RU2726095C1 - Composition for road pavement bases layers device - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to road construction and can be used for arrangement of base layers of pavement for roads and railways. Composition for pavement bases layers device contains sand from 0–5 mm fraction crushing screenings; dry entrainment fly ash; mineral binder - portland cement with mineral additives; polymer composite in the form of a colloidal solution of high-molecular weight surfactants: poly(1-carbamoylethylene) and products of hydrolysis of polyvinyl acetate, with the following ratio of components, wt. %: sand from crushing screenings - 50–60; flue ash - 20–10; portland cement 10–7; polymer composite 0.5–0.9 (over 100 %); water - 20–23.EFFECT: technical result is obtaining cost-effective road construction material based on wastes of crushing rocks and wastes of heat power engineering with optimum physical and mechanical characteristics with low content of binder, which will expand raw material base for road construction.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для устройства слоев оснований дорожной одежды автомобильных и железных дорог.The invention relates to road construction and can be used for the device layers of the bases of the pavement of roads and railways.

Актуальной задачей рационального природопользования является утилизация крупнотоннажных отходов производства, которая возможна лишь в дорожном строительстве за счет крупнотоннажного прямого использования. Исследование возможности вовлечения отходов производства, модифицированных добавками различной природы, в дорожное строительство является важной задачей, позволяющей снизить расход дорогостоящих материалов и решить комплекс острых экологических проблем.The urgent task of environmental management is the disposal of large-tonnage production waste, which is possible only in road construction due to large-tonnage direct use. The study of the possibility of involving production wastes modified with additives of various nature in road construction is an important task, which allows to reduce the consumption of expensive materials and solve a complex of acute environmental problems.

Известен укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа, содержащий песчаный или супесчаный грунт, высококальциевую золу уноса и воду (патент РФ №2389844, опубл. 2010 г.). Укрепленный грунт дополнительно содержит хлорное железо и полимерсодержащий раствор - отход производства автомобильных шин, включающий каучук в виде латекса ДМВП-10Х в количестве 7 мас. % и каучук в виде латекса СКД 1С в количестве 7 мас. %, при следующем соотношении компонентов, мас. %: песчаный или супесчаный грунт - 75-77, высококальциевая зола уноса - 14-16, хлорное железо - 0,13-0,20, указанный полимерсодержащий раствор - 0,12-0,17, вода - остальное.Known reinforced soil for the device of the bases of road pavements of roads and transitional coatings containing sand or sandy loam soil, high calcium fly ash and water (RF patent No. 2389844, publ. 2010). The strengthened soil additionally contains ferric chloride and a polymer-containing solution - a waste product for car tires, including rubber in the form of latex DMVP-10X in an amount of 7 wt. % and rubber in the form of latex SKD 1C in the amount of 7 wt. %, in the following ratio of components, wt. %: sandy or sandy loam soil - 75-77, high-calcium fly ash - 14-16, ferric chloride - 0.13-0.20, the specified polymer-containing solution - 0.12-0.17, water - the rest.

Данный укрепленный грунт для дорожного строительства 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 такого производственного отхода.This reinforced soil for road construction is characterized by relatively high values of strength, water resistance and frost resistance. However, the need to use automobile tire production waste as a polymer-containing solution, including rubber in the form of latex DMVP-10X and rubber in the form of latex SKD 1C, to some extent limits the availability of widespread use of such industrial waste.

