Смесь для покрытий и оснований автомобильных дорог

 

Использование: дорожное строительство , смеси для покрытий и оснований. Сущность изобретения: смесь содержит, мас.%: кислый прудовой гудрон (в пересчете на безводное вещество) 3,5-5,0; известь (в пересчете на свободные СаО + МдО) 2-7; вода 14,5-16,0; белитовый шлам остальное. Смесь готовят смешиванием компонентов. Прочность при сжатии в 28-суточном возрасте в сухом состоянии 14,5-16 МПа, в водонасыщенном состоянии 8,1-16,1 МПа, водонасыщение 6,0-9,2%. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793260/33 (22) 15.02.90 (46) 15,07.92, Бюл. ¹ 26 (71) Омский филиал Государственного всесоюзного дорожного научно-исследовательского института "Союздорнии" (72) В.M.Áåñêpoâíûé и H.Ñ.Äåæèíà (53) 625.8(088.8) (56) Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. СН 25-74, M„

Стройиздат, 1975, с.32.

Артюхина Г.И. Применение бокситовых шламов, обработанных нефтяными гудронами и эмульсиями при строительстве автомобильных дорог местного значения на северо-западе РСФСР. Автореф, канд, дис.

Л.: ЛИ СИ, 1980, с.13 — 17.

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог, в частности к составам смесей для устройства покрытий и оснований из материалов, обработанных органическими вяжущими.

Известны смеси для дорожйых покрытий и оснований, включающие грунт и органические вяжущие, например грунты, обработанные жидким битумом или битумной эмульсией.

Недрстатками материала из этих смесей, имеющего коагуляционную структуру и обладающего упруго-вязкопластичными свойствами, являются невысокая прочность при сжатии, недостаточные водо- и теплоустойчивость. Кроме того, для приготовления этих смесей требуется значительный расход органических вяжущих материалов.

Я2, 1747418 А1 (54) СМЕСЬ ДЛЯ ПОКРЫТЙЙ И ОСНОВАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ (57) Использование: дорожное строительство, смеси для покрытий и оснований. Сущность изобретения: смесь содержит, мас.ь: кислый прудовой гудрон (в пересчете на безводное вещество) 3,5-5,0; известь (в пересчете на свободные СаО + MgO) 2 — 7; вода

14,5-16,0, белитовый шлам остальное.

Смесь готовят смешиванием компонентов.

Прочность при сжатии в 28-суточном возрасте в сухом состоянии 14,5 — 16 МПа, в водонасыщенном состоянии 8,1-16,1 МПа, водонасыщение 6,0-9,2 ь. 2 табл.

В зависимости от вида обрабатываемого грунта расход, например, жидкого битума составляет 5-12 ф, массы смеси, Из известных смесей наиболее близкой к предлагаемой является смесь, включающая белитовый (бокситовый) шлам, нефтяной гудрон и воду.

Материал из указанных смесей, имеющий коагуляционно-кристаллизационную структуру, обладает более высокой по сравнению с грунтом, обработанным органическим вяжущим, прочностью при сжатии, а следовательно, и сдвигоустойчивостью.

Однако смесь характеризуется замедленным ее твердением, обуславливающим недостаточную прочность и сдвигоустойчивость слоя покрытия в начальные сроки его эксплуатации, 1747418

Так, например, прочность при сжатии водонасыщенных образцов из известной смеси после 70 сут твердения не превышает

2,2 МПа. Это приводит к необходимости устраивать слОЙ floKpblTMA или Основания большой толщины, что влечет эа собой увеличение материалоемкости и стоимости дороги, а также ограничивать в начальный период эксплуатации дороги интенсивность движения и грузоподъемность транспорта.

Кроме того. к недостаткам известной смеси относятся высокие знергозатраты, связанные с разогревом нефтяного гудрона и белитового шлама до 110-130 С при приготовлении смеси.

Цель изобретения — повышение прочности покрытия и основания, снижение стоимости и уменьшение энергозатрат на приготовление смеси.

Поставленная цель достигается тем; что смесь для покрытий и оснований автомобильных дорог, включающая белитовый шлам, органическое вяжущее и воду, содержит в качестве органического вяжущего кислый прудовый грунт и дополнительно известь при следующем соотношении компонентов. мас. .

