Способ получения вяжущей композиции, способ обработки материала из твердых частиц, отверждаемая вяжущая композиция, твердый агрегированный матрикс (варианты), продукт

Способ получения вяжущей композиции, способ обработки материала из твердых частиц, отверждаемая вяжущая композиция, твердый агрегированный матрикс (варианты), продукт

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к вяжущей композиции, к способу приготовления такой вяжущей композиции, к материалу из твердых частиц и способу обработки материала из твердых частиц.

Предшествующий уровень техники

В патенте Великобритании №1184129 (далее упоминаемом как D1) раскрываются способ и водный раствор для обработки грунта с целью улучшения его сжимающего усилия и его устойчивости к водопроницаемости. Водный раствор смешивают с почвой путем опрыскивания грунта или заливки на него. Этот водный раствор включает:

- водорастворимый мочевиноформальдегидный преконденсат, содержащий от 0,2 до 6% непрореагировавшего формальдегида от общей массы названного раствора, причем этот преконденсат присутствует в этом растворе в концентрации от 4 до 30% от общей массы раствора;

- отверждающий агент, выбираемый из органических и неорганических кислот и их кислых солей в количестве от 0,5 до 40% от общей массы раствора; и

- мочевина в количестве от 3 до 12 раз большем массы упомянутого выше непрореагировавшего формальдегида.

Предпочтительный рН лежит в пределах от 1 до 12, причем при понижении рН раствора уменьшается также время отверждения. С целью предотвращения выхода раствора смеси из обрабатываемого грунта добиваются как можно меньшего времени отверждения.

Специалистам также известно, что аминная смола, включающая амин и альдегид, образуется в результате двух реакций: реакции присоединения и реакции конденсации. Когда используются мочевина и формальдегид, реакция присоединения или гидроксиметилирования состоит в присоединении формальдегида к связывающим центрам мочевины и степень гидроксиметилирования зависит от соотношения мочевины и формальдегида. У мочевины имеется четыре связывающих центра, расположенных на двух аминогруппах, каждая из которых имеет по два связывающих центра. Таким образом, к связывающим центрам мочевины могут присоединиться максимум четыре молекулы формальдегида. Реакция конденсации протекает только в кислых условиях и по этой причине время, необходимое для завершения реакции конденсации, с понижением рН уменьшается. В том случае, когда реакции проходят за относительно малое время, образующиеся полимеры имеют более короткие цепи, что придаст аминной смоле более кристаллическую текстуру.

Недостаток известного раствора состоит в том, что поскольку нужно устанавливать как можно меньшее время отверждения, раствор должен быть перемешан и нанесен на грунт за относительно короткое время, что затрудняет обработку больших поверхностей, таких как дороги. При быстрой реакции полимеризации образуются также относительно короткие полимерные цепи.

Другим недостатком водного раствора является то, что он не пригоден для смешения с монолитным грунтом, например весом более 20 тонн, и нанесения слоя смеси на поверхность дороги в течение рабочего дня с последующим уплотнением слоя, поскольку водный раствор начинает отверждаться до того, как вся смесь будет нанесена на поверхность дороги и подвергнута уплотнению.

В результате этого известный водный раствор пригоден только для распыления на дорожной поверхности, что является недостатком, заключающимся в том, что проникание раствора в поверхность дороги является ограниченным. Известный раствор таким образом герметизирует поверхность дороги, но не стабилизирует основу.

В патенте Великобритании №1194227 (далее упоминаемом как D2) раскрываются способ упрочнения водопроницаемого грунта и придания ему значительной водонепроницаемости, включающий стадии впрыскивания в грунт водного раствора мочевины, формальдегида и поливинилового спирта, все из которых являются водорастворимыми и способными конденсироваться в воде продуктами, и придания смеси водонерастворимости in situ воздействием кислотным отверждающим агентом для мочевиноформальдегидных смол.

