Способ приготовления известнякового малопрочного щебня
Владельцы патента RU 2792129:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности строительного щебня, для дальнейшего применения в гражданском и дорожном строительстве. Технический результат – повышение прочностных характеристик известнякового малопрочного щебня. Способ приготовления известнякового малопрочного щебня включает пропитку слоя щебня по месту укладки нагретым водно-спиртовым раствором, содержащим минерализованную воду, изопропиловый спирт и отходы гидролизного производства, посредством его распыления над уложенным слоем щебня при расходе пропитывающего раствора 20 л/м2 с последующим уплотнением щебня при проходах по одному следу и сушкой в естественных климатических условиях. Водно-спиртовой раствор содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: минерализованная вода 50,73-79,55, изопропиловый спирт 12,50-23,91, отходы гидролизного производства 7,96-25,36. Щебень укладывают слоем толщиной 30 см, а уплотнение щебня ведут при распределяемой нагрузке 40-50 кН/м, при 4-6 проходах по одному следу. 2 табл.
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности строительного щебня, для дальнейшего применения в гражданском и дорожном строительстве.
Известны различные способы приготовления известняковых сыпучих строительных материалов с целью повышения их физико-механических показателей и увеличения сроков службы в агрессивных условиях эксплуатации.
Известен способ приготовления известнякового строительного щебня, включающий предварительный нагрев щебня до температуры 50-600С, с последующей пропиткой нагретого щебня в водном растворе лигносульфонатов в соотношении лигносульфонаты : вода соответственно 1:(8-12) при интенсивном перемешивании в течение 20-30 мин и с последующей сушкой при температуре 100-110°С до постоянной массы [патент RU № 2642754, МПК C04B20/10, C04B24/18, опубл. 25.01.2018г].
Недостатком известного способа является то, что в начале процесса пропитки, температура пропитывающего водного раствора ниже, чем температура нагретого щебня. При погружении нагретого щебня в водный раствор, происходит мгновенное его охлаждение, при этом теряется смысл предварительного нагрева, так как происходит закрытие раскрытых мелких трещин, микро и макропор в теле щебня, что препятствует более глубокому проникновению пропитывающего раствора и образования глубокого и прочного каркаса. В дальнейшем, это сказывается на значениях физико-механических показателей и сроках его эксплуатации. Кроме этого, недостатком способа является также сушка при высокой температуре, что значительно повышает энергозатраты на осуществление способа и вызывает удорожание производства щебня в целом.
Наиболее близким является способ приготовления известнякового малопрочного щебня, включающий пропитку щебня по месту укладки нагретым до 600°С водно-спиртовым раствором, содержащим минерализованную воду, изопропиловый спирт и отходы гидролизного производства, посредством его распыления над уложенным слоем щебня, при расходе пропитывающего раствора 20 л/м2, с последующим уплотнением щебня при 10 проходах по одному следу, и сушкой при естественных климатических условиях (Гофман Д.И. Малопрочные карбонатные породы, обработанные модифицирующей композицией на основе аддукта гидролизного производства. Диссертация на соискание ученой степени КТН, Волгоград ,2021г. с. 51, табл. 7, с. 67 табл.12, с. 74-76, 88-90).
Реализация способа требует больших временных и энергетических затрат и не обеспечивает необходимой глубины пропитки.
Задачей изобретения является разработка способа приготовления известнякового малопрочного щебня, обеспечивающего увеличение глубины пропитки при одновременном сокращении времени пропитки и снижении энергозатрат.
Технический результат – повышение прочностных характеристик известнякового малопрочного щебня.
Технический результат достигается в способе приготовления известнякового малопрочного щебня, включающем пропитку слоя щебня по месту укладки нагретым водно-спиртовым раствором, содержащим минерализованную воду, изопропиловый спирт и отходы гидролизного производства, посредством его распыления над уложенным слоем щебня, при расходе пропитывающего раствора 20 л/м2 с последующим уплотнением щебня при проходах по одному следу, и сушкой в естественных климатических условиях, при этом водно-спиртовой раствор содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.% минерализованная вода 50,73-79,55 , изопропиловый спирт 12,50-23,91, отходы гидролизного производства 7,96-25,36, щебень укладывают слоем толщиной 30 см, а уплотнение щебня ведут при распределяемой нагрузке 40-50 кН/м, при 4-6 проходах по одному следу.
