Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТА

Заявляемое изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов верхнего рабочего слоя земляного полотна автомобильных и железных дорог различного назначения, а также устройства прочных грунтовых слоев основания дорожной одежды при строительстве и ремонте автомобильных и железных дорог.

Известна строительная композиция (Патент РФ №2198857), которая может быть использована для укрепления грунтов оснований автомобильных, железных дорог, для устройства фундаментов жилых и гражданских сооружений и для получения ячеистого бетона. Технический результат - повышение прочности на сжатие, прочности на изгиб, водостойкости и морозостойкости. Строительная композиция включает вяжущее, представляющее собой неполно обожженные отходы горнодобывающих производств и содержащее, по крайней мере, оксиды кальция СаО, магния MgO, кремния SiO₂ и железа Fe₂O₃, и кремнеземсодержащую добавку. В качестве вяжущего содержит отходы бруситового производства, а в качестве кремнеземсодержащей добавки - отходы производства цеолита при следующем соотношении компонентов, мас.%: неполно обожженные отходы бруситового производства 60-80; указанную кремнеземсодержащую добавку 20-40. Недостатком данной строительной композиции относится высокая энергоемкость (температура обжига 950-1000°C) и достаточно сложные дополнительные технологические операции, такие как дробление неполно обожженной породы, трамбовка и т.д.

Известна композиция для стабилизации грунта (Патент РФ №2192517), содержащая в качестве вяжущего 40,0-50,0% доломитовой извести; в качестве адсорбента 25,0-40,0% цеолита; в качестве наполнителя 20,0-24,0% щебня с загрязнителем балласта; в качестве поверхностно-активного вещества 0,3-1,0% фермента-уплотнителя и воду. Недостатком данной композиции является потеря прочностных свойств при эксплуатации, что обусловлено переувлажнением грунта в балластных углублениях и развитием деформаций вследствие сезонных перепадов температур. Введение в композицию до 40,0% цеолита является экономически нецелесообразным и ограничивает возможности ее применения в районах, где отсутствуют месторождения цеолитсодержащих пород.

Известна укрепляющая грунтовая композиция (Патент РФ №2236504), содержащая наполнитель крупной фракции, вяжущее и фермент-уплотнитель, в которой в качестве наполнителя крупной фракции использован щебень, в качестве вяжущего - доломитовая известь и цеолит, в качестве фермента-уплотнителя - ПАВ на основе протеинов и Сахаров, дополнительно содержит наполнитель мелкой фракции - известняковый и бруситовый отсев при следующем соотношении компонентов, мас.%: доломитовая известь в пересчете на CaO+MgO 11,0-12,0; цеолит в пересчете на SiO₂ 4,0-8,0; щебень 50,0-58,0; известняковый отсев 19,2-20,0; бруситовый отсев 7,2-8,0; фермент-уплотнитель 0,6-2,0. Однако, несмотря на улучшенные физико-механические свойства, данный состав не является оптимальным из-за неоднородности фракционного состава входящих в него отсевов, а также недостаточной несущей способности при вибродинамическом воздействии нагрузки в процессе эксплуатации.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип, является состав для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог (Патент РФ №2660969, опубл. 11.07.2018 г., Бюл. №20), содержащий, мас.%: отсев щебеночного производства фр. до 10 мм - 83-87; портландцемент марки не ниже 400 - 6-10; полимерный композит на основе высокомолекулярных поверхностно-активных веществ - 0,4-0,8; воду - 6,2-6,6. Технический результат - получение экономически эффективного морозостойкого дорожно-строительного материала марки по прочности М 100, утилизация отходов щебеночного производства. Недостатком состава для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, являющегося наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков, является то, что марку по прочности М 100 и марку по морозостойкости F 75 можно получить лишь при введении в состав композита 10 мас. % вяжущего, что является экономически нецелесообразным.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении прочностных характеристик дорожно-строительного материала при меньшем расходе вяжущего, а также экономической эффективности строительства.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом составе для стабилизации грунта содержится отсев дробления горных пород; цеолит; минеральное вяжущее - портландцемент; стабилизирующая добавка полимерного типа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Достижение указанного технического результата обусловлено процессами структурообразования: физической адсорбцией полимера на активных центрах силикатных минералов и цеолита, а также карбонизацией.

Характеристика исходных материалов:

1. Отсев дробления горных пород фр. до 10 мм.

2. Цеолит фракции 0,5-5 мм, содержание клиноптилолита в породе - 40-60%.

3. Минеральное вяжущее - портландцемент с добавками быстротвердеющий по ГОСТ 31108-2016.

4. Стабилизирующая добавка полимерного типа является продуктом полиальдольной конденсации ацетальдегида с добавками электролитов.

5. Вода по ГОСТ 23732-2011.

Разработка состава для стабилизации грунта проводилась в соответствии с ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы отсева дробления с учетом его оптимальной влажности.

Пример. В воздушно-сухой отсев дробления горных пород вносили цеолит и вяжущее, смесь перемешивали вручную, увлажняли до оптимальной влажности, вводили стабилизирующую добавку полимерного типа, перемешивали. Из полученной смеси каждого вида изготавливали образцы цилиндры и образцы баночки уплотнением смеси в стальных формах в соответствии с требованиями ГОСТ 23558-94. Прочностные характеристики получены на образцах, подвергнутых полному водонасыщению. Анализ физико-механических характеристик образцов проводили через 28 суток.

Физико-механические характеристики полученных образцов приведены в таблице 1. Показано, что введение в состав дорожно-строительного материала цеолита и стабилизирующей добавки полимерного типа в виде продукта полиальдольной конденсации ацетальдегида с добавками электролитов позволяет получить морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности М 100 при содержании вяжущего 8 мас. %.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый состав для стабилизации грунта позволяет получать морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности М 75 - М 100 при содержании вяжущего 6-8 мас. %, тогда как по прототипу - М 60 - М 75, соответственно. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемого состава для стабилизации грунта с другими аналогичными техническими решениями в данной области не позволили выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого состава для стабилизации грунта условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получать экономически эффективный дорожно-строительный материал для устройства верхнего рабочего слоя земляного полотна автомобильных и железных дорог различного назначения, а также устройства прочных грунтовых слоев основания дорожной одежды при строительстве и ремонте автомобильных и железных дорог с маркой по прочности М 75 - М 100 в соответствии с ГОСТ 23558-94.