Недостатком раскрытого в D2 способа является относительно быстрая реакция, в результате чего смесь отверждается за короткое время: от 1,7 до 8 минут. Это делает способ D2 совершенно не пригодным для какого-либо применения, в частности для строительства дорог, где требуется относительно длительное время отверждения.

Предметы изобретения

Предметами настоящего изобретения являются таким образом создание вяжущей композиции и способ обработки материала из твердых частиц, способ приготовления такой вяжущей композиции и получение твердых частиц, где названные выше недостатки были бы устранены или по крайней мере сведены к минимуму.

Краткое содержание изобретения

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается способ обработки материала из твердых частиц с целью образования агрегированного матрикса, включающий стадии:

- приготовление мочевиноформальдегидного преконденсата;

- подготовка полярного растворителя;

- подготовка дополнительного количества мочевины;

- подготовка кислоты или ее соли;

- смешение полярного растворителя, дополнительного количества мочевины, преконденсата и кислоты с образованием вяжущей композиции;

- смешение вяжущей композиции с твердыми частицами; и

- отверждение вяжущей композиции твердыми частицами в течение времени более 30 мин с образованием агрегированного матрикса, при этом кислоту или ее соль подбирают таким образом, чтобы обеспечить рН вяжущей композиции от 2,0 до 5,3.

Полярный растворитель может быть выбран из группы, в которую входят вода, спирт и их смеси.

Далее, согласно изобретению способ включает в качестве следующей стадии, которая предшествует стадии отверждения, добавление сахара. Сахар может быть выбран из группы, в которую входят сахароза, глюкоза, фруктоза и их смеси.

Далее, согласно изобретению способ включает в качестве следующей стадии, которая предшествует стадии отверждения, добавление промотора связывания с целью усиления связывания между вяжущей композицией и твердыми частицами.

Далее, согласно изобретению промотор связывания представляет собой жирную кислоту сложного строения, образующуюся при полном окислении растительных сахаров. Более конкретно промотор связывания выбирают из группы, в которую входят гуминовая кислота, фульминовая кислота, их соли и смеси.

Альтернативным образом или в дополнение к изложенному промотором связывания является битум. Битум может представлять собой анионную битумную эмульсию.

Далее, альтернативным образом или в дополнение к изложенному промотор связывания может также представлять собой поверхностно-активного вещество. Поверхностно-активное вещество может представлять собой додецилбензол натрия.

Способ может также включать еще одну предшествующую отверждению стадию:

стадию добавления какого-либо одного или большего числа агентов, выбираемых из группы, в которую входят силиконы, силаны, силанолы, масла, антикоррозионные агенты, УФ-защитные агенты, биоциды, рН-буферы, цемент, аммиак, соли аммония, пластификаторы, лигносульфинаты и их оксиды, фенолы и их смеси.

Пластификаторы могут быть выбраны из группы, в которую входят фталаты, углеводороды, ацетаты, латекс и гликоли.

УФ-защитные агенты могут быть выбраны из группы, в которую входят органические фенолы, фосфаты и неорганические оксиды.

Материал из твердых частиц может быть выбран из группы, в которую входят песок, грунт, гравий, природные или синтетические волокна, включающие стекло-, стальные, углеродные и полимерные волокна, глина, кремнеземы, кусковое золото, резина, камни, галька, частично связанные цементирующие массы, трава, шлак, отходы со свалок, угольные частицы, зола и их смеси.

Далее, согласно изобретению отношение формальдегид/мочевина в вяжущей композиции составляет от 1,5:1 до 2,5:1, предпочтительно 1,83:1.

Далее, согласно изобретению способ может также включать еще одну стадию: уплотнение агрегированного матрикса, которое следует за стадией смешения и предшествует стадии отверждения.

