Состав закрепленного глинистого грунта

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог для устройства основания дорожных одежд и может быть использовано в сфере строительства фундаментов. Технический результат: повышение прочностных показателей и водостойкости материала основания дорожной одежды и фундаментов при использовании глинистого грунта. Состав укрепленного грунта включает глинистый грунт, известьсодержащее вяжущее и затворитель. В качестве глинистого грунта он содержит глину или суглинок, в качестве известьсодержащего вяжущего доломитовую известь и известьсодержащие отходы – Са(ОН)₂, в качестве затворителя - бикарбонат кальция - Ca(HCO₃)₂ и дополнительно поверхностно-активное вещество - ПАВ- поликарбоксилат, при следующих соотношениях, мас. %: указанный глинистый грунт – 39-42, доломитовая известь (в пересчете на CaO+MgO) – 10-18, известьсодержащие отходы (CaOH)₂ – 31-40, бикарбонат кальция Ca(HCO₃)₂ – 6-9, поликарбоксилат от массы грунта в количестве 0,21-0,28 для суглинка, 2,2-2,9 для глины.

 

Состав закрепленного глинистого грунта, указанного в данном изобретении удовлетворяет высоким эксплуатационным требованиям, предъявляемым к слою основания дорожной одежды и фундаментов, позволяет снизить стоимость строительства, а также частично решает экологическую проблему, вызванную выбросом CO₂ в атмосферу при обжиге горных пород.

Известна строительная композиция [1] - [Патент РФ №2652201, дата публикации 20.09.2011], включающая вяжущее, представляющее собой портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н - 22-38; вулканический туф - 25-33; известняк - 6-10; кварцевый песок - 29-39 и суперпластификатор поликарбоксилатный сухой - 0,2К.

К недостаткам этой строительной композиции относится то, что указанный состав имеет высокое водопоглощение и для достижения требуемых свойств необходима дополнительная технологическая операция, заключающаяся в механохимической активации с измельчением ингредиентов в мельнице до удельной поверхности 470-520 м²/кг, что ведет к усложнению процесса укрепления и удорожает грунт.

Известен состав грунтобетонной смеси [2] - [Патент РФ №2445285, дата публикации 20.09.2011], включающий в себя техногенный грунт в виде отходов дробильно-сортировочной фабрики, рыхлой вскрыши Лебединского и Стойленского ГОКов, минеральное вяжущее и цемент, при следующем соотношении мас.%: техногенный грунт - 82-87; известьсодержащие отходы - 5-7; цемент - 8-10.

Недостатком данной смеси является высокая стоимость за счет применения цемента, ограничение для применения в случае глинистых грунтов, ограниченное использование отходов извести – 5-7%, а также использование возможно только для дорог III – IV категории.
При данном методе используется технологически сложная операция для достижения достаточных показателей, заключающаяся в предварительном смешивании в грунтосмесительных установках. Ко всему предыдущему так же можно добавить невысокие прочностные показатели получаемого продукта.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату к заявляемому решению является укрепляющая композиция [3] - [Патент РФ № 2668604 дата публикации: 02.10.2018] Содержащая, мас.%: глинистый грунт 43-57, неполно обожженные отходы доломитового производства – каустический доломит 31-39, бишофит 10-14, однозамещенный фосфат калия KH₂РО₄ 2-4.

К недостаткам данной композиции относятся необходимость затворителя в виде бишофита, а также дорогостоящий фосфат калия для достижения необходимой водостойкости грунтобетона.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка состава глинистой смеси, позволяющего получить материал, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками, а также достичь максимальной утилизации отходов извести и доломита для укрепления глинистых грунтов различной консистенции по безобжиговой технологии и пониженной себестоимости.

Поставленная задача решается тем, что состав укрепленного грунта, включает указанный глинистый грунт, доломитовую известь, известьсодержащие отходы и ПАВ в виде поликарбоксилата, а в качестве затворителя используется бикарбонат кальция, в следующем соотношении мас.%:

- указанный глинистый грунт – 39-42

- доломитовая известь (в пересчете на CaO+MgO) – 10-18

- известьсодержащие отходы ( CaOH)₂ – 31-40

- бикарбонат кальция в качестве затворителя 6-9

- поликарбоксилат от массы грунта в количестве 0,21-0,28 для суглинка, 2,2-2,9 для глины.

Грунтобетонная композиция имеет следующие характеристики:

Прочность на сжатие в возрасте 28 суток - до 18,6 МПа, а в возрасте 60 суток - до 37,1 МПа, морозостойкость в возрасте 28 суток до 50 циклов, а водостойкость в возрасте28 суток до 0,78%.

Отходы извести содержат гидроксид кальция, который обеспечивает щелочную среду в грунтовой смеси, ускоряющую процессы силикатообразования, аналогично твердению цемента.

Вяжущее из отходов доломита, представляющее собой магнезиальную известь, которая в свою очередь обеспечивает низкую пористость и высокие показатели по прочности грунтов, характеризуется высокой адгезией (до 3 Мпа) с различными грунтовыми основаниями.

Поликарбоксилатные суперпластификаторы «Макромер» (ПКС), в частности марки П-16, П-17 состоят из поликарбоксилатной кислоты и алкиленоксидных ответвлений от основной цепи различной молекулярной массы. Эта структура обеспечивает частицам грунтового композита электростатическое и пространственное отталкивание, увеличивая реакционную поверхность взаимодействия компонентов.

С увеличением количества отходов извести плотность грунтобетонной композиции уменьшается, однако это не оказывает значительного влияния на уменьшение прочности. Увеличение концентрации извести с 19 до 38 % масс приводит к уменьшению прочности на 10%.

Максимальная прочность синтезированного материала достигается при концентрации извести 28,3% по массе на 60 сутки. Увеличение прочности грунта, закрепленного минеральными вяжущими, обусловлено теорией твердения алюмосиликатной матрицы при воздействии гашеной извести.

Состав укрепленного грунта, включающий глинистый грунт, известьсодержащее вяжущее и затворитель, отличающийся тем, что в качестве глинистого грунта он содержит глину или суглинок, в качестве известьсодержащего вяжущего доломитовую известь и известьсодержащие отходы – Са(ОН)₂, в качестве затворителя - бикарбонат кальция - Ca(HCO₃)₂ и дополнительно поверхностно-активное вещество - ПАВ- поликарбоксилат, при следующих соотношениях, мас. %:

- указанный глинистый грунт – 39-42

- доломитовая известь (в пересчете на CaO+MgO) – 10-18

- известьсодержащие отходы (CaOH)₂ – 31-40

- бикарбонат кальция Ca(HCO₃)₂ – 6-9

- поликарбоксилат от массы грунта в количестве 0,21-0,28 для суглинка, 2,2-2,9 для глины.