Композитный материал из твердых промышленных отходов для формирования земляного полотна и основания автомобильных и железных дорог Российский патент 2018 года по МПК E01C3/00 C04B28/08 C04B28/14 C04B18/10 C04B18/14 B09B3/00 C04B11/26 C04B28/36 

Настоящее изобретение относится к транспортному строительству, а именно к строительным материалам для устройства автомобильных и железных дорог. Качество дорог и их долговечность во многом зависят от надежности основания земельного полотна. Высокая стоимость основания часто является следствием использования дорогих вяжущих материалов для улучшения свойств оснований. Не менее важной является проблема переработки и утилизации промышленных отходов, которая является одной из самых крупных в настоящее время. Решение проблемы утилизации промышленных отходов и предотвращения их негативного влияния на окружающую среду является одной из приоритетных для России. В настоящее время использование отходов в качестве вторичного сырья или их обезвреживание в России удается в среднем только на 45%. В частности, наиболее распространенными крупнотоннажными промышленными отходами являются такие отходы промышленного производства, как фосфогипс, шламы производства глинозема, различные шлаки и золы, являющиеся перспективным вторичным ресурсом, используемым в различных отраслях, в том числе строительной промышленности, в частности при решении проблем дорожного строительства, однако невостребованные запасы таких отходов и сейчас достаточно велики.

Известен композитный материал для дорожного строительства из твердых промышленных отходов, включающий продукт совместного помола нефелинового шлама и золошлаковых отходов при их соотношении 3-4:1 20-25 и золошлаковый отход 75-80 (SU 516479, опубл. 23.10.1989).

Известен также композитный материал, в котором предусмотрено использование твердых промышленных отходов, таких как бокситовый шлам, фосфорный шлак, зола ТЭЦ в количестве, составляющем 20-30% от смеси, при этом требуется использование цемента, что удорожает материал (KZ 18267, опубл. 15.02.2007).

Недостатком известных материалов является низкая степень утилизации промышленных отходом при недостаточно высоких обеспечиваемых при их использовании получаемых прочностных свойств.

Техническим результатом является повышение степени утилизации промышленных отходов при увеличении межремонтного срока за счет повышения прочностных свойств. Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что композитный материал из твердых промышленных отходов для формирования земляного полотна и основания автомобильных и железных дорог получен перемешиванием фосфогипса, нефелинового шлама, серы технической, шлакового вяжущего, содержащего 90% фосфорного гранулированного шлака, и известково-зольного вяжущего, включающего, масс. %: зола гидроудаления 90 и известь (на CaO и MgO акт.) 10, в дезинтеграторе Хинта при 1500-3000 об/мин до перевода дигидрата сульфата кальция в полугидрат сульфата кальция при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Фосфогипс 30-60

Нефелиновый шлам 20-30

Сера техническая 7-15

Указанное шлаковое вяжущее 7-10

Указанное известково-зольное вяжущее 5-7

При осуществлении заявленного изобретения используют следующие компоненты:

фофосфогипс - побочный отход производства экстракционной фосфорной кислоты, получаемой при разложении фосфатного сырья или апатитового концентрата дигидратным способом, применяемый в основном для производства вяжущих материалов - ГОСТ 125-79 Вяжущие гипсовые, Технические условия, 01.07.1980; шлам нефелиновый (белитовый)-отход, получаемый при комплексной переработке нефелинового сырья в результате гидрохимической переработки спека при щелочном способе производства глинозема методом спекания, представляющий собой в основном двухкальциевый силикат, находящий применение в частности, в дорожном строительстве для оснований дорог как в чистом виде, так и в смеси с грунтами или каменным материалом - ТУ 5743-039-05785164-2001, Шлам нефелиновый натуральный, 28.03.2001; сера техническая - получаемая при очистке природных и коксовых газов, отходящих газов нефте- и сланцепереработки, очистки добываемой нефти - ГОСТ 127.1-93, Сера техническая, Технические условия. Часть такой серы используется в различных областях ее применения, однако, поскольку, например, в большинстве месторождений нефть богата серой и требует очистки, получаемая сера накапливается в отвалах, так как реализация ее недостаточно высока, что приводит к негативному воздействию на окружающую среду; фосфорный шлак - ГОСТ 3476-74, Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цемента, 01.01. 1975. Фосфорный шлак получают при производстве фосфора методом возгонки в электропечах, он характеризуется содержанием SiO₂ не менее 38%, Р205 не более 2, 5%, CaO и MgO акт. не менее 43%; зола гидроудаления - ГОСТ 25592-91, введен 01.07.1991 (взамен 25818-83 и ТУ 34-31-16502-84 - Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетона. Золы гидроудаления получают удалением золы гидротранспортом в золоотвалы. Золы гидроудаления используются в дорожном строительстве, но при этом обычно в сочетании с укрепляющим агентом - цементом. Степень их утилизации составляет около 4%.

