Композиция для устройства оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений

Изобретение относится к строительству, а также утилизации крупнотоннажных отходов гидролизного производства, и может быть использовано для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений. Техническим результатом является повышение прочности дорожно-строительного материала, содержащего отходы гидролизного производства, что позволит расширить сырьевую базу для дорожного строительства и решить острые экологические проблемы. Композиция для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений содержит песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм; минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками; гидролизный лигнин; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата при следующем соотношении компонентов, мас. %: песок из отсевов дробления - 82-85; гидролизный лигнин - 5-2; портландцемент - 8-6; полимерный композит - 0,4-0,8 (сверх 100%); вода - 5-7. 1 табл.

 

Изобретение относится к строительству, а также утилизации крупнотоннажных отходов гидролизного производства, и может быть использовано для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений.

В настоящее время в дорожном строительстве широкое распространение получили комплексные методы укрепления грунтов с использованием минеральных или органических вяжущих и стабилизирующих добавок целевого назначения. Введение в состав дорожно-строительных композиций, на основе грунта, отходов производства является экономически целесообразным и позволяет получать материал с заданными эксплуатационными характеристиками.

Известна полимербетонная смесь, содержащая карбамидную смолу, фосфогипс, андезит молотый, щебень гранитный, песок кварцевый и отвердитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения удобоукладываемости и снижения усадки, она содержит в качестве отвердителя лигнин при следующем соотношении компонентов, вес. %: карбамидная смола - 10-12; фосфогипс - 12-14; андезит молотый - 4-5; щебень гранитный - 45-47; песок кварцевый - 20-23; лигнин - 2-3 (авторское свидетельство СССР №551298, опубл. 25.03.1977 г., Бюл. №11). Данная полимербетонная смесь характеризуется сравнительно высокими значениями прочности, однако фосфогипс является токсичным веществом, что ограничивает области применение смеси в дорожном строительстве.

Известна композиция, преимущественно для дорожных и мостовых покрытий, которая может быть использована при устройстве облегченных дорожных и мостовых покрытий (авторское свидетельство СССР №876600, опубл. 30.10.1981 г., Бюл. №40). Композиция, преимущественно для дорожных и мостовых покрытий, включающая 60-70%-ный водный раствор мочевиноформальдегидной смолы и гидролизный лигнин, отличается тем, что с целью повышения прочности и снижения водопоглощения, она дополнительно содержит сульфитно-спиртовую барду и солянокислый анилин при следующем соотношении компонентов, мас. %: 60-70%-ный водный раствор мочевиноформальдегидной смолы - 32,9-59,0; гидролизный лигнин - 20,3-32,9; сульфитно-спиртовая барда - 18,0-32,8; солянокислый анилин - 1,4-2,7. Недостатком указанной композиции, преимущественно для дорожных и мостовых покрытий является наличие в составе токсичного солянокислого анилина, что также ограничивает области применения данной композиции, являющейся экологически небезопасной.

Наиболее близкой по техническому решению, принятой за прототип, является смесь для укрепления откосов и устройства оснований автомобильных дорог (авторское свидетельство СССР №1609839, опубл. 30.11.1990 г., Бюл. №44), содержащая, мас. %: цемент - 5-9; асфальт деасфальтизации - 3-5; гидролизный лигнин - 1-2; грунт - остальное. Недостатком данной смеси является невысокие прочностные характеристики.

Задачей изобретения является повышение прочности дорожно-строительного материала, содержащего отходы гидролизного производства, что позволит расширить сырьевую базу для дорожного строительства и решить острые экологические проблемы.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемой композиции для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений содержатся: песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм; минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016; гидролизный лигнин; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

песок из отсевов дробления	82-85
гидролизный лигнин	5-2
портландцемент	8-6
полимерный композит	0,4-0,8 (сверх 100%)
вода	5-7

Достижение указанного технического результата обусловлено улучшением адгезионных контактов между частицами песка из отсевов дробления и гидролизного лигнина в коллоидно-химической системе, а также образованием межмолекулярных водородных связей в полимерном композите.

Характеристика исходных материалов:

1. Песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм;

2. Гидролизный лигнин со средним размером частиц 0,67 мм, плотностью - 0,94 кг/м, коэффициентом пористости - 4,19, влажностью - 65%.

3. Минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016: тип ЦВМ II; класс прочности - 32,5; быстротвердеющий.

4. Полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата (синтезирован в воде при 60°С; массовое соотношение ПАВ-3:7).

5. Вода по ГОСТ 23732-2011.

Композиция для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений разработана в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы песка из отсевов дробления с учетом оптимальной влажности. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись прочностные характеристики.

Пример. В воздушно-сухую смесь песка из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм и гидролизного лигнина вносили портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016. Состав смеси, мас. %: песок из отсевов дробления - 82-85; гидролизный лигнин - 5-2; вяжущее - 8-6. Затем смесь перемешивали вручную и вводили полимерный композит (0,4-0,8 мас. % сверх 100%), растворенный в оптимальном количестве воды (5-7 мас. %), после чего снова перемешивали. Из полученной смеси каждого вида изготавливали образцы в соответствии с ГОСТ 23558-94. Прочностные характеристики получены на образцах, подвергнутых полному водонасыщению. Анализ физико-механических характеристик образцов проводили через 28 суток.

Физико-механические характеристики образцов приведены в таблице 1. Введение в состав полимерного композита в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата) позволяет получить материал с оптимальными для дорожного строительства прочностными характеристиками в соответствии с ГОСТ 23558-94.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая композиция для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений позволяет получать дорожно-строительный материал с прочностью при сжатии 3,40-4,00 МПа при содержании гидролизного лигнина - 2 мас. % и вяжущего 6-8 мас. %, соответственно. По прототипу получен материал с прочностью при сжатии 1,61 МПа при содержании вяжущего 8 мас. % и 2,11 МПа - при содержании вяжущего 6 мас. %, при этом доля гидролизного лигнина составляла 2 мас. %. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемой композиции для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений с прототипом и другими аналогичными техническими решениями в данной области не позволили выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой композиции для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получать дорожно-строительный материал для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений с прочностью при сжатии 2,8-4,0 МПа.

Композиция для устройства слоев оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений содержит песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм; минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками (класс прочности – 32,5; быстротвердеющий); гидролизный лигнин; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

песок из отсевов дробления	82-85
гидролизный лигнин	5-2
портландцемент	8-6
полимерный композит	0,4-0,8 (сверх 100%)
вода	5-7