СПОСОБ УСТРОЙСТВА КОНСТРУКТИВНОГО СЛОЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА ОСНОВЕ ЗОЛЫ ОТ СЖИГАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2013 года по МПК E01C3/04 C04B28/00 C04B26/26 

Изобретение относится к области строительства, в частности к дорожным смесям и способам укрепления грунтов, пригодным для конструктивных слоев дорожных одежд.

Известен «Способ утилизации зол уноса жидкими растворами фитозана и танина» (DE 4141889 A1, 24.06.1993).

Данный способ основан на связывании различных тяжелых металлов и других вредных веществ с помощью фитозана и танина (5-20%) в сложные органические соединения, что решает утилизацию отходов типа золы уноса ТЭС.

Однако использование данной смеси в дорожных конструкциях невозможно из-за низких показателей физико-механических свойств.

Известен «Способ закрепления грунтов» (RU 2148689 C1, 10.05.2000).

Данный способ основан на использовании наполнителей - брикетов, полученных прессованием смеси шлама водоочистки ТЭС, обработанной 10-15% цемента и известкового вяжущего - 2%, смешанных с грунтом в соотношении 3:1:6.

Недостатком известного способа закрепления грунтов является сложность технологии получения известкового вяжущего (высушивание, обжиг и измельчение смеси карбонатного шлама ТЭС с хлористым кальцием), а также формирование брикетов методом прессования.

Известна «Асфальтобетонная смесь» (патент RU 2204539 С2, 20.05.2003) в соотношении компонентов, мас.%:

- известняковый щебень фракции 2-20 мм - 30-45;

- нефтяной вязкий битум - 5-6;

- зола уноса с электрофильтра ТЭС - 3-8;

- кубовый остаток - 0,5-1,75 от массы битума;

- песок фракции до 5 мм - остальное.

Данная смесь является прототипом предлагаемого способа, обеспечивает следующие свойства дорожного материала (прочность при сжатии образцов при 20°C R₂₀C, МПа не менее 4,56; водонасыщение - 1,97%; коэффициент водостойкости - 0,98 и при длительном водонасыщении - 0,75).

Высокие показатели известковой смеси достигаются за счет введения полимерных добавок к битуму и наличия в смеси известнякового щебня, обеспечивающих условия активных процессов структурообразования. Однако использование золы уноса в количестве 3-8% вместо минерального порошка является недостаточным для утилизации отхода от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с экологической стороны в достаточной мере.

Известно «Вяжущее для закрепления грунта» (АС СССР 384974, Е02D 3/14, 1973).

Данный способ закрепления грунта основан на использовании известково-битумного вяжущего (паста) и золы уноса ТЭС.

Недостатком данного способа является то, что полученный материал имеет низкие прочностные и деформативные характеристики.

Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является «Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона» (патент RU 2148050, C04B 38/02, 27.04.2000).

Смесь относится к производству строительных материалов, содержит зольный компонент, портландцемент и алюминиевую пудру, в качестве зольного компонента содержит золу от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с удельной поверхностью 400-600 м²/кг, насыпная плотность 600-800 кг/м³ и содержанием SiO₂ - 1,5-2,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола - 38,4-61,4; портландцемент - 38,4-61,4; алюминиевая пудра - остальное.

Технический результат: утилизация отходов городского коммунального хозяйства в строительной отрасли. Материал из данной смеси обладает высокой прочностью, достигаемой значительным расходом вяжущего - портландцемента, что экономически невыгодно для дорожного строительства. Бетон изготовленный из данной сыревой смеси обладает значительным водопоглощением и имеет относительно низкую морозостойкость, что ограничивает его использование в дорожных конструкциях.

В нашем предлагаемом способе используют смесь золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства) мас.% - 30-70 и минерального природного песка - остальное, что позволяет утилизировать значительные объемы отходов городского хозяйства. В качестве вяжущих материалов используют негашеную известь (цемент марки М400) и битум марки СГ 90/130, разжиженный в соотношении 1:1 по массе. После внесения в золопесчаную смесь минеральных вяжущих - негашеной извести (цемента) ее увлажняют, что обеспечивает нормальное протекание реакций адсорбции и хемосорбции, в процессе химического взаимодействия зерен извести (цемента) с компонентами золы и песка при структурообразовании материала.

Это достигается тщательным перемешиванием компонентов и равномерным распределением мелкодисперсных частиц Ca(OH)₂ процессов гидролиза и гидратации в золопесчаной смеси, что обеспечивает нормальное протекание реакций взаимодействия аморфного кремнезема SiO₂, окислов алюминия и тяжелых металлов, находящихся в золе с образованием на их основе водонерастворимых соединений типа гидроалюмосиликатов кальция.

Предлагаемый способ получения дорожно-строительного материала позволяет снизить вымываемость тяжелых металлов золы на порядок и обеспечить его допустимые значения ПДК.

