КОМОПОЗИЦИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И НАЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК E01C3/04 E01C7/36 E02D3/12 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при создании автомобильных и железных дорог, аэродромов, площадок различного назначения, фундаментов зданий и сооружений, буронабивных свай, ядер плотин, оснований свалок городского мусора и промышленных отходов, при тампонаже карстовых и других пустот и т.п.

Известна композиция для устройства оснований, содержащая грунт, молотый металлургический шлак и активатор - цемент или известь. Вода вводится в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость полученной композиции [1].

Наиболее близким аналогом к предложенной композици является композиция, описанная в способе устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений. Композиция содержит, мас.%: минеральный материал - грунт; вяжущее - дробленый отвальный шлак черной металлургии 20 - 40%; щелочной активизатор с концентрацией 0,09 - 0,23 H (в количестве 2 - 10% и pH не менее 11); вода - 8 - 20 [2].

Недостатком указанной композиции является сравнительно невысокая прочность.

Задачей изобретения является повышение прочности материалов и защита окружающей среды путем утилизации промышленных отходов.

Поставленная задача решается тем, что композиция для устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений, включающая минеральный материал, вяжущее и щелочной активизатор с pH не менее 11 содержит в качестве минерального материала природный или техногенный грунт, а в качестве вяжущего шлама - отход подготовки известкового молочка теплоэлектростанции (ТЭС) или заводов по производству силикатного кирпича и/или шлама дисталлерной жидкости производства соды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Грунт дисперсный природный или техногенный - 40 - 85
Шлам подготовки известкового молочка ТЭС или заводов по производству силикатного кирпича или шлам дистеллерной жидкости производства соды - 15 - 60
Щелочной активизатор от массы твердых компонентов - 2 - 25
При этом композиция может дополнительно содержать воду в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость.

Композиция также содержит в качестве щелочного активизатора известь или цемент в количестве 2 - 5% от массы твердых компонентов. С увеличением содержания извести или цемента показатели физико-механических свойств материалов возрастают, однако при этом утрачивается их роль как активаторов и все больше преобладает роль как вяжущих.

Кроме того, активизатором может служить по крайней мере один компонент из группы воды производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности; сточные воды отделочного производства текстильных фабрик; отход коксохимического производства, образующихся на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа; отход крекинга нефти, образующихся на стадии очистки отходящих газов; щелочной сток, образующийся на стадии улавливания газообразного хлора с помощью NaOH в процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора, раствор NaOH.

Для приготовления композиций используются следующие исходные материалы:
грунт природный: глина, суглинок, супесь, песок, лесс, песчано-гравийная смесь и т.п.;
грунт техногенный (техногенно созданные образования или измененные горные породы), сформировавшиеся в результате производственной и хозяйственной деятельности человека (Афонин А.П. и др. "Классификация техногенных грунтов", Ж. "Инженерная геология", N 1, 1990, с.177).

К типичным техногенным грунтам можно отнести такие, как отходы добычи угля или углеобогащения, отходы камнедробления и обработки, золошлаков мусоросжигающих заводов, золошлаки гидроудаления и шламы ТЭЦ и ГРЭС, материалы отвалов машиностроительных и металлургических заводов, отходы химических и нефтехимических предприятий и многие другие;
вяжущее - шлам подготовки известкового молочка ТЭЦ (ГРЭС и ТЭС) или заводов по производству силикатного кирпича, или шлам дистеллерной жидкости производства соды;
щелочной активизатор pH не менее 11, который может быть представлен известью или цементом или любыми другими высокощелочными продуктами производства или отхода производств, например известковым молочком, сточными водами производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, сточными водами отделочного производства текстильных фабрик, отходами коксохимического производства, образующимися на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа, отходами крекинга нефти, образующимися на стадии очистки отходящих газов, растворами NaOH различной нормальности и многими другими щелочными материалами.

Одним из наиболее известных техногенных грунтов являются материалы шахтных терриконов - отходы угледобычи и углеобогащения, эффект укрепления которых представлен в качестве примера в табл. 2, составы 9 и 10.

