КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОЛИТНОЙ ТЕРМОПЛИТЫ В КАЧЕСТВЕ ЗАМЕНЫ ГИБКОЙ ПРОСЛОЙКИ АРМОГРУНТА ИЛИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ Российский патент 2012 года по МПК C04B26/00 C04B18/00 E01C5/20 B32B5/16 

Заявляемое изобретение относится к области получения композиций, используемых при изготовлении строительных материалов, в частности материалов, используемых при строительстве магистралей, автодорог, надводных и подводных сооружений.

Проблема строительства магистралей, автомобильных дорог, подводных сооружений, дорожного полотна, подвергающегося эпизодическому смыванию водой, состоит в резком понижении температур и сложного земляного грунта. Известны природные компоненты, применяемые в строительстве дорожного основания: гравий, щебень, дресва. Все применяемые слои не имеют сцепления между собой. Минералы, напитываясь влагой с земляного грунта, после низких температур разрушают основание дорожного полотна. Подвижные воды грунта образуют "карманы".

Таким образом, минералы, не связанные между собой усиливающим вяжущим, являются слабым звеном в строительстве дорожного полотна. Вес проезда автотранспорта - 25 тонн и более, а вес статистического катка не более 10 тонн. Слой гравийной подушки "играет" после неравномерного уплотнения. Во время укатки горячая асфальтовая масса продавливается по внутреннему слою, создавая ребристую пористую внутреннюю поверхность, что тоже ведет к нарушению целостности уплотнения дорожной одежды, а в период эксплуатации ведет к разрушению наружного слоя. Поэтому даже вновь уложенное полотно асфальтобетонной смеси в жаркую погоду получает прогибы и колеи. Для уплотнения полотна накладывают более высокий слой органоминеральной смеси, что только увеличивает высоту прогибов.

При строительстве автодорог используют гибкое многослойное покрытие, представляющее собой слои армированного пространственными или плоскими георешетками грунта и слой гибкой разделительной прослойки из геотекстиля, расположенный между названными слоями армогрунта [см. патент RU 2044813, кл. Е01С 5/00, опубл. 27.09.95).

Использование гибкой разделительной прослойки из геотекстиля или сборных предварительно напряженных железобетонных плит ПНД-14 тоже не обеспечивает надежной гидроизоляции всех слоев дорожных покрытий, в силу чего структурное строение дорожного покрытия за короткий срок теряет свою первоначальную высокую и равномерную устойчивость.

Известна композиция для изготовления строительных материалов, включающая связующее в виде термоклея и наполнителя в виде соли поваренной и крошки природного камня [см. патент RU 2304570, С04В 41/45, C09D 5/28, опубл. 20.08.2007).

Однако данная композиция не может быть использована в дорожном строительстве по своим физико-механическим свойствам. Область применения известной композиции ограничивается производством отделочных материалов.

Известно дорожное покрытие, созданное на насыпи земляного полотна, выполненного из мелкозернистого песка, песчаного основания толщиной до 30 см и слоя из сборных предварительно напряженных железобетонных плит ПДН-14 толщиной 14 см. Слой из железобетонных плит омоноличен мелкозернистым бетоном, введенным в места стыков названных плит [см. патент RU 2020197, кл. Е01С 5/00, опубл. 30.09.94).

В период эксплуатации тяжелые заполнители, имеющие большую адгезию по отношению к цементному камню, образуют сколы, высыпания, закладные детали поддаются коррозии, происходит смещение и разрушение, что ведет к нарушению несущей способности дорожного полотна. Требуемая плотность бетона при изготовлении предварительно напряженных железобетонных плит ГОСТ 25912.0-91 обеспечивается при тщательном подборе состава на чистых фракционированных заполнителях, отвечающих требованию соответствующих ГОСТов прочных горных пород не менее 80-120 МПа.

Известна композиция для изготовления дорожных блоков, включающая в качестве связующего расплавляемый полимер в виде отходов пластика и полиэтилена, а в качестве наполнителя песок и/или металлическую стружку [см. патент US 4427818 A, C08J 11/06, 24.01.1984).

Использование дорожных блоков в строительстве дорожного полотна нарушает технологичность следующих требований, а именно:

- сокращение количества конструктивных слоев;

- минимум операций с наименьшими временными затратами;

- возможность осуществления в процессе работы движения построечного транспорта по верху уложенного полотна.

Не имеет монолитной структуры уложенного полотна. Не обладает прочностью и деформируемостью, достаточными для того, чтобы выдержать нагрузки, возникающие при уплотнении и распределении горячих асфальтобетонных органоминеральных смесей.

