Результат интеллектуальной деятельности: Состав грунтобетонной смеси и способ применения ее в строительстве

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано при устройстве оснований автомобильных и железных дорог, покрытий автомобильных дорог, а также площадок различного назначения.

Известны различные способы стабилизации грунтов с добавками как органических (битумы, нефтяные гудроны, дегти, смолы и др.), так и неорганических вяжущих материалов (известь, цемент и др.). Конструктивные слои из грунтов, укрепленных цементом, имеют существенные недостатки - низкую водо- и морозостойкость, деформативность и интенсивное трещинообразование. Характерной особенностью цементогрунтов является также повышенная истираемость, что требует создания дополнительного защитного слоя износа при устройстве дорожных покрытий. При известковании грунтов сложно обеспечить требуемую морозостойкость. Использование органических вяжущих приводит к развитию пластических деформаций в слое основания, что способствует колееобразованию. Перспективным направлением в решении данной проблемы является применение комплексных методов стабилизации грунтов, предполагающих получение дорожно-строительных материалов на основе местного минерального сырья, вяжущего и стабилизирующих добавок различной природы.

С целью повышения прочности, водостойкости и морозостойкости при стабилизации глинистых грунтов предлагается вводить полимеризованный амин жирного ряда, известь, каменноугольную смолу (авторское свидетельство СССР №487204, опубл. 12.01.1976 г., Бюл. №37) или, использовать пиридин в количестве 0,03-0,05% от веса сухого грунта (авторское свидетельство СССР №197446, опубл. 31.05.1967 г., Бюл. №12). Однако перечисленные способы укрепления грунтов предусматривают применение высокотоксичных органических соединений, при этом в описаниях данных изобретений нет фактических данных, подтверждающих факт упрочнения грунтов именно за счет рекомендуемых добавок.

Известен состав грунтобетона, включающий нефтесодержащие отходы, минеральное вяжущее и добавку. В качестве нефтесодержащих отходов применен нефтезагрязненный грунт, в качестве минерального вяжущего - портландцемент, в качестве добавки - лигносульфонаты технические порошкообразные, при следующем соотношении мас. %: нефтезагрязненный грунт - 79,60-85,72; портландцемент - 14-20; лигносульфонаты технические порошкообразные - 0,28-0,40 (патент РФ №2296831, опубл. 10.04.2007 г.). Недостатком данного состава является высокое содержание вяжущего, что является экономически не эффективным.

Наиболее близким к заявляемому решению по компонентному составу и совокупности существенных признаков, принятым за прототип, является способ закрепления грунта для дорожного покрытия (авторское свидетельство СССР №608871, опубл. 30.05.1978 г., Бюл. №20), включающий перемешивание грунта с портландцементом и обработку цементогрунтовой смеси органической добавкой. Данный способ отличается тем, что с целью увеличения срока службы покрытия, цементогрунтовую смесь предварительно уплотняют, после чего обрабатывают пипериленстирольным латексом в количестве 5-10% от веса грунта с последующим нагревом поверхности до 100-120°С в течение 2-10 минут. Однако, полученный цементогрунт имеет невысокие значения прочности на сжатие при высокой массовой доле вяжущего - до 12% от массы грунта, а сложность технологии, предполагающей нагрев поверхности до 100-120°С ограничивает возможности применения данного материала.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка состава грунтобетонной смеси, обладающего повышенной прочностью на сжатие и растяжение при изгибе без снижения морозостойкости и способа его применения при устройстве оснований автомобильных и железных дорог, покрытий автомобильных дорог, а также площадок различного назначения.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом составе грунтобетонной смеси содержится техногенный грунт по ГОСТ 25100-2011; минеральное вяжущее - портландцемент; высокомолекулярное поверхностно-активное вещество - продукт полиальдольной конденсации ацетальдегида, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Достижение указанного технического результата обусловлено образованием комплексных соединений при взаимодействии высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с ионами жидкой фазы цементно-полимерной системы.

Разработку состава грунтобетонной смеси проводили в соответствии с ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы техногенного грунта с учетом его оптимальной влажности. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись прочностные характеристики и значения коэффициентов морозостойкости.

Пример. В воздушно-сухой техногенный грунт вносили вяжущее - портландцемент, смесь перемешивали вручную, увлажняли до оптимальной влажности, вводили высокомолекулярное поверхностно-активное вещество, перемешивали. Из полученной смеси каждого вида изготавливали образцы цилиндры диаметром 70 мм, а также образцы балочки размером 160×40×40 мм уплотнением смеси в стальных формах. Прочностные характеристики получены в соответствии с ГОСТ 23558-94 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 стабилизирующей добавки в виде высокомолекулярного поверхностно-активного вещества - продукта полиальдольной конденсации ацетальдегида, позволяет получить морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности M100.

Таблица 1.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый состав грунтобетонной смеси позволяет получать морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности M100 при содержании вяжущего 6-8 мас.%, тогда как по прототипу – М20 при содержании вяжущего 7-12 мас.%. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемого состава грунтобетонной смеси с другими аналогичными техническими решениями в данной области не позволили выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам. Это позволило сделать вывод о соответствии заявляемого состава грунтобетонной смеси условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Рассмотрим применение предлагаемого состава грунтобетонной смеси на следующем примере.

Пример. Технологический процесс устройства оснований автомобильных и железных дорог, покрытий автомобильных дорог, а также площадок различного назначения состоит из следующих операций: доставка техногенного грунта на место производства работ; распределение грунта и рыхление конструктивного слоя на расчетную глубину; приготовление водного раствора высоко-молекулярного поверхностно-активного вещества на месте выполнения работ; равномерное распределение расчетного количества минерального вяжущего по всей поверхности конструктивного слоя; перемешивание обработанного грунта; внесение водного раствора высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с последующим перемешиванием; профилирование и уплотнение.

Данная технология производства работ наиболее оптимальна для устройства конструктивных слоев с использованием разработанного состава.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить эффективный дорожно-строительный материал для устройства оснований автомобильных и железных дорог, покрытий автомобильных дорог, а также площадок различного назначения с маркой по прочности M100, отвечающий требованиям ГОСТ 23558-94 по прочности и морозостойкости.