Водопроникне покриття для ґрунту

1. Водопроникне покриття для ґрунту, що має багатошарову будову з фільтруючим шаром, що містить вуглецевий матеріал для очищення дощової води, яке відрізняється тим, що фільтруючий шар містить вуглецевий матеріал, за який використовують твердий вуглецевий залишок, отриманий при термічній обробці відпрацьованих автомобільних шин, в'яжучий матеріал та грубозернистий наповнювач. 2. Водопроникне покриття для ґрунту за п.1, яке відрізняється тим, що розмір зерен вуглецевого залишку, отриманого при термічній обробці відпрацьованих автомобільних шин, лежить в межах від 0,01мм до 2мм. 3. Водопроникне покриття для ґрунту за п.1, яке відрізняється тим, що як в'яжучий матеріал використовують цемент. 4. Водопроникне покриття для ґрунту за пп.1, 3, яке відрізняється тим, що частину цементу заміщують іншим в'яжучим матеріалом. U 2 (11) 1 3 пористість забезпечує фільтрацію великих об'ємів води - до 200 літрів на хвилину на 1м2 покриття (коефіцієнт поглинання води до 0,33см/с). Це дозволяє уникнути необхідності у будівництві дорогих дренажних систем. Також це підтримує природний рівень ґрунтових та підземних вод, але при використанні водопроникних дорожніх покриттів різні забруднювачі вільно проникають у воду та ґрунт. Діючі технології виготовлення водопроникних дорожніх покриттів встановлюються робочими процедурами, критеріями проектування та іншими документами. У залежності від типу ґрунту земляного полотна та призначення покриття документи визначають параметри його конструкції - кількість шарів, природу сполучного, тип і склад мінеральних компонентів, що утворюють пористу структуру покриття, їхню дисперсність тощо. У загальному вигляді композиція, що утворює шари водопроникного покриття, являє суміш в'яжучих матеріалів, грубозернистого наповнювача бетонної суміші та води з невеликою кількістю дрібнодисперсного наповнювача. Виробники впевнені, що згодом область застосування пористого бетону та інших матеріалів, як дорожнього покриття, може значно розширитися. Але агенція з охорони навколишнього середовища США (ЕРА), що заохочує використання цього виду покриття (ЕРА 1999, Porous pavements), разом з тим, виявляє занепокоєння щодо його подальшого поширення. Це обумовлено тим, що діючі технології виготовлення водопроникних дорожніх покриттів мають ряд недоліків, а саме, ймовірність забруднення грунту, ґрунтових та підземних вод нафтопродуктами, маслом і мастильними матеріалами (далі - вуглеводні нафтопродуктів), що надходять від транспортних засобів. Вуглеводні нафтопродуктів мають менший, ніж у води, поверхневий натяг, тому вони легше проникають до ґрунту та води через пористе покриття. Відомі розробки з використанням різних способів та систем для знешкодження вуглеводнів нафтопродуктів, що використовуються при виготовленні та застосуванні пористих дорожніх покриттів. Відома тротуарна система (US20080267701 А1, МКВ Е01С11/00, 2008.10.30), що включає верхній шар (1) у вигляді тротуарного мощення, що пропускає рідину, і шару підкладки (7), що складається з відносно великих часток (9) щебеню тощо, при відносно невеликих частках пористого матеріалу (10), розподіленого в проміжках між частками (9). У якості пористого матеріалу (10) використовують спінену фенолоформальдегідну смолу. Тверді фенолоформальдегідні смоли, включаючи спінені, - токсичні сполуки (ГОСТ 18694-80). При їхній переробці виділяються фенол, формальдегід, анілін, аміак, пил та Інші токсичні сполуки. Фенол - отрута, що діє на нервову систему, що викликає гострі та хронічні отруєння. Формальдегід відноситься до протоплазматичних отрут, що викликають гострі та хронічні отруєння, має сильну дратівну дію на слизуваті оболонки очей і дихальні шляхи, має канцерогенну дію. Анілін - отрута, що діє переважно на нервову сис 50796 4 тему. Аміак - дратує верхні дихальні шляхи, викликає сльозотечу, а при високих концентраціях - судороги. За ГОСТ 12.1.007-76 тверді фенолоформальдегідні смоли відносяться до 2-го класу небезпеки. Відома структура водопроникного тротуару (W02009033037 А1, МКВ Е01С7/30; Е01С11/16; Е01С7/00, 2009.03.12; US2009067925, МКВ Е01С11/00, 2009.03.12), що містить шар часток вторинного скла над поверхнею ґрунту, сполучених між собою клеєм з в'яжучих смол, здатних адсорбувати з води вуглеводні. У якості останніх можуть бути застосовані смоли, наприклад, бісфенол А і бісфенол F; фенокси смоли; поліефіри! смоли; вінілефірні смоли; фенольні смоли; новолачні смоли тощо. Відоме водопроникне покриття для нанесення на будівельний ґрунт, причому верхня структура покриття ґрунту є з'єднанням з ущільнених мінеральних наповнювачів і органічної речовини - двокомпонентної епоксидної смоли, або однокомпонентного поліуретану, або двохкомпонентного поліуретанового клею (RU2370588, МКВ Е01С15/00, 