Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ И ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Изобретение относится к области дорожного и аэродромного строительства и может быть использовано для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Масштабное применение в дорожном строительстве традиционных каменных материалов сдерживается их дефицитом и высокой стоимостью. Для снижения материально-технических затрат актуальным является применение местных укрепленных материалов. Наиболее перспективным при этом является внедрение инновационных технологий строительства, которые предполагают замену природных материалов крупнотоннажными отходами щебеночного производства, модифицированных целевыми добавками различной природы. Введение отходов производства в состав дорожно-строительных композитов позволяет не только снизить расход дорогостоящих материалов, но и решить комплекс острых экологических проблем.

Известен состав для устройства оснований дорожных одежд, включающий в качестве заполнителя щебень строительный фракции 5-60 мм и отходы щебеночного производства фракции 0-5 мм, золу-унос от сжигания каменного угля, отходы известкового производства - известь-пушонку, а также подмыльный щелок (патент на изобретение RU №2135681, МПК Е01С 3/04). Недостатком данного золоминерального состава является малая массовая доля связующих, препятствующих в начальный период строительства выщелачиванию солей тяжелых металлов из дорожной одежды в окружающую среду.

Также известен золоминеральный состав для оснований дорожных одежд (патент на изобретение RU №2350709, МПК Е01С 3/04), 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/м³, содержанием SiO₂ - 50-60% и pH 12-13,5, в качестве связующих - битум и цемент.

Недостатком данного состава 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 не эффективным.

Известен состав для дорожного строительства (патент на изобретение RU №2603682, МПК С04В 28/04, Е01С 21/00, E02D 3/12 и т.д.), взятый за прототип, содержащий, мас.%: портландцемент - 6-12; заполнитель - 72-88; октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана - 0,005-0,04; водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/карбоксилатный полиэфир - 0,02-0,20; вода - 4,83-17,94. Техническим результатом заявляемого состава является повышение морозостойкости и прочности материалов из грунтовых, песчаных и щебеночно-песчаных смесей, а также экономической эффективности строительства. Недостатком данного состава является необходимость введения 12% цемента для получения морозостойкого материала с маркой по прочности M100, что является экономически нецелесообразным.

Задачей изобретения является получение экономически эффективного морозостойкого дорожно-строительного материала марки по прочности М 100 на основе отходов щебеночного производства с пониженным содержанием вяжущего, что позволит расширить сырьевую базу для дорожного строительства.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом составе для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, содержится заполнитель, минеральное вяжущее и стабилизирующая добавка, в качестве которой используется полимерный композит на основе высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинил ацетата) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Достижение указанного технического результата обусловлено улучшением адгезионных контактов между шероховатыми поверхностями частиц отсева в коллоидно-химической системе. Образование межмолекулярных водородных связей при взаимодействии поли(2-пропенамида) с продуктами гидролиза поливинилацетата способствует равномерному распределению и закреплению связующего. Использование полимерного композита в составе дорожно-строительного материала позволяет повысить предел прочности при сжатии.

Характеристика исходных материалов:

1) Минеральное вяжущее - портландцемент не ниже 400 по ГОСТ 31108-2016.

2) Заполнитель - отсев щебеночного производства фр. до 10 мм.

3) Стабилизирующая добавка - полимерный композит на основе высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата).

4) Вода по ГОСТ 23732-2011.

Разработка состава для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог проводилась в соответствии с ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы отсева с учетом его оптимальной влажности. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись прочностные характеристики и значения коэффициентов морозостойкости.

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

В воздушно-сухой заполнитель внесли вяжущее - портландцемент, смесь перемешали, после чего увлажнили до оптимальной влажности, ввели полимерный композит и снова перемешали. Из полученной смеси каждого вида изготовили 6 образцов цилиндров диаметром 50 мм, высотой 50 мм, а также образцов балочек размером 160×40×40 мм уплотнением смеси в стальных формах. Прочностные характеристики материала получены, согласно ГОСТ 23558-94 на образцах, подвергнутых полному водонасыщению. Анализ физико-механических свойств и коэффициента морозостойкости образцов провели через 28 суток.

Достигаемые марки по прочности и морозостойкости представлены в таблице 1. Показано, что введение в состав высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (поли(2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата) позволяет получить морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности M100.

* в качестве добавки 1 - октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана.

** в качестве добавки 2 - водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/карбоксилатный полиэфир.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый состав для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог позволяет получать морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности M100 при содержании вяжущего 10 мас.%, тогда как по прототипу 12 мас.%.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получать экономически эффективный дорожно-строительный материал для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог с маркой по прочности М100 и маркой по морозостойкости F75 в соответствии с ГОСТ 23558-94 и решить комплекс острых экологических проблем путем утилизации отходов щебеночного производства.