УКРЕПЛЕННЫЙ ГРУНТ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ПОКРЫТИЙ ПЕРЕХОДНОГО ТИПА Российский патент 2010 года по МПК E01C3/04 

Изобретение относится к составам, применяемым в дорожном строительстве для устройства таких конструктивных слоев дорожных одежд, как основания дорожных одежд автомобильных дорог и покрытия переходного типа дорог низших категорий из грунта, укрепленного высококальциевыми золами уноса, содержащими до 15% свободного оксида кальция.

Известна дорожная смесь для устройства оснований и морозозащитных слоев дорожных одежд, содержащая грунт, цемент, пластифицирующую добавку, в качестве которой использован дивинилстирольный латекс, и воду при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: грунт - 100; цемент - 4-8; дивинилстирольный латекс - 2-4; вода - 5-20 в соответствии с оптимальной влажностью исходного грунта. Дорожная смесь обладает повышенной деформационной способностью. Так, например, предельная относительная деформация растяжения при изгибе образцов из этой дорожной смеси в 1,5-3 раза выше по сравнению с образцами из цементогрунта при сохранении достаточно высокой прочности и удовлетворительной морозостойкости. Кроме того, введение добавки латекса позволяет замедлить процессы структурообразования в начальный период твердения и, тем самым, продлить период уплотнения смеси грунтоуплотняющими машинами (авторское свидетельство SU 481661, М. кл. Е01С 7/10, С04В 13/10).

Основным недостатком описанного состава является ограничение возможности применения в качестве покрытия переходного типа, обусловленное удовлетворительной, но недостаточной морозостойкостью. Кроме того, данная смесь имеет высокую стоимость из-за больших затрат на такие компоненты, как цемент и дивинилстирольный латекс, в качестве дорогостоящей пластифицирующей добавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является укрепленный грунт для устройства нижних и дополнительных слоев оснований дорожных одежд, содержащий песчаный или супесчаный грунт, высококальциевую золу уноса ТЭЦ и ГРЭС Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса и воду с учетом оптимальной влажности при следующем соотношении компонентов, мас.%: песчаный или супесчаный грунт - 68-77; высококальциевая зола уноса - 13-23; вода - остальное. При этом расход золы составляет 15-25% от массы смеси песчаного или супесчаного грунта и высококальциевой золы уноса. Укрепленный грунт может быть использован и для устройства морозозащитных и технологических слоев, и для улучшения качества грунтов земляного полотна (Глуховцев И.Н. Золы уноса Канско-Ачинских углей - эффективный материал для дорожного строительства / И.Н. Глуховцев, В.М. Бескровный, А.В.Пинчук // Автомобильные дороги. - 1986. - №8. - С.14-15).

Основными недостатками вышеописанного состава являются пониженные показатели прочности, водостойкости и морозостойкости (см. таблицу, состав №11) и ограниченная область применения, а именно - только для нижних и дополнительных слоев оснований дорожных одежд, морозозащитных и технологических слоев и грунтов земляного полотна, так как для вышеописанного укрепленного грунта характерна пониженная морозостойкость в расчетные сроки твердения вследствие использования в его составе высококальциевой золы уноса и песчаного или супесчаного грунта.

Задачей изобретения является повышение прочности, водостойкости и морозостойкости предлагаемого укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа и расширение области применения этого грунта.

Поставленная задача решается тем, что укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа, содержащий песчаный или супесчаный грунт, высококальциевую золу уноса и воду, согласно изобретению дополнительно содержит хлорное железо и полимерсодержащий раствор, являющийся отходом производства автомобильных шин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Песчаный или супесчаный грунт 75-77 Высококальциевая зола уноса 14-16 Хлорное железо 0,13-0,20 Полимерсодержащий раствор 0,12-0,17 Вода Остальное

Повышение прочности, водостойкости и морозостойкости укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа обусловлены применением комплекса компонентов, способствующего преобразованию коллоидно-химической природы грунта и создающего оптимальные условия для формирования прочной структуры, обеспечивающего повышенную гидрофобность и деформативность грунта и понижающего его влагоемкость путем введения хлорного железа, которое является ускорителем процессов твердения свободного оксида кальция, содержащегося в высококальциевой золе уноса, и полимерсодержащего раствора, повышающего водостойкость и деформативные свойства укрепленного грунта (см. таблицу, составы №№2, 3, 4, 9, 10).