Сущность способа приготовления известнякового малопрочного щебня заключается в использовании для его пропитки, предварительно подготовленного пропитывающего водно-спиртового раствора, включающего 50,73-79,55 масс. % минерализованной воды, 12,50-23,91 масс. % изопропилового спирта и 7,96-25,36 масс. % отходов гидролизного производства, в пропитке щебня непосредственно по месту его использования посредством распыления (разбрызгивания) нагретого до температуры 50-85°С готового пропитывающего раствора через распылительные сопла на уложенный толщиной 30 см малопрочный щебень, с расходом пропитывающего водно-спиртового раствора 20 л/м2 с последующим уплотнением щебня распределяемой нагрузкой 40-50 кН/м, при 4-6 проходах по одному следу, и сушки при естественных климатических условиях.
Для приготовления пропитки для известнякового малопрочного щебня используют изопропиловый спирт СН3СН(ОН)СН3 – органический растворитель, минерализованную воду – насыщенная минеральными веществами воду с ионным составом, приведенным в таблице 1 и отходы гидролизного производства – продукт сульфитного способа делигнификации древесины, представляют собой порошок светло-желтого цвета со слабовыраженным запахом (CAS № 8061-51-6, ТУ 2455-028-00279580-2004).
Пропитку предварительно готовят следующим образом: в нагретую до температуры 50-85°С минерализованную воду при постоянном перемешивании добавляют дозированные отходы гидролизного производства, затем добавляется изопропиловый спирт. Перемешивание прекращается при образовании однородного состава.
Таблица 1.
| Ионный состав минерализованной воды | ||||||
| Качественный состав | гидро карбонат анионы,  |
сульфат анионы,  |
хлорид анионы,  |
катионы кальция,  |
катионы магния,  |
катионы натрия и/или калия,  |
| Количественный состав, (мг/л) | 2000 – 4000 | 1–27 | 350-600 | 5-30 | 0,5-26 | 1200–1650 |
В процессе уплотнения пропитанного щебня происходит постепенное вдавливание мелких щебенок между крупными зернами, тем самым увеличивается площадь контакта (соприкосновения) между зернами щебня, а пропитывающий раствор прочно их цементирует. Пропитываемый малопрочный щебень подвержен частичному дроблению, с образованием на теле щебенок мелких трещин, сколов, макро и микропор, которые заполняет пропитывающий раствор, при высыхании которого, происходит их плотное закупоривание. Образуется глубокий и прочный каркас как внутри тела каждого зерна щебня, так и на его поверхности, который обеспечивает в сравнении с прототипом высокие прочностные показатели. Кроме этого, обработанная пропитывающим раствором поверхность зерен щебня, образует хорошую адгезию с органическим битумным вяжущим. В дальнейшем, это создает крепкое сцепление щебеночного основания и верхнего слоя асфальтобетонного покрытия.
Снижение времени пропитки щебня и температуры сушки позволяет снизить энергозатраты на осуществление способа.
Заявляемый способ приготовления известнякового малопрочного щебня позволяет применять его при устройстве щебеночных оснований для парковок, тротуаров, автомобильных дорог сельскохозяйственного назначения, щебеночных фундаментов малых искусственных сооружений.
Пример конкретного исполнения.
Для сравнительного анализа были устроены два экспериментальных участка по 6х10 м, первый из пропитанного щебня по прототипу, второй по заявляемому способу. Для пропитки использовали известняковый малопрочный щебень карбонатных пород Фроловского месторождения Волгоградской области. Применялись фракции щебня 10-20мм и 20-40мм, плотностью 2,43г/см3, пористостью 12,3%, маркой щебня: по дробимости М400, по истираемости И2, по морозостойкости F50.
На первый участок, был отсыпан и равномерно распределен по поверхности упрочненный по прототипу, малопрочный щебень толщиной 30см. Уплотнение осуществлялось с распределяемой нагрузкой 60-70кН/м при 6-8 проходах по одному следу.
