Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УСТРОЙСТВА МОНОЛИТНЫХ СВАЙНЫХ ОПОР ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ НЕФЕЛИНОВОГО ШЛАМА

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительным смесям и способам, пригодным для конструктивных элементов автомобильных дорог на участках прохождения болот и слабых переувлажненных грунтов.

Известна заявка: 2011142672/03, 21.10.2011.

Смесь для автоклавного пенобетона; нефелиновый шлам, молотый до удельной поверхности 430 м²/кг, нефелиновый шлам 5,46-6,23.

Формула изобретения:

Смесь для автоклавного пенобетона, включающая портландцемент, известь негашеную молотую, шлам плотностью 1,6 кг/л с удельной поверхностью 290 м²/кг полученный совместным мокрым помолом песка с отходом-пенобоем, образующимся при разборке и сортировке готовых пеноблоков, пенообразную добавку на протеиновой основе и воду, отличающаяся тем, что дополнительно она содержит нефелиновый шлам, молотый до удельной поверхности 430 м²/кг, при следующем соотношении компонентов, мас.%: - портландцемент 33,49-37,75; - нефелиновый шлам 5,46-6,23; - известь 2,77-3,15; - песок 25,33-26,5; - пенообразующая добавка 0,37-0,39; - отход 5,8-7,4; - вода 22,52-22,84.

Способ основан на использовании и утилизации небольшого количества нефелинового шлама мас.% 5,46-6,23 и значительной доли цемента мас.% 33,49-37,75 для получения автоклавного пенобетона.

Недостатком смеси является наличие пенообразующей добавки и поэтому она не может быть использована при устройстве монолитных свайных опор на слабых грунтах (переувлажненных и торфяных).

Известна заявка 97115688/03, 23.09.1997. Способ получения пористых стекломатериалов из нефелиновых шламов.

Формула изобретения: Способ получения пористых стекломатериалов из нефелиновых шламов путем плавления шихты, включающей окись кремния, окись кальция, окись алюминия, окись железа, окись магния, окись натрия, окись калия, окись серы, окись титана в восстановительной среде, причем перед плавлением в шихту вводят 3 мас.% углерода, и последующего охлаждения силикатной части расплава в режиме "термоудара", отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит платину, палладий, золото и серебро, а содержание оксида кремния в шихте доводят до массового отношения SiO₂/CaO=1,2 при следующем содержании компонентов, мас.%: - окиси кремния 33; - окиси натрия 1,8; окиси кальция 58; окиси калия 0,4; окиси алюминия 4,5; окиси серы 0,5; окиси железа 4,5; окиси титана 0,3; окиси магния 1,6; окиси Pt; окиси Pd; окиси Au; окиси Ag.

Данный материал не может быть использован при устройстве монолитных свайных опор на слабых грунтах из-за сложности технологических процессов и низких прочностных показателей.

Известна заявка: 5058969/33, 18.08.1992, RU 2039858. «Композиция для устройства автомобильных дорог».

Формула изобретения: композиция для устройства автомобильных дорог, включающая бокситовый шлам и грунт, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нефтяной гудрон, коксовую пыль, нейтролизованный шлам производства алюмосиликатного цеолитсодержащего катализатора, сульфатные сточные воды отход производства синтетических жирных кислот и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: - нефтяной грунт 8 10; - бокситовый шлам 39 - 57; - коксовая пыль 1,0 - 3,5; - нейтрализованный шлам 3,0 - 4,5; - сульфатные сточные воды 0,3 - 1,2; - грунт остальное.

Однако использование данной смеси для устройства монолитных свай невозможно из-за низких показателей физико-механических свойств материала.

Известен патент RU 2352599 от 28.05.2007г «Композиция для ремонта асфальтобетонных покрытий» в составе минеральных компонентов: высококальциевая зола-уноса ТЭЦ (мас.% - 35) и портландцемент (мас.% - 4), кварцевый песок (мас.% - 35), полимерная добавка (мас.% - 4), нефелиновый шлам (мас.% - 4) и остальное вода.

Использование данного патента для изготовления монолитных свай проблематично в связи с небольшим объемом нефелинового шлама (4%), что не позволит выполнять набор прочности во времени. Показатели прочности образцов из композиции получены при стандартном уплотнении 150 бар.

Известна заявка на изобретение «Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона» (патент RU 2148050 С04, В38/02, 27.04.2000).