Кислый прудовый гудрон (в расчете на безводное вещество) 3,5-5

Известь (в расчете на свободные

Сао+ Mgo) 2 — 7

Вода 14,5-16

Белитовый шлам Остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая смесь отличается от известной тем, что она в своем составе в качестве органического вяжущего вместо нефтяного гудрона содержит кислый прудовый гудрон, а также тем, что она дополнительно содержит.известь.

Суть изобретения состоит в том, что при соединении в предлагаемой смеси в определенной последовательности трех основных компонентов: белитового шлама, кислого прудового гудрона и извести, в результате их химического взаимодействия образуется вещество, способное резко интенсифицировать процесс твердения системы и увеличить прочность материала покрытия или основания в начальные сроки его формирования, Кислый прудовый гудрон (КПГ) представляет собой отходы нефтехимического производства, в частности производства сульфонэтных присадок к смазочным маслам, а такж8 сернокислотной очистки масел и имеет сметанообразную консистенцию, Количество его, накопленное в прудах нефтехимических предприятий, например

Ярославского и Омского производственных объединений Нефтеоргсинтез. измеряется

5 десятками тысяч тонн.

Главным компонентом КПГ являются сульфокислоты, представляющие собой водорастворимые соединения. Кроме того, в нем содержатся нефтяные масла, вода и не10 большое количество серной кислоты.

Белитовый шлам (бокситовый или нефелиновый) содержит 40-85 P äâóxêàëüöèåвого силиката (белита), гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферрит кальция, а

15 также до 2,2 водорастворимых соединений, представленных, преимущественно, карбонатом, гидрокарбонатом и алюминатом натрия.

Приготовление предлагаемой смеси

20 предусматривает введение КПГ в белитовый шлам вместе с водой затворения, перемешивэние смеси и последующее введение в смесь извести.

Данные о химическом составе компо25 нентов предлагаемой смеси позволяют описать их взаимодействие в процессе приготовления смеси и твердения материала дорожного покрытия или основания следующим образом:

30 взаимодействие растворимых щелочей белитового шлама с содержащимися в КПГ сульфокислотой и серной кислотой с образованием. сул ьфоната и сульфата натрия

5 3 Н (СНг л СН, 2СН3 H(CHg)„CH3 (1) + NAC03 - + Цг о

50 H

Н250 ha>C03 аг504 НгСО3 (2) взаимодействие сульфоната натрия с известью с образованием водонераство45 римого сульфоната кальция (модификация водорастворимой органики в водонерастворимое соединение)

50 гланд "ч сн2!„сн (сн,сн(гч2 пснт -SС "а " 50

3 (. a

2 взаимодействие образовавшегося суль55 фата натрия с известью с образованием двуводного сульфата кальция

Na2S04+ Ca(OH)2 + 2Hz0 = CaSO4 х х 2Н20+ 2NaOH (4) 1747418 структурообразующим фактором и обеспе- эа чивающее интенсивное нарастание прочно- вы взаимодействие образовавшегося двуводного сульфата кальция с гидроалюмина.том кальция; содержащимся в белитовом шламе, с образованием гидрасульфоалюмината кальция (эттрингита). 5

В результате этой реакции происходит интенсивное твердение системы в началь- . ный период, так как объем гидросульфоалюмината в несколько раз превышает суммарный объем исходной твердой фазы, 10

Дальнейшее твердение системы происходит в результате гидратации белита, содержащегося в шламе, и образования

J низкоосновных гидросиликатов кальция.

При этом непрореагировавшая в начальный 15 период известь играет роль щелочного воэбудителя, активизируя процесс гидратации белита, кроме того, она выполняет роль реагента, взаимодействующего с активными окислами, присутствующими в белитовом 20 шламе.

