Будівельна суміш для улаштування основ автомобільних доріг

Будівельна суміш для улаштування автомобільних доріг, що включає доменний гранульований шлак, заповнювач, активну добавку та воду, яка відрізняється тим, що як в'яжуче використовують мелений доменний основний гранульований шлак, як активну добавку - відвальний доменний Винахід відноситься до шляхобудівельних сумішей, що використовуються для улаштування конструктивних шарів дорожнього покриття, Відома будівельна суміш для лаштування основ автошляхів, що включає мінеральне в'яжуче, грунт та воду [1] Відома також шлакомшеральна суміш для улаштування основ автошляхів [2], що в якості в'яжучого вміщує недроблений доменний гранульований шлак (граншлак) фракції до 10мм з добавкою активізатора портландцементу при І наступному співвідношенні компонентів, мас % недрібнений доменний гранульований шлак фракції до 10мм 5 - 20 портландцемент 1- 5 заповнювач із групи щебінь, гравій, гравійно-піщана суміш, пісок 79 - 90 вода понад 100% 6-Ю Недоліком відомих сумішей [1, 2] є велика витрата гранульованого шлаку і необхідність в активі зато pax Найбільш близьким до описаного винаходу, прийнятому за прототип [3], за технічною сутністю та досягнутому результату є будівельна суміш для улаштування основ автошляхів , що включає немелений гранульований шлак, в якості заповнювача фунт, в якості активної добавки вапняношлакове в'яжуче при наступних співвідношеннях, мас,% шлак, а як заповнювач - грунт з числом пластичності менше 17 та відходи збагачення залізистих кварцитів при таких співвідношеннях компонентів, мас % мелений доменний основний 17-6 гранульований шлак мелений доменний відвальний 6-17 шлак грунт з числом пластичності 19-53 менше 17 відходи збагачення залізистих 52-17 кварцитів вода 6-7 гранульований доменний шлак 25 - ЗО грунт 46 - 54 вапняно-шлакове в'яжуче 6-12 вода що залишилось В якості заповнювача автори [3] застосовують грунт супісь, суглинок або глину з числом пластичності менше 27 (Wn 17), які володіють великою адсорбційною здатністю до вапна (сильно поглинають вапно), що знижує РН рідкої фази гідратації граншлаку та вапняношлакового в'яжучого, а, виходячи з цього, і розчинність скловидної фази граншлаку, що викликає гальмування фізико-хімічних процесів гідратації та твердіння гранульованого доменного шлаку (як немолотого, так і молотого) Все це разом знижує активність в'яжучого та МІЦНІСТЬ затвердлої будівельної суміші Для виключення негативного явища зв'язних грунтів з високим числом пластичності (Wn > 17) автори [31 були вимушені ввести велику КІЛЬКІСТЬ q О (О 46120 (30%) вапна, що входить до складу вапняноЩо стосується великих технічних переваг зашлакового в'яжучого За даними авторів [3], заміна пропонованої авторами [3] будівельної суміші, то крупноскелетного заповнювача грунтом має дуже це не підтверджено величинами, що характеризуважливе значення особливо для районів, що не ють їх фізико-механічні властивості (МІЦНІСТЬ при мають місцевих шляхобудівельних матеріалів Як стисненні, згині та розтягу, кут внутрішнього тертя, наслідок, доречність застосування фунту як, місмодуль пружності, усадки) та їх порівняння з анацевого матеріалу автори розглядають в зниженні логічними даними будівельної суміші - прототивартості дорожнього покриття, не дивлячись на пом його негативні властивості, виключення котрих Підсумовуючи вище викладене, слід ВІДМІТИТИ, вимагало великої КІЛЬКОСТІ вапна (30%), що потягщо недоліками запропонованого складу будівельло за собою застосування більшої КІЛЬКОСТІ в'яжуної суміші для улаштування автошляхів є чого та подорожчання І дорожнього покриття 1 Великі витрати доменного граншлаку, особливо немеленої його частини Великі витрати