Смесь относится к производству строительных материалов, содержащая зольный компонент, портландцемент и алюминиевая пудра, 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 - 3 8,4-61,4; портландцемент - 38,4-61,4; алюминиевая пудра - остальное.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является материал «Устройство опор мостов». СТО НОСТРОЙ 2.29.110 - 2013. Москва.2014.65 с. c1, 6, 12-30.

Однако материал из данной смеси обладает высокой прочностью, достигаемой значительным расходом вяжущего - портландцемента, что экономически невыгодно для дорожного строительства. Бетон, изготовленный из данной смеси, обладает значительным водопоглощением и имеет относительно низкую морозостойкость, что ограничивает его использование в дорожных конструкциях.

Известен патент на изобретение RU №2148130 от 2000.04.27 «Способ возведения слоистой монолитной и пустотелый керамический камень для возведения монолитной слоистой стены». Данный способ основан на использовании керамических камней, которые закрепляют на вертикальных стенах бетонной смесью в составе золы, цемента мас.% 25-40 и алюминиевой пудры марки АВ.

Использование керамических камней для закрепления ограждающей стены полигона нецелесообразно с практической и экономической сторон.

Близким предлагаемому нами способу является способ получения материала из смеси нефелинового шлама а.с. СССР №571449, кл. С, 04 В 7/06, 02.12.75 «Вяжущее для закрепления грунта в дорожном и аэродромном строительстве».

По прочностным показателям, включающее, мас.%: - нефелиновый шлам 60-80; - цемент 10-20; гранулированный топливный шлак 10-20. Данная композиция обеспечивает получение прочности материала на сжатие в 28 и 90 суточном возрасте равным соответственно 2.8 Мпа и 5,45 МПа. Смесь относится к производству строительных материалов, содержащий нефелиновый шлам, цемент и гранулированный топливный шлак.

Данная смесь обеспечивает получение прочных свойств за счет высокого давления при уплотнении дорожных слоев в 150-300 бар. Кроме того использование данной смеси в монолитных сваях невозможно из-за крупнозернистости гранулированного топливного шлака.

В нашем предлагаемом способе используют нефелиновый шлам (продукт глиноземного производства) мас.% - 60-90 и природную глину в смеси с портландцементом марки не ниже М400, что позволяет утилизировать значительные объемы отходов местной промышленности.

В качестве ускорения процессов структурообразования в начальном периоде взаимодействия компонентов смеси вводят вяжущее портландцемент.

После внесения в шламо-глинистую смесь портландцемента ее увлажняют до пластичной консистенции и тщательно перемешивают, что обеспечивает доставку ее по трубопроводам в оболочку сваи и дальнейшее нормальное протекание реакций адсорбции и хемосорбции в процессе химического взаимодействия зерен портландцемента с компонентами шлама и глины в процессе структурообразования материала.

Уплотнение смеси с давлением в 12,5 бар обусловлено конструктивными агрегатами буровой машины, которое приводит к сближению центров кристаллизации, увеличение контактов частиц, росту новообразований, реакциям полимеризации и поликонденсации, процессам физической и химической адсорбции и обеспечивает получение нового, прочного и водоустойчивого монолитного материала.

Важным отличием предлагаемого способа является использование значительного объема утилизации нефелинового шлама (продукт глиноземного производства), небольшой расход традиционных вяжущих (портландцемент), обязательное увлажнение смеси до пластичного состояния смеси и простота технологических операций получения материала.

Технический результат – утилизация отходов глиноземного производства Пикалевского комбината Ленинградской области и других предприятий страны, получение бетона высокой марки более В20, обладающего нарастанием прочности в процессе длительного структурообразования за счет медленно твердеющего шлама в дорожно-строительной отрасли.

Смесь строительная и способ ее получения. Для экспериментальной проверки заявленного способа были подготовлены варианты композиционных смесей из вышеуказанных компонентов.

Примеры.

Смеси в составе нефелинового шлама, глины и цемента марки М400 мас.% - 6-10 увлажняли водой 25% при непрерывном перемешивании (1-2 мин) до образования однородного состава и затем из смеси изготовляли образцы диаметром и высотой 3,5 см под давлением 12,5 бар с выдержкой 3 мин.

Результаты сравнительного анализа испытания образцов приведены в таблицах 1 и 2.

Смесь в составе нефелинового шлама, глины (содержание глинистых частиц размером менее 5 мкм более 15%) и портландцемент марки не ниже М400, увлажнение при непрерывном перемешивании (1-2 мин.) до образования однородного состава. Изготовление образцов диаметром и высотой 3,5 см под давлением 12,5 бар.