Полимерный стабилизатор грунта, применяемый для укрепления и стабилизации грунтов при промышленном и гражданском строительстве, и полимерцементогрунтовая смесь Российский патент 2021 года по МПК E01C7/36 E02D3/12 

Описание патента на изобретение RU2745437C1

Изобретение относится к области создания водорастворимой полимерной композиции, применимой с целью укрепления несущего слоя грунта при строительстве оснований дорог, зданий, тротуарных дорожек. Изобретение пригодно для использования на песчаных, супесчаных и глинистых грунтах естественного происхождения в комбинации с другими материалами, например асфальтовым гранулятом или портландцементом, а также без них.

В мировой практике известны различные способы укрепления грунтов с применением как минеральных вяжущих средств, так и различных органических добавок, а именно: продуктов нефтепереработки, различных поверхностно-активных веществ, водоразбавляемых связующих полимерного типа. Так, например, для незаселенных грунтов, применяемых при строительстве дорог, аэродромов и подобных сооружений предлагается использовать высокосмолистую нефть с добавкой катионоактивного продукта на основе третичных аминов и хлорметилированных фенольных масел (авт. свид. СССР №360356, 28.11.1972).

При укреплении глинистых грунтов для повышения прочности, водостойкости и морозостойкости в глинистый грунт предлагается вносить полимеризованный амин жирного ряда, известь, каменноугольную смолу (авт. свид. СССР №487204, 05.10.1975) или, наряду с этим, использовать смесь сернокислой меди с анилином в виде отдельных составляющих или более эффективно в виде медно-анилинового комплексного соединения (авт. свид. СССР №834306, 30.05.1981). Однако перечисленные способы укрепления грунтов предусматривают применение довольно токсичных амино- и фенольных производных органических соединений, а также медно-анилинового комплекса, при этом в соответствующих описаниях изобретений нет каких-либо фактических данных, подтверждающих достигаемый уровень упрочнения грунтов за счет рекомендуемых добавок.

Известна дорожная смесь, состоящая из грунта и пластифицирующей добавки, в качестве которой предлагается использовать дивинилстирольный латекс, его количество по отношению к 100 мас.ч. грунта составляет 2-4 мас.ч. (авт. свид. СССР №481661, 25.08.1975). Недостатком данного изобретения является довольно большой объем для достижения требуемых показателей дорогостоящего дивинилстирольного латекса при укреплении грунта. Кроме того, не указывается в описании и формуле изобретения никаких требований к составу сополимера в латексе, заряду и размеру его латексных частиц, коллоидно-химических характеристик, радикально влияющих на совместимость латекса с грунтом, природа грунта и достигаемые конечные результаты от укрепления.

Известна смесь для грунтобетона, относящаяся к стройматериалам, а именно к грунтобетонам, применяемым для стабилизации глинистых грунтов в дорожных основаниях (пат. №2392244, «Смесь для грунтобетона», от 20.06.2010 г.), содержит, мас.%: глинистый грунт – 78-83, портландцемент – 4-8, химическую добавку – ферментный препарат "Дорзин" – 0,03-0,06, вода – остальное.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является дорожная полимерцементогрунтовая смесь (пат. №2373321 от 20.11.2009 г.), относящаяся преимущественно к строительству автомобильных дорог, содержит, мас.% (на сухое): грунт 90, цемент 9,35-9,4, латекс СКС-65ГП 0,5, механоактивированная целлюлоза 0,1-0,15.

Недостатком данной смеси, а также всех вышеуказанных смесей, является недостаточная несущая способность грунтового основания, более длительный набор необходимого, согласно ГОСТ 23558-94, класса прочности М100, а также высокий расход неорганического вяжущего – цемента.

Целью, при разработке предлагаемого изобретения, является создание состава полимерного стабилизатора несущего слоя грунта, применяемого совместно с портландцементом с целью модификации эксплуатационных свойств грунта, а именно повышения прочностных характеристик, а также увеличения гидрофобизации.

