Дорожная смесь
Владельцы патента RU 2459036:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть, в частности, использовано при устройстве оснований, укреплении откосов автомобильных и железных дорог, промышленных площадок, а также укреплении отвалов промышленных отходов. Дорожная смесь содержит, мас.%: регенерированный отработанный проппант 50-60, натриевое жидкое стекло 30-40, избыточный ил биологических очистных сооружений 10. Технический результат - повышение прочности, влагостойкости, морозостойкости, скорости твердения в естественных условиях, снижение себестоимости. 2 пр., 2 табл.
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть, в частности, использовано при устройстве оснований, укрепления откосов автомобильных и железных дорог, промплощадок, а также укрепления отвалов промышленных отходов.
Широко известен состав для дорожного строительства, включающий наполнитель и вяжущий компонент, где в качестве наполнителя используется щебеночно-гравийная смесь, а в качестве вяжущего компонента - дорожные битумные эмульсии (СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги).
Недостатки данного состава обусловлены использованием в качестве компонентов относительно недешевых реагентов. Кроме того, опыт устройства и содержания дорожных покрытий с использованием дорожных битумов, изготавливаемых российскими НПЗ, свидетельствует о том, что даже при температуре хрупкости -20°C разрушение покрытия начинается уже в первый год его эксплуатации. Это связано с плохой эластичностью применяемых дорожных битумов при отрицательных температурах.
Известна дорожная смесь, включающая грунтоцементную смесь и специальные добавки: латекс, механоактивированную целлюлозу (патент РФ №2373321 C1, E01C 7/36, опубл. 20.11.2009, бюл. №32) или ПАВ (патент РФ №2305149 C2, E01C 7/36, опубл. 27.08.2007, бюл. №24).
Общим недостатком данных составов являются низкая механическая прочность и высокая водопроницаемость получаемых оснований. Присутствующий избыток влаги при воздействии отрицательных температур приводит к быстрому разрушению и последующему вымыванию структуры дорожного полотна.
Наиболее близким по технической сущности является шлакощелочное вяжущее для дорожного строительства следующего состава, мас.%: минеральный наполнитель (шлак гранулированный) 54,55-94,45, натриевое жидкое стекло 4,09-40,90, добавка, повышающая прочность и улучшающая реологию состава (двузамещенный ортосиликат натрия Na2H2SiO4·8H2O) - 0,46-4,55, которое может быть использовано в качестве самостоятельного строительного материала для дорожного строительства (патент РФ №2247697, C04B 7/14, опубл. 10.03.2005, бюл. №7).
Недостатком прототипа является потеря прочностных свойств во времени, обусловленная использованием в качестве основного компонента шлака металлургических производств. Доменные и сталеплавильные шлаки содержат в своем составе большое количество железистых силикатов, которые под воздействием влаги, а также в условиях попеременного замораживания и оттаивания, активно разрушаются с образованием окисленных и гидратированных продуктов силикатного распада. Другим крупным недостатком использования шлака, особенно свежего, является присутствие вредных примесей, главным образом недогоревших до конца углей, соединений серы и извести. Кроме того, применение в качестве добавки, улучшающей физико-механические свойства состава, двузамещенного ортосиликата натрия, требующего предварительного выделения, или синтеза, усложняет и удорожает применяемую технологию устройства дорожного покрытия.
Задача изобретения состоит в разработке дорожного состава, обладающего комплексом свойств: большой механической прочностью, высокой скоростью твердения в естественных условиях, влагостойкостью, морозостойкостью, а также низкой себестоимостью изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в дорожной смеси, содержащей минеральный наполнитель, натриевое жидкое стекло, добавку, повышающую прочность и улучшающую реологию состава, согласно изобретению в качестве минерального наполнителя используют отработанный и регенерированный проппант 50-60 мас.%, в качестве добавки, повышающей прочность и улучшающей реологию состава, используют избыточный ил биологических очистных сооружений 10 мас.%, доля натриевого жидкого стекла в предлагаемом составе составляет 30-40 мас.%.
Применяемое в составе натриевое жидкое стекло соответствует ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое. Технические условия.
Проппант представляет собой гранулированные алюмосиликатные порошки, с размером гранул от 0,2 до 2 мм, получаемые путем высокотемпературного обжига специального фракционированного глинозема [ГОСТ Р 51761-2005 Пропанты алюмосиликатные. Технические условия]. Гранулы проппанта характеризуются высокой механической прочностью: один квадратный сантиметр получаемого проппанта удерживает, не разрушаясь, до 8 тонн груза. Проппант широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта. Отработанный проппант представляет собой многотонный нефтенасыщенный отход 3 класса опасности, вывозимый в специальные амбары, где хранится годами, загрязняя окружающую среду.