Далее, согласно изобретению кислота представляет собой слабую органическую кислоту. Слабую органическую кислоту преимущественно выбирают из группы, в которую входят лимонная кислота, уксусная кислота и их смеси.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ приготовления вяжущей композиции для обработки твердых частиц с образованием твердого агрегированного матрикса, включающий следующие стадии:

- приготовление мочевиноформальдегидного преконденсата;

- подготовка полярного растворителя;

- подготовка дополнительного количества мочевины;

- подготовка кислоты или ее соли;

- смешение полярного растворителя, дополнительного количества мочевины, преконденсата и кислоты с образованием вяжущей композиции, которая отверждается в течение времени более 30 мин после смешения с упомянутыми твердыми частицами,

при этом кислоту или ее соль подбирают таким образом, чтобы обеспечить значение рН вяжущей композиции от 2,0 до 5,3.

Полярный растворитель может быть выбран из группы, в которую входят вода, спирт и их смеси.

Далее, согласно изобретению способ включает еще одну стадию, которая предшествует стадии отверждения: стадию добавления сахара. Сахар может быть выбран из группы, в которую входят сахароза, глюкоза, фруктоза и их смеси.

Далее, согласно изобретению способ включает еще одну стадию: стадию добавления промотора связывания с целью усиления связывания между вяжущей композицией и твердыми частицами.

Далее, согласно изобретению промотор связывания представляет собой жирную кислоту сложного строения, образующуюся при полном окислении растительных сахаров. Более конкретно промотор связывания выбирают из группы, в которую входят гуминовая кислота, фульминовая кислота, их соли и смеси.

Альтернативным образом или в дополнение к изложенному промотором связывания является битум. Битум может представлять собой анионную битумную эмульсию.

Далее, альтернативным образом или в дополнение к изложенному промотор связывания может также представлять собой поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активное вещество может иметь форму додецилбензола натрия.

Способ может также включать еще одну стадию: стадию добавления какого-либо одного или большего числа агентов, выбираемых из группы, в которую входят силиконы, силаны, силанолы, масла, антикоррозионные агенты, УФ-защитные агенты, биоциды, рН-буферы, цемент, аммиак, соли аммония, пластификаторы, лигносульфинаты и их оксиды, фенолы и их смеси.

Пластификаторы могут быть выбраны из группы, в которую входят фталаты, углеводороды, ацетаты, латекс и гликоли.

УФ-защитные агенты могут быть выбраны из группы, в которую входят органические фенолы, фосфаты и неорганические оксиды.

Твердые частицы могут быть выбраны из группы, в которую входят песок, грунт, гравий, природные или синтетические волокна, включающие стекло-, стальные, углеродные и полимерные волокна, глина, кремнеземы, кусковое золото, резина, камни, галька, частично связанные цементирующие массы, трава, шлак, отходы со свалок, угольные частицы, зола и их смеси.

Отношение формальдегид/мочевина в вяжущей композиции может составлять от 1,5:1 до 2,5:1, предпочтительно 1,83:1.

Далее, согласно изобретению кислота представляет собой слабую органическую кислоту. Слабую органическую кислоту преимущественно выбирают из группы, в которую входят лимонная кислота, уксусная кислота и их смеси.

В соответствии с третьим аспектом изобретения предлагается отверждаемая вяжущая композиция для смешения с твердыми частицами и отверждением с образованием твердого агрегированного матрикса, причем вяжущая композиция включает смесь мочевиноформальдегидного преконденсата, полярного растворителя, дополнительного количества мочевины и кислоты или ее соли, подбираемой таким образом, чтобы обеспечить значение рН вяжущей композиции от 2,0 до 5,3, в результате чего происходит отверждение вяжущей композиции после смешения с твердыми частицами в течение времени более 30 мин.

Полярный растворитель может быть выбран из группы, в которую входят вода, спирт и их смеси.

Далее, согласно изобретению вяжущая композиция включает также сахар. Сахар может быть выбран из группы, в которую входят сахароза, глюкоза, фруктоза и их смеси.

Далее, согласно изобретению вяжущая композиция включает промотор связывания с целью усиления связывания между вяжущей композицией и твердыми частицами.

