38 | 14 | 8 | R | 92 |
| Композиция 39 | 14 | 12 | R | 88 |
| Композиция 40 | 14 | 18 | R | 82 |
| Таблица III | |||||
| Композиция | Предел прочности при сжатии | Модуль упругости | Сопротивление раскалыванию | Устойчивость по отношению к щелочным и агрессивным веществам | Долговечность |
| Сравнительная композиция 1 | - | - | - | - | - |
| Сравнительная композиция 2 | - | - | - | - | - |
| Сравнительная композиция 3 | - | о | - | - | о |
| Композиция 4 | - | о | о | - | о |
| Композиция 5 | - | о | о | о | о |
| Композиция 6 | - | о | - | о | - |
| Композиция 7 | о | о | о | - | - |
| Композиция 8 | о | о | о | о | о |
| Композиция 9 | о | о | - | о | - |
| Композиция 10 | о | + | + | + | о |
| Композиция 11 | + | ++ | + | + | + |
| Композиция 12 | + | ++ | + | + | + |
| Композиция 13 | ++ | ++ | + | ++ | + |
| Композиция 14 | ++ | ++ | ++ | ++ | + |
| Композиция 15 | ++ | ++ | + | ++ | ++ |
| Композиция 16 | + | + | + | + | + |
| Композиция 17 | + | + | ++ | ++ | + |
| Композиция 18 | + | + | + | ++ | + |
| Сравнительная композиция 19 | - | о | - | о | о |
| Сравнительная композиция 20 | о | о | о | о | о |
| Сравнительная композиция 21 | - | о | - | о | - |
| Сравнительная композиция 22 | - | - | - | - | - |
| Композиция 23 | - | о | - | о | о |
| Композиция 24 | +/о+/ | о | о | о | о |
| Композиция 25 | ++ | ++ | + | ++ | + |
| Композиция 26 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ |
| Композиция 27 | ++ | ++ | + | ++ | ++ |
| Композиция 28 | + | ++ | + | ++ | ++ |
| Композиция 29 | + | + | + | + | + |
| Композиция 30 | +/о | + | +/о | + | + |
| Сравнительная композиция 31 | о | + | о | о | о |
| Композиция 32 | ++ | + | + | ++ | +/о |
| Композиция 33 | ++ | + | ++ | ++ | +/о |
| Композиция 34 | ++ | + | + | ++ | +/о |
| Композиция 35 | ++ | + | + | + | + |
| Композиция 36 | ++ | + | ++ | + | + |
| Композиция 37 | + | + | + | + | + |
| Описание символов, использованных в Таблице III | |||||
| -- очень низкий; - низкий; о средний; | |||||
| +хороший; ++очень хороший. |
| Таблица VIII | |||||
| Композиция | 41* | 42 | 43 | 44 | 45 |
| Добавочная композиция (кг)1 | 0 | 0,1 | 0,1 | 0,12 | 0,12 |
| Цемент (кг) | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 |
| Пыль пылеуловительных камер (кг)2 | 0 | 11,6 (А) | 11,6 (B) | 11,6 (В) | 11,6 (А) |
| Доменный шлак (19 мм) (I) | 38 | 38 | 38 | 38 | 38 |
| Вода (I) | 4,8 | 4,8 | 4,8 | 4,8 | 4,8 |
| * сравнительная композиция | |||||
| 1 добавочная композиция А, измельченная на частицы размером 2 мм и меньше | |||||
| 2 в скобках обозначен тип пыли пылеуловительных камер |
| Таблица IX | ||||||
| № | 2 дня1 | 7 дней1 | 14 дней1 | |||
| Растяжение | Сжатие | Растяжение | Сжатие | Растяжение | Сжатие | |
| 41* | 0 | 0 | 8,4 | 29,9 | 3,5 | 47,6 |
| 42 | 8,9 | 50,2 | 9,1 | 66,2 | 11,5 | 73,1 |
| 43 | 9,5 | 52,7 | 11,3 | 62 | 10,3 | 75,3 |
| 44 | 9,7 | 62 | 14,3 | 90,8 | 12,3 | 100+ |
| 45 | 8,9 | 59,7 | 12,7 | 85,9 | 15,2 | 100+ |
| * сравнительная композиция | ||||||
| 1 прочность бетона обозначена в МПа как для предела прочности при растяжении, так и для предела прочности при сжатии брусков из строительного раствора через 2, 7 и 14 дней твердения |
| Таблица X | |||
| Композиция | Первоначальное содержание хрома (VI)1 | Конечное содержание хрома (VI) Южно-Африканский способ2 | Конечное содержание хрома (VI) Голландский способ2 |
| 42 | 200000 | 821 (200) | <5 (500) |
| 43 | 922000 | 1210 (200) | <5 (500) |