На второй участок, был отсыпан и равномерно распределен по поверхности малопрочный щебень толщиной 30см. После чего, щебень был пропитан по заявляемому способу. Уплотнение второго участка осуществлялось с распределяемой нагрузкой 40-50кН/м при 4-6 проходах по одному следу.
По окончании уплотнения, были взяты по две пробы щебня с каждого из участков для проведения испытаний. Испытания проводились согласно требованиям ГОСТ 8269-97.
Результаты испытаний заявленного способа приготовления известнякового малопрочного щебня и способа по прототипу приведены ниже в таблице 2.
Таблица 2
| Показатели | Примеры | |||
| заявленные | по прототипу | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| фр. 10-20мм | фр. 20-40мм | фр. 10-20мм | фр. 20-40мм | |
| Марка щебня по дробимости | 1200 | 1200 | 1000 | 1000 |
| Марка щебня по истираемости | И1 | И1 | И1 | И1 |
| Водопоглощение щебня, % | 1,35 | 1,41 | 1,7 | 1,8 |
| Марка по водостойкости, % | 2,05 | 2,12 | 2,65 | 2,71 |
Из таблицы 2 видно, что наилучшими прочностными характеристиками обладает известняковый щебень по примерам 1 и 2. Марка щебня по дробимости составляет 1200, т.е. в сравнении с прототипом, увеличилась на 20%. Водопоглощение щебня на примере 1 снизилось на 20,6%, а показатель по водостойкости повысился на 22,6%. Марка по водостойкости стала В2 (потеря массы при испытании составила 2,47%). На примере 2, водопоглощение щебня снизилось на 21,7%, а показатель по водостойкости повысился на 21,8%. Марка по водостойкости стала В2 (потеря массы при испытании составило 2,39%). Согласно ГОСТ 25607-2009 п. 3.1.5 табл. 2 марка по водостойкости стала В2, что позволяет применять данный щебень для устройства оснований дорожных одежд и увеличить срок эксплуатации автомобильных дорог.
Кроме этого уплотнение щебеночного основания на первом участке (по прототипу) происходило с распределением нагрузки 60-70кН/м при 6-8 проходах по одному следу. На втором участке (по заявленному решению) уплотнение осуществлялось с распределяемой нагрузкой 40-50кН/м при 4-6 проходах по одному следу. Из этого следует, что для достижения более высоких физико-механических показателей щебня можно использовать не только менее тяжелую и дорогостоящую технику, но и сократить время уплотнения в среднем на 28,6% что позволит снизить трудоемкость способа и сократить энергозатраты на его осуществление.
Таким образом, способ приготовления известнякового малопрочного щебня, включающий пропитку щебня по месту укладки нагретым до температуры 50-85°С водно-спиртовым раствором, содержащим 50,73-79,55 масс. % минерализованной воды, 12,50-23,91 масс. % изопропилового спирта и 7,96-25,36 масс. % отходов гидролизного производства, посредством его распыления над щебнем, уложенным толщиной 30 см, при расходе пропитывающего раствора 20 л/м2, с последующим уплотнением щебня распределяемой нагрузкой 40-50 кН/м, при 4-6 проходах по одному следу, и сушкой при естественных климатических условиях, обеспечивает повышение прочностных характеристик известнякового малопрочного щебня.
Способ приготовления известнякового малопрочного щебня, включающий пропитку слоя щебня по месту укладки нагретым водно-спиртовым раствором, содержащим минерализованную воду, изопропиловый спирт и отходы гидролизного производства, посредством его распыления над уложенным слоем щебня, при расходе пропитывающего раствора 20 л/м2 с последующим уплотнением щебня при проходах по одному следу, и сушкой в естественных климатических условиях, отличающийся тем, что водно-спиртовой раствор содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: минерализованная вода 50,73-79,55, изопропиловый спирт 12,50-23,91, отходы гидролизного производства 7,96-25,36, щебень укладывают слоем толщиной 30 см, а уплотнение щебня ведут при распределяемой нагрузке 40-50 кН/м, при 4-6 проходах по одному следу.