Далее, согласно изобретению промотор связывания представляет собой жирную кислоту сложного строения, образующуюся при полном окислении растительных сахаров. Более конкретно промотор связывания выбирают из группы, в которую входят гуминовая кислота, фульминовая кислота, их соли и смеси.

Альтернативным образом или в дополнение к изложенному промотором связывания является битум. Битум может иметь форму анионной битумной эмульсии.

Далее альтернативным образом или в дополнение к изложенному промотор связывания может также быть в форме поверхностно-активного вещества. Поверхностно-активное вещество может иметь форму додецилбензола натрия.

Вяжущая композиция может включать какой-либо один или большее число агентов, выбираемых из группы, в которую входят силиконы, силаны, силанолы, масла, антикоррозионные агенты, УФ-защитные агенты, биоциды, рН-буферы, цемент, аммиак, соли аммония, пластификаторы, лигносульфинаты и их оксиды, фенолы и их смеси.

Пластификаторы могут быть выбраны из группы, в которую входят фталаты, углеводороды, ацетаты, латекс и гликоли.

УФ-защитные агенты могут быть выбраны из группы, в которую входят органические фенолы, фосфаты и неорганические оксиды.

Далее, согласно изобретению отношение формальдегид/мочевина составляет от 1,5:1 до 2,5:1, предпочтительно 1,83:1.

Далее, согласно изобретению кислота представляет собой слабую органическую кислоту. Слабую органическую кислоту преимущественно выбирают из группы, в которую входят лимонная кислота, уксусная кислота и их смеси.

В соответствии с четвертым аспектом изобретения предлагается твердый агрегированный матрикс, образующийся при обработке массы твердых частиц с помощью способа в соответствии с первым аспектом изобретения.

В соответствии с пятым аспектом изобретения предлагается твердый агрегированный матрикс, образующийся при обработке массы твердых частиц вяжущей композицией в соответствии с третьим аспектом изобретения.

В соответствии с шестым аспектом изобретения предлагается техногенный продукт, полученный из твердого агрегированного матрикса в соответствии с четвертым или пятым аспектом изобретения.

Дальнейшее описание изобретения

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения вяжущую композицию для обработки твердых частиц с образованием твердого агрегированного матрикса приготовляют способом, включающим стадии:

- приготовление мочевиноформальдегидного преконденсата (МФК);

- подготовка полярного растворителя, такого как вода;

- подготовка дополнительного количества мочевины;

- подготовка кислоты или ее соли, преимущественно в форме слабой органической кислоты, такой как лимонная кислота или уксусная кислота, причем кислоту или ее соль подбирают таким образом, чтобы обеспечить значение рН вяжущей композиции от 2,0 до 5,3;

- подготовка сахара, выбираемого из группы, в которую входят сахароза, глюкоза, фруктоза и их смеси;

- подготовка промотора связывания для усиления связывания между вяжущей композицией и твердыми частицами;

- необязательная подготовка одного или более агентов, выбираемых из группы, в которую входят силиконы, силаны, силанолы, масла, антикоррозионные агенты, УФ-защитные агенты, биоциды, рН-буферы, цемент, аммиак, соли аммония, пластификаторы, лигносульфинаты и их оксиды, фенолы и их смеси; и

- смешение перечисленных выше компонентов с образованием вяжущей композиции.

Вяжущую композицию смешивают с твердыми частицами и дают затвердеть с образованием твердого агрегированного матрикса в течение времени более 30 мин после смешения с твердыми частицами. Вяжущую композицию смешивают с твердыми частицами либо путем физического перемешивания либо с помощью внедрения и адсорбции.

После стадии смешения и перед стадией отверждения агрегированный матрикс может быть подвергнут уплотнению и/или формовке в техногенный продукт, такой как кирпич, камень для мощения и т.п. В одном из предпочтительных вариантов изобретения растворенные или суспендированные в воде реагенты физически смешивают с твердыми частицами с помощью лопаты, грейдера, грабель, плуга и т.п., после чего производят уплотнение. Уплотнение играет решающую роль, поскольку оно позволяет образование полимерных цепей в непосредственной близости от поверхности частиц. Уплотнение важно также и потому, что оно повышает прочность твердого агрегированного матрикса.