Известны, смеси, содержащие КПГ и известь и белитовый шлам и известь, Однако применение в этих смесях попарных сочетаний указанных компонентов вместе с други- 25 ми компонентами не обеспечивает смесям такие свойства, которые проявляются в изобретении, где имеет место сочетание всех трех компонентов, Так в смеси, содержащей кислый гудрон и известь, в результате взаи- 30 модействия образуют такой компонент органического вяжущего как сульфонат кальция. Последний вместе с битумом и нефтяным гудроном образуют органическое вяжущее, которое в смеси с .минеральным 35 заполнителем дает дорожно-строительный материал с коагуляционной структурой, эластичный, трещиностойкий; способный сопротивляться истиранию, но имеющий малые прочность, тепло- и сдвигоустой- 40 чивость, Смесь, содержащая белитовый шлам и известь, дает материал с кристаллизационной структурой, обладающий вы-, сокой прочностью и сдвигоустойчивостью, но излишне жесткий, подверженный трещи- 45 нообразованию и истиранию. Предлагаемая смесь, представляющая собой сочетание всех трех компонентов, белитового шлама, КПГ и извести, дает материал дорожного покрытия или основания с коагу- 50 ляционно-кристаллиэационной структурой, обладающий достоинствами известного ма териала, но свободный от их недостатков.

Кроме тога, только при сочетании всех трех компонентов в предлагаемой смеси в сис- 55 теме в присутствии воды дополнительно образуется новое вещество — гидрасульфоалюминат кальция, являющееся массовым сти материала в начальный период его твердения, Для экспериментальной проверки предлагаемой смеси были приготовлены несколько составов смеси при различном сочетании компонентов — белитового шлама, КПГ, извести и воды.

В качестве белитового шлама использовали бокситовый шлам Павлодарского алюминиевого завода с содержанием белита около 50%.

Гранулометрический состав шлама приведен в табл.1, Содержание химических компонентов, мас, %: Si 02 20,6, АЬОз 6, 1; Р е20з 23,5, СаО 39,5; М90 0,55; Rz0 3,0; ЯОз 0,35;

Н20 0,23; П,П,П. 6,75.

Водная вытяжка из бокситового шлама характеризуется величиной сухого остатка, равной 1,78%, величиной рН 11,9, в ней преобладают ионы Na+, СОз и НСОз, В качестве органического вяжущего использовали КПГ иэ пруда накопителя ПО

Омскнефтеоргсинтез, имеющий условную вязкость 30 с по вискоэиметру ВЗ-4.

Характеристика КПГ дана ниже: содержание HzSQ4 2,04%, общая кислотность

49,7 мгКОН/г; содержание масла 20,2%; органическая кислотность 23,5 мгКОН/г; содержание сульфосоединения 27,0%; содержание воды 51,4%, Используемая в эксперименте гидратная известь первого сорта без добавок по

ГОСТ 9179-77 имела содержание свободных окиси у кальция и магния 68,4% и влажность

31 6%

Смеси готовили следующим oC„-: çoì.

Сухой белитовый шлам увлах:.няли, вводя в него половинное коли; ". о воды затворения и перемешивая. В оставшейся части воды эатворения при комнатной температуре растворяли КПГ, полученный раствор вводили во влажный шлам, тщательно перемешивали, после чего в смесь вводили известь и смесь окончательно перемешивали. Из полученной смеси изготавливали образцы, уплотняя их на гидравлическом прессе нагрузкой 30 МПа. Хранили образцы во влажной камере в течение 28 и 90 сут, после чего испытывали на сжати-.= при влажности твердения (сухие) и в водонасыщенном состоянии (полное водонасыщение в течение 14 сут).

Дополнительно B образцах, твердевших

90 сут, определяли наличие водорастворимой органики (непрореагировавшего с известью сульфоната натрия), для чего образец измельчали, заливали водой и оставляли в литом состоянии на 14 сут. Затем водную тяжку отфильтровывали и в фильтрат вво7 17474 дили водный раствор хлористого кальция, Появление при этом хлопьевидного осадка сульфоната кальция свидетельствовало о наличии в образце водорастворимой органики, т,е. о неполном химическом превра- 5 щении КПГ в водонерастворимую форму, Последнее может иметь отрицательное влияние как на свойства материала дорожного покрытия или основания; так и на экологическую ситуацию в случае воздействия на 10 материал атмосферных Осадков и грунтовых вод.

В табл.2 представлены свойства образцов из предлагаемой смеси при различном соотношении компонентов. Приведенные 15 данные позволяют выбрать Оптимальные пределы содержания компонентов в смеси.