Известен состав для устройства оснований дорожных одежд, включающий в качестве наполнителя щебень строительный фракции 5-60 мм и отходы щебеночного производства фракции 0-5 мм, золу уноса от сжигания каменного угля, отходы известкового производства - известь-пушонка, а также подмыльный щелок (патент РФ №2135681, опубл. 27.08.1999 г.). Недостатком данного золоминерального состава является малая массовая доля связующих, препятствующих в начальный период строительства выщелачиванию солей тяжелых металлов из дорожной одежды в окружающую среду.A known composition for the device of the foundations of pavements, including 5-60 mm building fractions as crushed stone and 0-5 mm fractions of crushed stone production, fly ash from coal burning, lime waste - fluff lime, as well as soap liquor (patent RF №2135681, published on 08.27.1999). The disadvantage of this ash-mineral composition is the small mass fraction of binders that prevent the leaching of heavy metal salts from pavement into the environment in the initial period of construction.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип, является золоминеральный состав для оснований дорожных одежд (патент РФ №2350709, опубл. 27.03.2009 г.), содержащий в качестве наполнителя песок фракции до 3 мм, отсев щебеночного производства фракции до 10 мм, зола от сжигания осадка сточных вод с удельной поверхностью 200-300 м²/кг, насыпной плотностью 0,7-0,8 г/м, содержанием SiO₂ - 50-60% и рН 12-13,5, в качестве связующих - битум и цемент при следующем соотношении компонентов, мас. %: песок фр. до 3 мм - 10-18; отсев щебеночного производства фр. до 10 мм - 10-15; зола от сжигания осадка сточных вод - 35-55; нефтяной дорожный битум - 5-10; портландцемент не ниже 400 - 6-12; вода 15-20% от массы смеси.The closest technical solution adopted for the prototype is an ash-mineral composition for pavement foundations (RF patent No. 2350709, publ. 03/27/2009), containing sand fraction up to 3 mm as a filler, screening crushed stone production fractions up to 10 mm, ash from burning sewage sludge with a specific surface of 200-300 m ² / kg, bulk density of 0.7-0.8 g / m, SiO ₂ content of 50-60% and pH 12-13.5, as binders - bitumen and cement in the following ratio of components, wt. %: sand fr. up to 3 mm - 10-18; screening of crushed stone production fr. up to 10 mm - 10-15; ash from the combustion of sewage sludge - 35-55; oil road bitumen - 5-10; Portland cement not lower than 400 - 6-12; water 15-20% by weight of the mixture.

Недостатком данной смеси является необходимость смешивания всех пяти компонентов в три стадии с применением дополнительной смесительной техники. На третьей стадии в работающий смеситель добавляется необходимый объем воды, после чего готовая масса выгружается в самосвал и доставляется к месту производства работ. Это не позволяет обеспечить оптимальное увлажнение смеси, за счет испарения воды в момент доставки, кроме того является трудоемким и экономически нецелесообразным процессом. Максимальная прочность получаемого материала достигается при введении в состав 12% цемента, что также является экономически неэффективным.The disadvantage of this mixture is the need to mix all five components in three stages using additional mixing equipment. At the third stage, the required volume of water is added to the working mixer, after which the finished mass is unloaded into the dump truck and delivered to the place of work. This does not allow for optimal wetting of the mixture due to the evaporation of water at the time of delivery, in addition, it is a laborious and economically inexpedient process. The maximum strength of the obtained material is achieved with the introduction of 12% cement, which is also economically inefficient.

Задачей изобретения является получение экономически эффективного дорожно-строительного материала на основе отходов дробления горных пород и отходов теплоэнергетики с оптимальными физико-механическими характеристиками при пониженном содержании вяжущего, что позволит расширить сырьевую базу для дорожного строительства.The objective of the invention is to obtain a cost-effective road-building material based on waste from crushing rocks and waste from the power system with optimal physical and mechanical characteristics with a reduced binder content, which will expand the raw material base for road construction.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом составе для устройства слоев оснований дорожной одежды содержится песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм; зола уноса сухого улавливания по ГОСТ 25818-2017; минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive composition for the device of the layers of the bases of the pavement contains sand from the screenings crushing according to GOST 31424-2010 fraction 0-5 mm; dry fly ash in accordance with GOST 25818-2017; mineral binder - Portland cement with mineral additives according to GOST 31108-2016; a polymer composite in the form of a colloidal solution of high molecular weight surfactants: poly (1-carbamoylethylene) and polyvinyl acetate hydrolysis products, in the following ratio of components, wt. %:

песок из отсевов дробленияsand from crushing screenings 50-6050-60 зола уносаfly ash 20-1020-10 портландцементPortland cement 10-710-7 полимерный композитpolymer composite 0,5-0,9 (сверх 100%)0.5-0.9 (over 100%) водаwater 20-2320-23

Достижение указанного технического результата обусловлено образованием межмолекулярных водородных связей при взаимодействии поли(1-карбамоилэтилена) с продуктами гидролиза поливинилацетата, что способствует равномерному распределению и закреплению связующего. Использование полимерного композита в составе дорожно-строительного материала позволяет повысить предел прочности при сжатии и на растяжение при изгибе.The achievement of the specified technical result is due to the formation of intermolecular hydrogen bonds during the interaction of poly (1-carbamoylethylene) with hydrolysis products of polyvinyl acetate, which contributes to the uniform distribution and fixing of the binder. The use of a polymer composite in the composition of the road-building material allows to increase the tensile strength in compression and in tension during bending.

Характеристика исходных материалов:Characteristics of the starting materials:

1. Песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм.1. Sand from crushing screenings according to GOST 31424-2010 fractions 0-5 mm.

2. Зола уноса сухого улавливания по ГОСТ 25818-2017, тип - кислая, с удельной поверхностью - не менее 150 м²/кг, влажностью - не более 1%, А_эфф - не более 370 Бк/кг, с содержанием оксида кальция (СаО) - не более 10%, потеря массы при прокаливании (п.п.п.) - не более 25 мас. %.2. Dry capture fly ash according to GOST 25818-2017, type - acid, with a specific surface of at least 150 m ² / kg, humidity - not more than 1%, And _eff - not more than 370 Bq / kg, with calcium oxide content ( CaO) - not more than 10%, mass loss during calcination (pp) - not more than 25 wt. %

3. Минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016: тип ЦЕМII; класс прочности - 32,5; быстротвердеющий.3. Mineral binder - Portland cement with mineral additives according to GOST 31108-2016: type CEMII; strength class - 32.5; quick hardening.

4. Полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата (синтезирован в воде при 60°С; массовое соотношение ПАВ - 3:7).4. A polymer composite in the form of a colloidal solution of high molecular weight surfactants: poly (1-carbamoylethylene) and polyvinyl acetate hydrolysis products (synthesized in water at 60 ° C; surfactant mass ratio is 3: 7).

5. Вода по ГОСТ 23732-2011.5. Water according to GOST 23732-2011.

Состав для устройства слоев оснований дорожной одежды разработан в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы полученного техногенного грунта, состоящего из смеси песка из отсевов дробления и золы уноса с учетом оптимальной влажности. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись прочностные характеристики.The composition for laying the pavement base layers was developed in accordance with the requirements of GOST 23558-94 by selecting the optimal amount of binder as a percentage of the mass of man-made soil, consisting of a mixture of sand from screenings of crushing and fly ash taking into account the optimal humidity. The main criteria for evaluating the optimality of the composition were strength characteristics.

Пример. В воздушно-сухую смесь песка из отсевов дробления фракции 0-5 мм по ГОСТ 31424-2010 и золы уноса сухого улавливания по ГОСТ 25818-2017 вносили вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016. Состав смеси, мас. %: песок из отсева дробления - 50-60; зола уноса - 20-10; портландцемент - 10-7. Затем смесь перемешивали вручную и вводили полимерный композит (0,5-0,9 мас. % сверх 100%), растворенный в оптимальном количестве воды (20-23 мас. %), после чего снова перемешивали. Из полученной смеси каждого вида изготавливали образцы в соответствии с ГОСТ 23558-94. Прочностные характеристики получены на образцах, подвергнутых полному водонасыщению. Анализ физико-механических характеристик образцов проводили через 28 суток.Example. A binder - Portland cement with mineral additives according to GOST 31108-2016 was added to the air-dry mixture of sand from the crushing screenings of the 0-5 mm fraction according to GOST 31424-2010 and dry fly ash according to GOST 25818-2017. The composition of the mixture, wt. %: sand from crushing screenings - 50-60; fly ash - 20-10; Portland cement - 10-7. Then the mixture was mixed manually and introduced a polymer composite (0.5-0.9 wt.% In excess of 100%), dissolved in an optimal amount of water (20-23 wt.%), And then mixed again. Samples were made from the resulting mixture of each type in accordance with GOST 23558-94. Strength characteristics were obtained on samples subjected to complete water saturation. An analysis of the physicomechanical characteristics of the samples was carried out after 28 days.

