СПОСОБ УСТРОЙСТВА КОНСТРУКТИВНОГО СЛОЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА ОСНОВЕ ЗОЛЫ ОТ СЖИГАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF MAKING PAVEMENT STRUCTURAL LAYER BASED ON ASHES OF EFFLUENTS SEDIMENTS COMBUSTION

Изобретение относится к области строительства, в частности к дорожным смесям и способам укрепления грунтов, пригодным для конструктивных слоев дорожных одежд.
Известен «Способ утилизации зол уноса жидкими растворами фитозана и танина» (DE 4141889 A1, 24.06.1993).
Данный способ основан на связывании различных тяжелых металлов и других вредных веществ с помощью фитозана и танина (5-20%) в сложные органические соединения, что решает утилизацию отходов типа золы уноса ТЭС.
Однако использование данной смеси в дорожных конструкциях невозможно из-за низких показателей физико-механических свойств.
Известен «Способ закрепления грунтов» (RU 2148689 C1, 10.05.2000).
Данный способ основан на использовании наполнителей - брикетов, полученных прессованием смеси шлама водоочистки ТЭС, обработанной 10-15% цемента и известкового вяжущего - 2%, смешанных с грунтом в соотношении 3:1:6.
Недостатком известного способа закрепления грунтов является сложность технологии получения известкового вяжущего (высушивание, обжиг и измельчение смеси карбонатного шлама ТЭС с хлористым кальцием), а также формирование брикетов методом прессования.
Известна «Асфальтобетонная смесь» (патент RU 2204539 С2, 20.05.2003) в соотношении компонентов, мас.%:
- известняковый щебень фракции 2-20 мм - 30-45;
- нефтяной вязкий битум - 5-6;
- зола уноса с электрофильтра ТЭС - 3-8;
- кубовый остаток - 0,5-1,75 от массы битума;
- песок фракции до 5 мм - остальное.
20
Данная смесь является прототипом предлагаемого способа, обеспечивает следующие свойства дорожного материала (прочность при сжатии образцов при 20°C RC, МПа не менее 4,56; водонасыщение - 1,97%; коэффициент водостойкости - 0,98 и при длительном водонасыщении - 0,75).
Высокие показатели известковой смеси достигаются за счет введения полимерных добавок к битуму и наличия в смеси известнякового щебня, обеспечивающих условия активных процессов структурообразования. Однако использование золы уноса в количестве 3-8% вместо минерального порошка является недостаточным для утилизации отхода от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с экологической стороны в достаточной мере.
Известно «Вяжущее для закрепления грунта» (АС СССР 384974, Е02D 3/14, 1973).
Данный способ закрепления грунта основан на использовании известково-битумного вяжущего (паста) и золы уноса ТЭС.
Недостатком данного способа является то, что полученный материал имеет низкие прочностные и деформативные характеристики.
Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является «Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона» (патент RU 2148050, C04B 38/02, 27.04.2000).
2
3
2
Смесь относится к производству строительных материалов, содержит зольный компонент, портландцемент и алюминиевую пудру, в качестве зольного компонента содержит золу от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с удельной поверхностью 400-600 м/кг, насыпная плотность 600-800 кг/м и содержанием SiO - 1,5-2,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола - 38,4-61,4; портландцемент - 38,4-61,4; алюминиевая пудра - остальное.
Технический результат: утилизация отходов городского коммунального хозяйства в строительной отрасли. Материал из данной смеси обладает высокой прочностью, достигаемой значительным расходом вяжущего - портландцемента, что экономически невыгодно для дорожного строительства. Бетон изготовленный из данной сыревой смеси обладает значительным водопоглощением и имеет относительно низкую морозостойкость, что ограничивает его использование в дорожных конструкциях.
В нашем предлагаемом способе используют смесь золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства) мас.% - 30-70 и минерального природного песка - остальное, что позволяет утилизировать значительные объемы отходов городского хозяйства. В качестве вяжущих материалов используют негашеную известь (цемент марки М400) и битум марки СГ 90/130, разжиженный в соотношении 1:1 по массе. После внесения в золопесчаную смесь минеральных вяжущих - негашеной извести (цемента) ее увлажняют, что обеспечивает нормальное протекание реакций адсорбции и хемосорбции, в процессе химического взаимодействия зерен извести (цемента) с компонентами золы и песка при структурообразовании материала.