Промотором связывания преимущественно является жирная кислота сложного строения, образующаяся при полном окислении растительных сахаров. Более конкретно промотор связывания выбирают из группы, в которую входят гуминовая кислота, фульминовая кислота, их соли и смеси. Еще одним добавляемым промотором связывания является поверхностно-активное вещество, преимущественно, но не исключительно додецилбензол натрия.

Пластификаторы преимущественно выбирают из группы, в которую входят фталаты, углеводороды, ацетаты, латекс и гликоли.

УФ-защитные агенты преимущественно выбирают из группы, в которую входят органические фенолы, фосфаты и неорганические оксиды.

Материал из твердых частиц, пригодный для обработки вяжущей композиции, преимущественно, но не исключительно, выбирают из группы, в которую входят песок, грунт, гравий, природные или синтетические волокна, включающие стекло-, стальные, углеродные и полимерные волокна, глина, кремнеземы, кусковое золото, резина, камни, галька, частично связанные цементирующие массы, трава, шлак, отходы со свалок, угольные частицы, зола и их смеси. В число твердых частиц могут также входить натуральные или синтетические волокна, такие как стеклянные, стальные, углеродные или синтетические пластики, или волокна из полимерного материала с целью обеспечения дополнительной прочности, или термопластичная смола для придания или усиления некоторых свойств матрикса или для улучшения его стойкости, прочности и водонерастворимости.

Отношение формальдегид/мочевина в вяжущей композиции выбирают от 1,5:1 до 2,5:1, предпочтительно, но не исключительно 1,83:1.

Впервые неожиданным образом было обнаружено, что благодаря выбранному интервалу рН вяжущей композиции согласно изобретению эта композиция отверждается после смешения с твердыми частицами в течение увеличенного периода времени от по меньшей мере 30 мин до нескольких суток и что процесс отверждения может даже продолжаться постепенно в течение 45 суток.

Кроме того, было неожиданным образом обнаружено, что добавление сахаров и/или жирных кислот сложного строения, образующихся при полном окислении растительных сахаров, таких как гуминовая кислота, фульминовая кислота, их соли и смеси, значительно усиливает связывающие свойства вяжущей композиции. Влияние добавления гуминовой кислоты проиллюстрировано в по крайней мере двух приведенных в описании примерах.

Благодаря диапазону рН, который подбирают для вяжущей композиции путем добавления кислоты, время отверждения вяжущей композиции после ее смешения с твердыми частицами больше времени отверждения для композиций предшествующей техники, более конкретно больше 30 мин и достигает даже 45 суток. Это предоставляет достаточное время для смешения вяжущей композиции с несколькими тоннами грунта с утра с последующим нанесением и уплотнением смеси в течение дня без отверждения вяжущей композиции за среднее время в такой степени, чтобы твердые частицы не были эффективно связаны спустя несколько часов после приготовления и смешения вяжущей композиции. Было также неожиданным образом обнаружено, что в том случае, когда отверждение происходит в течение более продолжительного времени, получают более качественный твердый агрегированный матрикс.

При сооружении дорог и аналогичных поверхностей, таких как взлетные полосы, вяжущую композицию смешивают с подходящими твердыми частицами и перед отверждением подвергают смесь уплотнению на основе, в результате чего образуется твердый агрегированный матрикс. Такой матрикс является водостойким, инертным, устойчивым, долговечным и износостойким. Мог бы представить интерес и альтернативный вариант, в котором вяжущую композицию можно было бы распылить на основе и после этого покрыть сверху твердыми частицами.

Характеристики агрегированного матрикса могут быть дополнительно подкорректированы добавлением перечисленных выше дополнительных агентов. Пластификаторы, такие как фталаты, углеводороды, латекс, ацетаты или гликоли, придают твердому агрегированному матриксу больше пластичности и эластичности.