Указанная цель и технический результат реализуются следующим образом. Предлагаемый полимерный стабилизатор грунта состоит из растворенных в воде полимерных макромолекул – полиакриламида, сополимера акриламида и акрилата натрия, сополимера акриламида и метакрилата натрия с добавлением оксиэтилированногосорбитана – полисорбата-80, полисорбата-60, полисорбата-20 в качестве эмульгатора и гидрофобизатора, синтетического азокрасителя – тартразина для придания стабилизатору грунта приятных органолептических свойств, при этом полимерные макромолекулы имеют среднюю молекулярную массу от 8 до 20 МДа, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимерные макромолекулы 0,25 – 3,0, оксиэтилированный сорбитан 0,1 – 1,0, тартразин 0,005, вода - остальное. Количество звеньев акрилата натрия не превышает 30% от общего числа мономерных звеньев в составе полимолекулы сополимера, количество звеньев метакрилата натрия не превышает 25% от общего числа мономерных звеньев в составе полимолекулы сополимера. Предлагаемая полимерцементогрунтовая смесь с использованием указанного выше полимерного стабилизатора грунта содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: грунт 85 – 93,9, портландцемент 6,0 – 7,0, водный раствор полимерного стабилизатора грунта, предварительно разбавленный водой до необходимой концентрации, 0,1 – 8,0.

Таблица 1. Физические характеристики полимерного стабилизатора грунта.

Физические характеристики полимерного стабилизатора грунта: внешний вид окрашенная жидкость запах практически отсутствует массовая доля основных веществ,% 0,45-0,95 рН при н.у. 6,7-7,3 относительная плотность, г/см3 1±0,02 размер частиц, мкм 0,05-1,0 температура кипения, оС 99,5 растворимость смешивается с водой вязкость при н.у. мПа с 2,0±0,3

С введением полимерного стабилизатора в глинистый грунт в соотношении, полученном путем подбора состава смесей совместно с неорганическим вяжущим (портландцементом), вступая в реакцию с химически связанной водой в глинообразующих минералах, полимерный модификатор образует химически стойкие и прочные соединения, придающие грунту более упорядоченную структуру, с образованием первично структурного каркаса, обрастающего гидросиликатами кальция, и, в конечном итоге, создавая материал очень высокой прочности и низкой водопоглощающей способности.

Для изучения влияния полимерного стабилизатора на свойства глинистых грунтов, в лабораторных условиях был проведен подробный анализ механических свойств глинистых грунтов, укрепленных портландцементом и полимерным стабилизатором грунта. В лабораторных условиях формовались цилиндрические образцы (ГОСТ 12801-98), содержащие в своем составе различное количество компонентов, входящих в состав стабилизатора при неизменном количестве вяжущего - портландцемента. После подбора оптимального состава были проведены работы по подбору оптимального количества вяжущего (таблицы 2 и 3).

Таблица 2. Состав образцов водного раствора полимерного стабилизатора грунта, предварительно разбавленных водой и используемых для дальнейших испытаний:

№ Образца Водный раствор полимерного стабилизатора грунта, 50 г. Полимерные молекулы, мас.% Эмульгатор,
мас.%
Краситель,
мас.%
Вода,
мас.%
1 0,5 0,25 0,005 остальное до 100% 2 1,0 0,25 3 0,75 0,25 4 0,25 0,1 5 0,5 0,5 6 1,0 0,5 7 0,75 0,5 8 0,25 0,25 9 0,5 0,0 10 1,0 0,0 11 0,5 0,25 12 3,0 1,0 13 0,5 0,25 14 0,5 0,25

Таблица 3. Примеры экспериментальных лабораторных работ по подбору состава полимерцементогрунтовой смеси с применением стабилизатора грунта.

№ Образца Стабилизатор грунта по таблице 2 Портландцемент, г. (мас.%) Грунт Водный раствор стабилизатора грунта, г. (мас.%) Глина, г. (мас.%) Шлак,
г. (мас.%)
1 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 2 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 3 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 4 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 5 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 6 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 7 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 8 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 9 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 10 50 (5,025) 65 (6,533) 800 (80,402) 80 (8,04) 11 50 (5,0) 70 (7,0) 800 (80,0) 80 (8,0) 12 50 (4,98) 75 (7,46) 800 (79,6) 80 (7,96) 13 50 (5,06) 60 (6,06) 800 (80,8) 80 (8,08) 14 50 (5,102) 50 (5,102) 800 (81,633) 80 (8,163)

Испытания на физико-механические свойства полимермодифицированной смеси укрепленного грунта проводились согласно ГОСТ 30491-2012 (таблица 4).

Таблица 4. Физико-механические испытания полимерцементогрунтовых смесей, укрепленных стабилизатором грунта по истечении 14 суток.