Композитный материал по изобретению получают совместной обработкой исходных указанных компонентов в заявленном их соотношении в дезинтеграторе Хинта при 1500-3000 об/мин с переводом дигидрата сульфата кальция в его полугидратную активную форму без термообработки, т.е. воздействию на молекулярном уровне с изменением кристаллической решетки, причем для всех компонентов обрабатываемой смеси, с переходом пассивной поверхности как активных вяжущих материалов, так и более инертных материалов к химически активному состоянию, обеспечивающему повышенную способность к реакциям в ходе последующих технологических операций в получении конечного продукта. Время обработки в дезинтеграторе может составлять в зависимости от исходного состояния используемых материалов 15-30 минут, затем полученный материал готов к использованию. Применение полученного композитного материала при формировании земляного полотна и основания железной дороги взамен фильтрующего слоя из песка толщиной от 1000 мм и выше создает оптимизацию затрат на 40-70%, а применение взамен технологического пирога автомобильных дорог в составе - дренирующий слой из песка толщиной 500 мм, дополнительный слой гравийно-песчаной смеси - 150 мм, основание из щебня, пропитанного битумом, - 80 мм, создает оптимизацию затрат на 30-50%. Полученный материал обеспечивает за счет его активности получение более высоких прочностных свойств, что обеспечивает повышение межремонтного срока на 30-50%.

Настоящее изобретение относится к транспортному строительству, а именно к строительным материалам для устройства автомобильных и железных дорог. Композитный материал из твердых промышленных отходов для формирования земляного полотна и основания автомобильных и железных дорог, полученный перемешиванием фосфогипса, нефелинового шлама, серы технической, шлакового вяжущего, содержащего 90% фосфорного гранулированного шлака, и известково-зольного вяжущего, включающего, масс. %: зола гидроудаления 90 и известь (на СаО и MgO акт.) 10 в дезинтеграторе Хинта при 1500-3000 об/мин до перевода дигидрата сульфата кальция в полугидрат сульфата кальция при следующем соотношении компонентов, масс. %: фосфогипс 30-60, нефелиновый шлам 20-30, сера техническая 7-15, указанное шлаковое вяжущее 7-10, указанное известково-зольное вяжущее 5-7. Технический результат – повышение степени утилизации промышленных отходов при увеличении межремонтного срока за счет повышения прочностных свойств.

Композитный материал из твердых промышленных отходов для формирования земляного полотна и основания автомобильных и железных дорог, характеризующийся тем, что получен перемешиванием фосфогипса, нефелинового шлама, серы технической, шлакового вяжущего, содержащего 90% фосфорного гранулированного шлака, и известково-зольного вяжущего, включающего, масс. %: зола гидроудаления 90 и известь (на СаО и MgO акт.) 10 в дезинтеграторе Хинта при 1500-3000 об/мин до перевода дигидрата сульфата кальция в полугидрат сульфата кальция при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Фосфогипс 30-60 Нефелиновый шлам 20-30 Сера техническая 7-15 Указанное шлаковое вяжущее 7-10 Указанное известково-зольное вяжущее 5-7