| 44 | 922000 | 806 (200) | <5 (500) |
| 45 | 200000 | 732 (200) | <5 (500) |
| * сравнительные примеры | |||
| 1 концентрация хрома (VI) измерена в ppb (части на миллиард) | |||
| 2 концентрация хрома (VI) измерена в ppb (части на миллиард), в скобках обозначен допустимый предел риска соответствующей страны в ppb |
1. Связующая композиция, включающая:
а) золу в количестве 30,0-70,0 мас.% от общей массы связующей композиции;
б) добавочную композицию в количестве 0,1-5,0 мас.% от общей массы связующей композиции, причем добавочная композиция включает один или более компонентов из группы (б1) и один или более компонентов из группы (б2), где группа (б1) состоит из хлоридов металлов и группа (б2) состоит из диоксида кремния, цеолита и апатита, при этом один или более компонентов из группы (б1) составляют 70,0-99,0 мас.% от общей массы компонентов (б1) и (б2), и один или более компонентов из группы (б2) составляют 1,0-30,0 мас.% от общей массы компонентов (б1) и (б2),
в) цемент в количестве 25,0-69,9 мас.% от общей массы связующей композиции.
2. Связующая композиция по п.1, где количество компонента (а) составляет 50,0-60,0 мас.%.
3. Связующая композиция по п.1, где зола, из которой состоит компонент (а), выбрана из золы-уноса ТЭЦ, зольного остатка ТЭЦ и их сочетания.
4. Связующая композиция по п.1, где количество компонента (б) составляет 0,5-1,0 мас.% от общей массы связующей композиции.
5. Связующая композиция по п.1, где компонент (б2) включает цеолит.
6. Связующая композиция по п.1, где компонент из группы (б1) выбран из хлорида натрия, хлорида калия, хлорида магния, хлорида кальция, хлорида бария, хлорида аммония, хлорида стронция, хлорида алюминия и их сочетаний.
7. Связующая композиция по п.6 где компонент из группы (б1) выбран из хлорида натрия, хлорида кальция и их сочетания.
8. Связующая композиция по любому из пп.1-7, где компонент (б) дополнительно включает один или более компонентов из группы (б3), причем группа (б3) состоит из оксида магния, оксида кальция и их сочетания, и при этом указанные один или более компоненты из группы (б3) составляют 5-40 мас.% от общей массы компонентов (б1), (б2) и (б3).
9. Строительная композиция, включающая:
i) основной компонент в количестве 50,0-98,0 мас.% от общей массы строительной композиции, выбранный из группы, состоящей из песка, суглинка, песчаной глины, глины, бетонного щебня, строительного щебня, гранулированного асфальта, портового донного осадка, осадка сточных вод, промышленных отходов и их сочетаний, причем основной компонент содержит частицы размером максимум 28 мм в количестве по меньшей мере 15 мас.% от массы основного компонента,
ii) связующую композицию по настоящему изобретению в количестве 2,0-50 мас.%.
10. Строительная композиция по п.9, отличающаяся тем, что количество связующей композиции составляет 5,0-25,0 мас.%.
11. Строительная композиция по п.9, отличающаяся тем, что количество связующей композиции составляет 8,0-15,0 мас.%.
12. Способ получения строительной композиции по любому из пп.9-11, включающий смешивание компонента (i), компонента (ii) и воды, возможно уплотнение полученной таким образом смеси, и осуществление таким образом взаимодействия и затвердевания смеси.
13. Применение строительной композиции по любому из пп.9-11 в качестве упрочняющего слоя на грунт.
14. Применение строительной композиции по любому из пп.9-11 для получения строительных элементов.
