МИНЕРАЛЬНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Российский патент 2005 года по МПК E01C7/10 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве дорожных оснований и покрытий.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении физико-механических свойств минеральной смеси и расширении сырьевой базы.

Известна минеральная смесь для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, содержащая цемент, минеральный грунт и добавку неактивной золы уноса или золошлаковой смеси гидроудаления, получаемые при сжигании бурого или каменного угля (Технические указания по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог. ВСН 185-75. - М., Минтрансстрой СССР, 1976, с.7).

Недостатком такой смеси является ее низкая прочность и морозостойкость, а следовательно, ограниченная область применения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является строительная смесь для устройства дорожного основания, которая содержит золу уноса от сжигания антрацитового угля (кремнеземистый компонент), цемент (неорганическое вяжущее вещество) и малопрочный известняк - ракушечник (карбонатный компонент) (Авторское свидетельство СССР №796300 «Строительная смесь для устройства дорожного основания», Кл. Е 01 С 7/10, 15.01.81).

Указанной смеси свойственны те же недостатки, что и предыдущим смесям. Наличие в смеси малопрочного крупного заполнителя из известняка - ракушечника обусловливает образование неоднородной структуры и, как следствие, пониженную эксплуатационную устойчивость дорожной конструкции.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение физико-механических и структурных свойств смеси, а также на расширение сырьевой базы.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что минеральная смесь для дорожного строительства включает неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты при следующем соотношении, мас.%:

неорганическое вяжущее вещество10-20карбонатный компонент40-90кремнеземистый компонентостальное

при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1.

Отличительной особенностью предлагаемой смеси является отсутствие крупного инертного заполнителя, что обеспечивает повышение физико-механических свойств, во-первых за счет дополнительного образования цементирующих веществ в результате протекания физико-химических процессов между неорганическим вяжущим и активированными тонкозернистыми компонентами смеси и, во-вторых, за счет отсутствия в структуре материала малопрочных контактных зон, характерных для смесей на крупных заполнителях.

В качестве неорганического вяжущего вещества в минеральной смеси используется портландцемент или смесь портландцемента с гидратной известью в соотношении от 1:0,5 до 1:1 мас.ч.

Образующийся при гидратации и гидролизе минералов портландцемента гидроксид кальция взаимодействует с тонкозернистыми активированными частицами карбонатного и кремнеземистого компонентов смеси, что обеспечивает дополнительное образование цементирующих веществ.

Введение в состав неорганического вяжущего гидратной извести позволяет не только интенсифицировать процесс образования гидросиликатов кальция, но и способствует образованию гидрокарбонатов кальция, обладающих также цементирующей способностью. Кроме этого гидратная известь, обладая высокой водоудерживающей способностью, создает благоприятные условия для упаковки тонкозернистых частиц при уплотнении смеси, а также обеспечивает оптимальные условия для длительного твердения.

В качестве карбонатного компонента минеральной смеси используется технический мел - отходный продукт производства минеральных удобрений. Технический мел представляет собой мелкозернистый материал, содержащий около 90% синтетического карбоната кальция, обладающего повышенной химической и сорбционной активностью, что приводит к интенсивному образованию в смеси цементирующих веществ в виде гидрокарбонатов кальция.

В качестве кремнеземистого компонента используется золошлак гидроудаления, образуемый при сжигании углей на тепловых электростанциях.

Золошлаковая смесь гидроудаления в своем составе содержит порядка 90% реакционноспособного кремнезема, который вступает во взаимодействие с имеющимися в смеси в большом количестве кальцийсодержащими соединениями с образованием полиморфных цементирующих веществ.

Для приготовления минеральной смеси использовали в качестве: неорганического вяжущего - портландцемент Брянского завода и гидратную известь по ГОСТ-9179-77; карбонатного компонента -технический мел (конверсионный карбонат кальция, являющийся отходным продуктом производства минеральных удобрений ОАО «Дорогобуж»); кремнеземистого компонента - золошлак гидроудаления Дорогобужской ТЭЦ.

Конкретные примеры составов минеральных смесей приведены в табл. 1

Таблица 1№ составов смесейРасход компонентов, мас.%Модуль крупности технического мела, золошлакаПортландцементГидратная известьТехнический мелЗолошлак гидроудаления110-40500.7525540500.7536.43.640500.7545540500.9555540500.5065540500.0575540501.05810-40501.05910-90-0.751020-90-0.751120-40400.7512101040400.7513101090-0.7514101060200.751513.46.640400.751613.46.660200.75175560200.75Прототип4.0 Известняк ракушечник,
88Зола уноса от сжигания антрацитового
угля,
8Модуль крупности известняка-ракушечника фракции
0-15 мм, 3.5

Минеральную смесь готовят следующим образом.