Шлам подготовки известкового молочка ТЭС образуется при смешении воды со специальной кальциевой быстрогасящейся известью или (при ее дефиците) со строительной комовой известью (ГОСТ 9179-10). Нерастворившаяся в воде часть извести формирует большое количество шлама ("недопала") с химически составом, приведенным в табл. 1, который скапливается в отстойниках, называемых "голубыми озерами".

В зависимости от срока службы и мощности ТЭС количество этого шлама подготовки известкового молочка около каждой ТЭС или ГРЭС России колеблется от 100 тыс. до миллионов тонн, создавая существенные экологические проблемы. Заводы по производству силикатного кирпича также используют известковое молочко, т. к. строительная известь, как правило, содержит большое количество MgO, что приводит к потере прочности кирпичей при нагревании.

Шлам дистеллерной жидкости производства соды также в очень больших количествах находится в непосредственной близости от комбинатов, производящих соду. Поэтому разработка рациональных и экологически приемлемых методов утилизации этих двух видов промышленных отходов является важной природозащитной задачей.

Химические составы использованных в данной работе шлама подготовки известкового молочка одной из ТЭЦ и шлама дистеллерной жидкости одного из содовых комбинатов приведены в табл. 1. Однако они могут существенно отличаться на различных регионах и предприятиях в зависимости от условий образования, состава исходных компонентов и технологи, что не может привести к радикальному ухудшению свойств заявляемых материалов.

Химические составы активаторов - отходов вышеперечисленных производств приведены ниже.

Известковое молочко шлама химводоочистки - водный раствор извести CaO.

Химический состав отходов очистки отходящих газов при крекинге нефти, мас.%:
Na₂CO₃+NaHCO₃ - 5 - 6
NaOH - 8,5
Na₂S - 3
pH - 12,5 - 13,0
Химический состав регенерированных отходов растворов очистки коксового газа от сероводорода коксохимических производств, мас.%:
Карбонаты - 3,5 - 4
Эфирорастворимые - 0,25 - 0,6
Сероводород - 0,1 - 0,23
Сульфат натрия - 0,4 - 0,6
Тиосульфаты - 0,3 - 0,6
pH - 12 - 14,0
Химический состав отработанной щелочи дисорбата парекса в производствах нефтеоргсинтеза, мг/л:
Сульфат натрия - Не более 3000
Гидросульфит натрия - Не более 5000
Сульфит натрия - Не более 16000
Нефтепродукты - Не более 100
Химический состав сточных вод производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, мас.%:
Вода - 69,3
Глицерин - 4,1
NaOH - 1,8
Смола - 4,2
NaCl - 14,6
Толуол - 52
Химический состав сточных вод отделочного производства текстильных фабрик, мг/л:
Хлориды (NaCl) - 106
ПАВ неионогенные - 0,01
Сульфиды (NaS) - 1
Нефтепродукты (лигнины, пектины, орг.красители) - 14,4
Окислы железа - 2,8
CuSO₄ - 0,3
Взвешенные вещества - 97,5
Сухой остаток - 34,07
Химический состав щелочных стоков, образующихся при улавливании газообразного хлора с помощью NaOH при производстве хлора, каустической соды, фенозона и др. процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора, мас.%:
Взвешенные вещества
0,2 - 0,5
из них:
Хлориты - 0,02 - 0,4
Сульфиты - 0,05 - 0,1
Сухой остаток (растворимые органические и минеральные соли) - 0,2 - 1,5
Нефтепродукты - 0,0025
Гипохлориты натрия - 0,05 - 0,1
pH - 12,5 - 13,5
Смесь можно готовить путем смешения сухих компонентов, например приводных грунтов (глины, песчано-гравийной смеси и др.) со шламом подготовки известкового молочка ТЭС (или завода по производству силикатного кирпича), или со шламом дистеллерной жидкости производства соды в стационарных смесительных установках, или непосредственно на земляном полотне с помощью фрезы или автогрейдера и т.п. Полученную равномерную смесь увлажняют активатором или его раствором до оптимальной влажности (около 10%), а затем уплотняют традиционными методами.