Расширение области применения укрепленного грунта обусловлено повышением морозостойкости, что позволяет использовать предлагаемый грунт в достаточно широких пределах - для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий дорожных одежд переходного типа дорог низших категорий, а не в узких пределах - для устройства отдельных слоев оснований и укрепленного земляного полотна, для которых предназначен укрепленный грунт, выбранный в качестве прототипа.

Введение песчаного или супесчаного грунта в количестве от 75 до 77 мас.% и высококальциевой золы уноса в количестве от 14 до 16 мас.% является оптимальным (см. таблицу, составы №№2, 3, 4, 9, 10), так как при увеличении содержания высококальциевой золы уноса более 16 мас.% и уменьшении содержания песчаного или супесчаного грунта менее 75 мас.% происходит снижение прочностных показателей R_сж, R_изг вследствие возникновения трещинообразования при снижении показателей водостойкости и морозостойкости, а также увеличивается стоимость предлагаемого состава, а при уменьшении содержания высококальциевой золы уноса менее 14 мас.% и увеличении содержания песчаного или супесчаного грунта более 77 мас.% снижается функция активного вяжущего компонента - золы уноса, что приводит к снижению показателей прочности и уменьшению морозостойкости и водостойкости (см. таблицу, составы №№7, 8).

Введение хлорного железа в количестве 0,13-0,20 мас.% является оптимальным, так как обуславливает ускорение процессов твердения свободного оксида кальция, содержащегося в высококальциевой золе уноса и способствующего повышению прочности, трещиностойкости, водостойкости и морозостойкости укрепленного грунта (см. таблицу, составы №№2, 3, 4, 9, 10). Хлорное железо вступает в реакцию с гидрооксидом кальция, образуя нерастворимые соединения, которые концентрируются в порах, что повышает прочность, водо- и морозостойкость предложенного укрепленного грунта. Однако введение хлорного железа в количестве менее 0,13 мас.% снижает показатели прочности, водостойкости и морозостойкости по сравнению с его оптимальным количеством, а его введение более 0,20 мас.% не дает увеличения морозостойкости и приводит к удорожанию предложенного состава (см. таблицу, составы №№1, 5, 6, 7, 8).

Введение полимерсодержащего раствора, являющегося отходом производства автомобильных шин, в количестве 0,12-0,17 мас.%, содержащего каучук в виде латекса ДМВП-10Х, каучук в виде латекса СКД 1C, смолу СФ282, формальдегид, едкий натр, аммиак водный двадцати пяти процентный, воду умягченную, при следующем соотношении компонентов, мас.%: каучук в виде латекса ДМВП-10Х - 7; каучук в виде латекса СКД 1C - 7; смола СФ282 - 2; формальдегид - 0,6; едкий натр - 0,1; аммиак водный двадцати пяти процентный - 0,3; вода умягченная - 86, является оптимальным, так как позволяет повысить водостойкость и деформативные свойства укрепленного грунта вследствие использования латекса ДМВП-10Х, латекса СКД 1C, смолы СФ282, воды умягченной. Так, повышение деформативных свойств укрепленного грунта обусловлено наличием в полимерсодержащем растворе латексов и смолы, а умягченная вода создает улучшенные условия для гидратации компонентов золы. Однако введение только полимерсодержащего раствора, являющегося отходом производства автомобильных шин, не создает труднорастворимых соединений, поэтому введение компонентов осуществляется в комплексе. При введении полимерсодержащего раствора в количестве менее 0,12 мас.% показатели прочности

R_сж, R_изг и морозостойкости не удовлетворяют нормативным требованиям (ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.; ВСН 185-75 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), а введение полимерсодержащего раствора в количестве более 0,17 мас.% приводит к падению показателя морозостойкости (см. таблицу, составы №№1, 5, 6, 7, 8).

