Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства различных конструктивных слоев дорожных одежд. Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения содержит, мас.%: минеральную часть в виде щебня гранитного фр. 5-20 мм 48 и песка 41,5, вяжущее – портландцемент 7,3-8,9 и кислую топливную золу Троицкой ГРЭС 1,6-3,2, битумную эмульсию (сверх 100% от минеральной части) 1, воду (сверх 100% от минеральной части без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 4,2, водовяжущее соотношение 0,4. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. Технический результат – сохранение прочностных характеристик цементоасфальтобетона при замене части цемента кислой золой. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.

 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства различных конструктивных слоев дорожных одежд.

Из уровня техники известны различные композиции дорожно-строительных материалов, предназначенных для использования в качестве дорожного покрытия.

Из уровня техники известны различные композиции строительного назначения, предусматривающих сниженное содержание цемента за счет замены его части минеральными материалами из отходов производств, предназначенных, в том числе, и для устройства конструктивных слоев автомобильных дорог.

Известен состав композиционного вяжущего (по патенту № 2658416 МПК C04B 7/19, C04B 14/26, C04B 22/08, C04B 111/20, опубл. 21.06.2018) для получения строительных материалов различного назначения, в котором около 50 % цемента заменяется на минеральную добавку, включающую: доменный гранулированный шлак – 32-40; карбонатную муку – 4-8; карбонат калия – 6,8 -10,8; сухой суперпластификатор – 0,2. При этом смесь подвергают механохимической активации с измельчением ингредиентов до удельной поверхности 510-560 м2/кг. Несмотря на повышение физико-механических характеристик, композиционное вяжущее представляет собой много компонентную систему, к недостаткам которой следует отнести поиск и доставку нетрадиционного сырья для получения минеральной добавки, а так же затраты на механохимическую активацию.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является патент № 2436888 МПК Е01С 7/18, опубл. 2012.2011, (прототип). Состав цементоасфальтобетонной смеси включает: щебень фракции 5-20 мм – 48, песок – 41,5, портландцемент – 10,5, битумную эмульсию (сверх 100 % мин. части) – 1,0, вода – 4,2. Недостатком данной смеси является высокий расход цемента, обуславливающий высокую стоимость продукции.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение количества цемента в составе материала при сохранении прочностных характеристик, таких, как: трещиностойкость по пределу прочности при растяжении при расколе; водостойкость; предел прочности при растяжении при изгибе; модуль деформации; модуль упругости; снижение прочности при попеременном замораживании оттаивании за 50 циклов.

Задача решается за счёт замены части цемента (25 %) на кислую топливную золу, выступающую в роли пуццолановой добавки.

Технический результат от использования предлагаемого состава цементоасфальтобетона с пониженным содержанием цемента состоит в том, что под воздействием различных видов нагружений, при различных условиях, прочностные характеристики заявляемого цементоасфальтобетона практически не изменяются.

Сущностью изобретения является то, что состав цементоасфальтобетона включает минеральную часть в виде щебня и песка, цемента, кислой топливной золы, а также битумную эмульсию и воду, при этом, кислая топливная зола составляет не более 25 % от массы цемента в составе эмульсии. Таким образом, состав цементоасфальтобетонной смеси имеет следующее соотношение компонентов, мас.% (Таблица 1): щебень гранитный фр. 5-20 мм – 48; песок – 41,5; композиционное цементное вяжущее – 10,5, включающее портландцемент – 7,3-8,9 и кислую топливную золу Троицкой ГРЭС – 1,6-3,2; битумная эмульсия – 1 (сверх 100%); водоцементное соотношение – 0,4; вода (сверх 100% минеральной части без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) – 4,2.

Таблица 1

Наименование компонента Количество, %
Щебень 48
Песок 41,5
Портландцемент 7,3-8,9
Кислая топливная зола 1,6-3,2
Битумная эмульсия (сверх 100%) 1
Водовяжущее соотношение (без учета воды,
присутствующей в битумной эмульсии)
0,40

Состав цементоасфальтобетона

Заявляемая смесь готовится известным способом:

Для приготовления цементоасфальтобетонной смеси используют раздельно-последовательную технологию, в соответствии с которой предварительно готовят смесь минеральных компонентов (песок, цемент, кислая топливная зола). В отдельном смесителе готовят черный щебень, т.е. щебень смешивают с битумной эмульсией. Затем затворяют водой предварительно подготовленную смесь минеральных компонентов, добавляют черный щебень и перемешивают.