Известна композиция для изготовления полимербетонных конструкций на основе карбамидных смол и химически стойких наполнителей и заполнителей без участия минеральных вяжущих и воды. К недостаткам полимербетонов относят их низкую морозостойкость, большую ползучесть, а также старение, усиливающееся при действии попеременного нагревания и увлажнения. Для армирования бетонных конструкций известно использование целлюлозных, нейлоновых, полиэтиленовых, полипропиленовых волокон, которые не поддаются химической коррозии. Отрицательный результат: синтетические волокна имеют плохую смачиваемость, малое сцепление с цементным камнем. Известны добавки в состав бетонов - суперпластификаторы С-3, НИЛ-10, КМБ, ПАВ, увеличивающие прирост прочности. Полимерцементные бетоны и растворы содержат водорастворимые полимерные добавки. Значительным недостатком добавок следует отнести коррозию стальной арматуры, понижение стойкости цементного камня в конструкции.

Наиболее близкой по технической сущности и выбранной в качестве ближайшего аналога является композиция для изготовления строительно-дорожного материала - изоляционной плиты в качестве защитного покрытия при дорожных и кровельных работах [см. патент RU 2186689 C1, B32B 11/04, Е04С 5/20, 10.08.2002).

Изоляционная плита содержит три не отделяющихся один от другого слоя, толщину плиты в интервале 4…30 мм. В качестве минерального заполнителя известняковый минеральный порошок фракции менее 0,071 мм и отсев дробления основных горных пород фракции менее 5 мм. Внешний слой выполнен из рубероида, кровельного картона, пергамина, бумаги, нетканого полотна. В качестве полимерно-битумной композиции внутреннего слоя содержит битум, гудрон, мазут, продукт на основе низкомолекулярного полимера.

Данная плита не имеет технических, физико-механических характеристик, пригодных для строительства дорожного полотна, и более всего относится к области покровных изоляционных материалов.

Целью заявляемого изобретения является изготовление из заявленной композиции строительных материалов, а именно монолитных термоплит, имеющих высокие физико-механические характеристики.

Задачей данного изобретения является создание композиции, технологии изготовления монолитной термоплиты, которая позволит нести заменяющую функцию одного из слоев дорожной одежды, а именно промежуточного слоя гравийной подушки и наружного слоя дорожного покрытия, являясь усиливающим звеном.

Для решения поставленной задачи необходимо было экспериментально найти термопластичное вяжущее, которое при нагреве заполнителя (для удаления влагосодержания), при разогреве вяжущего создало плотное сцеплении всех компонентов при правильном соотношении между фракциями заполнителя.

Положительный результат получен при внедрении в качестве вяжущего компонента - термоклея практически любой марки. Например: «АлСил-5» на основе нитрида алюминия, «KLEIBERIT» на основе этилвинилацетатного сополимера. Составляющие компоненты термоклея имеют высокую морозостойкость, пластичность. Позволяют создать монолитную структуру термоплиты из предлагаемой композиции.

Показатели водонепроницаемости, высокой прочности термоплиты были достигнуты за счет обволакивания морозостойким, влагонепроницаемым вяжущим составом всех компонентов заполнителя при правильном подборе между фракциями заполнителя.

Для изготовления термоплиты из заявленной композиции не требуется кондиционная фракция, при этом не нарушаются физико-механические свойства. Заполнители, пройдя термическую обработку при температуре 140…150°С, усиливают свои качества за счет горячего вяжущего - термоклея на непроницаемость, в связи с этим - на морозостойкость.

За счет применения в качестве связующего термоклея достигнут результат стойкости термоплиты из заявленной композиции к действию хлористых солей, дает положительные результаты при защите закладных деталей напрягаемой арматуры от коррозии.

Поставленная задача достигается тем, что композиция для изготовления монолитной термоплиты в качестве замены гибкой прослойки армогрунта или предварительно напряженных железобетонных плит согласно изобретению в качестве связующего содержит термоклей, а в качестве заполнителя содержит: кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм, гравий фр. 15…20 мм, дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм, отходы напрягаемой арматуры кл. A-IV, A-V, 18…20 см, доменный гранулированный шлак и/или измельченные горные породы в виде дресвы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Термоклей 36,0…43,0 Кварцевый песок 16,0…17,0 Гравий 16,0…18,0 Дробленые отходы стеклобоя 10,0…12,0 Доменный гранулированный шлак и/или дресва 14,0…15,0 Отходы напрягаемой арматуры 1,0…2,0

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствует о том, что предлагаемая композиция для изготовления монолитной термоплиты в качестве замены гибкой прослойки армогрунта или предварительно напряженных железобетонных плит неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Использование монолитной термоплиты из заявленной композиции в качестве замены гибкой прослойки армогрунта или предварительно напряженных железобетонных плит соответствует всем требованиям технологического результата и позволяет отнести заявленное изобретение как соответствующее новизне.

