ДОРОЖНАЯ СМЕСЬ Российский патент 2012 года по МПК E02D3/12 C04B28/26 

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть, в частности, использовано при устройстве оснований, укрепления откосов автомобильных и железных дорог, промплощадок, а также укрепления отвалов промышленных отходов.

Широко известен состав для дорожного строительства, включающий наполнитель и вяжущий компонент, где в качестве наполнителя используется щебеночно-гравийная смесь, а в качестве вяжущего компонента - дорожные битумные эмульсии (СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги).

Недостатки данного состава обусловлены использованием в качестве компонентов относительно недешевых реагентов. Кроме того, опыт устройства и содержания дорожных покрытий с использованием дорожных битумов, изготавливаемых российскими НПЗ, свидетельствует о том, что даже при температуре хрупкости -20°C разрушение покрытия начинается уже в первый год его эксплуатации. Это связано с плохой эластичностью применяемых дорожных битумов при отрицательных температурах.

Известна дорожная смесь, включающая грунтоцементную смесь и специальные добавки: латекс, механоактивированную целлюлозу (патент РФ №2373321 C1, E01C 7/36, опубл. 20.11.2009, бюл. №32) или ПАВ (патент РФ №2305149 C2, E01C 7/36, опубл. 27.08.2007, бюл. №24).

Общим недостатком данных составов являются низкая механическая прочность и высокая водопроницаемость получаемых оснований. Присутствующий избыток влаги при воздействии отрицательных температур приводит к быстрому разрушению и последующему вымыванию структуры дорожного полотна.

Наиболее близким по технической сущности является шлакощелочное вяжущее для дорожного строительства следующего состава, мас.%: минеральный наполнитель (шлак гранулированный) 54,55-94,45, натриевое жидкое стекло 4,09-40,90, добавка, повышающая прочность и улучшающая реологию состава (двузамещенный ортосиликат натрия Na₂H₂SiO₄·8H₂O) - 0,46-4,55, которое может быть использовано в качестве самостоятельного строительного материала для дорожного строительства (патент РФ №2247697, C04B 7/14, опубл. 10.03.2005, бюл. №7).

Недостатком прототипа является потеря прочностных свойств во времени, обусловленная использованием в качестве основного компонента шлака металлургических производств. Доменные и сталеплавильные шлаки содержат в своем составе большое количество железистых силикатов, которые под воздействием влаги, а также в условиях попеременного замораживания и оттаивания, активно разрушаются с образованием окисленных и гидратированных продуктов силикатного распада. Другим крупным недостатком использования шлака, особенно свежего, является присутствие вредных примесей, главным образом недогоревших до конца углей, соединений серы и извести. Кроме того, применение в качестве добавки, улучшающей физико-механические свойства состава, двузамещенного ортосиликата натрия, требующего предварительного выделения, или синтеза, усложняет и удорожает применяемую технологию устройства дорожного покрытия.

Задача изобретения состоит в разработке дорожного состава, обладающего комплексом свойств: большой механической прочностью, высокой скоростью твердения в естественных условиях, влагостойкостью, морозостойкостью, а также низкой себестоимостью изготовления.

Поставленная задача решается тем, что в дорожной смеси, содержащей минеральный наполнитель, натриевое жидкое стекло, добавку, повышающую прочность и улучшающую реологию состава, согласно изобретению в качестве минерального наполнителя используют отработанный и регенерированный проппант 50-60 мас.%, в качестве добавки, повышающей прочность и улучшающей реологию состава, используют избыточный ил биологических очистных сооружений 10 мас.%, доля натриевого жидкого стекла в предлагаемом составе составляет 30-40 мас.%.

Применяемое в составе натриевое жидкое стекло соответствует ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое. Технические условия.

Проппант представляет собой гранулированные алюмосиликатные порошки, с размером гранул от 0,2 до 2 мм, получаемые путем высокотемпературного обжига специального фракционированного глинозема [ГОСТ Р 51761-2005 Пропанты алюмосиликатные. Технические условия]. Гранулы проппанта характеризуются высокой механической прочностью: один квадратный сантиметр получаемого проппанта удерживает, не разрушаясь, до 8 тонн груза. Проппант широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта. Отработанный проппант представляет собой многотонный нефтенасыщенный отход 3 класса опасности, вывозимый в специальные амбары, где хранится годами, загрязняя окружающую среду.

Регенерацию отработанного проппанта осуществляют в специальных установках путем промывки нефтесодержащих гранул проппанта в водном 0,5-1 мас.% растворе ПАВ, при температуре рабочего раствора 60-100°С. Регенерированный проппант представляет собой гранулы с высокоразвитой удельной поверхностью, активно взаимодействующие с натриевыми силикатами с образованием прочной гидрофобной структуры.

