способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды на основе золы от сжигания осадков сточных вод

Формула изобретения

1. Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды, состоящий в том, что смешивают (мас.%) 30-70 золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с природным песком фракции 0-5 мм (остальное), 6-10 минерального вяжущего материала - цемента марки не ниже М400 или тонкомолотой негашеной извести с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, увлажняют минеральную смесь водой, перемешивают с последующей обработкой 4-8 жидкого битума СГ 90/130, разжиженного в соотношении 1:1 по массе и уплотняют с нагрузкой 30 МПа.

2. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют тонкомолотую негашеную известь с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, смесь после введения всех вяжущих выдерживают не менее 2 ч до момента уплотнения.

3. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют цемент марки не ниже М400.

4. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают в механической мешалке в течение 1-2 мин.

5. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают на дороге фрезой до получения однородного состава.

6. Способ по п.1, в котором в качестве органического вяжущего материала используют жидкий битум в составе 50% битума и 50% разжижителя по массе, приготовленного смешиванием в подогретом состоянии при температуре 80-100°C.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к дорожным смесям и способам укрепления грунтов, пригодным для конструктивных слоев дорожных одежд.

Известен «Способ утилизации зол уноса жидкими растворами фитозана и танина» (DE 4141889 A1, 24.06.1993).

Данный способ основан на связывании различных тяжелых металлов и других вредных веществ с помощью фитозана и танина (5-20%) в сложные органические соединения, что решает утилизацию отходов типа золы уноса ТЭС.

Однако использование данной смеси в дорожных конструкциях невозможно из-за низких показателей физико-механических свойств.

Известен «Способ закрепления грунтов» (RU 2148689 C1, 10.05.2000).

Данный способ основан на использовании наполнителей - брикетов, полученных прессованием смеси шлама водоочистки ТЭС, обработанной 10-15% цемента и известкового вяжущего - 2%, смешанных с грунтом в соотношении 3:1:6.

Недостатком известного способа закрепления грунтов является сложность технологии получения известкового вяжущего (высушивание, обжиг и измельчение смеси карбонатного шлама ТЭС с хлористым кальцием), а также формирование брикетов методом прессования.

Известна «Асфальтобетонная смесь» (патент RU 2204539 С2, 20.05.2003) в соотношении компонентов, мас.%:

- известняковый щебень фракции 2-20 мм - 30-45;

- нефтяной вязкий битум - 5-6;

- зола уноса с электрофильтра ТЭС - 3-8;

- кубовый остаток - 0,5-1,75 от массы битума;

- песок фракции до 5 мм - остальное.

Данная смесь является прототипом предлагаемого способа, обеспечивает следующие свойства дорожного материала (прочность при сжатии образцов при 20°C R ₂₀C, МПа не менее 4,56; водонасыщение - 1,97%; коэффициент водостойкости - 0,98 и при длительном водонасыщении - 0,75).

Высокие показатели известковой смеси достигаются за счет введения полимерных добавок к битуму и наличия в смеси известнякового щебня, обеспечивающих условия активных процессов структурообразования. Однако использование золы уноса в количестве 3-8% вместо минерального порошка является недостаточным для утилизации отхода от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с экологической стороны в достаточной мере.

Известно «Вяжущее для закрепления грунта» (АС СССР 384974, Е02D 3/14, 1973).

Данный способ закрепления грунта основан на использовании известково-битумного вяжущего (паста) и золы уноса ТЭС.

Недостатком данного способа является то, что полученный материал имеет низкие прочностные и деформативные характеристики.

Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является «Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона» (патент RU 2148050, C04B 38/02, 27.04.2000).

Смесь относится к производству строительных материалов, содержит зольный компонент, портландцемент и алюминиевую пудру, в качестве зольного компонента содержит золу от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с удельной поверхностью 400-600 м²/кг, насыпная плотность 600-800 кг/м³ и содержанием SiO₂ - 1,5-2,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола - 38,4-61,4; портландцемент - 38,4-61,4; алюминиевая пудра - остальное.

Технический результат: утилизация отходов городского коммунального хозяйства в строительной отрасли. Материал из данной смеси обладает высокой прочностью, достигаемой значительным расходом вяжущего - портландцемента, что экономически невыгодно для дорожного строительства. Бетон изготовленный из данной сыревой смеси обладает значительным водопоглощением и имеет относительно низкую морозостойкость, что ограничивает его использование в дорожных конструкциях.

