Состав для повышения несущей способности оснований земляного полотна Российский патент 2024 года по МПК E01C3/04 

Предлагаемое изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства оснований автомобильных и железных дорог, фундаментов и площадок различного назначения.

Грунты, укрепленные цементом, характеризуются низкой водостойкостью и морозостойкостью, деформативностью, повышенной истираемостью и трещинообразованием в осенне-зимний период. Известкование грунтов не позволяет обеспечить требуемую морозостойкость. Перспективным направлением в решении данной проблемы является разработка составов дорожно-строительных материалов на основе техногенных грунтов и стабилизирующих добавок полимерной природы, улучшающих их физико-механические характеристики.

Известна грунтовая смесь для дорожного строительства (патент РФ №2545228, опубл. 27.03.2015 г.), содержащая, мас. %: грунт- 100; портландцемент- 6-10 (сверх 100%); октилтриэтоксисилан- 0,01-0,3 (сверх 100%); щелочь- 0,1-0,7 (сверх 100%); вода 8-20 (сверх 100%). Техническим результатом заявляемой грунтовой смеси является повышение гидрофобности и морозостойкости, а также экономической эффективности строительства. Недостатками данной грунтовой смеси являются невысокая прочность на сжатие и растяжение при изгибе. Применение гидроксида натрия является экологически небезопасным и может приводить к значительному износу оборудования и техники для производства работ.

Известна дорожная смесь, содержащая, мас. %: грунт 100, цемент 4-8, дивинилстирольный латекс 2-4, вода 5-20 (в соответствии с оптимальной влажностью исходного грунта) (авторское свидетельство СССР №481661, опубл. 25.08.1975 г.). Недостатком данной дорожной смеси является недостаточно высокая деформационная способность к воздействующим нагрузкам, а также большая дозировка дорогостоящего дивинилстирольного латекса.

Известен укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа, содержащий природный грунт и вяжущее, включающее полимерсодержащий раствор (патент РФ №2389844, опубл. 20.05.2010 г.). Данный укрепленный грунт характеризуется сравнительно высокими значениями прочности, водостойкости и морозостойкости. Однако необходимость использования в качестве полимерсодержащего раствора отхода производства автомобильных шин, включающего каучук в виде латекса ДМВП- 10Х и каучук в виде латекса СКД 1С, в определенной мере ограничивает доступность к широкому использованию данного производственного отхода.

Известен укрепленный грунт для дорожного строительства, содержащий природный грунт и вяжущее, включающее водный раствор поливинилового спирта (патент РФ №2324784, опубл. 20.05.2008 г.). При этом введение в грунт 3-5% водного раствора поливинилового спирта в количестве, равном объему наполнителя в плотном сложении, способствует увеличению морозостойкости, но не позволяет достичь требуемой прочности. Технология получения укрепленного грунта для дорожного строительства, включающая уплотнение сырьевой смеси и нагрев до 150 градусов, является трудоемкой и экономически нецелесообразной.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип, является укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных и железных дорог (патент РФ №2771804, опубл. 12.05.2022 г.), включающий техногенный грунт с содержанием глинистых частиц не менее 16%; механоактивированную золу уноса сухого улавливания; минеральное вяжущее- портландцемент с минеральными добавками (класс прочности 32,5, быстротвердеющий); полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата; воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %: техногенный грунт- 60-70; механоактивированная зола уноса- 20-10; портландцемент- 8-6; полимерный композит- 0,5-0,8 (сверх 100%); вода -12-14.

Недостатками данного укрепленного грунта являются невысокие значения прочности при сжатии, а также необходимость проведения механической активации исходного минерального сырья, что является трудоемким и экономически невыгодным процессом.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении предела прочности при сжатии получаемого материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом составе для повышения несущей способности оснований земляного полотна содержится техногенный грунт и вяжущее на основе полимерного композита- поли(1-карбамоилэтилена), продуктов гидролиза поливинилацетата, солей метакремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:

техногенный грунт 70,0-80,0 полимерный композит 30,0-20,0

Достижение указанного технического результата обусловлено гидрофобизацией пористой структуры минералов, образованием оксид-силиката кальция и двухкальциевого гидратированного силиката. Введение в состав полимерного композита в качестве органического вяжущего позволяет повысить предел прочности при сжатии.

Характеристика исходных материалов:

1. Техногенный грунт по ГОСТ 25100-2011.

2. Органическое вяжущее- полимерный композит на основе поли(1-карбамоилэтилена), продуктов гидролиза поливинилацетата, солей метакремниевой кислоты.

Разработка состава для повышения несущей способности оснований земляного полотна проводилась в соответствии с ГОСТ 30491-2012 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы техногенного грунта. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись значения прочности при сжатии.

Пример. В воздушно-сухой техногенный грунт вносили вяжущее -полимерный композит на основе поли(1-карбамоилэтилена), продуктов гидролиза поливинилацетата, солей метакремниевой кислоты. Грунтосмесь перемешивали вручную. Из полученной смеси каждого вида изготавливали образцы цилиндры диаметром 50,5 мм, высотой 50 мм. Прочностные характеристики получены в соответствии с ГОСТ 30491-2012 на образцах после выдерживания на воздухе в течение 7 суток при температуре 20±2°С.

Физико-механические характеристики полученных образцов приведены в таблице 1. Установлено, что введение в состав для повышения несущей способности оснований земляного полотна полимерного композита на основе поли(1-карбамоилэтилена), продуктов гидролиза поливинилацетата, солей метакремниевой кислоты позволяет получить морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности М60.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый состав для повышения несущей способности оснований земляного полотна позволяет получать морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности М60, тогда как по прототипу- М40. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемого состава для повышения несущей способности оснований земляного полотна с другими аналогичными техническими решениями в данной области не позволили выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого состава для дорожного строительства условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получать эффективный дорожно-строительный материал для повышения несущей способности оснований земляного полотна с маркой по прочности М60 в соответствии с ГОСТ 30491-2012.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства оснований автомобильных и железных дорог, фундаментов и площадок различного назначения. Технический результат заключается в повышении предела прочности при сжатии получаемого материала. Состав для повышения несущей способности оснований земляного полотна содержит техногенный грунт и вяжущее на основе полимерного композита - поли(1-карбамоилэтилена), продуктов гидролиза поливинилацетата, солей метакремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %: техногенный грунт 70,0-80,0; полимерный композит 30,0-20,0. 1 табл.

Состав для повышения несущей способности оснований земляного полотна содержит техногенный грунт и вяжущее на основе полимерного композита - поли(1-карбамоилэтилена), продуктов гидролиза поливинилацетата, солей метакремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:

техногенный грунт 70,0-80,0 полимерный композит 20,0-30,0