№ Образца Предел прочности на сжатие, МПа, при 20 °С, МПа Предел прочности на сжатие водонасыщенных образцов при температуре 20 °С, МПа Предел прочности на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов при температуре 20 °С, МПа Коэффициент морозостойкости Набухание, % по объему Марка прочности 1 17,5 6,0 1,3 более 0,85 менее 2,0 М100 2 15,4 5,8 1,2 3 15,8 6,6 1,2 4 15,7 6,8 1,3 5 12,8 3,8 0,9 6 11,2 2,8 0,8 7 11,0 2,8 0,9 8 11,7 2,5 0,8 9 17,3 1,8 0,6 10 16,6 2,1 0,6 11 17,4 6,2 1,3 12 17,6 6,3 1,4 13 17,1 5,6 1,3 14 16,5 5,4 1,2

На основании проведенных испытаний, был подобран оптимальный состав полимерцементогрунтовой смеси, содержащей 88,5% грунта, 6,5% цемента и 5,0% водного раствора полимерного стабилизатора, предварительно разбавленного водой до необходимой концентрации. Все испытанные образцы в четырнадцатисуточном возрасте соответствуют классу прочности не менее М100 (ГОСТ 23558-94), однако было обнаружено, что добавка эмульгатора в состав стабилизатора улучшает гидрофобизацию укрепленного грунта (сравнение образцов 1 и 9), при этом оптимальное массовое отношение полимера к эмульгатору 2:1, при увеличении количества второго, происходит ухудшение физико-механических свойств укрепленного грунта (сравнение образцов 1 и 5). Увеличение количества вяжущего не приводит к каким-то значительным улучшениям физико-химических свойств укрепленного грунта, поэтому оптимальным является содержание 6,0-7,0% портландцемента от общей массы полимерцементогрунтовой смеси.

Масштабирование вышеописанной разработки на строительные объекты позволит получать прочные основания с повышенной и равномерной устойчивостью дорожного полотна в процессе эксплуатации.

Похожие патенты RU2745437C1

название год авторы номер документа
Метод получения суспензии, содержащей частицы микрогеля для закрепления почв и грунтов 2017
  • Родыгин Александр Игоревич
  • Анохин Денис Валентинович
  • Иванов Дмитрий Анатольевич
RU2670968C1
Молекула общей структуры Y-Nic-F, способы получения, предшественники для её получения, а также применение в качестве действующего вещества в составе потенциального радиофармацевтического лекарственного препарата 2021
  • Дороватовский Станислав Анатольевич
RU2811181C2
СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ГРУНТОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ 2012
  • Полуэктов Павел Тимофеевич
  • Перов Владимир Александрович
  • Хомяков Алексей Александрович
  • Ермолин Дмитрий Юрьевич
RU2509188C1
Укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог 2021
  • Коновалова Наталия Анатольевна
  • Бесполитов Дмитрий Викторович
  • Панков Павел Павлович
  • Руш Елена Анатольевна
  • Авсеенко Надежда Дмитриевна
RU2771804C1
БУРОВОЙ РАСТВОР И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА 2002
  • Федосеев С.А.
  • Косяк А.В.
  • Сиваченко А.М.
  • Подобедов А.Н.
RU2231534C2
СОСТАВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТА 2019
  • Коновалова Наталия Анатольевна
  • Дабижа Ольга Николаевна
  • Панков Павел Павлович
  • Ярилов Евгений Витальевич
  • Яковлев Дмитрий Александрович
RU2717592C1
Буровой раствор 2002
  • Федосеев С.А.
  • Косяк А.В.
  • Сиваченко А.М.
  • Подобедов А.Н.
RU2222566C1
ШАМПУНЬ ДЛЯ СУХИХ И СИЛЬНО ПОВРЕЖДЕННЫХ ВОЛОС 2014
  • Тарасов Василий Евгеньевич
  • Калиуш Кристина Валерьевна
  • Панков Андрей Анатольевич
  • Панков Анатолий Андреевич
  • Панков Сергей Анатольевич
RU2589829C2
КОМПОЗИЦИОННЫЙ ВЛАГОУДЕРЖИВАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2011
  • Будников Виктор Иванович
  • Федченко Валерий Николаевич
  • Дробинин Дмитрий Валерьевич
  • Кузьмицкий Геннадий Эдуардович
  • Синкин Владислав Владимирович
  • Локотков Анатолий Николаевич
  • Смагин Андрей Валентинович
  • Назаров Василий Борисович
RU2536509C2
Способ получения комплексного реагента-стабилизатора малоглинистых буровых растворов 2022
  • Куляшова Ирина Николаевна
  • Бадикова Альбина Дарисовна
  • Сафина Алия Рифовна
  • Мустафин Ахат Газизьянович
RU2811833C1

Реферат патента 2021 года Полимерный стабилизатор грунта, применяемый для укрепления и стабилизации грунтов при промышленном и гражданском строительстве, и полимерцементогрунтовая смесь