вапСлід зразу Ж ПОМІТИТИ, ЩО вапно незначно (а в на більшості випадків не активізує) активізує основний (Мо > 1) гранульований шлак А оскільки авто2 Повна заміна крупноскелетного заповнювари [3] рекомендують застосовувати основний грача зв'язним грунтом з числом пластичності більше нульований доменний шлак (нажаль у описі 17 винаходу не визнано М о граншлаку), то застосу3 Велика вартість будівельної суміші із-за вевання великої КІЛЬКОСТІ вапна знадобилось не для ликих витрат в'яжучих речовин активізації граншлаку (що визнають самі атори), а В основу винаходу поставлено задачу стводля придушення негативних властивостей грунтів рення нової високоефективної будівельної суміші з високим значенням числа пластичності (Wn > 17) для у лаштування основ автомобільних доріг шляхом зміни и хіміко-мшералопчного складу Це доНами встановлено, що з підвищенням числа сягається тим, що будівельна суміш для улаштупластичності зв'язних грунтів підвищується і їх вання основ автомобільних доріг, що включає здатність поглинати вапно (табл 1) доменний шлак, заповнювач, активну добавку та Як наслідок, застосування зв'язних грунтів в воду, згідно винаходу, в якості в'яжучого вона якості заповнювача без «скелетної добавки» неутримує основний гранульований доменний шлак, раціональне з-за великих об'ємних деформацій в якості активної добавки мелений домений відваматеріалу під час експлуатації дорожнього покритльний шлак, а в якості заповнювача - суміш грунту тя, так як погодні умови викликають розшатування з відходами збагачення залізистих кварцитів при його структури, що призводить до швидкого станаступних співвідношеннях, мас % , ріння бетону, що супроводжується появою тріщин мелений доменний основний грата зниженням МІЦНОСТІ нульований шлак 17-6 Для підвищення погод ості й кості та зниження мелений доменний відвальний розрушення бетону автори [3] пропонують в якості шлак 6-17 скелетної добавки застосовувати немолотий грагрунт з числом пластичності меннульований доменний шлак ше 17 (W n 17) сумішшю грунта пластичності менше 17 більш значно підвищив би МІЦНІСТЬ бетону (Wn 17, пов'язаних з великим поглинанням лак, що вміщується у вапняно-шлаковому в'яжувапна та зниженням активності гранульованого чому, то при густині будівельної суміші у виробі 3 доменного шлаку При цьому грунт з числом плас1800 - 1900кг/м в середньому витрата граншлаку тичності W n 17) в (молотого і немолотого) складає 660кг/м3 та 3 оптимальних співвідношеннях з відходами збага50кг/м вапна будівельної суміші чування залізистих кварцитів являється активізаДля доказу раціональності застосування такої тором молотого гранульованого доменного шлаку великої витрати граншлаку та вапна авторам [3] Впровадження винаходу у виробництво забезслід було б навести експлуатаційні дані дорожньопечує підвищення фізико-технічних властивостей го покриття із рекомендованих ними будівельних та зниження вартості будівельної суміші для уласумішей В першу чергу ДОВГОВІЧНІСТЬ, затрати на штування основ автомобільних доріг, вирішує проексплуатаційний ремонт та ш 46120 блему масового ефективного використання екологічно брудних ВІДХОДІВ (відвальних доменних шлаків та ВІДХОДІВ збагачення залізистих кварцитів) у виробництві будівельних матеріалів Для приготування будівельних сумішей для улаштування автошляхів застосовувались наступні матеріали основний доменний граншлакта відвальні доменні шлаки Криворізького металургійного заводу, грунт с числом пластичності W n < 17, класифіковані відходи збагачення залізистих кварцитів НКГЗК (ХІМІЧНИЙ склад приведено в табл 3) Гранулометричний та мінеральний склад рудної частини класифікованих ВІДХОДІВ НКГВК приведений в табл 2 ХІМІЧНИЙ склад зв'язних грунтів приведений