Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды на основе золы от сжигания осадков сточных вод
Владельцы патента RU 2471913:
Салминен Эро Ойвович (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" (RU)
Зубова Оксана Викторовна (RU)
Бессараб Геннадий Александрович (RU)
Суворова Назия Ахадовна (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к дорожным смесям и способам укрепления грунтов, пригодным для конструктивных слоев дорожных одежд. Технический результат: повышение прочности, водопоглощения. Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды состоит в том, что смешивают (мас.%) 30-70 золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с природным песком фракции 0-5 мм (остальное), 6-10 минерального вяжущего материала - цемента марки не ниже М400 или тонкомолотой негашеной извести с активностью не менее 60 мас. % по содержанию CaO и MgO, увлажняют минеральную смесь водой, перемешивают с последующей обработкой 4-8 жидкого битума СГ 90/130, разжиженного в соотношении 1:1 по массе и уплотняют с нагрузкой 30 МПа. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 прим.
Изобретение относится к области строительства, в частности к дорожным смесям и способам укрепления грунтов, пригодным для конструктивных слоев дорожных одежд.
Известен «Способ утилизации зол уноса жидкими растворами фитозана и танина» (DE 4141889 A1, 24.06.1993).
Данный способ основан на связывании различных тяжелых металлов и других вредных веществ с помощью фитозана и танина (5-20%) в сложные органические соединения, что решает утилизацию отходов типа золы уноса ТЭС.
Однако использование данной смеси в дорожных конструкциях невозможно из-за низких показателей физико-механических свойств.
Известен «Способ закрепления грунтов» (RU 2148689 C1, 10.05.2000).
Данный способ основан на использовании наполнителей - брикетов, полученных прессованием смеси шлама водоочистки ТЭС, обработанной 10-15% цемента и известкового вяжущего - 2%, смешанных с грунтом в соотношении 3:1:6.
Недостатком известного способа закрепления грунтов является сложность технологии получения известкового вяжущего (высушивание, обжиг и измельчение смеси карбонатного шлама ТЭС с хлористым кальцием), а также формирование брикетов методом прессования.
Известна «Асфальтобетонная смесь» (патент RU 2204539 С2, 20.05.2003) в соотношении компонентов, мас.%:
- известняковый щебень фракции 2-20 мм - 30-45;
- нефтяной вязкий битум - 5-6;
- зола уноса с электрофильтра ТЭС - 3-8;
- кубовый остаток - 0,5-1,75 от массы битума;
- песок фракции до 5 мм - остальное.
Данная смесь является прототипом предлагаемого способа, обеспечивает следующие свойства дорожного материала (прочность при сжатии образцов при 20°C R20C, МПа не менее 4,56; водонасыщение - 1,97%; коэффициент водостойкости - 0,98 и при длительном водонасыщении - 0,75).
Высокие показатели известковой смеси достигаются за счет введения полимерных добавок к битуму и наличия в смеси известнякового щебня, обеспечивающих условия активных процессов структурообразования. Однако использование золы уноса в количестве 3-8% вместо минерального порошка является недостаточным для утилизации отхода от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с экологической стороны в достаточной мере.
Известно «Вяжущее для закрепления грунта» (АС СССР 384974, Е02D 3/14, 1973).
Данный способ закрепления грунта основан на использовании известково-битумного вяжущего (паста) и золы уноса ТЭС.
Недостатком данного способа является то, что полученный материал имеет низкие прочностные и деформативные характеристики.
Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является «Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона» (патент RU 2148050, C04B 38/02, 27.04.2000).
Смесь относится к производству строительных материалов, содержит зольный компонент, портландцемент и алюминиевую пудру, в качестве зольного компонента содержит золу от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с удельной поверхностью 400-600 м2/кг, насыпная плотность 600-800 кг/м3 и содержанием SiO2 - 1,5-2,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола - 38,4-61,4; портландцемент - 38,4-61,4; алюминиевая пудра - остальное.
Технический результат: утилизация отходов городского коммунального хозяйства в строительной отрасли. Материал из данной смеси обладает высокой прочностью, достигаемой значительным расходом вяжущего - портландцемента, что экономически невыгодно для дорожного строительства. Бетон изготовленный из данной сыревой смеси обладает значительным водопоглощением и имеет относительно низкую морозостойкость, что ограничивает его использование в дорожных конструкциях.
В нашем предлагаемом способе используют смесь золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства) мас.% - 30-70 и минерального природного песка - остальное, что позволяет утилизировать значительные объемы отходов городского хозяйства. В качестве вяжущих материалов используют негашеную известь (цемент марки М400) и битум марки СГ 90/130, разжиженный в соотношении 1:1 по массе. После внесения в золопесчаную смесь минеральных вяжущих - негашеной извести (цемента) ее увлажняют, что обеспечивает нормальное протекание реакций адсорбции и хемосорбции, в процессе химического взаимодействия зерен извести (цемента) с компонентами золы и песка при структурообразовании материала.
Это достигается тщательным перемешиванием компонентов и равномерным распределением мелкодисперсных частиц Ca(OH)2 процессов гидролиза и гидратации в золопесчаной смеси, что обеспечивает нормальное протекание реакций взаимодействия аморфного кремнезема SiO2, окислов алюминия и тяжелых металлов, находящихся в золе с образованием на их основе водонерастворимых соединений типа гидроалюмосиликатов кальция.