Предложенное изобретение поясняется таблицей, в которой приведены примеры составов и физико-механических показателей образцов предлагаемого укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа и образцов укрепленного грунта для дорожного строительства, выбранного в качестве прототипа.

Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа содержит песчаный или супесчаный грунт в количестве 75-77 мас.%, высококальциевую золу уноса в количестве 14-16 мас.%, хлорное железо в количестве 0,13-0,20 мас.%, полимерсодержащий раствор, являющийся отходом производства автомобильных шин, в количестве 0,12-0,17 мас.% и воду - остальное.

Пример конкретного выполнения.

Для приготовления предлагаемого укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа песчаный или супесчаный грунт перемещался из карьера к приемному бункеру транспортера грунтосмесительной установки. Далее песчаный или супесчаный грунт подавался по транспортеру грунтосмесительной установки в мешалку смесительной установки, дозировался в количестве 75-77 мас.% и перемешивался с предварительно дозированной высококальциевой золой уноса в количестве 14-16 мас.%. После этого сначала в смесь песчаного или супесчаного грунта с высококальциевой золой уноса добавлялся полимерсодержащий раствор, являющийся отходом производства автомобильных шин, в количестве 0,13-0,17 мас.%, растворенный в 50% воды, и осуществляли перемешивание, затем вводилось хлорное железо шестиводное

(FеСl₃*6Н₂О) в количестве 0,13-0,20 мас.%, растворенное в оставшихся 50% воды, производили окончательное перемешивание и приготовленное вещество выгружали в накопительный бункер, откуда транспортировали к месту укладки автомобилями-самосвалами.

Образцы, изготовленные на основе полученного укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог, подвергали исследованиям на прочность при сжатии и растяжении при изгибе, определяли коэффициенты водостойкости и морозостойкости (см. таблицу).

Как следует из таблицы, предел прочности при сжатии R_сж водонасыщенных образцов предлагаемого укрепленного грунта в возрасте 28 суток повышается в 3,0-3,8 раза, предел прочности на растяжение при изгибе R_изг - в 3,8-4,6 раза, коэффициент водостойкости - в 1,2-1,7 раза и коэффициент морозостойкости в 1,1-1,2 раза (составы №№2, 3, 4, 9, 10) по сравнению с укрепленным грунтом, выбранным в качестве прототипа (состав 11).

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить долговечность укрепленного грунта для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа, расширить возможности использования как для оснований дорожных одежд автомобильных дорог, так и для покрытий дорожных одежд переходного типа дорог низших категорий, способствовать решению экологической проблемы, связанной с утилизацией золы уноса, являющейся отходом тепловой энергетики.

Изобретение относится к составам, основанным на грунте, укрепленном высококальциевыми золами уноса, содержащими до 15% свободного оксида кальция, и может быть использовано для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа. Технический результат: повышение прочности, водостойкости и морозостойкости, расширение возможности использования. Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа содержит песчаный или супесчаный грунт, высококальциевую золу уноса и воду. Грунт дополнительно содержит хлорное железо и полимерсодержащий раствор - отход производства автомобильных шин, включающий каучук в виде латекса ДМВП-10Х в количестве 7 мас.% и каучук в виде латекса СКД 1C в количестве 7 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: песчаный или супесчаный грунт - 75-77, высококальциевая зола уноса - 14-16, хлорное железо - 0,13-0,20, указанный полимерсодержащий раствор - 0,12-0,17, вода - остальное. 1 табл.

Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа, содержащий песчаный или супесчаный грунт, высококальциевую золу уноса и воду, отличающийся тем, что грунт дополнительно содержит хлорное железо и полимерсодержащий раствор - отход производства автомобильных шин, включающий каучук в виде латекса ДМВП-10Х в количестве 7 мас.% и каучук в виде латекса СКД 1C в количестве 7 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Песчаный или супесчаный грунт 75-77 Высококальциевая зола уноса 14-16 Хлорное железо 0,13-0,20 Указанный полимерсодержащий раствор 0,12-0,17 Вода Остальное