Для экспериментальной проверки прочностных показателей состава цементоасфальтобетонной смеси были подготовлены 4 состава цементоасфальтобетонной смеси (Таблица 2); сравнение проводили с ранее указанным ближайшим аналогом (патент № 2436888), состав которого взяли в пределах, указанных в его описании, мас.%: щебень фракции 5-20 мм – 48, песок – 41,5, портландцемент – 10,5, битумная эмульсия (сверх 100 % мин. части) – 1,0, вода – 4,2.

Таблица 2

Наименование
компонентов
Соотношение компонентов в составе цементоасфальтобетона, %
Ближайший аналог Состав №1 Состав №2 Состав №3 Состав №4
Щебень гранитный,
фр. 5-20 мм
48,00 48,00 48,00 48,00 48,00
Песок 41,50 41,50 41,50 41,50 41,50
Портландцемент 10,50 8,90 8,40 7,90 7,30
Кислая зола Троицкой ГРЭС 1,60 2,10 2,60 3,20
Битумная эмульсия 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Вода 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2
Примечание: - сумма минеральных компонентов смеси (100 %);
- битумная эмульсия (сверх 100 % минеральной части)

Вариативность составов цементоасфальтобетона в зависимости

от количества добавки для замены цемента

Физико-механические свойства определяли в соответствии с методиками ГОСТ 12801-98. Изготовленные образцы по прошествии 7 суток твердения в условиях абсолютной влажности испытывали на (таблица 3): предел прочности при растяжении при изгибе; водостойкость; модуль деформации; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов.

Таблица 3

Свойства Наименование состава цементоасфальтобетона:
Ближайший аналог Состав №1 Состав №2 Состав №3 Состав №4
Предел прочности на растяжение
при изгибе, МПа
3,84 3,81 3,65 3,79 2,99
Водостойкость 1,04 1,04 1,02 1,01 0,98
Модуль деформации, МПа: 1150 1130 1100 1110 940
Снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % 16,51 16,74 16,83 16,71 17,54

Характеристики цементоасфальтобетона с использованием кислой топливной золы Троицкой ГРЭС

Подготовка образцов и применяемое оборудование регламентируется ГОСТ 12801-98. Значения указанных характеристик цементоасфальтобетона определяли на образцах 4-х составов при следующем соотношении компонентов в составах:

1. Образцы, изготовленные из состава смеси № 1 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 8,9; зола Троицкой ГРЭС – 1,6; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 3,81 МПа; водостойкость – 1,04; модуль деформации – 1130 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 16,74 %.

2. Образцы, изготовленные из состава смеси № 2 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 8,4; зола Троицкой ГРЭС – 2,1; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 2,99 МПа; водостойкость – 1,02; модуль деформации – 1100 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 16,83 %.

3. Образцы, изготовленные из состава смеси № 3 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 7,9; зола Троицкой ГРЭС – 2,6; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 3,79 МПа; водостойкость – 1,01; модуль деформации – 1110 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 16,71 %.

4. Образцы, изготовленные из состава № 4 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 7,3; зола Троицкой ГРЭС – 3,2; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 3,79 МПа; водостойкость – 0,98; модуль деформации – 940 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 17,54 %.

Как видно из результатов испытаний образцов приведенных составов, отличием рассматриваемых составов является варьирование количеством пуццолановой добавки в виде кислой топливной золы Троицкой ГРЭС, введенной взамен части цемента в количестве 1,6 – 3,2 % от массы смеси минеральных компонентов (15 – 30 % от массы цемента с шагом 5 %), влияющее на прочностные показатели образцов (Таблица 2, 3).

Так, составы №1 - 4 содержат 8,9; 8,4; 7,9 и 7,3 % цемента и 1,6; 2,1; 2,6 и 3,2 % (т.е. 15, 20, 25 и 30 % от массы цемента) кислой топливной золы Троицкой ГРЭС соответственно (таблица 2).

Таким образом, были получены и испытаны образцы цементоасфальтобетона с учетом особенностей вяжущего гидратационного типа твердения под воздействием разных нагружений при различных условиях, в соответствии с ГОСТ 12801-98). Количество цемента варьируется от 7,3 до 8,9 %, а пуццолановой добавки в виде кислой топливной золы варьируется от 1,6 до 3,2 %, а соотношение других компонентов смеси оставалось неизменным.