2
2
Это достигается тщательным перемешиванием компонентов и равномерным распределением мелкодисперсных частиц Ca(OH) процессов гидролиза и гидратации в золопесчаной смеси, что обеспечивает нормальное протекание реакций взаимодействия аморфного кремнезема SiO, окислов алюминия и тяжелых металлов, находящихся в золе с образованием на их основе водонерастворимых соединений типа гидроалюмосиликатов кальция.
Предлагаемый способ получения дорожно-строительного материала позволяет снизить вымываемость тяжелых металлов золы на порядок и обеспечить его допустимые значения ПДК.
Последующее введение битума, равномерно распределенного по зологрунтовой смеси, обеспечивает повышение водостойкости материала за счет гидрофобизации структурных связей частиц и конгломератов материала.
Введение в смесь зологрунта минерального вяжущего, увлажнение и затем жидкого битума и его равномерное распределение, обусловленное механическим перемешиванием и физическим воздействием, позволяет протекать активным химическим реакциям между компонентами битума (асфальтенами, асфальтогеновыми кислотами, смолами и др.) и появления в структуре материала высокомолекулярных соединений водостойкого типа.
Уплотнение смеси приводит к сближению центров кристаллизации, увеличение контактов частиц и новообразований приводит к росту реакций полимеризации и поликонденсации, процессам физической адсорбции и обеспечивает получение нового, прочного и водоусточивого дорожностроительного материала.
Важным отличием предлагаемого способа является использование значительного объема утилизации золы (продукт сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства), небольшой расход традиционных вяжущих (цемент, негашеная известь, битум), обязательное увлажнение смеси до оптимального значения и простота технологических операций получения материала.
Пример.
Для экспериментальной проверки заявленного способа были подготовлены варианты смесей из вышеуказанных компонентов. Смесь из золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства, природного песка фракции 0-5 мм и негашеной извести увлажняли при непрерывном перемешивании (1-2 мин) до образования однородного состава. После чего вводили жидкий битум марки СГ 90/130 (разжиженный в соотношении 1:1 по массе). Смесь вновь перемешивали, выдерживали 2 часа и затем из смеси изготовляли образцы диаметром и высотой 50 мм под давлением 30 МПа.
Результаты сравнительного анализа приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Состав смеси для дорожного строительства
№, п/п
Компоненты смеси
Содержание компонентов, мас.%
Номер смеси
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Битум жидкий
-
8
8
8
6
8
8
6
6
2
Нефтяной вязкий битум
5-6
-
-
-
-
-
-
-
-
3
Известь негашеная
-
6
6
6
8
-
-
-
10
4
Цемент М400
-
-
-
-
-
6
6
6
-
5
Зола уноса ТЭС
3-8
-
-
-
-
-
-
-
-
6
Зола - продукт сжигания осадков сточных вод
-
30
50
70
30
40
50
50
100
7
Кубовый остаток
0,5-1,75
-
-
-
-
-
-
-
-
8
Известняковый щебень фр. 5-20 мм
30-45
-
-
-
-
-
-
-
-
9
Природный песок фракции 0-5 мм
ОСТАЛЬНОЕ
Таблица 2
Физико-механические свойства смесей
№№ смеси п/п
Показатели свойств
Предел прочности при сжатии, R<sub>сж</sub> <sup>вн</sup>, МПа
Водопоглощение, Wвп, %
Коэффициент водостойкости, доли ед.
Коэффициент морозостойкости, доли ед.
Суммарное содержание тяжелых металлов в вытяжке, мг/л
Прототип
4,56
1,97
0,75
-
-
1
9,0
0,73
0,83
0,83
-
2
9,1
0,30
0,88
0,92
0,077
3
7,1
4,51
0,78
0,82
-
4
10,5
0,24
0,87
0,84
-
5
7,3
1,02
0,77
0,81
-
6
8,1
4,3
0,91
0,80
-
7
8,8
3,0
0,85
0,82
-
8
9,0
16,3
0,72
0,55
-
Зола
-
-
-
-
0,670