Физико-механические характеристики образцов приведены в таблице 1. Показано, что применение полимерного композита на основе поли(1-карбамоилэтилена) и продуктов гидролиза поливинилацетата позволяет получить дорожно-строительный материал с оптимальными для дорожного строительства прочностными характеристиками в соответствии с ГОСТ 23558-94.The physicomechanical characteristics of the samples are shown in Table 1. It is shown that the use of a polymer composite based on poly (1-carbamoylethylene) and polyvinyl acetate hydrolysis products makes it possible to obtain a road-building material with optimum strength characteristics for road construction in accordance with GOST 23558-94.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый состав для устройства слоев оснований дорожной одежды позволяет получать дорожно-строительный материал с прочностью при сжатии 5,2-7,3 МПа и растяжении при изгибе 0,8-1,5 МПа при содержании вяжущего 7-10 мас. %. По прототипу максимальная прочность при сжатии 7 МПа и растяжении при изгибе 1,2 МПа достигнута при содержании вяжущего 12 мас. %. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемого состава для устройства слоев оснований дорожной одежды с прототипом и 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 устройства слоев оснований дорожной одежды условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Comparative analysis with the prototype shows that the claimed composition for the device of the layers of the foundations of the pavement allows to obtain road-building material with compressive strength of 5.2-7.3 MPa and tensile bending of 0.8-1.5 MPa with a binder content of 7- 10 wt. % According to the prototype, the maximum compressive strength of 7 MPa and tensile bending of 1.2 MPa was achieved with a binder content of 12 wt. % This difference from the prototype gives reason to argue that the proposed technical solution meets the patentability criterion of the invention of "novelty." Comparison of the claimed composition for the device of the layers of the foundations of the pavement with the prototype and other similar technical solutions in this area did not allow to reveal in them signs similar to the distinctive signs. This allows us to conclude that the claimed composition for the device layers of the bases of the pavement to the condition of patentability of the invention "inventive step".

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получать экономически эффективный дорожно-строительный материал для устройства слоев оснований дорожной одежды с прочностью при сжатии 5,2-7,3 МПа и прочностью на растяжении при изгибе 0,8-1,5 МПа в соответствии с ГОСТ 23558-94. Применение в дорожном строительстве состава для устройства слоев оснований дорожной одежды позволит решить острые экологические проблемы путем комплексной утилизации отходов дробления горных пород и отходов теплоэнергетики.Thus, the use of the invention allows to obtain a cost-effective road-building material for laying base layers of pavement with a compressive strength of 5.2-7.3 MPa and tensile strength in bending of 0.8-1.5 MPa in accordance with GOST 23558-94. The use in road construction of a composition for laying layers of pavement foundations will solve acute environmental problems through the integrated utilization of waste from rock crushing and waste from the power system.

Claims (2)

Состав для устройства слоев оснований дорожной одежды содержит песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм; золу уноса сухого улавливания (тип - кислая); 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, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The composition for the device of the layers of the bases of the pavement contains sand from the screenings of crushing fraction 0-5 mm dry fly ash (acidic type); mineral binder - Portland cement with mineral additives (strength class 32.5, quick hardening); a polymer composite in the form of a colloidal solution of high molecular weight surfactants: poly (1-carbamoylethylene) and polyvinyl acetate hydrolysis products, in the following ratio of components, wt. %: песок из отсевов дробленияsand from crushing screenings 50-6050-60 зола уносаfly ash 20-1020-10 портландцементPortland cement 10-710-7 полимерный композитpolymer composite 0,5-0,9 (сверх 100%)0.5-0.9 (over 100%) водаwater 20-2320-23