Группа изобретений относится к дорожному строительству, а именно к укреплению несущего слоя грунта при строительстве оснований дорог, зданий, тротуарных дорожек, пригодно для использования на песчаных, супесчаных и глинистых грунтах в комбинации с другими материалами, например асфальтовым гранулятом, а также без него. Полимерный стабилизатор грунта состоит из растворенных в воде полимерных макромолекул – полиакриламида, сополимера акриламида и акрилата натрия, сополимера акриламида и метакрилата натрия с добавлением оксиэтилированного сорбитана – полисорбата-80, полисорбата-60, полисорбата-20 в качестве эмульгатора и гидрофобизатора, синтетического азокрасителя – тартразина, при этом полимерные макромолекулы имеют среднюю молекулярную массу от 8 до 20 МДа, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимерные макромолекулы 0,25–3,0, оксиэтилированный сорбитан 0,1–1,0, тартразин 0,005, вода - остальное. Полимерцементогрунтовая смесь содержит, мас.%: грунт 85–93,9, портландцемент 6,0–7,0, водный раствор указанного выше полимерного стабилизатора грунта, предварительно разбавленного водой до необходимой концентрации, 0,1–8,0. Технический результат – повышение гидрофобизации и прочностных характеристик укрепленного грунта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Формула изобретения RU 2 745 437 C1

1. Полимерный стабилизатор грунта, характеризующийся тем, что состоит из растворенных в воде полимерных макромолекул – полиакриламида, сополимера акриламида и акрилата натрия, сополимера акриламида и метакрилата натрия с добавлением оксиэтилированного сорбитана – полисорбата-80, полисорбата-60, полисорбата-20 в качестве эмульгатора и гидрофобизатора, синтетического азокрасителя – тартразина, при этом полимерные макромолекулы имеют среднюю молекулярную массу от 8 до 20 МДа, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимерные макромолекулы 0,25–3,0, оксиэтилированный сорбитан 0,1–1,0, тартразин 0,005, вода - остальное.

2. Полимерный стабилизатор грунта по п.1, отличающийся тем, что количество звеньев акрилата натрия не превышает 30% от общего числа мономерных звеньев в составе полимолекулы сополимера, количество звеньев метакрилата натрия не превышает 25% от общего числа мономерных звеньев в составе полимолекулы сополимера.

3. Полимерцементогрунтовая смесь с использованием полимерного стабилизатора грунта по п. 1 или 2, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: грунт 85–93,9, портландцемент 6,0–7,0, водный раствор полимерного стабилизатора грунта, предварительно разбавленный водой до необходимой концентрации, 0,1–8,0.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2745437C1

ДОРОЖНАЯ ПОЛИМЕРЦЕМЕНТОГРУНТОВАЯ СМЕСЬ 2008
  • Прокопец Валерий Сергеевич
  • Голубева Елена Анатольевна
RU2373321C1
СМЕСЬ ДЛЯ ГРУНТОБЕТОНА 2009
  • Строкова Валерия Валерьевна
  • Дмитриева Татьяна Владимировна
  • Карацупа Сергей Викторович
RU2392244C1
СОСТАВ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ И ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 2017
  • Дабижа Ольга Николаевна
  • Коновалова Наталия Анатольевна
  • Панков Павел Павлович
  • Ярилов Евгений Витальевич
  • Яковлев Дмитрий Александрович
RU2660969C1
Состав грунтобетонной смеси и способ применения ее в строительстве 2017
  • Коновалова Наталия Анатольевна
  • Панков Павел Павлович
  • Дабижа Ольга Николаевна
  • Ярилов Евгений Витальевич
  • Яковлев Дмитрий Александрович
RU2691042C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА 2008
  • Пилкин Виталий Евгеньевич
  • Анимица Анатолий Антонович
RU2373254C2
ДОРОЖНАЯ ПОЛИМЕРМОДИФИЦИРОВАННАЯ СМЕСЬ 2013
  • Атемов Махмуд Славикович
  • Юсупов Аха Рамазанович
  • Черкашин Василий Иванович
RU2597011C2
СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ГРУНТОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ 2012
  • Полуэктов Павел Тимофеевич
  • Перов Владимир Александрович
  • Хомяков Алексей Александрович
  • Ермолин Дмитрий Юрьевич
RU2509188C1
СОСТАВ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА 0
SU395543A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕВОЖНОЙ И ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ 1929
  • Расновский З.Б.
SU30582A1

RU 2 745 437 C1

Авторы

Панков Илья Валерьевич

Дороватовский Станислав Анатольевич

Давыдов Денис Иванович

Будасов Сергей Борисович

Хрипушин Игорь Иванович

Руфф Олег Владимирович

Даты

2021-03-25Публикация

2020-01-28Подача