Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна



Владельцы патента RU 2757238:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (RU)

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для создания функциональных слоев земляного полотна путем комплексного укрепления местных грунтов при строительстве автомобильных и железных дорог. Технический результат - повышение физико-механических характеристик композиции для устройства функциональных слоев земляного полотна. Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна содержит, мас.%: песок 82-85; комплексное вяжущее 8-10; воду остальное. Комплексное вяжущее получено совместным помолом портландцементного клинкера, гипса, анионного олигомера - добавки Melment F10, волластонита, активного кремнезема с удельной поверхностью 450 м2/кг при их массовом соотношении 17:1:0,2:1,7:0,1 соответственно. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для создания функциональных слоев земляного полотна путем комплексного укрепления местных грунтов при строительстве автомобильных и железных дорог. К функциональным слоям относятся: морозозащитный слой, теплоизолирующий слой, рабочий слой - для автомобильных дорог; защитный слой - для железных дорог.

Известен «Состав для дорожного строительства», который содержит масс. %: портландцемент - 6-12, заполнитель - 72-88, октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана - 0,005-0,04, водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/ карбоксилатный полиэфир - 0,02-0,20, - вода -4,83-17,94. [Патент RU на изобретение №2603682 опубл. 27.11.2016 Бюл. №33].

Недостаткам данного изобретения являются невысокие физико-механические показатели состава. На снижение качества конечного материала влияет применение эмульсии октилтриэтоксисилана и полимера, их использование в жидком виде требует дополнительной корректировки смеси из-за естественной влажности грунта, что так же отрицательно сказывается на качестве конечного продукта.

Наиболее близким к заявляемому изобретению техническим решением, принятому за прототип, является «Композиция для устройства оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений», содержащая песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм (грунт); 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, масс. %: песок из отсевов дробления - 82-85; гидролизный лигнин - 5-2; портландцемент - 8-6; полимерный композит - 0,4-0,8 (сверх 100%); вода - 5-7. [Патент RU на изобретение №2726094 опубл. 09.07.2020 Бюл. №19].

К недостатку данной композиции относится то, что она обладает низкими физико-механическими показателями. Также полимерный композит, входящий в состав композиции, находится в жидком состоянии, однако достаточно часто при строительстве земляного полотна увлажнять грунт не требуется, т.к. влажность грунта уже близка к оптимальной, соответственно снижается качество композиции и усложняется ввод данного полимерного композита при выполнении строительных работ.

Изобретение направлено на повышение физико-механических характеристик композиции (дорожно-строительного материала) для устройства функциональных слоев земляного полотна за счет применения комплексного вяжущего, полученного совместным помолом портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения и качественного введения полимерной составляющей в его состав.

Это достигается тем, что композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна содержит грунт, вяжущее и воду. В качестве грунта используют песок. В качестве вяжущего используют комплексное вяжущее, полученное совместным помолом портландцементного клинкера, гипса, анионного олигомера - добавки Melment F10, волластонита, активного кремнезема, с удельной поверхностью 450 м2/кг при их массовом соотношении 17:1:0,2:1,7:0,1 соответственно. Соотношение компонентов заявляемой композиции составляет, масс. %:

песок 82-85,
комплексное вяжущее 8-10,
вода остальное.

Достижение указанного технического результата обусловлено, большой однородностью и плотностью структуры дорожно-строительного материала с большим количеством новообразований гидросиликатов кальция в виде сеток и столбчатых продолговатых кристаллов за счет применения комплексного вяжущего и большей прочностью контактной зоны между частицами кварца с продуктами гидратации как комплексного вяжущего, так и их взаимодействия с глинистыми частицами песка.

Характеристика исходных материалов:

1. Песок по ГОСТ 25100-2011;

2. Комплексное вяжущее, в виде механоактивированной порошковой смеси (МПС), состоящее из:

- портландцементного клинкера (К) по ГОСТ 31108-2016,

- гипса (Г) по ГОСТ 4013-2019,

- анионного олигомера - добавки Melment F10 (Д) по ГОСТ 24211-2008,

- природного минерала волластонита (В) с химической формулой CaSiO3,

- активного кремнезема (АК) по ГОСТ 9428-73 (активировано (помол) в шаровой мельнице до удельной поверхности 450 м2/кг; массовое соотношение материалов: К:Г:Д:В:АК=17:1:0,2:1,7:0,1)

3. Вода по ГОСТ 23732-2011.

Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна транспортных объектов разработана в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55224-2012 и ГОСТ 23558-94. Процентный состав композиции был установлен опытным путем на основании результатов определения физико-механических характеристик полученного дорожно-строительного материала (табл. 1).