2009.10.20). Водопроникне покриття має багатошарову будову з верхньою структурою та підставою, причому підстава містить із боку будівельного ґрунту, щонайменше, один шар з піску, а з боку верхньої структури - шар Із щебеню, у якому середній розмір дрібних часток, становить щонайменше 5 мм; причому мінеральні наповнювачі мають вузький фракційний склад. За ГОСТ 12.1.007-76 поліуретановий клей, до складу якого входить поліізоціонат, відноситься до 2-го класу небезпеки. Токсичність епоксидних клеїв обумовлена не тільки самими смолами, але й деякими затверджувачами, зокрема амінами та ангідридами органічних двохосновних кислот. Попадання до організму поліетиленполіамину (затверджувач епоксидних смол) призводить до порушення подиху, гноблення центральної нервової системи; при тривалій дії на шкіру він здатний викликати поразки типу виразкового дерматиту. Компоненти епоксидно-діанових смол по ступеню впливу на організм відносяться також до речовин 2-го класу небезпеки. При використанні зазначених вище смол і клеїв можлива інфільтрація токсичних речовин (фенолів, крезолів, епоксидів, формальдегіду, аніліну тощо) у підземні води та системи господарського та питного призначення (через водозабірні свердловини), якими користується населення. Крім того, до систем водного господарювання може проникати надлишкова кількість вуглеводнів нафтопродуктів, які не затримуються поглинаючим шаром водопроникного покриття. Найбільш близькими за технічною суттю є багатошарові структури водопроникного покриття, в яких між шарами водопроникного бетону міститься шар адсорбційних матеріалів. Відоме водопроникне дорожнє покриття (JP2000319811, МКВ Е01С11/24 Е01С7/14, 2000.11.21), яке складається з поверхневого шару 1, базового шару 2, основи 3, шару фільтру 4 та ґрунтової основи 5. Поверхневий шар 1 і базовий шар 2 включають водопроникний полімерний бе 5 тон. Основа 3 включає водопроникний бетон. Шар фільтру 4 сформований з подрібненого доменного шлаку і адсорбційного матеріалу типу пористого вугільного матеріалу (деревне вугілля), що поліпшує очищувальну здатність водопроникного подрібненого шлаку. Також відома структура водопроникного тротуару, що очищає воду (JP2003090007, МКВ Е01С11/24, 2003.03.28), яка складається з п'яти шарів. Фільтруючий шар 4, що призначений для очищення дощової води, розташований рівним шаром на поверхні ґрунту 5 і виконаний із гранульованого або здрібненого деревного вугілля. Загальним недоліком відомих покриттів є те, що до їхнього складу як адсорбент вуглеводнів нафтопродуктів входить деревне вугілля, що утворюється при піролізі деревини без доступу повітря. Деревне вугілля відноситься до макропористих вуглецевих матеріалів, які мають високу пористість - 75-80% та склад: 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 515% О, 1-3% мінеральні домішки. Відомо, що макропори не відносяться до адсорбуючих пор. При адсорбції вони виконують роль транспортних каналів для доставки адсорбату до поверхні адсорбуючих пор (мікро-, мезопор). У зв'язку з цим надлишок сорбованих вуглеводнів нафтопродуктів здатний вимиватися з макропористого об'єму деревного вугілля водою, забруднюючи системи водного господарювання та питного водопостачання. У зв'язку з цим завданням корисної моделі є запропонувати таке водопроникне покриття для ґрунту, у фільтруючому шарі якого міститься вуглецевий матеріал з розвиненою мікро- і мезопористою структурою, що має найкращі адсорбційні властивості по відношенню до вуглеводнів нафтопродуктів. Крім того, необхідно запропонувати такий склад компонентів, що входять до фільтруючого шару, які забезпечують рентабельність будівництва водопроникного покриття. Згідно корисної моделі поставлене завдання щодо водопроникного покриття для ґрунту вирішується ознаками пункту 1 формули корисної моделі. Згідно з цим водопроникне покриття для ґрунту представляє структуру багатошарової будови з фільтруючим шаром, що містить вуглецевий матеріал для очищення дощової води, в якості якого використовують твердий вуглецевий залишок, отриманий при термічній обробці відпрацьованих автомобільних шин, в'яжучий матеріал та грубозернистий наповнювач. Додатковою відзнакою корисної моделі є те, що розмір зерен твердого вуглецевого залишку, отриманого при термічній обробці відпрацьованих автомобільних шин, лежить в межах від 0,01мм до 2мм. Переробка (утилізація) резинових відходів і, зокрема, відпрацьованихавтомобільних шин є важливим завданням охорони навколишнього середовища. Утилізація включає термічну обробку без доступу повітря відпрацьованих автомобільних шин, продуктами якої є піролІзний газ, рідке паливо, твердий вуглецевий залишок та металеві відходи. 