Композиционный строительный материал

Настоящее изобретение относится к области строительства, в частности к дорожному строительству, и может быть использовано для сооружения дополнительных слоев оснований автомобильных дорог I-V категорий и устройства дорожных одежд на внутрипромысловых дорогах IV-V, при сооружении насыпных оснований и грунтовых обвалований строительных и производственных площадок нефтегазовых месторождений в I-V дорожно-климатических зонах, а также при пересыпке полигонов бытовых и промышленных отходов, отсыпке промышленных площадок, засыпке и рекультивации карьеров, шламовых амбаров, шламонакопителей, полигонов отходов и искусственных земельных выемок.

Известен дорожно-строительный композиционный материал на основе бурового шлама по патенту РФ на изобретение №2629634, Е01С 3/04, С04В 28/04, 2017, содержащий в мас.%: буровой шлам влажностью 50-60% - 60-80, портландцемент – 10-20, мелкий заполнитель – 0-20, хлорид кальция – 3-5 (от массы портландцемента), вода – остальное. Недостатком известного материала является недостаточная морозостойкость из-за применения в составе воды. При низких температурах ниже -30°С происходит вымерзание воды в слое материала, образование полостей, за счет чего происходит нарушение однородности и снижение прочности композиционного материала.

Известен грунт укрепленный дорожно-строительный по патенту РФ на изобретение №2541009, С04В 28/00, Е04С 3/04, 2015, содержащий в мас.%: буровой шлам плотностью 1,3-1,8 кг/дм³ – 11-63, цемент – 5-15, золошлак плотностью 1,2-1,6 кг/дм³ – 30-40, песок – 0-30, торфяной сорбент – 2-4. При этом буровой шлам включает (в мас.%) твердую фазу – 55-75, буровой раствор – 25-45. Недостатком известного материала является долгая схватываемость материала, повышенный уровень кислотности.

Известен композиционный строительный материал по патенту РФ №2503635, С04В 24/04, 2014, выбранный в качестве ближайшего аналога, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков. Ближайший аналог содержит буровой шлам, цемент в количестве 1-20% от объема бурового шлама, углерод технический в количестве 0,5-1,0% от объема бурового шлама, негашеную известь 3-5% от объема бурового шлама, торф в количестве 5-10% от объема бурового шлама, песок в количестве 10-30% от объема бурового шлама, отработанный буровой раствор на углеводородной основе 10-50% от объема бурового шлама. Недостатком ближайшего аналога является недостаточно быстрая схватываемость материала, повышенный уровень ph и кислотности.

Техническим результатом является повышение скорости затвердевания дорожного композиционного материала при высоких показателях прочности на сжатие и морозостойкости.

Технический результат достигается тем, что композиционный строительный материал, содержащий буровой шлам, песок, цемент, негашеную известь, отработанный буровой раствор, согласно изобретению, также содержит золошлаковую смесь, а в качестве цемента содержит портландцемент или шлакопортландцемент не ниже марок М300 при следующем соотношении компонентов:

- буровой шлам – 100%

- песок – 10-20% от объема бурового шлама;

- портландцемент или шлакопортландцемент – 8-15% от объема бурового шлама;

- негашеная известь – 5-7% от объема бурового шлама;

- золошлаковая смесь – 5-10% от объема бурового шлама;

- отработанный буровой раствор – 5-7% от объема бурового шлама,

Технический результат обеспечивается совокупностью компонентов, входящих в состав композиционного строительного материала. Использование негашеной извести совместно с золошлаковой смесью, которая является по своей сути органической щелочью, в заявляемых пределах, обеспечивает снижение показателя ph получаемого материала и повышение его вяжущих свойств. Это ускоряет процесс схватывания композиционного материала и набора требуемой прочности. Включение в состав композиционного строительного материала отработанного бурового раствора позволяет снизить количество присутствующей воды. Содержащиеся в отработанном буровом растворе соли и полимерные вещества препятствуют замерзанию композиционного строительного материала. Опыты показали, что использование отработанного бурового раствора в составе композиционного строительного материала способствует равномерному схватыванию портландцемента с остальными компонентами заявляемого материала без вымерзания воды. Более однородная структура заявляемого материала и отсутствие очагов напряжения в виде замерзшей воды в толще слоя композиционного строительного материала способствует получению высокой прочности при низких температурах. Использование портландцемента или шлакопортландцемента в составе композиционного строительного материала обусловлено высокой адгезией, за счет которой ускоряется процесс схватывания материала.