втабл 4 Можливість реалізації нової будівельної суміші для улаштування основ автомобільних доріг доведена дослідженнями за загальновідомою методикою у ВІДПОВІДНОСТІ з вимогами [4] Зразки - циліндри шлакогрунту, виготовлені із сумішей з оптимальною вологістю, підібраною на малому приладі стандартного ущільнення Межа МІЦНОСТІ при стисненні визначалась на циліндричних зразках, а зміна об'ємів на зразках - балочках, розмірами 4 х 4 х 16см Формування зразків-балочок відбувалось в формах з вкладишами, на яких були отвори або виступи для фіксації бази вимірювань Після виймання із форм зразків-балочок, на них залишались отвори або заформовані болти М4 / =20мм З метою забезпечення заданої бази вимірювань в отвори балочок болти зачеканювались на фосфатцементі, а до болтів кріпились з допомогою різьбового з'єднання тримачі і упори для індикаторів Відформовані зразки зберігались у вологому піску, а перед проведенням тих або інших випробувань - водонасичувались на протязі двох діб Для визначення МІЦНОСТІ шлакогрунту на стиск готувались будівельні суміші складу 1 3 (в'яжуче дрібний заповнювач) В якості в'яжучого застосовувався молотий основний гранульований шлак та молоті відвальні доменні шлаки дві проби основного шлаку (піску) Б-5 та №3, ВІДПОВІДНО з модулями основності 1 21 та 1 09, та кислий відвальний доменний шлак у вигляді шматка з Mo z 0,77 (проба №8) Вказані молоті гранульовані і відвальні доменні шлаки змішувались у співвідношенні, мас % 100 0, 75 25,50 50,25 75,0 100 Дрібний заповнювач отримували змішуванням суглинку з числом пластичності \Л/П = 17 з класифікованими відходами збагачення залізистих кварцитів НКГЗК у співвідношенні, мас % 0 100, 25 75, 50 50, 75 25, 100 0, що відповідає числами пластичності 0,4, 8, 12,3, 17 Суха суміш змішувалась до однорідного по виду складу, в яку порціями добавлялась вода до отримання оптимальної вологості, яка відповідає максимальній густині суміші, отриманій ущільненням зразків при тиску 40МПа згідно [4] Після формовки зразки звужувались Зразки випробувались на стик після 28, 60, 90 діб (табл 5) Для одержання в'яжучого використовувались три види відвального доменного шлаку основний (лужний) проба Б-5, М о = 1,21, близький до нейт рального, проба №3, М о = 1,09, кислий, проба №8, Мо = 0,77 ВІДПОВІДНО цьому в таблиці 5 виділені результати приготування зразків-циліндрів окремо 1 Дрібний заповнювач, в'яжуче граншлак відвальний шлак Б-5, М о = 1,21, 2 Дрібний заповнювач, в'яжуче граншлак відвальний шлак №3, М о = 1,09, 3 Дрібний заповнювач, в'яжуче граншлак відвальний шлак №8, М о = 0,77 Таким чином запишемо склад бетонних сумішей ЗГІДНО МІЦНОСТІ беТОНу RHaKC, RMIH, Rcep 1 Склад суміші (состави 2, 3, 4), мас % дрібний заповнювач грунтсуглинок, W n = 1 7 відходи збагачення залізистих кварцитів 25 75 - 75 25 В'яжуче граншлак відвальний шлак Б-5 М о = 1,21 75 2 5 - 2 5 75 Rmax - 21 Мпа (состав 2-15) Склад будівельної суміші (состав 2) мелений доменний гранульований шлак -6 мелений доменний відвальний шлак Б-5 М о = 1,21 -17 грунт суглинок W n =17 -19 відходи збагачення залізнистих кварцитів - 52 вода -6 Всього -100% Rmin= 12МПа Склад будівельної суміші (состав 4), мас % мелений доменний гранульований шлак -6 мелений доменний відвальний шлак Б-5, М о = 1,21 -17 грунт-суглинок W n = 17 -52 відходи збагачення залізистих кварцитів -17 вода -7 Всього -100% 21 + 19+12 = 17,ЗМПа Склад будівельної суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак -11,5 мелений доменний відвальний шлак Б-5, Мо = 1,21 -11,5 грунт-суглинок W n = 17 -36 відходи збагачення залізистих кварцитів - 34,5 вода - 6,5 Всього -100% 2 Склад суміші (состави 2, 3, 4), мас % дрібний заповнювач грунтсуглинок, W n = 