Предлагаемая монолитная термоплита из заявленной композиции может быть изготовлена на отечественном стандартном оборудовании, предприятии, специализирующемся в данной отрасли.

В соответствии с этим заявленная композиция и заявляемая монолитная термоплита соответствуют критерию «промышленная применимость».

Благодаря изобретению достигнута возможность создания качественного сцепления фактурной поверхности монолитной термоплиты из заявленной композиции с органоминеральной композицией, достигнута возможность создания высокой и равномерной устойчивости дорожных конструкций, качественного покрытия дорожного полотна.

Таким образом, достигнут технический результат, что позволяет отнести заявленное изобретение как соответствующее новизне.

По представленным физико-механическим свойствам монолитной термоплиты можно отнести заявленное изобретение как соответствующее новизне.

Физико-механические свойства монолитной термоплиты из заявленной композиции.

Размер 2300×1000×90   Плотность кг/м² 2200…2300 Кратковременная прочность, МПа:   Сжатие 120 Изгиб 40 Растяжение 2,5…3 Удельная ударная вязкость, Дж/см² 0,2…0,25 Водопоглощение за 24 ч, % 0,03…0,5 Морозостойкость, циклы 300 Прочность на отрывное усилие, МПа 0,7…0,9 Долговечность (по данным ускоренных испытаний) годы более 70

Применение термоплиты из заявленной композиции в дорожном строительстве не нарушит технологичность следующих требований:

- Поточный метод с наименьшим количеством дорожных машин.

- Уплотнение верха дорожного полотна со снижением толщины и стоимости дорожной одежды.

- Сокращение количества конструктивных слоев.

- Минимум операций с наименьшими временными затратами.

- Возможность осуществления в процессе работы движения построечного транспорта по верху уложенного полотна. Положительным результатом является сокращение сроков строительства, расширение диапазона сезонных работ. По результатам проведенного исследования выявлено, что применение термоплиты из заявленной композиции взамен гибкой прослойки армогрунта или предварительно напряженных железобетонных плит усиливает дорожное полотно на прогиб, смещение, повышает устойчивость к нагрузкам. На поверхности термоплиты не происходит усадочных трещин.

Создается единое высокопрочное покрытие, т.к. в процессе изготовления поверхность термоплиты покрывают слоем дресвы высотой 3…5 см при температуре 60…65°С для образования фактурной поверхности, надежного сцепления во время укатки горячей органоминеральной композиции с фактурным слоем термоплиты из заявленной композиции. Впаянная при изготовлении термоплиты из заявленной композиции выступающая над поверхностью стержневая напрягаемая арматура кл. А-IV, А-V высотой 18…20 см при наложении на дорожное основание из гравийной подушки, укрепленной вяжущим, дает сопротивление на смещение.

Пример 1.

Технологический процесс изготовления термоплиты.

Размер 2000×1000×70

Соотношение компонентов, мас.%:

Термоклей «KLEIBEPIT» 36,0 Кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм 17,0 Гравий фр. 15…20 мм 18,0 Дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм 12,0 Дресва и доменный гранулированный шлак 15,0 Отходы напрягаемой арматуры кл. А-IV, 18…20 см 2,0

Из фронтального отсека 1 через коробку дозатора 2 связующий компонент загружают в печь-активатор 3 (фиг.1).

Нагрев производят до 100…110°С.

Минеральная композиция через коробку дозатора 4 поступает в печь-активатор 5.

Нагрев минерального заполнителя 140…150°С.

Разогретая минеральная композиция путем поэтапного ввода из печи-активатора 5 поступает в печь-активатор 3 с разогретым связующим. Охлаждение композиции до 60…65°С.

Дно унифицированного поддона 6 покрывается дресвой для создания фактурного слоя 7 высотой 3…5 см. Заливают композицию. В тело плиты 8 опускается стержневая напрягаемая арматура 9 кл. А-IV высотой 18…20 см. Изделие покрывается слоем дресвы высотой 3…5 см, создавая фактурную поверхность 10 плиты. Охлаждение изделия до 10°С.

Плита из заявленной композиции имеет монолитную структуру.

Пример 2.

Технологический процесс изготовления термоплиты.

Размер 2300×1000×90

Соотношение компонентов, мас.%:

Термоклей «АлСил-5» 43,0 Кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм 16,0 Гравий фр. 15…20 мм 16,0 Дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм 10,0 Дресва 14,0 Отходы напрягаемой арматуры кл. А-IV, 18…20 см 1,0

Из фронтального отсека 1 (фиг.1) через коробку дозатора 2 связующий компонент загружают в печь-активатор 3 (фиг.1).