В нашем предлагаемом способе используют смесь золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства) мас.% - 30-70 и минерального природного песка - остальное, что позволяет утилизировать значительные объемы отходов городского хозяйства. В качестве вяжущих материалов используют негашеную известь (цемент марки М400) и битум марки СГ 90/130, разжиженный в соотношении 1:1 по массе. После внесения в золопесчаную смесь минеральных вяжущих - негашеной извести (цемента) ее увлажняют, что обеспечивает нормальное протекание реакций адсорбции и хемосорбции, в процессе химического взаимодействия зерен извести (цемента) с компонентами золы и песка при структурообразовании материала.

Это достигается тщательным перемешиванием компонентов и равномерным распределением мелкодисперсных частиц Ca(OH) ₂ процессов гидролиза и гидратации в золопесчаной смеси, что обеспечивает нормальное протекание реакций взаимодействия аморфного кремнезема SiO₂, окислов алюминия и тяжелых металлов, находящихся в золе с образованием на их основе водонерастворимых соединений типа гидроалюмосиликатов кальция.

Предлагаемый способ получения дорожно-строительного материала позволяет снизить вымываемость тяжелых металлов золы на порядок и обеспечить его допустимые значения ПДК.

Последующее введение битума, равномерно распределенного по зологрунтовой смеси, обеспечивает повышение водостойкости материала за счет гидрофобизации структурных связей частиц и конгломератов материала.

Введение в смесь зологрунта минерального вяжущего, увлажнение и затем жидкого битума и его равномерное распределение, обусловленное механическим перемешиванием и физическим воздействием, позволяет протекать активным химическим реакциям между компонентами битума (асфальтенами, асфальтогеновыми кислотами, смолами и др.) и появления в структуре материала высокомолекулярных соединений водостойкого типа.

Уплотнение смеси приводит к сближению центров кристаллизации, увеличение контактов частиц и новообразований приводит к росту реакций полимеризации и поликонденсации, процессам физической адсорбции и обеспечивает получение нового, прочного и водоусточивого дорожностроительного материала.

Важным отличием предлагаемого способа является использование значительного объема утилизации золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства), небольшой расход традиционных вяжущих (цемент, негашеная известь, битум), обязательное увлажнение смеси до оптимального значения и простота технологических операций получения материала.

Пример.

Для экспериментальной проверки заявленного способа были подготовлены варианты смесей из вышеуказанных компонентов. Смесь из золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства, природного песка фракции 0-5 мм и негашеной извести увлажняли при непрерывном перемешивании (1-2 мин) до образования однородного состава. После чего вводили жидкий битум марки СГ 90/130 (разжиженный в соотношении 1:1 по массе). Смесь вновь перемешивали, выдерживали 2 часа и затем из смеси изготовляли образцы диаметром и высотой 50 мм под давлением 30 МПа.

Результаты сравнительного анализа приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Состав смеси для дорожного строительства
№ , п/п	Компоненты смеси	Содержание компонентов, мас.%
Номер смеси
Прототип	1	2	3	4	5	6	7	8
1	Битум жидкий	-	8	8	8	6	8	8	6	6
2	Нефтяной вязкий битум	5-6	-	-	-	-	-	-	-	-
3	Известь негашеная	-	6	6	6	8	-	-	-	10
4	Цемент М400	-	-	-	-	-	6	6	6	-
5	Зола уноса ТЭС	3-8	-	-	-	-	-	-	-	-
6	Зола - продукт сжигания осадков сточных вод	-	30	50	70	30	40	50	50	100
7	Кубовый остаток	0,5-1,75	-	-	-	-	-	-	-	-
8	Известняковый щебень фр. 5-20 мм	30-45	-	-	-	-	-	-	-	-
9	Природный песок фракции 0-5 мм	ОСТАЛЬНОЕ

Таблица 2
Физико-механические свойства смесей
№ № смеси п/п	Показатели свойств
Предел прочности при сжатии, Rсж вн, МПа	Водопоглощение, Wвп, %	Коэффициент водостойкости, доли ед.	Коэффициент морозостойкости, доли ед.	Суммарное содержание тяжелых металлов в вытяжке, мг/л
Прототип	4,56	1,97	0,75	-	-
1	9,0	0,73	0,83	0,83	-
2	9,1	0,30	0,88	0,92	0,077
3	7,1	4,51	0,78	0,82	-
4	10,5	0,24	0,87	0,84	-
5	7,3	1,02	0,77	0,81	-
6	8,1	4,3	0,91	0,80	-
7	8,8	3,0	0,85	0,82	-
8	9,0	16,3	0,72	0,55	-
Зола	-	-	-	-	0,670