Используемые для получения заявляемого композиционного строительного материала буровые шламы представляют собой буровые и нефтесодержащие отходы, к которым относятся нефтешламы, замазученные грунты и другие отходы, полученные в процессе добычи, хранения и переработки углеводородного сырья. Используемые буровые шламы представляют собой пастообразную массу, в которой содержание глинистых частиц должно составлять не более 20% от объема бурового шлама, содержание нефтепродуктов в буровом шламе не нормируется, содержание сухого остатка должно быть не более 30 г/кг.

В качестве песка применяют однородные, мелкие и пылеватые виды песков.

В качестве цемента используют портландцемент или шлакопортландцемент по ГОСТ 10178-85.

Негашеную известь применяют в виде тонкодисперсного порошка по ГОСТ4.204-79.

Золошлаковая смесь представляет собой продукт строительный минеральный, изготовленный по ТУ5712-001-73150003-2009. Золошлаковую смесь получают в результате прохождения нефтесодержащих отходов: буровых шламов, отработанных буровых растворов и буровых сточных вод, нефтезагрязненных грунтов, твердых нефтесодержащих отходов через термодеструкционную установку.

Отработанный буровой раствор представляет собой раствор химических реагентов, используемых при бурении скважины, в том числе полимерные составляющие, нефтепродукты и др. Например отработанный буровой раствор может содержать, мас.%: нефтепродукты 0,092%, вода – 63,45, магния сульфат – 0,14, сера – 0,33, АПАВ – 1,88, натрия гидроксид – 0,34, хлориды – 2,69, кальция оксид – 2,45, железа оксид 0,68, земля, песок – 28,04

Композиционный строительный материал готовят следующим образом.

Получают структурообразующую основу композиционного строительного материала. Для этого необходимое количество бурового шлама смешивают с песком в количестве 10-20% от объема бурового шлама и размельчают. В результате смешивания получают грунтоподобную смесь. При этом песчано-шламовая грунтоподобная смесь должна содержать не более 25 мас.% комков глины размером свыше 5 мм и не более 10 мас.% комков глины размером свыше 10 мм. Песчано-шламовая смесь должна иметь влажность на границе текучести не более 55 мас.% и число пластичности не менее 5. Использование бурового шлама и песка в заявляемом количестве обеспечивает указанные параметры песчано-шламовой смеси.

Далее песчано-шламовую смесь обрабатывают комплексным неорганическим вяжущим составом, который включает основной компонент, активатор твердения и отработанный буровой раствор. В качестве основного компонента используют золошлаковую смесь, полученную в результате прохождения нефтесодержащих отходов через термодеструкционную установку. Золошлаковую смесь используют в количестве 5-10% от объема буровых шламов. В качестве активатора твердения используют портландцемент или шлакопортландцемент марок по прочности не ниже М300 в количестве 8-15% от объема бурового шлама и негашеную известь в количестве 5-7% от объема бурового шлама. Песчано-шламовую смесь смешивают с комплексным вяжущим составом в специализированных смесительных установках, либо на полигонах, в шламовых амбарах и на иных отведенных производственных площадках или непосредственно на строящейся дороге с использованием фрез экскаваторов и автогрейдеров. Затем добавляют отработанный буровой раствор в количестве 5-7% от объема бурового шлама. Смешивание производят в течение одного часа до получения однородной пастообразной субстанции. После смешивания композиционный строительный материал укладывают на месте применения с помощью дорожно-строительной техники и уплотняют с получением максимальной плотности 1,88 г/см³ и доводят до оптимальной влажности до 18% уплотнением. Минимальное время до появления твердой корки составляет 48 часов, максимальное – 60 часов. Полное затвердевание происходит в течение 96 – 130 часов.

Примеры конкретного исполнения композиционного строительного материала и его свойства приведены в таблице.

Таблица

Испытания заявляемого композиционного материала показали, ускорение схватывания материала по сравнению с аналогами (см. таблицу). При этом композиционный строительный материал имеет прочность 0,2-0,8 МПа и морозостойкость F20-F-35, достаточные для использования его в качестве основания или дополнительных слоев основания дорожных одежд при низких температурах ниже -30°С.

Испытания на прочность на сжатие проводили при температуре от -30°С путем сжатия образца композиционного строительного материала размером 10*10 см² до разрушения. Морозостойкость полученного композиционного материала определяли по числу циклов замораживания до температуры ниже -30°С. и оттаивания, при которых допускается снижение прочности на сжатие не более чем на 25% от нормируемой прочности.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет ускорить схватывание композиционного строительного материала при высоких показателях прочности на сжатие и морозостойкости.