Избыточный ил представляет собой крупнотоннажный отход биологической очистки сточных вод. Органическое вещество ила представлено, по большей части, биополимерами, образующимися в результате естественных процессов биосинтеза: полиамины, липопротеины, полисахариды, в том числе высокомолекулярная целлюлоза, клетчатка и др. Содержание даже небольшого количества избыточного ила в предлагаемом составе благотворно влияет на физико-механические свойства состава, в частности значительно повышается механическая прочность, уплотняемость состава, при этом предлагаемый состав обладает достаточной эластичностью, позволяющей сохранять свои прочностные свойства даже в условиях повышенной влажности и при отрицательных температурах. Содержащийся в иле кальций является эффективным отвердителем для жидкого стекла. В результате их взаимодействия образуются силикаты кальция, придающие составу повышенную прочность, плотность и водонепроницаемость.

Пример 1. Для проведения опыта готовили дорожные смеси, включающие компоненты, указанные в заявляемой дорожной смеси, прототипе и аналогах. Полученные составы наносили на грунтовую поверхность слоем толщиной 10 см, выравнивали и утрамбовывали. Полученные составы выдерживали в течении 28 суток при комнатной температуре. Из затвердевших составов отбирали образцы, которые оценивали по показателям, используемым для оценки качества дорожных покрытий и оснований [ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний, ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия]: предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, коэффициент водостойкости и коэффициент морозостойкости (табл.1).

Таблица 1 Составы и физико-механические показатели образцов дорожных смесей Состав дорожных смесей, мас.% Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, при 20°C, МПа Коэффициент водостойкости после 15-суточного насыщения в воде Коэффициент морозостойкости после 10 циклов замораживания (t=-5°C) Щебеночно-гравийная смесь 94
битум 6 8,12 0,87 0,72 Грунт 94,9 цемент 5
ПАВ 0,1 4,54 0,74 0,62 Шлак гранулир. 75
жидкое стекло 22,5 Na₂H₂SiO₄·8H₂O 2,5 6,21 0,82 0,76 Проппант - 60 жидкое стекло - 40 6,42 0,81 0,72 Проппант - 55 жидкое стекло - 35
избыточный ил - 10 7,91 0,86 0,82

Как видно из табл.1, наибольшее значение предела прочности при сжатии наблюдается у составов на основе битумно-щебеночно-гравийной смеси, однако данный состав обладает относительно невысоким коэффициентом морозостойкости. Предлагаемая смесь при достаточно больших значениях предела прочности и коэффициента водостойкости обладает высокими показателями морозостойкости, даже после 10 циклов замораживания.

Пример 2. Для проведения опыта готовили предлагаемую дорожную смесь с различным процентным содержанием входящих компонентов: регенерированный проппант, натриевое жидкое стекло, избыточный ил биологических очистных сооружений. Полученные смеси сравнивали по основным показателям качества дорожных покрытий и оснований (табл.2).

Таблица 2 Составы и физико-механические показатели образцов дорожных смесей Состав смеси, мас.% Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, при 20°С, МПа Коэффициент водостойкости после 15-суточного насыщения в воде Коэффициент морозостойкости после 10 циклов замораживания (t=-5°C) Проппант Жидкое стекло Избыточный ил 45 45 10 6,12 0,89 0,83 50 40 10 7,43 0,88 0,83 55 35 10 7,91 0,86 0,82 60 30 10 7,78 0,79 0,78 65 25 10 4,25 0,67 0,55

Как видно из табл.2, наибольшие значения предела прочности при сжатии наблюдаются при содержании проппанта 50-60 мас.%, при этом увеличение в составе доли жидкого стекла приводит к повышению значений коэффициентов водостойкости и морозостойкости.

Таким образом, оптимальной является дорожная смесь следующего состава, мас.%: проппант 50-60, жидкое стекло 30-40, избыточный ил 10.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть, в частности, использовано при устройстве оснований, укреплении откосов автомобильных и железных дорог, промышленных площадок, а также укреплении отвалов промышленных отходов. Дорожная смесь содержит, мас.%: регенерированный отработанный проппант 50-60, натриевое жидкое стекло 30-40, избыточный ил биологических очистных сооружений 10. Технический результат - повышение прочности, влагостойкости, морозостойкости, скорости твердения в естественных условиях, снижение себестоимости. 2 пр., 2 табл.

Дорожная смесь, содержащая минеральный наполнитель, натриевое жидкое стекло, добавку, повышающую прочность и улучшающую реологию состава, отличающаяся тем, что содержит в качестве минерального наполнителя отработанный и регенерированный проппант, в качестве добавки, повышающей прочность и улучшающей реологию состава, избыточный ил биологических очистных сооружений, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
регенерированный отработанный проппант 50-60 натриевое жидкое стекло 30-40 указанный ил 10