Строительный материал Российский патент 2023 года по МПК E01C7/10 E01C21/00 C09K17/10 E02D3/12 C04B28/04 C04B28/14 

Изобретение относится к такому виду строительных материалов, как строительный грунт (обобщенное название целой группы сыпучих материалов), в частности, планировочный грунт, такой как вскрышной или котлованный, и может быть использовано в строительстве по месту применения при заполнении выемок различной конфигурации, в устройстве оснований, прокладке инженерных коммуникаций, устройстве обвалований, при заполнении труднодоступных мест в подземном строительстве и тому подобного. Здесь и далее могут быть использованы термины, отсутствующие в ГОСТах и СНиПах, но тем не менее активно используемые в хозяйственном обороте (см., например, описание изобретения RU 2688536 «Способ приготовления техногенного почвогрунта» и другие).

Широко известны строительные материалы в виде цементных и грунтовых растворов и суспензий на основе песка с заданным гранулометрическим составом и технологическими добавками (известь, пластификаторы, жидкое стекло и т.п.), используемые для заполнения траншей, выемок и котлованов, в том числе, для формирования покрытий, оснований и фундаментов различных объектов. Указанные строительные материалы в виде растворов и суспензий характеризуются тем, что имеют сравнительно медленный набор прочности и высокую конечную прочность, затрудняющую их повторную разработку (см., например. Руководство по проектированию оснований и фундаментов. М., Стройиздат, 1980).

Гипсовые отходы, которые являются одним из промышленных отходов, образуются из обычных формовочных материалов, гипсовых плит, гипсовой штукатурки для строительства и тому подобного. Гипс в качестве общего формовочного материала используется для стоматологического, хирургического, модельного, формовочного, архитектурного литья и тому подобного. Кроме того, гипсокартонные плиты используются для строительства и тому подобного, и, в частности, большое количество отходов гипсокартонных плит выбрасывается при восстановлении, ремонте или разрушении здания.

Настоящее изобретение было сделано с учетом обычных проблем с утилизацией гипсовых отходов, и одной из его целей является использование гипсовых отходов в качестве компонента строительных материалов. Композиция, включающая грунт и гипсовые отходы, формируется таким образом, чтобы приблизиться к распределению частиц по размерам почвы, чтобы обеспечить необходимую водопроницаемость.

Гипсовые изделия обычно находятся в состоянии гидратированного дигидрата гипса (CaSO₄•2H₂O), гидратированной формы сульфата кальция.

Известна «Композиция для устройства оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений», содержащая песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм (грунт); минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками; гидролизный лигнин; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли (2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата при следующем соотношении компонентов, мас.%: песок из отсевов дробления - 82-85; гидролизный лигнин - 2-5; портландцемент - 6-8; полимерный композит - 0,4-0,8 (сверх 100%); вода - 5-7 (см. RU 2726094, МПК Е01С 7/10, С04 В 28/18, опубл. 09.07.2020).

К недостатку данной композиции относится то, что она обладает низкими физико-механическими показателями из-за песка и чрезмерного дробления фракций (0-5 мм). Также полимерный композит, входящий в состав композиции, находится в жидком состоянии, однако достаточно часто при строительстве земляного полотна увлажнять грунт, особенно глинистый, не требуется, т.к. влажность грунта уже близка к оптимальной, соответственно снижается качество и усложняется ввод данного полимерного композита при выполнении строительных работ.

Известна также WASTE GYPSUM COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Композиция из отходов гипса, в которой массовое отношение отходов гипса к грунтовому материалу составляет от 10% до 20% отходов гипса и от 90% до 80% грунтового материала, в качестве отвердителя используется цемент, который оставляет от 5% до 15% по массе от общего веса грунтового материала, отходов гипса и цемента (см. JP 4221720 В2, МПК С04В 11/26; С04В 14/02; С04В 28/14; Е01С 7/10; Е01Н 11/00, опубл. 2009-02-12). Недостатком этого решения является то, что для получения технического результата требуется прогрев смеси грунта и отходов гипса до температуры 210-250°C, переводящий отходы гипса из гидратированной формы в полугидрат гипса.

Наиболее близким, принятым за прототип техническим решением, является отнесенная к строительным материалам Грунтовая смесь, содержащая природный грунт, не содержащий включений размером более 50 мм, порошок бентонитовый в качестве минеральной добавки, и гидравлическое вяжущее, включающее портландцемент и воду (RU 2493325, МПК Е01С 7/10, опубл. 20.09.2013), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

природный грунт 69,0-88,0 портландцемент 1,5-5,5 порошок бентонитовый 0,8-3,3 вода остальное.

К недостаткам указанной Грунтовой смеси следует отнести ограниченную область применения из-за использования, преимущественно, глинистых грунтов с вариативными физико-механическими и химическими показателями, что приводит к сложности составления рецептуры для различных видов исходного грунта и контролирования конечных свойств грунтовой смеси. Из-за наличия в известных грунтовых смесях глинистых пород и бентонита (Бентонит используется в гидростроительстве для борьбы с фильтрацией) происходит усадка и набухание (пучение) грунтовой смеси в засыпке, то есть снижение стабильности массы грунта с момента заполнения требуемого объема до завершения упрочнения. Это приводит к искажению свойств грунтовой смеси в засыпке после заполнения относительно окружающего основного грунта.