Так за нижний предел содержания в смеси

КПГ и извести следует принять соответст. венно 3,5 и 2 ь, так как при 3,5 " КПГ образ- 20 цы смеси имеют наибольшую прочность (больше жестких связей в структуре), а при содержаний извести менее 2 Д в образцах остается водорастворимая органика, что нежелательно по вышесказанным соображе- 25 ниям.

За верхний предел содержания КПГ и извести следует принять соответственно 5 и

7 j, так как при увеличении содержания КПГ более 5;ь отмечается тенденция к сниже- 30 нию прочности (больше эластичных связей в структуре), увеличение содержания извести с 7 до 9;ь дает. настолько незначительное повышение прочности материала, что оно не оправдывает почти ЗО Д-ный пере- 35 расход извести, Таким образом, оптимальным содержанием в предлагаемой смеси КПГ и извести является КПГ 3,5 — 5 Д, извести 2-7; .

Сравнивая показатели физико-механи- 40 ческих свойств образцов известной смеси с показателями предлагаемой смеси, видно, что Образцы из предлагаемой смеси в начальный период твердения 28 сут имеют значительно большую прочность, чем обра- 45 зец из известной смеси. Так, например, прочность образцов из предлагаемой смеси в 3,3-5,2 раза выше прочности образцов из известной смеси, Это дает возможность

2-7

14,5 — 16,0

Остальное уменьшить толщину дорожного покрытия или основания при сохранении их несущей способности, уменьшить материалоемкость и стоимость дороги.

Приготовление предлагаемой смеси не требует (в противоположность прототипу) разогрева органического вяжущего и белитового шлама, что позволяет снизить энергозатраты и улучшить экологическую обстановку на территории АБЗ и прилегающей к нему местности, В результате использования кислого гудрона улучшается также экологическая обстановка в районе нефтехимических предприятий, производящих масла и сульфонатные присадки.

Как показали расчеты, дорожному покрытию из известной смеси толщиной 21 см эквивалентно равнопрочное покрытие из предлагаемой смеси толщиной 11-12 см.

При этом на 1 км дороги расходуется белитового шлама на 1056 — 1146 т и органического вяжущего на 57-75 т меньше, чем при использовании известной смеси, а стоимость дороги снижается на 10-11 тыс. руб.

Знергозатраты на приготовление смеси в расчете на 1 км дороги снижаются на 427

ГДж, Формула изобретения

Смесь для покрытий и оснований автомобильных дорог, включающая нефтяной гудрон, воду и белитовый шлам, о тл и ча ющ а я с я тем, что, с целью повышения прочности покрытия и Основания, снижения их стоимости и уменьшения энергозатрат на приготовление смеси, она содержит в качестве нефтяного гудрона кислый прудовой гудрон и дополнительно известь при следующем соотношении компонентов, мас. $:

Кислый прудовой гудрон (в пересчете на безводное вещество) 3,5-5,0

Известь (a пересчете на свободные

СаО+ MgO)

Вода

Белитовый шлам

Таблица 1

1747418

Ф

Z (О

ОО .О

1 I ! e

3 Z

3 О

t Ct о

1 (О

1

I I

1 3 о е х

1 Z 2I о z ч z о Ф ! Ф

1 Ф о

I г(Ф

I e C аЕ

1 (O о

1 X .О X

1- ((u e

О 33

z v

I Х о * а а с= с

\ — — »

1 х

1 X х

1 Л !

I И 1

1 1,» I

O r..+ ча(1

O O Cl S 1

mmOr

3 Х 1

x v»zz

ceo e чаz

1 1

Э О3

I X П! х а

1 X(O с о

1 (О

+ +

1 I е

Z о

I Ч о

1 (O

z х (33

9 ЗО

v сс

Z

Ф ч

Cl

Ф

Ф

1 m о

1 (П

1 е а

1 (О о

1 Ф! 1! 8 х

I У о а с

1 I (1 1

1 Б 1 ! О 1

e1 ex

С(ZЗ

Е О Z 1

1 Ч Z 1 о Ф

1 Ф 3 1

X I 1 (О 1 1

% 1 1

u1 X

I S 1 х I а л

С 3 И 1

CO

О (ч лф CF3

О (ч (Ч о

С(!