Регенерацию отработанного проппанта осуществляют в специальных установках путем промывки нефтесодержащих гранул проппанта в водном 0,5-1 мас.% растворе ПАВ, при температуре рабочего раствора 60-100°С. Регенерированный проппант представляет собой гранулы с высокоразвитой удельной поверхностью, активно взаимодействующие с натриевыми силикатами с образованием прочной гидрофобной структуры.
Избыточный ил представляет собой крупнотоннажный отход биологической очистки сточных вод. Органическое вещество ила представлено, по большей части, биополимерами, образующимися в результате естественных процессов биосинтеза: полиамины, липопротеины, полисахариды, в том числе высокомолекулярная целлюлоза, клетчатка и др. Содержание даже небольшого количества избыточного ила в предлагаемом составе благотворно влияет на физико-механические свойства состава, в частности значительно повышается механическая прочность, уплотняемость состава, при этом предлагаемый состав обладает достаточной эластичностью, позволяющей сохранять свои прочностные свойства даже в условиях повышенной влажности и при отрицательных температурах. Содержащийся в иле кальций является эффективным отвердителем для жидкого стекла. В результате их взаимодействия образуются силикаты кальция, придающие составу повышенную прочность, плотность и водонепроницаемость.
Пример 1. Для проведения опыта готовили дорожные смеси, включающие компоненты, указанные в заявляемой дорожной смеси, прототипе и аналогах. Полученные составы наносили на грунтовую поверхность слоем толщиной 10 см, выравнивали и утрамбовывали. Полученные составы выдерживали в течении 28 суток при комнатной температуре. Из затвердевших составов отбирали образцы, которые оценивали по показателям, используемым для оценки качества дорожных покрытий и оснований [ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний, ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия]: предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, коэффициент водостойкости и коэффициент морозостойкости (табл.1).
| Таблица 1 | |||
| Составы и физико-механические показатели образцов дорожных смесей | |||
| Состав дорожных смесей, мас.% | Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, при 20°C, МПа | Коэффициент водостойкости после 15-суточного насыщения в воде | Коэффициент морозостойкости после 10 циклов замораживания (t=-5°C) |
| Щебеночно-гравийная смесь 94 битум 6 |
8,12 | 0,87 | 0,72 |
| Грунт 94,9 цемент 5 ПАВ 0,1 |
4,54 | 0,74 | 0,62 |
| Шлак гранулир. 75 жидкое стекло 22,5 Na2H2SiO4·8H2O 2,5 |
6,21 | 0,82 | 0,76 |
| Проппант - 60 жидкое стекло - 40 | 6,42 | 0,81 | 0,72 |
| Проппант - 55 жидкое стекло - 35 избыточный ил - 10 |
7,91 | 0,86 | 0,82 |
Как видно из табл.1, наибольшее значение предела прочности при сжатии наблюдается у составов на основе битумно-щебеночно-гравийной смеси, однако данный состав обладает относительно невысоким коэффициентом морозостойкости. Предлагаемая смесь при достаточно больших значениях предела прочности и коэффициента водостойкости обладает высокими показателями морозостойкости, даже после 10 циклов замораживания.
Пример 2. Для проведения опыта готовили предлагаемую дорожную смесь с различным процентным содержанием входящих компонентов: регенерированный проппант, натриевое жидкое стекло, избыточный ил биологических очистных сооружений. Полученные смеси сравнивали по основным показателям качества дорожных покрытий и оснований (табл.2).
| Таблица 2 | |||||
| Составы и физико-механические показатели образцов дорожных смесей | |||||
| Состав смеси, мас.% | Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, при 20°С, МПа | Коэффициент водостойкости после 15-суточного насыщения в воде | Коэффициент морозостойкости после 10 циклов замораживания (t=-5°C) | ||
| Проппант | Жидкое стекло | Избыточный ил | |||
| 45 | 45 | 10 | 6,12 | 0,89 | 0,83 |
| 50 | 40 | 10 | 7,43 | 0,88 | 0,83 |
| 55 | 35 | 10 | 7,91 | 0,86 | 0,82 |
| 60 | 30 | 10 | 7,78 | 0,79 | 0,78 |
| 65 | 25 | 10 | 4,25 | 0,67 | 0,55 |
Как видно из табл.2, наибольшие значения предела прочности при сжатии наблюдаются при содержании проппанта 50-60 мас.%, при этом увеличение в составе доли жидкого стекла приводит к повышению значений коэффициентов водостойкости и морозостойкости.
Таким образом, оптимальной является дорожная смесь следующего состава, мас.%: проппант 50-60, жидкое стекло 30-40, избыточный ил 10.
Дорожная смесь, содержащая минеральный наполнитель, натриевое жидкое стекло, добавку, повышающую прочность и улучшающую реологию состава, отличающаяся тем, что содержит в качестве минерального наполнителя отработанный и регенерированный проппант, в качестве добавки, повышающей прочность и улучшающей реологию состава, избыточный ил биологических очистных сооружений, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| регенерированный отработанный проппант | 50-60 |
| натриевое жидкое стекло | 30-40 |
| указанный ил | 10 |
