Результат интеллектуальной деятельности: Состав для устройства конструктивных слоев дорожных одежд

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для устройства конструктивных слоев дорожных одежд.

Известно, что основной причиной удорожания дорожного строительства во многих регионах России является дефицит кондиционных материалов. Перспективным способом снижения материально-технических затрат является применение минерального сырья, улучшенного стабилизирующими добавками различной природы. Конструктивные слои из грунтов, укрепленных цементом, имеют существенные недостатки - низкую водо- и морозостойкость, деформативность и интенсивное трещинообразование. Перспективным направлением в решении данной проблемы является разработка составов дорожных цементогрунтов, модифицированных стабилизирующими добавками, улучшающими их физико-механические характеристики.

Известна дорожная смесь, содержащая, мас. %: грунт 100, цемент 4-8, дивинилстирольный латекс 2-4, вода 5-20 (в соответствии с оптимальной влажностью исходного грунта) (авторское свидетельство СССР №481661, опубл. 25.08.1975 г., Бюл. №31). Недостатком данной дорожной смеси является недостаточно высокая деформационная способность к воздействующим нагрузкам, а также большая дозировка дорогостоящего дивинилстирольного латекса.

Известен состав строительной смеси для устройства оснований и конструктивных слоев автомобильных дорог и аэродромов, включающий, мас. %: цемент 6-8; грунт 81,5-87,0; отходы производства изделий из полистирола 0,5-1,5; кубовый остаток производства хлорвинила 5-10 (авторское свидетельство СССР №1286668, опубл. 30.01.1987 г., Бюл. №4). Недостатками состава строительной смеси являются - высокая водопроницаемость, низкие прочностные характеристики и морозостойкость, длительный срок набора прочности.

Известен укрепленный грунт для устройства оснований дорожных одежд автомобильных дорог и покрытий переходного типа, содержащий природный грунт и вяжущее, включающее полимерсодержащий раствор (патент РФ №2389844, опубл. 20.05.2010 г., Бюл. №14). Данный укрепленный грунт характеризуется сравнительно высокими значениями прочности, водостойкости и морозостойкости. Однако необходимость использования в качестве полимерсодержащего раствора отхода производства автомобильных шин, включающего каучук в виде латекса ДМВП - 10Х и каучук в виде латекса СКД 1С, в определенной мере ограничивает доступность к широкому использованию данного производственного отхода.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип, является грунтовая смесь для дорожного строительства (патент РФ №2545228, опубл. 27.03.2015 г., Бюл. №9), содержащая, мас. %: грунт - 100; портландцемент - 6-10 (сверх 100%); октилтриэтоксисилан - 0,01-0,3 (сверх 100%); щелочь - 0,1-0,7 (сверх 100%); вода 8-20 (сверх 100%). Техническим результатом заявляемой грунтовой смеси является повышение гидрофобности и морозостойкости, а также экономической эффективности строительства.

Недостатками данной грунтовой смеси являются невысокая прочность на сжатие и на растяжение при изгибе, а применение гидроксида натрия является экологически небезопасным, может приводить к быстрому износу оборудования и техники для производства работ.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении предела прочности при сжатии и предела прочности на растяжение при изгибе.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом составе для устройства конструктивных слоев дорожных одежд содержатся: песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010; минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярного поверхностно-активного вещества (продукта полиальдольной конденсации ацетальдегида) с добавками калиевых и натриевых солей метакремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Достижение указанного технического результата обусловлено образованием комплексных соединений при взаимодействии полимерного композита с ионами жидкой фазы цементно-полимерной системы. Использование полимерного композита в составе дорожно-строительного материала позволяет повысить предел прочности при сжатии и предел прочности на растяжение при изгибе.

Характеристика исходных материалов:

1. Песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм.

2. Минеральное вяжущее - портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016: тип ЦЕМ II; класс прочности - 32,5; быстротвердеющий.

3. Полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярного поверхностно-активного вещества (продукта полиальдольной конденсации ацетальдегида) с добавками калиевых и натриевых солей метакремниевой кислоты (ПАВ синтезирован в воде при 80°С; массовое соотношение ПАВ: натриевая соль : калиевая соль - 1:1:0,5).

4. Вода по ГОСТ 23732-2011.

Разработка состава для дорожного строительства проводилась в соответствии с ГОСТ 23558-94 путем подбора оптимального количества вяжущего в процентах от массы песка из отсевов дробления с учетом его оптимальной влажности. Основными критериями оценки оптимальности состава являлись прочностные характеристики и значения коэффициентов морозостойкости.

Пример. В воздушно-сухой песок из отсевов дробления по ГОСТ 31424-2010 фракции 0-5 мм, вносили портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108-2016. Состав смеси, мас. %: песок из отсевов дробления 77-81; портландцемент 10-6. Смесь перемешивали вручную. После чего вводили полимерный композит (0,3-0,5 мас. % сверх 100%), растворенный в оптимальном количестве воды (13 мас. %), после чего снова перемешивали. Из полученной смеси каждого вида изготавливали образцы цилиндры диаметром 50 мм, высотой 50 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 дорожно-строительного материала полимерного композита в виде коллоидного раствора высокомолекулярного поверхностно-активного вещества (продукта полиальдольной конденсации ацетальдегида) с добавками калиевых и натриевых солей метакремниевой кислоты позволяет получить морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности М60 - М75.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый состав для устройства конструктивных слоев дорожных одежд позволяет получать морозостойкий дорожно-строительный материал с маркой по прочности М60 - М75 при содержании вяжущего 6-10 мас. %, тогда как по прототипу - М20 - М40. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение заявляемого состава для дорожного строительства 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 устройства конструктивных слоев дорожных одежд условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получать экономически эффективный дорожно-строительный материал для устройства конструктивных слоев дорожных одежд с маркой по прочности М60 - М75 в соответствии с ГОСТ 23558-94.