Результат интеллектуальной деятельности: Композиционная сырьевая смесь для изготовления дорожных покрытий

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в дорожном строительстве.

Известна сырьевая смесь, приведенная в авторском свидетельстве СССР №513953 МКл² С04В 13/10, 1976 г.

Данная смесь имеет состав: 1700 г. суспензий (грунт), 300 г. извести и 800 г. воды. Смесь измельчают в шаровой мельнице при температуре 80-100°С в течение 1-2 ч и затем при влажности 10-20% прессуют образцы-цилиндры, и испытывают через 7 суток. Наряду с достоинствами данной смеси и способа её приготовления имеется существенный недостаток, резкое снижение прочности при водонасыщении - с 30 до 10 МПа.

Известна сырьевая смесь, приведенная в авторском свидетельстве СССР №990723 МКл³ С04В 15/06, 1980 г.

Смесь включает компоненты, масс %: гидратированный нефелиновый шлам 50-90; регидратированый на 50-90; нефелиновый шлам - 25-50.

Наряду с достоинствами (увеличенная прочность к 28 суткам в два раза незначительном изменении водопоглощения) имеется и недостаток: коэффициент гидравличности изменяется незначительно.

Наиболее близкий состав сырьевой смеси приведен в авторском свидетельстве СССР №785262 МКл³ С04В 15/06, 1980 г который имеет следующий состав, масс %; промышленный отход металлургической промышленности в виде нефелинового шлама гидратированного - 40-80, органоминеральной добавки (асбеста - 5-10 и Al₂(SO₄)₃ - 1-10) и кремнеземсодержащий компонент - остальное.

Недостатком данного технического решения является повышенная пористость, недостаточная прочность и низкие значения коэффициентов водостойкости, гидравличности и конструкционного качества.

Заявленная смесь отличается от известной новым соотношением компонентов.

Задача изобретения - снижение пористости за счет повышения прочности и увеличение значений коэффициентов водостойкости, гидравличности и конструктивного качества.

Для реализации задачи в состав композиционной сырьевой смеси для изготовления дорожных покрытий содержащей промышленный отход металлургического производства, органоминеральную добавку и кремнеземсодержащий компонент, причем в качестве промышленного отхода металлургического производства взят доменный основной гранулированный шлак, в качестве органоминеральной добавки взята комплексная добавка («Линамикс ПК» и битумная эмульсия), в качестве кремнеземсодержащего компонента взята гидроотвальная низкокальциевая буроугольная зола ТЭС при следующем соотношении компонентов, масс %:

Состав предполагаемой композиционной смеси и прототипа приведены в таблице 1.

В качестве критерия оценки коэффициентов водостойкости, гидравличности и конструктивного качества приняты следующие соотношения:

Характеристика материалов

1. Доменный основной шлак мокрой грануляции ПАО «Тулачермет» с химическим составом, масс %: . SiO₂ - 38,47-39,39; Al₂O₃ - 7,5-9,05; СаО - 43,26-45,66; MgO - 7,27-7,9; FeO - 0,31-0,35; MnO - 0.23-0.26.

2. Гидроотвальная низкокальциевая буроугольная зола от сжигания углей Подмосковного бассейна. Отвечает требованиям ГОСТ 25818-2017 «Зола унос тепловых электростанций для бетона». Химический состав низкокальциевой золы от сжигания бурых углей Подмосковного бассейна, масс. %: SiO₂ - 49,5-64,0; Al₂O₃ - 13,2-27,29; FeO - 5,72-7,82; СаО - 1,44-2,4; SO₃ - 0.81-0.89; Fe₂O₃ - 8,18-11,18; MgO - 0,63-0,7; TiO₂ - 0.84-1.42; Na₂O - 0.1-0.14; K₂O - 0.32-0.45; п.п.п. - 3,28-3,6.

3. Добавка Линамикс ПК. Основу добавки составляет смесь на основе полиоксиэтиленовых производных поликарбоновых кислот и полиэтилегликоля. Добавка «Линамикс ПК» производится ООО «Полипласт Новомосковск», расположенным по адресу: Тульская обл., г. Новомосковск, ул. Комсомольское шоссе, д. 72. Применяемая добавка Линамикс ПК имеет следующие свойства: плотность раствора 1,09 г/см³; концентрация - 15,0%.

4. Битумная эмульсия класса МА, марки МА-2. Свойства битумной эмульсии: скорость распада при смешивании с цементом - более 10 минут; содержание битума с эмульгатором - 51-55%; вязкость при 20°С по вискозиметру ВУ в градусах - 2-8; устойчивость по остатку на сите с сетками №014 в % через 7 суток не более 0,8.

Пример реализации

В начале приготавливали смесь мутабильной структуры. Для этого дозировали компоненты по массе, тщательно перемешивали и помещали смесь в шаровую мельницу и производили помол до S_уд - 3000-3200 см²/г. После помола смесь помещали в пропарочную камеру, где выдерживали 12 часов при t=95-100°С по режиму 2+7+3 ч при непрерывном перемешивании. После тепловой обработки, смесь вновь помещали в шаровую мельницу и производили домол до S_уд - 6000-7000 см²/г.

Из полученной смеси формовали образцы-цилиндры при давлении 20-40 МПа с выдержкой под штампами пресса 3-5 мин.

Свойства образца и численные значения коэффициентов определяли сразу после формования и через 28 суток. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Анализ результатов испытаний.

Предлагаемое техническое решение позволило получить композиционную сырьевую смесь с улучшенными физико-механическими характеристиками по отношению к прототипу.

1. Оптимальным составом является №2, так как он обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения.

2. По результатам сравнения показателей разработанной композиционной сырьевой смеси с показателями прототипа, установлено:

- прочность образцов на сжатие увеличилась в 1,5-2 раза;

- пористость - снизилась на 16,5%;

- коэффициент водостойкости - увеличился на 5%;

- коэффициент гидравличности - увеличился на 10%;

- коэффициент конструктивного качества - увеличился в 1,5 раза.

Механизм твердения заявляемой композиционной сырьевой смеси объясняется действием термодинамических и поверхностных явлений, которые позволяют дисперсным системам мутабильной структуры конденсироваться в момент возникновения контактов между слагающих их частицами в водостойкие камнеподобные тела значительной прочности, которые они способны повышать как на воздухе, так и в воде.

В основе этих процессов лежит эффект упорядочения дисперсных структур, т.е. их конденсации в камнеподобные водостойкие тела, которые не сопровождаются изменением химического состава и объема твердой фазы частиц композиционной смеси, являясь следствием только изменением их физического состояния.

Упрочнение композиционной смеси контактного твердения, под которой понимается процесс возникновения достаточно прочных водостойких связей между её частицами, осуществляется мгновенно в момент возникновения между ними контактов в результате действия поверхностных сил притяжения.