Представленные в табл. 2 основные результаты определения механических свойств образцов показывают, что к 90 суткам прочность почти всех материалов при одноосном сжатии значительно превышает 4 МПа, т.е. соответствует первому классу (4-6 МПа) укрепленных грунтов. Предложение реакций гидратации вызывает дальнейший рост прочности, характерный для шлакогрунтовых материалов. Поэтому к годичному сроку прочность почти всех материалов превышает максимальный уровень (6,0 МПа) требований российских стандартов к укрепленным грунтам.

Прочность водонасыщенных образцов (R_в) заявляемых материалов к 90-суточному возрасту в ряде случаев (1, 3, 5 и 8) значительно превышает максимальную величину прочности у прототипа.

Все материалы обладают высокой водо- и морозостойкостью, что позволяет рекомендовать их для использования в качестве верхнего слоя оснований автодорог вместо традиционного щебня. Дренирующий слой песка при этом должен быть исключен как препятствующий капиллярному поднятию влаги земполотна, необходимой для длительного протекания реакций гидролиза и гидратации (и соответственно упрочнения) нового материала.

Применение больших количеств промышленных отходов и их прочное связывание в нерастворимые новообразования позволяет сократить использование природных строительных материалов (щебень, гравий, песок и др.), заменив их неутилизируемыми в настоящее время промышленными отходами.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве оснований автомобильных и железных дорог, аэродромов, площадок различного назначения, фундаментов зданий и сооружений, буронабивных свай, ядер плотин, оснований свалок городского мусора и промышленных отходов, при тампонаже карстовых и других пустот и т.п. Разработана серия новых строительных материалов, состоящих из природных и техногенных грунтов и. ' из промышленных отходов, в качестве вяжущих - шлама подготовки известкового молочка ТЭЦ (ТЭС или ГРЭС или заводов по производству силикатного кирпича) или шлама дистеллерной жидкости производства соды, а также щелочного, как правило, промышленного отхода с рН не менее II в качестве активатора процессов химического взаимодействия первых двух твердых компонентов исходной смеси. Разработанные материалы являются тощими бесцементными бетонами и обладают высокой прочностью, водо- и морозостойко- стью, химически связывает тяжелые металлы в соединения практически нерастворимые в кислой, щелочной и нейтральной средах. Поэтому они могут быть использованы в качестве оснований автомобильных и железных дорог, аэродромов, свалок городского мусора и промышленных отходов, ядер плотин, материалов тампона-жа карстовых и других пустот, буронабивных свай различных фундаментов и т.п. сооружений вместо песка, щебня, песчано-гравийных смесей и др. Таким образом природозащитный аспект разработанных материалов заключается также и в значительной экономии природных ресурсов (щебень, песок, гравий и др.) и замене их неутилизируемыми в настоящее время промышленными отходами. 3 з.п.ф-лы. 2 табл.

1. Композиция для устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений, включающая минеральный материал, вяжущее и щелочной активизатор с pH не менее 11, отличающаяся тем, что она содержит в качестве минерального материала природный или техногенный грунт, а в качестве вяжущего - шлам подготовки известкового молочка теплоэлектростанций (ТЭС) или заводов по производству силикатного кирпича и/или шлам дистеллерной жидкости производства соды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Грунт дисперсный природный или техногенный - 40-85
Шлам подготовки известкового молочка ТЭС или заводов по производству силикатного кирпича и/или шлам дистеллерной жидкости производства соды - 15-60
Щелочной активизатор от массы твердых компонентов - 2-25
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит воду в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость. 3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит в качестве щелочного активизатора известь или цемент в количестве 2-5% от массы твердых компонентов. 4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве щелочного активизатора по крайней мере один компонент из группы, сточные воды производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, сточные воды отделочного производства текстильных фабрик, отход коксохимического производства, образующийся на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа; отход крекинга нефти, образующийся на стадии очистки отходящих газов; щелочной сток, образующийся на стадии улавливания газообразного хлора с помощью NaOH в процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора, раствор NaOH.