Iи о

R

3 у о ч Ф и х а (О М (3 С( сч о лло -—

1 !

I

3

1

1

1

1 . 1

1

1 !

1

I

1

1

1

1

1 !

I

I

1

1

1 1

I

1

1!

1 1

1 дО !

v ! e

t.«

V 1

Ф I

Z 1

V 1

Ф I

e (1 1

o t

t ааоо

««

-О .СГ а LA с а ч о

Iи

Ф и г(K!

1 >х с о

Y и (х о

l Х сс о х о. еч э л

°, 1 Э

1 X

I Х .!

I Ф

I У !

I Э

I

1 X

1 а

1 .1 с

1 а! e

Z о с

"э

X а

1

1 .I

1

1 !

1 а

I о с

Э S и CC 1е о

X Х I1 с ч

Э

Cl о о

Э

Z о

I

I

1

1 (Ч 3

П(1

I

X 3

С I !

1O I

3 е 3

I» 1

1

1

1

I !

3

1 !

1 ! !

3 !

3

3

1

1

1

1

1

3

I

I

1 !

1

1 !

Э с и CC

Ф

Ф ч

I- O.

u m

1Х Ф

О 3(О

О 3л

z u с

Ф о

1- CF3

П!

Y о с=

1л о ф сч

Э с и о с

Ф

1»

v z гх Х о Ф

О(Ct и а

Э

$ Ф

С 3Э

1Щ

Ф

Y о

М(ЧЛlAÎLOЛCOсЧÎCFÇОСЧг МОЛàф -Х а о «««««« —.сл со w сч (ч CAф 1» а-т м (FL co 1» а а-3 со л 3 а а а

1» м а (ч .г 0 г о о а0 фOLO

LAL0 ««* ° о сО «««» о Л г(«О-т 0(.- - «(ЧММ -о--(Ч «о О фф ф01(31»ф С(3 фф й»

D ао D

CDL0 «« 01М «аф ОС0 «СОО(Ч ЛОО

«о(чм ««««о- «««о

0 Г Л t 3«-Л(F3 — ЛI CO СГ(СП ЛCOфф (F3(A

Щ ГЧ CO О О МЧ) М Гч М О CO О СО М О басф Л Ф (Ч

С(1 (х\ ф г "О а л I» 1» 0 а lA ЧО 0 ч .3 а lA a lA a LA а а а

CO О\ 03 («3 i0 CO Мо

COLA(«L «CACO» «» а РЪМ о(чм «««о «««««оо 0 Л СΠ— 0 Г» ф — — (-- (» Л аЛ о чр сп сч -т а « о (r3 л. co лco (FL сч - а

«ь

О ОЛСОCn 0 ОГ ЛCOСО О 0 ОЛI Л а а о о о о а а о о о о а а а о о ь

««««««« -О аа 0 0 з аао 0- 3 о о о

О Ь О О О 1» D D Ь Î C 3. О D О О О Л D О О О D

«« ««« с 3 м lA л (F3 «» (ч м а 1» o((ч ("\ а л (FL» сч м а 3» 01 аааааааааааао о о о о о аааааа

«««««« ° « * ««««««

М М М М М М.Ф -3 .4 .4 а lA a LA LA LA LA a LA LA LA LA

М О а а LA О М О а а а lA CO а о О О О М О О LA a LA

«i ««««« «««««« «

О ОСО 0 М» ЙЙЛа(ч Офф Ла(Ч ОфФЛМ» и

CO СО Г» 1» Л 1.-1» Л 1»3- I ûѻ Л(«.1 I»3 ЛЛ Л(. О

1!

I X о

1 Э!

3 Х

I 1v о

1 о с с

Х о

1 Z о

1 1

1 е

1 о х

I e

I 3I Э л

1 Ф

I 1и

Ф IЭ

I Ф

1 о о и

< r.

1 е а

I Я I Ct о

1 C

I ч. о

I 3- ° э е

I Е о

1 Z О

ЭМ

1 Э ъ|

1 Э Z а m

С СО о а

1 х

1 6; CC

I V X

I Ф Х

1 g Э!

Ф о

t З С

I CtЛ о

I Ф m х

1 Ф (6

* л

1 х а

t (О 3I М и ах

1 Э

1 Ct X о а

ы с