Последующее введение битума, равномерно распределенного по зологрунтовой смеси, обеспечивает повышение водостойкости материала за счет гидрофобизации структурных связей частиц и конгломератов материала.

Введение в смесь зологрунта минерального вяжущего, увлажнение и затем жидкого битума и его равномерное распределение, обусловленное механическим перемешиванием и физическим воздействием, позволяет протекать активным химическим реакциям между компонентами битума (асфальтенами, асфальтогеновыми кислотами, смолами и др.) и появления в структуре материала высокомолекулярных соединений водостойкого типа.

Уплотнение смеси приводит к сближению центров кристаллизации, увеличение контактов частиц и новообразований приводит к росту реакций полимеризации и поликонденсации, процессам физической адсорбции и обеспечивает получение нового, прочного и водоусточивого дорожностроительного материала.

Важным отличием предлагаемого способа является использование значительного объема утилизации золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства), небольшой расход традиционных вяжущих (цемент, негашеная известь, битум), обязательное увлажнение смеси до оптимального значения и простота технологических операций получения материала.

Пример.

Для экспериментальной проверки заявленного способа были подготовлены варианты смесей из вышеуказанных компонентов. Смесь из золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства, природного песка фракции 0-5 мм и негашеной извести увлажняли при непрерывном перемешивании (1-2 мин) до образования однородного состава. После чего вводили жидкий битум марки СГ 90/130 (разжиженный в соотношении 1:1 по массе). Смесь вновь перемешивали, выдерживали 2 часа и затем из смеси изготовляли образцы диаметром и высотой 50 мм под давлением 30 МПа.

Результаты сравнительного анализа приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Состав смеси для дорожного строительства №, п/п Компоненты смеси Содержание компонентов, мас.% Номер смеси Прототип 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Битум жидкий - 8 8 8 6 8 8 6 6 2 Нефтяной вязкий битум 5-6 - - - - - - - - 3 Известь негашеная - 6 6 6 8 - - - 10 4 Цемент М400 - - - - - 6 6 6 - 5 Зола уноса ТЭС 3-8 - - - - - - - - 6 Зола - продукт сжигания осадков сточных вод - 30 50 70 30 40 50 50 100 7 Кубовый остаток 0,5-1,75 - - - - - - - - 8 Известняковый щебень фр. 5-20 мм 30-45 - - - - - - - - 9 Природный песок фракции 0-5 мм ОСТАЛЬНОЕ

Таблица 2 Физико-механические свойства смесей №№ смеси п/п Показатели свойств Предел прочности при сжатии, R_сж ^вн, МПа Водопоглощение, Wвп, % Коэффициент водостойкости, доли ед. Коэффициент морозостойкости, доли ед. Суммарное содержание тяжелых металлов в вытяжке, мг/л Прототип 4,56 1,97 0,75 - - 1 9,0 0,73 0,83 0,83 - 2 9,1 0,30 0,88 0,92 0,077 3 7,1 4,51 0,78 0,82 - 4 10,5 0,24 0,87 0,84 - 5 7,3 1,02 0,77 0,81 - 6 8,1 4,3 0,91 0,80 - 7 8,8 3,0 0,85 0,82 - 8 9,0 16,3 0,72 0,55 - Зола - - - - 0,670

Изобретение относится к области строительства, в частности к дорожным смесям и способам укрепления грунтов, пригодным для конструктивных слоев дорожных одежд. Технический результат: повышение прочности, водопоглощения. Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды состоит в том, что смешивают (мас.%) 30-70 золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с природным песком фракции 0-5 мм (остальное), 6-10 минерального вяжущего материала - цемента марки не ниже М400 или тонкомолотой негашеной извести с активностью не менее 60 мас. % по содержанию CaO и MgO, увлажняют минеральную смесь водой, перемешивают с последующей обработкой 4-8 жидкого битума СГ 90/130, разжиженного в соотношении 1:1 по массе и уплотняют с нагрузкой 30 МПа. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 прим.

1. Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды, состоящий в том, что смешивают (мас.%) 30-70 золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с природным песком фракции 0-5 мм (остальное), 6-10 минерального вяжущего материала - цемента марки не ниже М400 или тонкомолотой негашеной извести с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, увлажняют минеральную смесь водой, перемешивают с последующей обработкой 4-8 жидкого битума СГ 90/130, разжиженного в соотношении 1:1 по массе и уплотняют с нагрузкой 30 МПа.

2. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют тонкомолотую негашеную известь с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, смесь после введения всех вяжущих выдерживают не менее 2 ч до момента уплотнения.

3. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют цемент марки не ниже М400.

4. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают в механической мешалке в течение 1-2 мин.

5. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают на дороге фрезой до получения однородного состава.

6. Способ по п.1, в котором в качестве органического вяжущего материала используют жидкий битум в составе 50% битума и 50% разжижителя по массе, приготовленного смешиванием в подогретом состоянии при температуре 80-100°C.