минеральная смесь для дорожного строительства

Формула изобретения

1. Минеральная смесь для дорожного строительства, включающая неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты, отличающаяся тем, что она содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Неорганическое вяжущее вещество	10-20
Карбонатный компонент	40-90
Кремнеземистый компонент	Остальное

при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1.

2. Минеральная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неорганического вяжущего вещества она содержит портландцемент.

3. Минеральная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве карбонатного компонента она содержит технический мел - конверсионный карбонат кальция - отход производства минеральных удобрений.

4. Минеральная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве кремнеземистого компонента она содержит золошлак гидроудаления от сжигания каменного или бурого углей.

5. Минеральная смесь по любому из пп.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что в качестве неорганического вяжущего вещества она содержит портландцемент и гидратную известь в соотношении от 1:0,5 до 1:1 мас.ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве дорожных оснований и покрытий.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении физико-механических свойств минеральной смеси и расширении сырьевой базы.

Известна минеральная смесь для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, содержащая цемент, минеральный грунт и добавку неактивной золы уноса или золошлаковой смеси гидроудаления, получаемые при сжигании бурого или каменного угля (Технические указания по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог. ВСН 185-75. - М., Минтрансстрой СССР, 1976, с.7).

Недостатком такой смеси является ее низкая прочность и морозостойкость, а следовательно, ограниченная область применения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является строительная смесь для устройства дорожного основания, которая содержит золу уноса от сжигания антрацитового угля (кремнеземистый компонент), цемент (неорганическое вяжущее вещество) и малопрочный известняк - ракушечник (карбонатный компонент) (Авторское свидетельство СССР №796300 «Строительная смесь для устройства дорожного основания», Кл. Е 01 С 7/10, 15.01.81).

Указанной смеси свойственны те же недостатки, что и предыдущим смесям. Наличие в смеси малопрочного крупного заполнителя из известняка - ракушечника обусловливает образование неоднородной структуры и, как следствие, пониженную эксплуатационную устойчивость дорожной конструкции.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение физико-механических и структурных свойств смеси, а также на расширение сырьевой базы.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что минеральная смесь для дорожного строительства включает неорганическое вяжущее вещество, карбонатный и кремнеземистый компоненты при следующем соотношении, мас.%:

неорганическое вяжущее вещество	10-20
карбонатный компонент	40-90
кремнеземистый компонент	остальное

при этом величина модуля крупности карбонатного и кремнеземистого компонентов составляет менее 1.

Отличительной особенностью предлагаемой смеси является отсутствие крупного инертного заполнителя, что обеспечивает повышение физико-механических свойств, во-первых за счет дополнительного образования цементирующих веществ в результате протекания физико-химических процессов между неорганическим вяжущим и активированными тонкозернистыми компонентами смеси и, во-вторых, за счет отсутствия в структуре материала малопрочных контактных зон, характерных для смесей на крупных заполнителях.

В качестве неорганического вяжущего вещества в минеральной смеси используется портландцемент или смесь портландцемента с гидратной известью в соотношении от 1:0,5 до 1:1 мас.ч.

Образующийся при гидратации и гидролизе минералов портландцемента гидроксид кальция взаимодействует с тонкозернистыми активированными частицами карбонатного и кремнеземистого компонентов смеси, что обеспечивает дополнительное образование цементирующих веществ.

Введение в состав неорганического вяжущего гидратной извести позволяет не только интенсифицировать процесс образования гидросиликатов кальция, но и способствует образованию гидрокарбонатов кальция, обладающих также цементирующей способностью. Кроме этого гидратная известь, обладая высокой водоудерживающей способностью, создает благоприятные условия для упаковки тонкозернистых частиц при уплотнении смеси, а также обеспечивает оптимальные условия для длительного твердения.

В качестве карбонатного компонента минеральной смеси используется технический мел - отходный продукт производства минеральных удобрений. Технический мел представляет собой мелкозернистый материал, содержащий около 90% синтетического карбоната кальция, обладающего повышенной химической и сорбционной активностью, что приводит к интенсивному образованию в смеси цементирующих веществ в виде гидрокарбонатов кальция.

В качестве кремнеземистого компонента используется золошлак гидроудаления, образуемый при сжигании углей на тепловых электростанциях.

Золошлаковая смесь гидроудаления в своем составе содержит порядка 90% реакционноспособного кремнезема, который вступает во взаимодействие с имеющимися в смеси в большом количестве кальцийсодержащими соединениями с образованием полиморфных цементирующих веществ.

Для приготовления минеральной смеси использовали в качестве: неорганического вяжущего - портландцемент Брянского завода и гидратную известь по ГОСТ-9179-77; карбонатного компонента -технический мел (конверсионный карбонат кальция, являющийся отходным продуктом производства минеральных удобрений ОАО «Дорогобуж»); кремнеземистого компонента - золошлак гидроудаления Дорогобужской ТЭЦ.