УФ-защитные агенты, такие как органические фенолы, фосфаты или неорганические оксиды, полезны для предотвращения разрушения агрегированного матрикса под действием ультрафиолетового света. Биоцид ингибирует развитие в матриксе грибков и бактерий.

В одном из вариантов изобретения материалом из твердых частиц является грунт. Массовое отношение вяжущая композиция/грунт выбирают в пределах от 0,01:0.99 до 0,25:0,75. Как правило, массовое отношение вяжущая композиция/грунт равно 0,03:0,97.Близкие массовые отношения могут применяться и для других типов твердых частиц.

Предпочтительное влагосодержание (оптимальное влагосодержание или ОВС) смеси вяжущей композиции с грунтом составляет от 3 до 45% мас. в зависимости от конкретного применения. Битумная эмульсия содержит анионный или катионный эмульгатор и составляет от 0,2 до 40% от массы всей смеси.

Для сооружения дороги и достижения оптимального уплотнения в грунте необходимо создать оптимальное для этого грунта содержание влаги. Его легко рассчитать, определив, какое количество воды необходимо добавить. Например, для получения ОВС, обеспечивающему наилучшее уплотнение, к небольшому образцу твердых частиц нужно добавить 3% воды (добавляйте к образцу грунта по 1% за один прием до тех пор, пока грунт не превратится в вашей руке в шарик, или же производите замеры в лаборатории). Добавляемая вода приведет к гораздо большей прочности подвергнутых уплотнению твердых частиц в способах с применением смешения. В случае способов с применением распыления или герметизации песчаной поверхности используют значительно больше воды, которая в этих способах, продолжая выполнять роль растворителя, становится также эффективным распыляющим агентом или агентом внедрения. Вода экономично распыляет вяжущую композицию над желаемой поверхностью и на желаемую глубину или же делает возможной перекачку вяжущей композиции на расстояние, например при обрызгивании какой-либо насыпи. Таким образом достигают желаемого содержания вяжущей композиции в твердых частицах, благодаря чему образуется эффективный твердый агрегированный матрикс. Количество воды могло бы быть также использовано для регулирования прочности или характеристик в массе твердых частиц путем миграции агентов и промоторов через поверхность техногенного продукта при сушке. При этом агенты и промоторы концентрируются в направлении к поверхности, обеспечивая в этом направлении образование относительно более твердых слоев.

Все реагенты и компоненты добавляют и перемешивают при температуре 50°С или ниже, обычно 30°С или ниже, например при комнатной температуре.

Дополнительную мочевину и другие ингредиенты подбирают таким образом, чтобы мольное отношение формальдегид/мочевина было в пределах от 1,2:1 до 2,5:1, предпочтительно 1,83:1, что обеспечивало бы присутствие формальдегида в количестве, достаточном для продолжения протекания в твердом агрегированном матриксе процесса поперечного сшивания в течение более продолжительного времени без образования избытка формальдегида, который мог бы быть причиной нежелательных выделений формальдегида.

Содержание свободного формальдегида в МФК снижают для сведения к минимуму выделений формальдегида, например 70% связанного формальдегида на 30% свободного формальдегида или 88% связанного формальдегида на 12% свободного формальдегида. Однако вязкость в случае последнего отношения повышается, а время хранения понижается, в то время как в случае первого отношения продукт легче разливается и характеризуется более длительным временем хранения.

Обычно МФК содержит связанный и свободный формальдегид в отношении, близком к 50:50, но мог бы даже быть использован и формалин, не содержащий свободного формальдегида. МФК может использоваться в неперегнанном виде, содержащем при этом значительно больше воды, целью чего является уменьшение выделений формальдегида по причине гигроскопической природы формальдегида, содержащегося в формалине в присутствии избытка воды.