Нагрев производят до температуры 100…110°С.

Минеральная композиция через коробку дозатора 4 поступает в печь-активатор 5.

Нагрев минерального заполнителя 140…150°С.

Разогретая минеральная композиция путем поэтапного ввода из печи-активатора 5 поступает в печь-активатор 3 с разогретым связующим. Охлаждение композиции до 60…65°С.

Дно унифицированного поддона 6 покрывается дресвой для создания фактурного слоя 7 высотой 3…5 см. Заливают композицию. В тело плиты 8 опускается стержневая напрягаемая арматура 9 кл. А-IV высотой 18…20 см. Изделие покрывается слоем дресвы 3…5 см, создавая фактурную поверхность 10 плиты.

Охлаждение изделия до 10°С.

Плита из заявленной композиции имеет монолитную структуру.

Пример 3.

Технологический процесс изготовления термоплиты.

Размер 2500×1200×80

Соотношение компонентов, мас.%:

Термоклей «KLEIBERIT» 36,0 Кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм 17,0 Гравий фр. 15…20 мм 18,0 Дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм 12,0 Доменный гранулированный шлак 15,0 Отходы напрягаемой арматуры кл. А-V, 18…20 см 2,0

Из фронтального отсека 1 через коробку дозатора 2 связующий компонент загружают в печь-активатор 3 (фиг.1).

Нагрев производят до 100…110°С.

Минеральная композиция через коробку дозатора 4 поступает в печь-активатор 5.

Нагрев минерального заполнителя 140…150°С.

Разогретая минеральная композиция путем поэтапного ввода из печи-активатора 5 поступает в печь-активатор 3 с разогретым связующим. Охлаждение композиции до 60…65°С.

Дно унифицированного поддона 6 покрывается дресвой высотой 3…5 см для создания фактурного слоя 7. Заливают композицию.

В тело 8 плиты опускается стержневая напрягаемая арматура 9 кл. A-V высотой 18…20 см. Поверхность изделия 10 покрывается слоем дресвы 3…5 см, создавая фактурную поверхность плиты. Охлаждение изделия до 10°С.

Плита из заявленной композиции имеет монолитную структуру.

Композиция для изготовления монолитной термоплиты в качестве замены гибкой прослойки армогрунта или предварительно напряженных железобетонных плит в качестве связующего содержит термоклей, а в качестве заполнителя - кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм, гравий фр. 15…20 мм, дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм, отходы напрягаемой арматуры кл. A-IV, A-V, 18…20 см, доменный гранулированный шлак и/или измельченные горные породы в виде дресвы при следующем соотношении компонентов, мас.%: термоклей - 36,0-43,0, кварцевый песок - 16,0-17,0, гравий - 16,0-18,0, дробленые отходы стеклобоя - 10,0-12,0, доменный гранулированный шлак и/или дресва - 14,0-15,0, отходы напрягаемой арматуры - 1,0-2,0. Технический результат - улучшение физико-механических свойств получаемой термоплиты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

1. Композиция для изготовления монолитной термоплиты в качестве замены гибкой прослойки армогрунта или предварительно напряженных железобетонных плит, в качестве связующего содержащая термоклей, а в качестве заполнителя содержащая кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм, гравий фр. 15…20 мм, дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм, отходы напрягаемой арматуры кл. A-IV, A-V, 18…20 см доменный гранулированный шлак и/или измельченные горные породы в виде дресвы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
термоклей 36,0-43,0 кварцевый песок 16,0-17,0 гравий 16,0-18,0 дробленые отходы стеклобоя 10,0-12,0 доменный гранулированный шлак и/или дресва 14,0-15,0 отходы напрягаемой арматуры 1,0-2,0

2. Композиция монолитной термоплиты по п.1, отличающаяся тем, что в качестве связующего используют термоклей «АлСил-5» - 43 мас.%, в качестве заполнителя кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм - 16 мас.%, гравий фр. 15…20 мм - 16 мас.%, дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм - 10 мас.%, дресва - 14 мас.%, отходы напрягаемой арматуры кл. А-IV, 18…20 см - 1,0 мас.%.

3. Композиция монолитной термоплиты по п.1, отличающаяся тем, что в качестве связующего используют термоклей «KLEIBERIT» - 36 мас.%, в качестве заполнителя кварцевый песок фр. 0,7…1,5 мм - 17 мас.%, гравий фр. 15…20 мм - 18 мас.%, дробленые отходы стеклобоя фр. 0,8…5 мм - 12 мас.%, доменный гранулированный шлак - 15 мас.%, отходы напрягаемой арматуры кл. A-V, 18…20 см - 2,0 мас.%.