50796 6 Твердий вуглецевий залишок відноситься до доступних, малотоксичних та дешевих вуглецевих матеріалів. Середній вихід твердого вуглецевого залишку становить 25-30% від маси шин (незалежно від способу їх термічної переробки). Відповідно до хімічного складу твердий вуглецевий залишок містить до 92% С, до 5% О, до 2,5% S, до 0,8% Н (на сухий беззольний стан) та 10-13% мінеральних домішок. Твердий вуглецевий залишок на відміну від деревного вугілля відноситься до мікро", мезопористих вуглецевих сорбентів. Величина питомої поверхні твердого вуглецевого залишку становить 30-50м2/г, сумарного об'єму пор - 0,2-0,6см3/г, утримуюча здатність по вуглеводням нафтопродуктів складає від 0,16 до 0,54 г/г. Розмір зерен твердого вуглецевого залишку має суттєвий вплив як на швидкість фільтрації води, так і на швидкість поглинання вуглеводнів нафтопродуктів з неї. Зерна з дисперсністю менше 0,01мм мають високі кінетичні властивості та сприяють кращому поглинанню нафтопродуктів з води, але знижують швидкість фільтрації води до ґрунту. Зерна з дисперсністю більше 2мм мають зворотну залежність. Подальші відмітні ознаки виконання корисної моделі щодо водопроникного покриття для ґрунту виходять з пунктів 3-Ю формули корисної моделі. Ознаки пунктів 3-7 формули корисної моделі встановлюють, що як в'яжучий матеріал використовують цемент, причому частина цементу може бути заміщена іншим в'яжучим матеріалом. При використанні пилу кварцу в якості іншого в'яжучого матеріалу заміщення цементу становить у кількості від 5 до 12мас.%; при використанні пилу, що утворюється при спалюванні твердого палива на теплових електричних станціях, заміщення цементу становить у кількості від 20 до 70мас.%; при використанні доменного шлаку заміщення цементу становить у кількості від 20 до 70мас.%. Експериментальне встановлено, що при формуванні фільтруючого шару з використанням твердого вуглецевого залишку та цементу сумарний об'єм пор, що адсорбують вуглеводні нафтопродуктів, збільшується на 37-80% у порівнянні з об'ємом пор вихідного твердого вуглецевого залишку. Встановлено також, що при заміні частини цементу на Інші в'яжучі матеріали досягається аналогічний результат. В якості грубозернистого наповнювача фільтруючого шару використовують подрібнений гравій, подрібнений використаний бетон, щебінь, гальку, подрібнений доменний шлак або їхню суміш у вигляді фракцій або суміші фракцій, що мають найменший та найбільший номінальний розміри зерен у межах від 1мм до 20мм включно (формула корисної моделі, п.8). Вимоги до фракційного складу нерудних матеріалів для щебеневих і гравійних основ та покриттів автомобільних доріг в Україні встановлені ДСТУ Б В.2.7-30-95. Згідно з цим стандартом щебінь поставляють у вигляді основних фракцій, які характеризуються відповідним найменшим та найбільшим номінальними розмірами зерен - від 5мм 7 50796 (3мм) до 10мм включно; від 10мм до 20мм включно тощо. Гранітна крихта є дрібний гранітний щебінь розміром зерен від 1мм до 3мм та від 2мм до 5мм (ТУ У 13.2.7-26.7-34061258-001:2008). Така фракція виходить в результаті дроблення більш великих фракцій щебеню і відсіювання гранітного «піску». Шлак гранульований - (аналог гранітної крихти) від виробництва марганцевих феросплавів (фракція 0-10мм) виробляється згідно з ТУ 14-146141-95. При використанні зазначених матеріалів у водопроникному покритті для ґрунту формуються пори, які визначають не тільки коефіцієнт поглинання води, але і здатність регулювання води у ґрунті. Додатковим сприятливий впливом на коефіцієнт поглинання води і здатність регулювання води у ґрунті є відношення найбільшого та найменшого номінального розміру зерен у фракціях або суміші фракцій крупнозернистого наповнювача, що утворює фільтруючий шар. Встановлено, що це відношення повинно бути у межах від 2 до 8 (формула корисної моделі, п.9). Встановлено та Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 8 кож, що фільтруючий шар повинен мати пори, розміри яких порівнянні порам інших шарів водопроникного покриття (формула корисної моделі, п.10). При цьому, коефіцієнт поглинання води як у фільтруючому шарі, так і у інших шарах водопроникного покриття, має однакову величину та відповідає нормативним вимогам (k>0,01см/с), встановленим Німецьким промисловим стандартом (DIN 180356). При використанні корисної моделі досягаються значні екологічний та економічний ефекти, які пов'язані: - з утилізацією використаних автомобільних шин і застосуванням твердого вуглецевого залишку, отриманого з них, для виготовлення фільтруючого шару водопроникної покриття; - з більш високим ступенем поглинання вуглеводнів нафтопродуктів з дощової води за рахунок розвинутої мікро- та мезоструктури твердого вуглецевого залишку; - зі зниженням проникнення вуглеводнів нафтопродуктів до підземних вод і систем господарського та питного призначення. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601