Для расчета необходимого количества воды в композиции определялась максимальная плотность и оптимальная влажность согласно ГОСТ 22733-2016. Предварительно песок высушивался до воздушно-сухого состояния. Затем в высушенный грунт вводили приготовленное комплексное вяжущее в виде МПС в количестве от 7 до 10% с шагом в 1%. МПС готовилась заранее в шаровой мельнице совместным помолом портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения: гипса, анионного олигомера - добавки Melment F10, природного минерала волластонита, активного кремнезема. Производили перемешивание композиции и доводили грунт до оптимальной влажности. Из полученной смеси изготавливали образцы в соответствии с ГОСТ 23558-94. По истечению срока твердения композиция была испытана на прочность, морозостойкость при разных режимах водонасыщения по ГОСТ 30491-2012. Результаты испытаний в сопоставлении с данными прототипа представлены в таблице 1.

Пример использования представлен на составе №4 (таблица 1): Брали 10 кг песка с оптимальной влажностью 7%. Высушили песок до влажности 0%, ввели в песок 1,20 кг комплексного вяжущего в виде МПС. МПС приготовили заранее в шаровой мельнице совместным помолом 1 кг портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения: гипса - 0,06 кг, анионного олигомера - добавки Melment F10 -0,016 кг, природного минерала волластонита - 0,113 кг, активного кремнезема - 0,008 кг. Перемешали песок и комплексное вяжущее и добавили 0,84 кг воды. Согласно требованиям ГОСТ 30491-2012 методом прессования изготовили образцы цилиндрической формы и балочки в виде призм по три партии каждого состава. Полученные образцы твердели при температуре воздуха 20±2°С, влажности - не менее 95% в течение 28 суток. После окончания срока твердения образцы композиции были испытаны на прочность, морозостойкость при полном и капиллярном режиме водонасыщения. Предел прочности на сжатие - 4,47-4,82 МПа (капиллярное водонасыщение); 4,05-4,57 МПа (полное водонасыщение). Предел прочности на растяжение при изгибе - 1,26-1,46 МПа (капиллярное водонасыщение); 0,75-0,82 МПа (полное водонасыщение). Морозостойкость - 20 циклов (капиллярное и полное водонасыщение).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна автомобильных и железных дорог позволяет получить дорожно-строительный материал с высокими физико-механическими показателями. Ее преимуществами являются небольшое число компонентов, стабильность введения полимерной составляющей, т.к. она уже входит в состав комплексного вяжущего. Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна автомобильных и железных дорог обладает следующими характеристиками: прочность на сжатие - 4,00- 5,38 МПа; прочность на растяжение при изгибе - 0,59-1,36 МПа; морозостойкость - 20 циклов - при содержании комплексного вяжущего 8-10 масс. %, а исходного грунта 82-85 масс. %. По прототипу получен материал с прочностью на сжатие 2,80-4,00 МПа, морозостойкостью 15 циклов (сравниваются сопоставимые результаты при полном режиме водонасыщения). Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не подтвердило наличие в последних признаках, совпадающих с его отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Таким образом, использование предлагаемой композиции для устройства функциональных слоев земляного полотна позволит получить дорожно-строительный материал с точным содержанием добавок различного функционального назначения, ввод которых не будет требовать особенную технологию строительства; обладающего прочностью на сжатие - 4,00- 5,38 МПа, прочностью на растяжение при изгибе - 0,59-1,36 МПа, и морозостойкостью 20 циклов.

Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна, содержащая грунт, вяжущее и воду, отличающаяся тем, что в качестве грунта используют песок, в качестве вяжущего используют комплексное вяжущее, полученное совместным помолом портландцементного клинкера, гипса, анионного олигомера - добавки Melment F10, волластонита, активного кремнезема с удельной поверхностью 450 м2/кг при их массовом соотношении 17:1:0,2:1,7:0,1 соответственно, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

песок 82-85
комплексное вяжущее 8-10
вода остальное.



 

Похожие патенты:
Группа изобретений относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов при создании оснований для различных плоскостных и линейных объектов: верхние и нижние слои оснований дорожных одежд капитального типа, покрытия и основания облегченного и переходного типа, морозозащитные слои дорожных одежд, верхние части рабочего слоя земляного полотна автомобильных дорог, железные и грунтовые дороги.

Изобретение относится к области строительства, а именно для укрепления и защиты грунтов в поверхностной части насыпных сооружений для восстановления или увеличения их прочности. Способ защиты грунтов от эрозии, включающий пропитку грунта водным раствором поливинилового спирта с последующим перемешиванием пропитанного криогелем грунта при помощи средств механизации.

Группа изобретений относится к строительству, а именно к упрочнению скального грунта путем инъекции в скальный грунт затвердевающего водно-цементного раствора с использованием операции бурения скважины, технологически совмещенной с операцией инъекции. Буровой инъектор для цементации скального грунта содержит подающую трубу, нижний конец которой выполнен с выпускным отверстием для подачи водно-цементного раствора в зону цементации, и защитную трубу, на нижнем конце которой установлен буровой наконечник, а верхний конец выполнен открытым, и раздуваемый рукав с манжетами на концах, при помощи которых рукав установлен на подающей трубе так, что часть этой трубы находится внутри рукава с образованием соответствующего кольцевого пространства, в области которого в боковой стенке подающей трубы выполнены сквозные отверстия, предназначенные для подачи водно-цементного раствора в указанное кольцевое пространство для формирования в этом пространстве пакера в процессе цементации скального грунта, при этом подающая труба вместе с указанным рукавом расположена внутри защитной трубы и соединена своим нижним концом с нижним концом защитной трубы при помощи разъемного соединения, способного передавать вращательный момент от подающей трубы к буровому наконечнику.