Решаемой технической проблемой при осуществлении изобретения является создание сравнительно недорогого и технологичного строительного материала в виде самоуплотняемой грунтовой смеси с использованием широко распространенных и доступных компонентов в виде эффективного гидравлического вяжущего (портландцемента) и грунта с минеральной добавкой при одновременном увеличении сырьевой базы за счет применения более широкой номенклатуры природных грунтов из наиболее распространенных и типичных горных пород и почв. Для решения этой задачи в известном строительном материале, включающем природный грунт и минеральную добавку, не содержащих включений размером более 50 мм, и гидравлическое вяжущее, включающее портландцемент и воду, в качестве минеральной добавки используют кусковой гипс из отходов производства.

Технический результат изобретения состоит в снижении количества глинистых компонентов в самоуплотняемой грунтовой смеси и замене материала минеральной добавки на более доступные минеральные ингредиенты из кусковых отходов гипса, достигаемой при этом стабильности характеристик грунтовой смеси, стабильности заполняемого объема до завершения упрочнения за счет оптимизации скорости фильтрации через грунтовую смесь и в обеспечении возможности вторичного использования отходов минерального наполнителя, например в виде обломков гипсовых форм и других изделий. Дополнительный технический результат состоит в упрощении составления рецептур для различных видов исходного грунта и повышении стабильности характеристик грунтовой смеси и конечных свойств грунтовой смеси.

Указанный технический результат достигается тем, что строительный материал, включающий природный грунт и минеральную добавку, содержащие включения размером более 50 мм, гидравлическое вяжущее - портландцемент и воду, в качестве минеральной добавки содержит кусковой гипс из отходов производства в виде размолотых отработанных гипсовых форм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

природный грунт 60,0-80,0 портландцемент 1,5-5,5 указанный гипс кусковой 10,0-20,0 вода остальное

Влияние признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, на достижение технического результата показано в Таблице на примерах изменения коэффициента фильтрации в зависимости от состава строительного материала, включая состав по прототипу (1), при этом в качестве основы для образцов использовался одинаковый Инженерно-геологический элемент - ИГЭ-1, почвенный слой (ГОСТ 20522-96). Состав образца, характеризующего прототип, определен средними значениями заявленных в формуле прототипа интервалов. В качестве минеральной добавки использован портландцемент ГОСТ 10178-85.

Для исследования свойств заявляемого состава образцы готовились в лабораторных условиях. Для определения водопроницаемости готовилось по три образца каждого состава диаметром 5 см (площадь основания 20 см²). Физико-механические свойства определены по ГОСТ 23558-94 «Смеси щебеночно-гравийно-песочные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства». Составы строительного материала приведены в таблице, где пример №1 - прототип, примеры №2 и №3 - по изобретению. Как известно, скорость фильтрации воды через грунт характеризует коэффициент фильтрации К_Ф. Результаты определения параметров водопроницаемости по методике ГОСТ 25584-2016 «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации» в части глинистых грунтов представлены в таблице. Из приведенных в таблице данных следует, что предлагаемый состав позволяет достичь заявленного технического результата, а именно: повысить водопроницаемость грунтовой смеси, что приводит к стабильности характеристик грунтовой смеси, стабильности заполняемого объема до завершения упрочнения за счет большей равномерности распределения вяжущего компонента смеси, снижению доли глинистого компонента и вовлечения в технический оборот отходов в виде отработавших гипсовых форм.

Использовать изобретение можно следующим образом. Для засыпки выемки объемом 0,8 м³ необходимо поместить в бетономешалку 1000 кг котлованного грунта, добавить при перемешивании 200 кг гипса из размолотых гипсовых форм, например, по ТУ 23.64.10-001-54044672-2022 «Смесь гипсовая и гипсоцементная молотая», 60 кг портландцемента марки М500 ГОСТ 10178-85 и 180 л технической воды, перемешать в течение 30 минут и переместить полученную грунтовую смесь в выемку, затем прикатать.

Таблица.

Строительный материал

Компоненты Содержание компонентов, мас.% в составе образцов 1 2 3 Природный грунт 80,0 75,0 65,0 Портландцемент 3,5 4,0 5,0 Порошок бентонитовый 2,0 0 0 Гипс кусковой 0 10,0 20,0 Вода 15 остальное Коэффициент фильтрации, К_Ф×10⁴, м/сут 2,8 4,0 5,4

Изобретение относится к такому виду строительных материалов, как строительный грунт, и может быть использовано при заполнении выемок различной конфигурации в подземном строительстве, в устройстве оснований, прокладке инженерных коммуникаций, устройстве обвалований. Строительный материал включает, мас.%: природный грунт 60,0-80,0, минеральную добавку - кусковой гипс из отходов производства в виде размолотых отработавших гипсовых форм 10,0-20,0, портландцемент 1,5-5,5, воду - остальное. При этом природный грунт и указанная минеральная добавка содержат включения размером не более 50 мм. Технический результат - повышение водопроницаемости, обеспечение равномерного распределения грунтовой смеси, утилизация гипсовых отходов. 1 ил., 1 табл.

Строительный материал, включающий природный грунт и минеральную добавку, содержащие включения размером не более 50 мм, гидравлическое вяжущее - портландцемент и воду, отличающийся тем, что в качестве минеральной добавки содержит кусковой гипс из отходов производства в виде размолотых отработавших гипсовых форм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

природный грунт 60,0-80,0 портландцемент 1,5-5,5 указанный гипс кусковой 10,0-20,0 вода остальное