Изобретение значительно уменьшает выделение формальдегидных испарений в процессе применения. Факторами, которые способствуют этому очень важному преимуществу, являются слабая органическая кислота, битумная эмульсия, относительно высокие количества воды, дополнительные промоторы и агенты связывания и относительно долгое время реакции, благодаря чему поддерживаются относительно низкие температуры реакции. Применение фенолформальдегидных смол в предшествующей технике обычно происходит быстрее и при более высоких температурах, что может сопровождаться более высокими скоростями выделения, что часто приводит к образованию геля, а не жесткого твердого материала, который образуется в настоящем изобретении.

Последовательность, в которой смешиваются материалы, также является важным фактором. Неожиданным образом обнаружено, что формальдегид выделяется в меньшей степени в том случае, когда вначале растворяют в воде мочевину, затем добавляют битумную эмульсию, затем МФК, затем другие промоторы и агенты связывания и после этого слабую органическую кислоту.

Время реакции может быть увеличено для предоставления большего рабочего времени, особенно при повышенных температурах (например, летом или в более теплых регионах), с использованием в реакции буфера или меньшего количества кислоты, предоставляя веществам взаимодействовать при относительно высоком рН, например рН 4,5. При меньшем времени реакции рН может быть понижен добавлением большего количества кислоты, в результате чего рН реакции может, например, понизиться до 3,5 или ниже. Предельные значения рН, т.е. слишком высокие или слишком низкие, в процессе реакции приводят к более слабому образованию полимера. Разовое количество и тип используемой кислоты также могли бы быть подкорректированы с целью компенсировать избыток присутствующих в твердых частицах щелочных или кислотных веществ.

Анионная битумная эмульсия является предпочтительной, поскольку ее щелочные свойства делают возможным добавление относительно большего количества описанных выше кислот, что улучшает связывающие характеристики вяжущей композиции. При проведении испытаний было установлено, что анионная битумная эмульсия (60/40 суспензия битума в воде с эмульсией) усиливает водостойкость, прочность и эластичность твердого агрегированного матрикса. Битум в основном представляет собой углеводород, получаемый в конце процесса переработки нефти и содержит также много органических веществ, способных улучшить вяжущие характеристики вяжущей композиции. Альтернативным образом могли бы быть использованы битумные или неионные, или катионные битумные эмульсии.

Когда вяжущая композиция распыляется на блок твердых частиц и проникает в этот блок, твердые вещества в композиции, такие как битум и латекс, отделяются от вяжущей композиции в направлении к поверхности блока твердых частиц с образованием на этой поверхности покрытия. Такое покрытие способствует уменьшению выделений формальдегида и сохраняет формальдегид для дальнейшего связывания с мочевиной (что предпочтительнее, чем давать возможность формальдегиду испаряться). Покрытие защищает также агрегированный матрикс от дождя, например, в процессе отверждения. При распылении на грунте, например, твердый битум отделяется от растворителя и остается на или близко от поверхности блока твердых частиц, в то время как остальная часть вяжущей композиции углубляется вместе с водой в твердые частицы. В результате этого образуется более жесткий твердый агрегированный матрикс в разных слоях, где содержание битума может быть скорректировано так, чтобы дать возможность водяному пару испаряться через не совсем плотное битумное покрытие на или близко от поверхности блока твердых частиц. Это позволяет твердому агрегированному матриксу высыхать в то время, когда битумное покрытие образует защитное покрытие, препятствующее проникания воды в твердый агрегированный матрикс. Этот битум еще более усиливается остатками вяжущей композиции на той же поверхности. Более высокая дозировка битума приводит таким образом к образованию водонепроницаемого покрытия на или близко от поверхности.

Другие щелочные вещества, такие как портландцемент и другие типы цементов, могут быть использованы похожим образом для получения более эффективной вяжущей композиции и увеличения прочности твердого агрегированного матрикса. Цемент можно также добавлять с целью заблаговременного создания дополнительной прочности во влажном состоянии на или близко от поверхности в расчете на реакцию с водой и для вытеснения битума из его эмульсии.