Предварительно подготавливают карбонатный и кремнеземистый компоненты с целью обеспечения требуемого модуля крупности. Все компоненты смеси дозируют по массе. Затем в смесителе принудительного действия вначале смешивают карбонатный и кремнеземистый компоненты, после чего вводят портландцемент и перемешивание продолжают. При использовании в смеси двухкомпонентного неорганического вяжущего вещества (портландцемент, гидратная известь) гидратную известь подают в смеситель в последнюю очередь. В необходимых случаях в смеситель добавляют воду для получения смеси оптимальной влажности, обеспечивающей плотную упаковку частиц минеральной смеси при формовании. Перемешивание смеси производят в течение 4-5 минут до получения однородной массы.

Из полученной минеральной смеси формуют образцы - цилиндры диаметром и высотой 5 см путем прессования при удельном давлении 15 МПА с выдержкой смеси при этом давлении в течение 3 минут. Отформованные образцы твердеют при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 95-100%.

Через 7, 28, 90 и 180 суток твердения образцы испытывают на прочность при сжатии с определением их средней плотности. Кроме того, в возрасте 90 суток образцы в водонасыщенном состоянии подвергают испытанию на морозостойкость путем их попеременного замораживания при температуре минус 18±2°С и оттаивания в воде при температуре 20±2°С.

После 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания образцы испытывают на сжатие с определением коэффициента морозостойкости.

По результатам дискретного насыщения образцов водой определяют структурный параметр пористости материала α, руководствуясь методикой ГОСТ 12730.4-78.

Результаты испытаний образцов составов смесей приведены в табл. 2

Таблица 2№ составов смесейПредел прочности при сжатии (МПа) образцов-цилиндров в возрасте, сут.Средняя плотность,
кг/м³Коэффициент морозостойкости, КмрзСтруктурный показатель пористости, α7289018012,544,97,929,7514500,950,4222,953,98,2511,1014300,990,6332,634,017,2010,9314300,980,7542,803,407,058,1514200,950,4852,903,657,658,3514250,970,8062,603,457,357,9514350,940,5972,303,005,227,1014450,880,3082,002,804,956,9014800,850,2692,383,607,158,0018000,920,55104,007,608,2011,2018500,930,70113,507,2010,5012,6015001,000,77123,7011,0014,8018,0014401,000,95133,506,008,5011,7018700,950,62143,658,1012,8014,1016600,970,60153,258,0012,1013,6014201,050,95163,256,9510,2012,1516700,960,66172,703,537,218,2016400,960,49Прототип  7,00  0,90        

Полученные результаты испытаний смесей показывают, что:

1. Прочность предлагаемых составов смесей боле чем в 2 раза превышает прочность известных составов смесей. При этом заявляемые смеси обладают способностью к длительному набору прочности: R180/R90 находится в пределах 1.12-1.52, что является весьма положительным свойством материала, обеспечивающим долговечность дорожной конструкции за счет протекания структурообразующих процессов в период эксплуатации,

2. Заявляемые составы являются тонкозернистыми смесями, которые обусловливают образование мелкопористой структуры материала повышенной однородности (α=0.42-0.95) и физико-химической активности, что обеспечивает повышенную морозостойкость (Кмрз=0.92-1.05) за счет кольматации пор дополнительными продуктами цементирующих новообразований, а также повышенную теплоизоляционную способность минеральных смесей.

3. Предлагаемые составы смесей базируются на использовании техногенных отходов промышленности (технический мел, золошлак гидроудаления), что способствует расширению сырьевой базы и снижению вредного воздействия отходов на окружающую среду.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве дорожных оснований и покрытий. Технический результат: повышение физико-механических свойств минеральной смеси и расширение сырьевой базы. Минеральная смесь для дорожного строительства включает неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты при следующем соотношении, мас.%: неорганическое вяжущее вещество - 10-20; карбонатный компонент - 40-90; кремнеземистый компонент - остальное, при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1. 1 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Минеральная смесь для дорожного строительства, включающая неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты, отличающаяся тем, что она содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Неорганическое вяжущее вещество 10-20Карбонатный компонент 40-90Кремнеземистый компонент Остальное

при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1.