1 7 відходи збагачення залізистих кварцитів 25 75 - 75 25 В'яжуче граншлак відвальний доменний шлак №3, М о = 1,09 25 7 5 - 7 5 25 Rmax= 18МПа (состав суміші 2 - 24) Склад суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак -11,5 мелений доменний відвальнишшіак№3, Мо = 1,21 -11,5 грунт суглинок W n =17 -19 відходи збагачення залізнистих кварцитів - 52 вода -6 46120 Всього Rmm =14МПа (состав суміші 4 - 24) Склад суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак мелений доменний відвальний шлак№3, М о = 1,21 грунт-суглинок \Л/П = 17 відходи збагачення залізистих кварцитів вода Всього 18 + 16 + 14 = 16МПа R -100% -11,5 -11,5 - 53 -17 -7 -100% Склад суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак -11,5 мелений доменний відвальний шлак№ 3, Мо = 1,21 -11,5 грунт-суглинок \Л/П = 17 -36 відходи збагачення залізистих кварцитів - 34,5 вода - 6,5 Всього -100% З Склад суміші (состави 2, 3, 4), мас % дрібний заповнювач грунтсуглинок, W n = 1 7 відходи збагачення залізистих кварцитів 25 75 - 75 25 В'яжуче граншлак відвальний шлак №7, Мо = 0,77 25 75 - 75 25 Rmax = 22МПа (состав суміші З - 36) Склад суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак -11,5 мелений доменний відвальний шлак №8, М о = 0,77 -11,5 грунт суглинок W n = 17 - 36 відходи збагачення залізнистих кварцитів - 34,5 вода - 6,6 Всього -100% Rmm = 16МПа (состав суміші 4 - 36) Склад суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак -11,5 мелений доменний відвальний шлак №8, М о = 0,77 -11,5 грунт-суглинок W n = 17 - 53 відходи збагачення залізистих кварцитів -17 вода -7 Всього -100% 20 + 12+17 = 19,7МПа Склад суміші, мас % мелений доменний гранульований шлак мелений доменний відвальний -11,5 -11,5 8 шлак №8, М о = 0,7 грунт-суглинок W n = 17 - 36 відходи збагачення залізистих кварцитів - 34,5 вода - 6,5 Всього -100% Аналізуючи результати випробувань зразківциліндрів на стиснення, слід ВІДМІТИТИ (табл 5) - МІЦНІСТЬ зразків залежить від складу дрібного заповнювача, тобто від його числа пластичності, складу в'яжучого, модуля основності відвального доменного шлаку та часу твердіння зразків, - максимальна МІЦНІСТЬ зразків відповідає оптимальним співвідношенням компонентів в'яжучого та заповнювача При цьому МІЦНІСТЬ зразків, виготовлених на вихідних матеріалах, однакова (14МПа), при оптимальних складах збільшилась приблизно на 40% (23МПа) Як наслідок, заміна дрібного заповнювача та застосування активізатора (відвального доменного шлаку), дає можливість економити 400 500кг граншлаку та 50кг вапна на одному кубічному метрі будівельної суміші для влаштування автошляхів та підвищиш активність в'яжучого на 40%, значно зменшить усадку бетону Застосування змішаних в'яжучих для укріплення грунтів дає можливість зекономити значну КІЛЬКІСТЬ граншлаку, що застосовується для виробництва шлакопортландцементу За своєю вартістю 1т шлакопортландцементу М400, що застосовується також за рекомендаціями [4] для укріплення зв'язних грунтіВб в 2 4 рази вище вартості 1т молотого граншлаку ЕКОНОМІЧНІ розрахунки показали, що використання грунту, укріпленого змішаним шлаковик в'яжучим (граншлак + відвальний шлак), а замість щебеню із дрібнених відвальних доменних шлаків - суміш грунту з відходами збагачення залізистих кварцитів - дасть на кожному кілометрі дороги III IV технічної категорії значну економію, дозволить вивільнити близько 2000м3 щебеню, який в подрібненому вигляді вигідно використовувати для виробництва змішаних в'яжучих 1 Авторское свидетельство СССР №222432, кл Е02ДЗ/12, 1967, 2 Авторское свидетельство СССР №392030, кл С 04В 19/00, 1971 3 Авторское свидетельство СССР №576297, кл 2 С 04В 19/00/Е01С 7/18 4 СН 25 - 74 Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов Госстрой СССР М Стройиздат, 1975 46120 10 Таблиця 1 Поглинання СаО зв'язними грунтами Позначення проб П-4 П-3 П-2 П-6 П-1 Приріст об'єму осадку 5 см' % 3 Характеристика матеріалу Питома адсорбція 10 моль/кг Суглинок, W n = 11 Суглинок, \Л/П= 14 Суглинок, \Л/П= 17 Глина, \Л/П= 19 Червонобура глина, W n = 21 8,0 1,492 2,289 2,290 2,972 4,176 61 37 86 79 51 4,72 17,50 19,0 13,75 Таблиця 2 Характеристика ВІДХОДІВ збагачення залізистих кварцитів НКГЗК Зерновий склад КІЛЬКІСТЬ Насипна Середня Найменування Модуль Водоне пиловидних часткові залишки на ситах ЩІЛЬНІСТЬ, крупність, матеріалу крупності обхідність частинок, % кг/м3 MM 5,0 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 дно мас Класифіковані відходи збагачення залізис- — 0,5 3,0 16,0 39,0 30,0 11 тих кварцитів НКГЗК 1580 1,705 0,272 11,6 4,5 Таблиця З ХІМІЧНИЙ склад /цосліджувальних матеріалів № пп 1 0-1 Б-5 3 Найменування матеріалів Компоненти, % помасі СаО СаО Fe S МдО АІ 2 О 3 МпО Na2O К2О SiO 2 заг ВІЛЬН заг заг 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 Гранульований 37,5 46,0 0,75 доменний шлак Відвальний доменний шлак, 35,5 49,2 1,59 шлаковий пісок Відвальний доменний шлак, 37,0 43,0 1,68 СО2 ВВП 13 14 Mo Мд Кя 15 16 17 4,6 4,6 0,58 0,75 1,62 1,92 1,74 1,97 3,60 1,20 0,12 1,47 2,5 7,4 0,64 0,20 0,50 0,38 2,98 1,82 3,10 1,21 9,21 1,66 3,4 5,4 0,92 1,10 0,23 0 55 1,54 "3,71 7,95 1,09 0,15 1,40 0,30 3,7 11,6 0,50 2,3 0,5 3,8 0,80 0,14 18,0 ВІДСІВ шлаків 8 Відвальний доменний шлак, 41,3 36,8 камінь Відходи збагачення залізистих 57,7 2,4 кварцитів НКГЗК 0,76 1,77 1,02 2,11 0,77 0,26 1,26 0,24 9,77 10 Таблиця 4 ХІМІЧНИЙ аналіз зв'язних грунтів № пп 1 Найменування матеріалів 2 Суглинок, \Л/П П-4 = 11 Суглинок, W n = П-3 14 Суглинок, W n = П-2 17 П-6 Глина, W n = 19 Червонобура П-1 глина, W n = 21 ХІМІЧНИЙ склад, % по масі Fe Fe SiO FeO SiO 2 АІ2О3 СаО МдО заг розч ВІЛЬН 3 4 5 6 7 8 9 10 52 СО2 ВВП 15 16 17 0,06 0,08 0,8 4,7 2,5 12,5 8,9 2,1 0,042 0,044 0,107 0,49 0,2 6,6 11,6 3,4 10,5 5,8 1,4 S 11 12 0,04 0,03 2,4 0,5 2,2 69,5 2,9 0,5 2,5 59,8 36,2 4,3 0,2 4,4 57,5 20,8 16,2 4,2 2,6 3,2 0,8 2,9 58,8 33,6 13,5 8,2 2,1 2,9 0,6 2,8 57,5 32,3 1 1,7 9,8 1,8 0,04 МпО ТіЮ 2 Fe СІЛ 11,2 Р 13 14 0,04 0,012 0,125 0,6 0,2 0,046 0,017 11,2 0,59 0,076 5,9 0,02 0,03 0,5 ОД 7,5 12,011 46120 12 Таблиця 5 Зміна МІЦНОСТІ зразків-циліндрів на стиск, виготовлених із щільних сумішей складу 1 3 (в'яжуче дрібний заповнювач) в залежності від процентного співвідношення компонентів в'яжучого і дрібного заповнювача та часу твердіння Склад дрібного заповнювача, % № состава 1 1 2 3 4 5 № состава 1 2 3 4 5 МІЦНІСТЬ при стисненні, МПа Склад в'яжучого, % Граншлак відвальний шлак Б-5, М о = 1,21 Суглинок, W n = 17 Відходи 100 0 75 25 50 50 25 75 0 100 28 60 90 28 60 90 28 60 90 28 60 90 28 60 90 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 100 10 10 14 15 20 18 16 19 17 16 17 21 5 7 12 25 75 19 19 23 18 21 22 18 19 22 13 17 21 6 9 13 50 50 16 13 14 16 J9 21 17 17 23 10 15 19 4 5 7 75 25 12 17 22 17 20 18 12 16 11 8 9 12 3 5 6 100 0 10 13 14 15 17 17 9 11 15 7 8 9 2 3 4 Граншлак відвальний шлак №8, М о = Граншлак відвальний шлак №3, М о = 1,09 0,77 75 25 50 50 25 75 0 100 75 25 50 50 25 75 28 60 90 28 60 90 28 60 90 28 60 90 28 60 90 28 60 90 28 60 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ЗО 31 32 33 34 35 36 37 38 10 9 11 10 10 12 7 8 8 1 1 2 12 13 14 8 14 20 6 10 15 17 16 14 14 18 8 9 12 0 1 1 16 17 17 14 17 20 6 8 13 18 18 11 13 16 7 10 12 0 1 1 13 17 17 13 17 22 4 8 10 15 13 8 13 14 3 5 7 0 0 1 14 18 1/ 11 13 16 4 6 8 11 12 6 9 13 4 5 5 0 0 0 14 13 16 9 11 10 4 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71