Как показывают результаты экспериментов, наиболее эффективной концентрацией является 7,9 % цемента и 2,6 % кислой топливной золы Троицкой ГРЭС (Таблица 2, состав № 3), когда прочностные характеристики образцов цементоасфальтобетона достигают максимальных значений по сравнению с прототипом (Таблица 3).

Предложенный состав смеси позволяет достигнуть заявленного результата (снижение количества потребляемого цемента, без снижения прочностных характеристик цементоасфальтобетона) за счет того, что взамен части цемента используется пуццолановая минеральная добавка в виде кислой топливной золы Троицкой ГРЭС в количестве 1,6 – 3,2 % от массы минеральных компонентов (или 15 – 30 % от массы портландцемента). Это позволяет снизить количество цемента в составе цементоасфальтобетонной смеси, при этом характеристики цементоасфальтобетона практически не изменяются.

Роль топливной золы заключается в ее химической (пуццолановой) активности. При оптимальном соотношении в системе «цемент+минеральная добавка» компоненты кислой топливной золы, представленные в основном аморфной фазой, вступают в реакцию с продуктами гидратации цемента (Са(OH)2), связывая их в устойчивые гидратные фазы. Данное обстоятельство способствует достижению необходимых прочностных показателей конструктивных слоев из цементоасфальтобетона при сниженном содержании цемента.

В результате экспериментов, установлено, что достижение необходимых прочностных показателей цементоасфальтобетона на основе заявленного состава цементоасфальтобетонной смеси возможно за счет состава (таблица 4), степени дисперсности и активности (индекс активности по ГОСТ 25818-2017) (таблица 5) кислой топливной золы Троицкой ГРЭС, позволяющих сохранить прочность цементного вяжущего.

Таблица 4

Содержание, %
SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 SO3 MgO Na2O K2O п.п.п. пр.
62,53 28,75 0,61 4,10 0,21 1,06 1,05 0,29 4,95 1,40

Химический состав кислой топливной золы Троицкой ГРЭС

Таблица 5

Наименование
показателя
Нормируемые значения для зол IV вида по ГОСТ 25818-2017 Фактические
Удельная поверхность по ПСХ, м2/кг > 300 495
Индекс активности на 28 сут. ≥ 75 84
Индекс активности на 90 сут. ≥ 85 95

Физико-механические свойства кислой топливной золы Троицкой ГРЭС

Согласно анализу научно-технической литературы, использование реакционно активных зол в системе «цемент – зола» в разных случаях позволяет улучшить удобоукладываемость бетонных смесей, их прочностные характеристики, снизить стоимость бетона за счет замены части цемента и повысить его долговечность. Для замены части цемента используется кислая топливная зола Троицкой ГРЭС в количестве 15 – 30 % от массы цемента в составе цементоасфальтобетонной смеси. Использование указанной золы в качестве пуццолановой добавки позволяет при сниженном количестве цемента сохранять активность вяжущего, что дает возможность получать композиционный материал с показателями прочности близкими к показателям образцов состава без добавки. Следует отметить, что топливная зола используется в том виде в котором поступает с производства и, в данном случае, не требует дополнительной активации. Введение большего количества активной минеральной добавки в виде кислой топливной золы приводит к значительной потере активности вяжущего, выражающейся в снижении прочностных показателей. Введение меньшего количества активной минеральной добавки не позволит добиться необходимой активности вяжущего ввиду сниженного его количества и недостаточной концентрации пуццоланового компонента.

Предложенный состав смеси позволяет достигнуть заявленного результата – снижение количества цемента без потери прочности.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

1. Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения, содержащий минеральную часть в виде щебня фр. 5-20 мм и песка, вяжущее – портландцемент, а также битумную эмульсию и воду, отличающийся тем, что используют гранитный щебень, а вяжущее дополнительно содержит кислую топливную золу Троицкой ГРЭС, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень гранитный фр. 5-20 мм 48
песок 41,5
портландцемент 7,3-8,9
указанная кислая топливная зола 1,6-3,2
битумная эмульсия сверх 100% от минеральной части 1
вода сверх 100% от минеральной части без учета воды,
присутствующей в битумной эмульсии 4,2
водовяжущее соотношение 0,4

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что количество кислой топливной золы Троицкой ГРЭС составляет 15-30% от массы портландцемента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полотну для усиления конструкций, таких как дороги или дорожные покрытия, имеющему ширину W2 в поперечном направлении. Полотно содержит основу.

