Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог
Владельцы патента RU 2771804:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) (RU)
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления глинистых грунтов при возведении оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог. Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог содержит, мас.%: техногенный грунт - вскрышные породы с содержанием глинистых частиц не менее 16% 60-70, механоактивированную золу уноса сухого улавливания 10-20, минеральное вяжущее - быстротвердеющий портландцемент с минеральными добавками - класс прочности 32,5 6-8, воду 12-14, полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата 0,5-0,8 сверх 100%. Технический результат – повышение прочности при сжатии и растяжении при изгибе дорожно-строительного материала, снижение антропогенного воздействия отходов – вскрышных пород и отходов теплоэнергетики на природные экосистемы. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления глинистых грунтов при возведении оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог.
Известна дорожная смесь для устройства оснований и морозозащитных слоев дорожных одежд (SU 481661, опубл. 25.08.1975 г.), содержащая грунт, цемент, пластифицирующую добавку, в качестве которой использован дивинилстирольный латекс, и воду при следующем соотношении компонентов, вес. ч.: грунт 100; цемент - 4-8; дивинилстирольный латекс - 2-4; вода - 5-20 в соответствии с оптимальной влажностью исходного грунта. Дорожная смесь обладает повышенной деформационной способностью.
Основным недостатком состава является недостаточная морозостойкость, что ограничивает возможности его использования в качестве покрытия переходного типа, а также высокая стоимость пластифицирующей добавки.
Известен состав для укрепления связного грунта (SU 883143, опубл. 23.11.1981 г.), включающий нефть, добавку и воду, где в качестве добавки используется кремнефтористый натрий, при соотношении ингредиентов, мас. %: нефть 25-40; кремнефтористый натрий 15-30; вода - остальное.
Недостатком состава является недостаточная прочность и водостойкость укрепленного грунта, а также необходимость введения в грунт высокотоксичной нефти и кремнефтористого натрия.
Известен укрепленный грунт для дорожного строительства, содержащий природный грунт и вяжущее, включающее водный раствор поливинилового спирта (патент RU №2324784, опубл. 2008 г.).
Недостатком такого укрепленного грунта для дорожного строительства является то, что введение в грунт 3-5% водного раствора поливинилового спирта в количестве, равном объему наполнителя в плотном сложении не приводит к повышению необходимой прочности, а увеличивает только морозостойкость. Кроме того, технология получения такого укрепленного грунта, включающая уплотнение сырьевой смеси и нагрев до 150 градусов, является трудоемкой и экономически невыгодной.
Наиболее близкой по техническому решению, принятой за прототип, является грунтовая смесь для дорожного строительства (патент РФ №2296831, опубл. 10.04.2007 г.), включающая нефтесодержащие отходы, минеральное вяжущее и добавку, в качестве нефтесодержащих отходов содержит нефтезагрязненный грунт, в качестве минерального вяжущего -портландцемент, в качестве добавки - лигносульфонаты технические порошкообразные, при следующем соотношении, мас. %: нефтезагрязненный грунт - 79,60-85,72; портландцемент - 14-20; лигносульфонаты технические порошкообразные - 0,28-0,4.
Недостатком данной смеси является необходимость введения от 14 до 20% вяжущего, что является экономически нецелесообразным.
Задачей изобретения является получение дорожно-строительного материала на основе техногенного грунта (вскрышных пород) и отходов теплоэнергетики с маркой по прочности Μ 40, что позволит снизить антропогенное воздействие отходов ГПК и ТЭК на природные экосистемы.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом укрепленном грунте для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог содержится техногенный грунт (вскрышные породы) с содержанием глинистых частиц не менее 16%; механоактивированная зола уноса сухого улавливания; минеральное вяжущее -портландцемент с минеральными добавками (класс прочности 32,5, быстротвердеющий); полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата; вода, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| вскрышные породы | 60-70 |
| механоактивированная зола уноса | 10-20 |
| портландцемент | 6-8 |
| полимерный композит | 0,5-0,8 (сверх 100%) |
| вода | 12-14 |
Достижение указанного технического результата обусловлено нанотехнологическим преобразованием структуры, достигаемым в процессе механической активации, а также образованием межмолекулярных водородных связей при взаимодействии поли(1-карбамоилэтилена) с продуктами гидролиза поливинилацетата, что способствует равномерному распределению и закреплению связующего. Использование механоактивированной золы уноса и полимерного композита в составе дорожно-строительного материала позволяет повысить предел прочности при сжатии и на растяжение при изгибе. Характеристика исходных материалов:
1. Техногенный грунт - вскрышные породы с содержанием глинистых частиц не менее 16%.
2. Зола уноса сухого улавливания, тип - кислая, содержание оксида кальция (СаО) - не более 10%, подвергнутая механической активации в течение 1 минуты.
3. Минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками: класс прочности - 32,5; быстротвердеющий.
4. Полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата (синтезирован в воде при 60°С; массовое соотношение ПАВ - 3:7).
5. Вода по ГОСТ 23732-2011.
Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог разработан в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы техногенного грунта, состоящего из вскрышных пород, и механоактивированной золы уноса с учетом оптимальной влажности. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись прочностные характеристики.
Пример. В воздушно-сухую смесь техногенного грунта - вскрышных пород и механоактивированной золы уноса (время механоактивации 1 минута) вносили вяжущее - портландцемент с минеральными добавками. Состав смеси, мас. %: вскрышные породы - 60-70; механоактивированная зола уноса - 20-10; портландцемент - 8-6. Затем смесь перемешивали вручную и вводили полимерный композит (0,5-0,8 мас. % сверх 100%), растворенный в оптимальном количестве воды (12-14 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. Показано, что применение полимерного композита на основе поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата, а также механоактивированной золы уноса (за счет изменения реакционной способности твердых частиц под действием механических сил, сопровождающееся образованием новой поверхности) позволяет получить дорожно-строительный материал с маркой по прочности Μ 40 в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог имеет прочность при сжатии 4-4,3 МПа и растяжении при изгибе 1,8-1,9 МПа при содержании вяжущего 6-8 мас. %. По прототипу прочность при сжатии 1,6 МПа и растяжении при изгибе 1,24 МПа достигнута при содержании вяжущего 8 мас. %. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемого укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог 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 заявляемого укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет утилизировать вскрышные породы и золы уноса в составах укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог и получать дорожно-строительный материал с прочностью при сжатии 4-4,3 МПа и прочностью на растяжении при изгибе 1,8-1,9 МПа в соответствии с ГОСТ 23558-94.
Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог содержит техногенный грунт - вскрышные породы с содержанием глинистых частиц не менее 16%, механоактивированную золу уноса сухого улавливания, минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками - класс прочности 32,5, быстротвердеющий, полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата, воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| вскрышные породы | 60-70 |
| механоактивированная зола уноса | 10-20 |
| портландцемент | 6-8 |
| полимерный композит | 0,5-0,8 сверх 100% |
| вода | 12-14 |