Изобретение относится к усилению железнодорожного земляного полотна на участках в зоне примыкания к искусственным сооружениям и может найти применение на строящихся участках железнодорожных магистралей, а также при неотложных и планово-предупредительных работах на эксплуатируемых участках пути. Способ усиления земляного полотна железнодорожного пути в зоне примыкания к искусственному сооружению включает нагнетание твердеющего раствора с двух сторон земляного полотна под наклоном к горизонтальной плоскости с образованием упрочняющей опорной системы, предварительно осуществляют нагнетание твердеющего раствора посредством погружения инъекторов по контуру габарита приближения строения вертикально, а нагнетание твердеющего раствора под наклоном производится инъекторами, погружаемыми вне зоны габарита приближения строения, с постепенной проработкой грунтов земляного полотна до глубины: hi=z ⋅ (1-li/L), где: z – мощность рабочей зоны земляного полотна; li – расстояние до искусственного сооружения; L – длина переходного участка, а мощность рабочей зоны земляного полотна определяют по формуле: , где: σ0-р – напряжения на основной площадке в подрельсовом сечении на глубине h0 от подошвы шпалы; σi-р – напряжения в земляном полотне на глубине hi от подошвы шпалы; λр – коэффициент затухания, зависящий от скорости подвижного состава.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности, к изоляции грунтовых вод и природного грунта, локализованных под заглубленными и подземными объектами хранения, и захоронения отходов различного класса (бассейнами, амбарами, хранилищами, резервуарами, емкостями, бункерами, зданиями и сооружениями) от попадания загрязняющих веществ.
Группа изобретений относится к дорожному строительству, а именно к укреплению несущего слоя грунта при строительстве оснований дорог, зданий, тротуарных дорожек, пригодно для использования на песчаных, супесчаных и глинистых грунтах в комбинации с другими материалами, например асфальтовым гранулятом, а также без него.
Заявленная группа изобретений относится к строительству. В связи с интенсивным освоением подземного пространства в условиях плотной городской застройки в сложных гидрогеологических и горно-геологических условиях чрезвычайно актуальной становится проблема ликвидации активных водопроявлений как на стадии строительства, так и при эксплуатации подземных сооружений, и решается способом приготовления инъекционной смеси для цементационного закрепления грунтов, включающий приготовление водного раствора фосфата натрия, путем добавления в воду фосфата натрия в количестве 2…4% массовой доли, затем при непрерывном перемешивании в течение 120…150 сек приготавливают цементную смесь, путем введения в указанный водный раствор фосфата натрия портландцемента в количестве 50…60% массовой доли от массы получившегося водного раствора фосфата натрия, а затем при непрерывном перемешивании в течение 120…150 сек в приготовленную цементную смесь вводят водный раствор силиката натрия в количестве 6% от массовой доли получившейся цементной смеси.
Группа изобретений относится к промышленному и гражданскому строительству, а именно к укреплению грунта цементацией с введением в цементно-песчаный раствор полимерного состава для укрепления, состоящего из органических и неорганических веществ. Состав для укрепления грунта представляет собой водный раствор, при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсия акриловая 5 - 30, глицерин 2 - 5, битум нефтяной 0,01 - 0,5, полифосфат натрия 0,01 - 0,5, кальций хлористый 10 - 40, борная кислота 0,01 - 1, силикат натрия 2 - 10, вода до 100%.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления и стабилизации грунтов при создании грунтовых автомобильных дорог, при регенерации нижних (1-4 категории дорог) и верхних слоев (5-категория) асфальтобетона при реконструкциях и ремонтах дорожных одежд в ходе холодной регенерации и укрепления слоев, выполняемых из асфальтогранулята, щебня или песчано-гравийных смесей.

Изобретение относится к области геоморфологии и может быть использовано для укрепления стенок карстовых воронок, а на длительном промежутке времени при полном заполнении полости карстовой воронки минеральной грибной породой для ликвидации карстовых воронок. Способ укрепления стенок карстовой воронки с использованием спор гриба заключается в том, что наносят на открытую поверхность карстовой воронки по меньшей мере один слой субстрата, включающего смесь из доломитовой муки, опилок, глины и мха.
Группа изобретений относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов при создании оснований для различных плоскостных и линейных объектов: верхние и нижние слои оснований дорожных одежд капитального типа, покрытия и основания облегченного и переходного типа, морозозащитные слои дорожных одежд, верхние части рабочего слоя земляного полотна автомобильных дорог, железные и грунтовые дороги.
Наверх