Конкретные примеры составов минеральных смесей приведены в табл. 1

Таблица 1
№ составов смесей	Расход компонентов, мас.%				Модуль крупности технического мела, золошлака
	Портландцемент	Гидратная известь	Технический мел	Золошлак гидроудаления
1	10	-	40	50	0.75
2	5	5	40	50	0.75
3	6.4	3.6	40	50	0.75
4	5	5	40	50	0.95
5	5	5	40	50	0.50
6	5	5	40	50	0.05
7	5	5	40	50	1.05
8	10	-	40	50	1.05
9	10	-	90	-	0.75
10	20	-	90	-	0.75
11	20	-	40	40	0.75
12	10	10	40	40	0.75
13	10	10	90	-	0.75
14	10	10	60	20	0.75
15	13.4	6.6	40	40	0.75
16	13.4	6.6	60	20	0.75
17	5	5	60	20	0.75
Прототип	4.0		Известняк ракушечник, 88	Зола уноса от сжигания антрацитового угля, 8	Модуль крупности известняка-ракушечника фракции 0-15 мм, 3.5

Минеральную смесь готовят следующим образом.

Предварительно подготавливают карбонатный и кремнеземистый компоненты с целью обеспечения требуемого модуля крупности. Все компоненты смеси дозируют по массе. Затем в смесителе принудительного действия вначале смешивают карбонатный и кремнеземистый компоненты, после чего вводят портландцемент и перемешивание продолжают. При использовании в смеси двухкомпонентного неорганического вяжущего вещества (портландцемент, гидратная известь) гидратную известь подают в смеситель в последнюю очередь. В необходимых случаях в смеситель добавляют воду для получения смеси оптимальной влажности, обеспечивающей плотную упаковку частиц минеральной смеси при формовании. Перемешивание смеси производят в течение 4-5 минут до получения однородной массы.

Из полученной минеральной смеси формуют образцы - цилиндры диаметром и высотой 5 см путем прессования при удельном давлении 15 МПА с выдержкой смеси при этом давлении в течение 3 минут. Отформованные образцы твердеют при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 95-100%.

Через 7, 28, 90 и 180 суток твердения образцы испытывают на прочность при сжатии с определением их средней плотности. Кроме того, в возрасте 90 суток образцы в водонасыщенном состоянии подвергают испытанию на морозостойкость путем их попеременного замораживания при температуре минус 18±2°С и оттаивания в воде при температуре 20±2°С.

После 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания образцы испытывают на сжатие с определением коэффициента морозостойкости.

По результатам дискретного насыщения образцов водой определяют структурный параметр пористости материала , руководствуясь методикой ГОСТ 12730.4-78.

Результаты испытаний образцов составов смесей приведены в табл. 2

Таблица 2
№ составов смесей	Предел прочности при сжатии (МПа) образцов-цилиндров в возрасте, сут.				Средняя плотность, кг/м3	Коэффициент морозостойкости, Кмрз	Структурный показатель пористости,
	7	28	90	180
1	2,54	4,9	7,92	9,75	1450	0,95	0,42
2	2,95	3,9	8,25	11,10	1430	0,99	0,63
3	2,63	4,01	7,20	10,93	1430	0,98	0,75
4	2,80	3,40	7,05	8,15	1420	0,95	0,48
5	2,90	3,65	7,65	8,35	1425	0,97	0,80
6	2,60	3,45	7,35	7,95	1435	0,94	0,59
7	2,30	3,00	5,22	7,10	1445	0,88	0,30
8	2,00	2,80	4,95	6,90	1480	0,85	0,26
9	2,38	3,60	7,15	8,00	1800	0,92	0,55
10	4,00	7,60	8,20	11,20	1850	0,93	0,70
11	3,50	7,20	10,50	12,60	1500	1,00	0,77
12	3,70	11,00	14,80	18,00	1440	1,00	0,95
13	3,50	6,00	8,50	11,70	1870	0,95	0,62
14	3,65	8,10	12,80	14,10	1660	0,97	0,60
15	3,25	8,00	12,10	13,60	1420	1,05	0,95
16	3,25	6,95	10,20	12,15	1670	0,96	0,66
17	2,70	3,53	7,21	8,20	1640	0,96	0,49
Прототип			7,00			0,90

Полученные результаты испытаний смесей показывают, что:

1. Прочность предлагаемых составов смесей боле чем в 2 раза превышает прочность известных составов смесей. При этом заявляемые смеси обладают способностью к длительному набору прочности: R180/R90 находится в пределах 1.12-1.52, что является весьма положительным свойством материала, обеспечивающим долговечность дорожной конструкции за счет протекания структурообразующих процессов в период эксплуатации,

2. Заявляемые составы являются тонкозернистыми смесями, которые обусловливают образование мелкопористой структуры материала повышенной однородности (=0.42-0.95) и физико-химической активности, что обеспечивает повышенную морозостойкость (Кмрз=0.92-1.05) за счет кольматации пор дополнительными продуктами цементирующих новообразований, а также повышенную теплоизоляционную способность минеральных смесей.

3. Предлагаемые составы смесей базируются на использовании техногенных отходов промышленности (технический мел, золошлак гидроудаления), что способствует расширению сырьевой базы и снижению вредного воздействия отходов на окружающую среду.