КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
COMPOSITION FOR THE ARRANGEMENT OF FUNCTIONAL LAYERS OF THE ROADBED

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для создания функциональных слоев земляного полотна путем комплексного укрепления местных грунтов при строительстве автомобильных и железных дорог. К функциональным слоям относятся: морозозащитный слой, теплоизолирующий слой, рабочий слой - для автомобильных дорог; защитный слой - для железных дорог.
Известен «Состав для дорожного строительства», который содержит масс. %: портландцемент - 6-12, заполнитель - 72-88, октилтриэтоксисилан/эмульсия октилтриэтоксисилана - 0,005-0,04, водный раствор сополимера на основе полиоксиэтиленовых производных ненасыщенных карбоновых кислот/ карбоксилатный полиэфир - 0,02-0,20, - вода -4,83-17,94. [Патент RU на изобретение №2603682 опубл. 27.11.2016 Бюл. №33].
Недостаткам данного изобретения являются невысокие физико-механические показатели состава. На снижение качества конечного материала влияет применение эмульсии октилтриэтоксисилана и полимера, их использование в жидком виде требует дополнительной корректировки смеси из-за естественной влажности грунта, что так же отрицательно сказывается на качестве конечного продукта.
Наиболее близким к заявляемому изобретению техническим решением, принятому за прототип, является «Композиция для устройства оснований дорожных одежд и других инженерных сооружений», содержащая песок из отсевов дробления фракции 0-5 мм (грунт); минеральное вяжущее -портландцемент с минеральными добавками; гидролизный лигнин; полимерный композит в виде коллоидного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ: поли (2-пропенамида) и продуктов гидролиза поливинилацетата при следующем соотношении компонентов, масс. %: песок из отсевов дробления - 82-85; гидролизный лигнин - 5-2; портландцемент - 8-6; полимерный композит - 0,4-0,8 (сверх 100%); вода - 5-7. [Патент RU на изобретение №2726094 опубл. 09.07.2020 Бюл. №19].
К недостатку данной композиции относится то, что она обладает низкими физико-механическими показателями. Также полимерный композит, входящий в состав композиции, находится в жидком состоянии, однако достаточно часто при строительстве земляного полотна увлажнять грунт не требуется, т.к. влажность грунта уже близка к оптимальной, соответственно снижается качество композиции и усложняется ввод данного полимерного композита при выполнении строительных работ.
Изобретение направлено на повышение физико-механических характеристик композиции (дорожно-строительного материала) для устройства функциональных слоев земляного полотна за счет применения комплексного вяжущего, полученного совместным помолом портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения и качественного введения полимерной составляющей в его состав.
2
Это достигается тем, что композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна содержит грунт, вяжущее и воду. В качестве грунта используют песок. В качестве вяжущего используют комплексное вяжущее, полученное совместным помолом портландцементного клинкера, гипса, анионного олигомера - добавки Melment F10, волластонита, активного кремнезема, с удельной поверхностью 450 м/кг при их массовом соотношении 17:1:0,2:1,7:0,1 соответственно. Соотношение компонентов заявляемой композиции составляет, масс. %:
песок
82-85,
комплексное вяжущее
8-10,
вода
остальное.
Достижение указанного технического результата обусловлено, большой однородностью и плотностью структуры дорожно-строительного материала с большим количеством новообразований гидросиликатов кальция в виде сеток и столбчатых продолговатых кристаллов за счет применения комплексного вяжущего и большей прочностью контактной зоны между частицами кварца с продуктами гидратации как комплексного вяжущего, так и их взаимодействия с глинистыми частицами песка.
Характеристика исходных материалов:
1. Песок по ГОСТ 25100-2011;
2. Комплексное вяжущее, в виде механоактивированной порошковой смеси (МПС), состоящее из:
- портландцементного клинкера (К) по ГОСТ 31108-2016,
- гипса (Г) по ГОСТ 4013-2019,
- анионного олигомера - добавки Melment F10 (Д) по ГОСТ 24211-2008,
3
- природного минерала волластонита (В) с химической формулой CaSiO,
2
- активного кремнезема (АК) по ГОСТ 9428-73 (активировано (помол) в шаровой мельнице до удельной поверхности 450 м/кг; массовое соотношение материалов: К:Г:Д:В:АК=17:1:0,2:1,7:0,1)
3. Вода по ГОСТ 23732-2011.
Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна транспортных объектов разработана в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55224-2012 и ГОСТ 23558-94. Процентный состав композиции был установлен опытным путем на основании результатов определения физико-механических характеристик полученного дорожно-строительного материала (табл. 1).
Для расчета необходимого количества воды в композиции определялась максимальная плотность и оптимальная влажность согласно ГОСТ 22733-2016. Предварительно песок высушивался до воздушно-сухого состояния. Затем в высушенный грунт вводили приготовленное комплексное вяжущее в виде МПС в количестве от 7 до 10% с шагом в 1%. МПС готовилась заранее в шаровой мельнице совместным помолом портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения: гипса, анионного олигомера - добавки Melment F10, природного минерала волластонита, активного кремнезема. Производили перемешивание композиции и доводили грунт до оптимальной влажности. Из полученной смеси изготавливали образцы в соответствии с ГОСТ 23558-94. По истечению срока твердения композиция была испытана на прочность, морозостойкость при разных режимах водонасыщения по ГОСТ 30491-2012. Результаты испытаний в сопоставлении с данными прототипа представлены в таблице 1.
Пример использования представлен на составе №4 (таблица 1): Брали 10 кг песка с оптимальной влажностью 7%. Высушили песок до влажности 0%, ввели в песок 1,20 кг комплексного вяжущего в виде МПС. МПС приготовили заранее в шаровой мельнице совместным помолом 1 кг портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения: гипса - 0,06 кг, анионного олигомера - добавки Melment F10 -0,016 кг, природного минерала волластонита - 0,113 кг, активного кремнезема - 0,008 кг. Перемешали песок и комплексное вяжущее и добавили 0,84 кг воды. Согласно требованиям ГОСТ 30491-2012 методом прессования изготовили образцы цилиндрической формы и балочки в виде призм по три партии каждого состава. Полученные образцы твердели при температуре воздуха 20±2°С, влажности - не менее 95% в течение 28 суток. После окончания срока твердения образцы композиции были испытаны на прочность, морозостойкость при полном и капиллярном режиме водонасыщения. Предел прочности на сжатие - 4,47-4,82 МПа (капиллярное водонасыщение); 4,05-4,57 МПа (полное водонасыщение). Предел прочности на растяжение при изгибе - 1,26-1,46 МПа (капиллярное водонасыщение); 0,75-0,82 МПа (полное водонасыщение). Морозостойкость - 20 циклов (капиллярное и полное водонасыщение).
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна автомобильных и железных дорог позволяет получить дорожно-строительный материал с высокими физико-механическими показателями. Ее преимуществами являются небольшое число компонентов, стабильность введения полимерной составляющей, т.к. она уже входит в состав комплексного вяжущего. Композиция для устройства функциональных слоев земляного полотна автомобильных и железных дорог обладает следующими характеристиками: прочность на сжатие - 4,00- 5,38 МПа; прочность на растяжение при изгибе - 0,59-1,36 МПа; морозостойкость - 20 циклов - при содержании комплексного вяжущего 8-10 масс. %, а исходного грунта 82-85 масс. %. По прототипу получен материал с прочностью на сжатие 2,80-4,00 МПа, морозостойкостью 15 циклов (сравниваются сопоставимые результаты при полном режиме водонасыщения). Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не подтвердило наличие в последних признаках, совпадающих с его отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, использование предлагаемой композиции для устройства функциональных слоев земляного полотна позволит получить дорожно-строительный материал с точным содержанием добавок различного функционального назначения, ввод которых не будет требовать особенную технологию строительства; обладающего прочностью на сжатие - 4,00- 5,38 МПа, прочностью на растяжение при изгибе - 0,59-1,36 МПа, и морозостойкостью 20 циклов.