Предлагаемый способ получения дорожно-строительного материала позволяет снизить вымываемость тяжелых металлов золы на порядок и обеспечить его допустимые значения ПДК.
Последующее введение битума, равномерно распределенного по зологрунтовой смеси, обеспечивает повышение водостойкости материала за счет гидрофобизации структурных связей частиц и конгломератов материала.
Введение в смесь зологрунта минерального вяжущего, увлажнение и затем жидкого битума и его равномерное распределение, обусловленное механическим перемешиванием и физическим воздействием, позволяет протекать активным химическим реакциям между компонентами битума (асфальтенами, асфальтогеновыми кислотами, смолами и др.) и появления в структуре материала высокомолекулярных соединений водостойкого типа.
Уплотнение смеси приводит к сближению центров кристаллизации, увеличение контактов частиц и новообразований приводит к росту реакций полимеризации и поликонденсации, процессам физической адсорбции и обеспечивает получение нового, прочного и водоусточивого дорожностроительного материала.
Важным отличием предлагаемого способа является использование значительного объема утилизации золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства), небольшой расход традиционных вяжущих (цемент, негашеная известь, битум), обязательное увлажнение смеси до оптимального значения и простота технологических операций получения материала.
Пример.
Для экспериментальной проверки заявленного способа были подготовлены варианты смесей из вышеуказанных компонентов. Смесь из золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства, природного песка фракции 0-5 мм и негашеной извести увлажняли при непрерывном перемешивании (1-2 мин) до образования однородного состава. После чего вводили жидкий битум марки СГ 90/130 (разжиженный в соотношении 1:1 по массе). Смесь вновь перемешивали, выдерживали 2 часа и затем из смеси изготовляли образцы диаметром и высотой 50 мм под давлением 30 МПа.
Результаты сравнительного анализа приведены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Состав смеси для дорожного строительства | ||||||||||
| №, п/п | Компоненты смеси | Содержание компонентов, мас.% | ||||||||
| Номер смеси | ||||||||||
| Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| 1 | Битум жидкий | - | 8 | 8 | 8 | 6 | 8 | 8 | 6 | 6 |
| 2 | Нефтяной вязкий битум | 5-6 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 3 | Известь негашеная | - | 6 | 6 | 6 | 8 | - | - | - | 10 |
| 4 | Цемент М400 | - | - | - | - | - | 6 | 6 | 6 | - |
| 5 | Зола уноса ТЭС | 3-8 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 6 | Зола - продукт сжигания осадков сточных вод | - | 30 | 50 | 70 | 30 | 40 | 50 | 50 | 100 |
| 7 | Кубовый остаток | 0,5-1,75 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 8 | Известняковый щебень фр. 5-20 мм | 30-45 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 9 | Природный песок фракции 0-5 мм | ОСТАЛЬНОЕ |
| Таблица 2 | |||||
| Физико-механические свойства смесей | |||||
| №№ смеси п/п | Показатели свойств | ||||
| Предел прочности при сжатии, Rсж вн, МПа | Водопоглощение, Wвп, % | Коэффициент водостойкости, доли ед. | Коэффициент морозостойкости, доли ед. | Суммарное содержание тяжелых металлов в вытяжке, мг/л | |
| Прототип | 4,56 | 1,97 | 0,75 | - | - |
| 1 | 9,0 | 0,73 | 0,83 | 0,83 | - |
| 2 | 9,1 | 0,30 | 0,88 | 0,92 | 0,077 |
| 3 | 7,1 | 4,51 | 0,78 | 0,82 | - |
| 4 | 10,5 | 0,24 | 0,87 | 0,84 | - |
| 5 | 7,3 | 1,02 | 0,77 | 0,81 | - |
| 6 | 8,1 | 4,3 | 0,91 | 0,80 | - |
| 7 | 8,8 | 3,0 | 0,85 | 0,82 | - |
| 8 | 9,0 | 16,3 | 0,72 | 0,55 | - |
| Зола | - | - | - | - | 0,670 |
1. Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды, состоящий в том, что смешивают (мас.%) 30-70 золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с природным песком фракции 0-5 мм (остальное), 6-10 минерального вяжущего материала - цемента марки не ниже М400 или тонкомолотой негашеной извести с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, увлажняют минеральную смесь водой, перемешивают с последующей обработкой 4-8 жидкого битума СГ 90/130, разжиженного в соотношении 1:1 по массе и уплотняют с нагрузкой 30 МПа.
2. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют тонкомолотую негашеную известь с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, смесь после введения всех вяжущих выдерживают не менее 2 ч до момента уплотнения.
3. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют цемент марки не ниже М400.
4. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают в механической мешалке в течение 1-2 мин.
5. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают на дороге фрезой до получения однородного состава.
6. Способ по п.1, в котором в качестве органического вяжущего материала используют жидкий битум в составе 50% битума и 50% разжижителя по массе, приготовленного смешиванием в подогретом состоянии при температуре 80-100°C.