Изобретение относится к полотну для усиления конструкций, таких как дороги или дорожные покрытия, имеющему ширину W2 в поперечном направлении. Полотно содержит основу.

Металлическая сетка предназначена для армирования асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог, тротуаров, аэродромов и площадок различного назначения. Сетка с шестиугольными ячейками сплетена из продольных, как правило стальных, проволок с антикоррозийным покрытием и снабжена поперечными укрепляющими элементами, которые размещены в скрутках сетки через равные интервалы по ее длине.

Изобретение относится к строительству и ремонту асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, тротуаров, аэродромов и площадок различного назначения, а именно к способу формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой. В соответствии со способом очищают нижележащий слой покрытия от загрязнений и, в зависимости от фактического состояния, ремонтируют и выравнивают его.

Изобретение относится к области дорожно-ремонтных работ и может быть использовано при повторном применении старого асфальтобетона. Способ повышения плотности и прочности асфальтогранулобетона включает дробление асфальтогранулята с последующим фракционированием, отбор фракции дробленого асфальтогранулята не свыше 20 мм, его смешивание с вяжущим – цементом марки не ниже 500, водой и водным раствором пластификатора "Оптима-ЖБИ-С".
Изобретение относится к области дорожно-ремонтных работ и может быть использовано при повторном применении старого асфальтобетона. Способ повышения плотности и прочности асфальтогранулобетона включает фракционирование асфальтогранулята, отбор фракции до 40 мм, нагрев до температуры 60-70°С, добавление при нагреве пластифицирующей добавки Wetfix BE или ДАД-ТА в количестве 0,5-0,6% от массы битума.

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к способу возведения дорожной одежды, и может использоваться на дорогах сельскохозяйственного назначения с малой интенсивностью движения в засушливых регионах России. Способ возведения дорожной одежды заключается в том, что вначале осуществляют профилирование и уплотнение земляного полотна, затем сооружают рабочий слой толщиной 10-20 см из песчаного грунта.

Изобретение относится к области строительных дорожных материалов, а именно к составу асфальтобетонной смеси, включающей щебень, песок и модифицированный нефтяной дорожный битум, который содержит одностенные углеродные нанотрубки в количестве 0,005-0,5 мас.% и адгезионную добавку на основе природных продуктов и фосфатидов растительных масел, или на основе амидоаминов и имидазолинов жирных кислот, или на основе продуктов взаимодействия таллового масла с полиалкиламиновыми соединениями.

Изобретение относится к области ремонта и содержания покрытий в автодорожной отрасли и может быть применено при ремонте асфальтобетонных дорожных покрытий, изготовленных из различных асфальтобетонов. Радиопоглощающий асфальтобетонный дорожный ремонтный состав по изобретению включает отсев дробления щебня, вяжущее и минеральный порошок, при этом в качестве отсева дробления щебня используется песок из отсевов дробления щебня габбро-диабазовых пород с размером фракций 1-5 мм и/или никельшлака с размером фракций 1-5 мм, в качестве минерального порошка используется порошок габбро-диабаза и/или никельшлака с размером фракций 100-800 мкм, а также порошок известняковый (известковая мука), в количественном соотношении: порошок габбро-диабаз и/или никельшлак 50 масс.

Изобретение относится к области материалов для дорожного строительства, в частности к составам модифицированных асфальтобетонных смесей, и может быть использовано при строительстве и ремонте покрытий автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц, мостов и т.п. Асфальтобетонная смесь включает щебень или природный песок, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор.
Изобретение по существу относится к битумным композициям и способам их получения. Композиция содержит: базовый битум в количестве от около 91 до около 96 мас.% в расчете на общую массу указанной композиции, выбранный из классов эффективности PG 58-28, PG 64-22, PG 52-34 и их комбинаций; неэпоксидированное масло, выбранное из полугудронов, кукурузного масла и их комбинаций в количестве от около 2,5 до около 6 мас.% в расчете на общую массу указанной композиции для повышения устойчивости к термическому растрескиванию; и по меньшей мере один полиолефин в общем количестве от около 1,2 до около 3 мас.% в расчете на общую массу указанной композиции для повышения устойчивости к деформации.
Наверх