Было обнаружено, что использование латекса в настоящем изобретении улучшает качества твердого агрегированного матрикса. Например, латекс придает твердому агрегированному матриксу улучшенные характеристики водостойкости, прочности и эластичности, в то же время сохраняя цвет твердых частиц. Таким образом, прозрачный латекс, будучи введенным в вяжущую композицию, действует так же как битум, с той разницей, что с латексом сохраняется цвет эстетически привлекательных инертных частиц, таких как глина, осадочный грунт или песчаник. Таким образом, латекс в сочетании с этими частицами обеспечивают привлекательно окрашенное покрытие (вместо черного битума), которое сохраняет свой естественный вид инертных частиц и/или снижает себестоимость окраски, и/или придает другие свойства поверхности твердого агрегированного матрикса. Это снижает расходы по сравнению с расходами в процессе, в котором твердые добавки или латекс содержатся по всей массе твердого агрегированного матрикса.

Вяжущую композицию приготовляют в жидкой форме в водном растворе, благодаря чему композиция способна проникать даже в тонкодисперсные грунты, после чего она отверждается с образованием водонерастворимой вяжущей композиции в твердом агрегированном матриксе, который не дает протеков. Вода образует важную и неотъемлемую часть вяжущей композиции, так как она служит для растворения гранул мочевины, для разбавления раствора с целью более легкой перекачки или распыления, для удержания в растворе или твердом агрегированном матриксе паров очень хорошо растворимого в воде формальдегида, для относительно более высокой прочности и относительно более слабых выделений. Вода кроме того является великолепным недорогим способствующим растеканию агентом для усиления проникания вяжущей композиции в твердые частицы для создания для надежной прочности по всей массе твердого агрегированного матрикса.

Было обнаружено, что вяжущая композиция связывает между собой мелкие частицы в твердый агрегированный матрикс, в то время как многие другие вяжущие композиции оказались для этого непригодными. Вяжущая композиция образует таким образом великолепный подавитель пылеобразования, который удерживает мелкие частицы материала из твердых частиц в твердом агрегированном матриксе, которые (частицы) становятся водонерастворимыми и после реакции не дают протечки. Этот слой отвержденного материала из твердых частиц имеет улучшенные влажную и сухую прочности.

Кроме того, было неожиданным образом обнаружено, что смесь вяжущей композиции с твердыми частицами связывается с отвержденным цементом и другими инертными поверхностями. Еще один аспект изобретения состоит в том, что вяжущая композиция не нуждается в отверждении с водой (как это имеет место с цементом), а просто оставляется высыхать.

Поскольку твердые частицы образуют важную часть конечного твердого агрегированного матрикса, в том случае, когда прочность конечного продукта недостаточна, для повышения прочности конечного продукта могут быть использованы добавки дополнительных относительно более мелких или более крупных частиц. Такие более мелкие или более крупные частицы часто имеются в наличии на участке, где производятся строительные работы с твердым агрегированным матриксом.

Как утверждалось выше, дорогу можно сооружать путем смешения вяжущей композиции с твердыми частицами, уплотнения смеси и ее самопроизвольного отверждения при помещении ее на слой основы. На поверхности слоя основы могут быть созданы и другие слои из смеси вяжущей композиции и твердых частиц. Однако в случае дополнительных слоев состав вяжущей композиции каждый раз корректируют или выбирают новый с целью того, чтобы эти слои были относительно более жесткими и более стойкими к износу и воде. Этого можно достичь, добавляя больше битума или повышая отношение вяжущей композиции к твердым частицам. Таким образом, один твердый агрегированный матрикс мог бы состоять из нескольких различных слоев твердого агрегированного матрикса, прочность которых увеличивалась бы в направлении к внешнему слою. Это дает преимущество в том, что относительно более твердый и возможно более плотный внешний слой защищает слои подложки будучи стойким к износу и воде, благодаря чему эти слои остаются сухими и связными. К такому усиленному внешнему слою может быть добавлен химически отвержденный песчаный герметик с целью еще большего усиления защиты внешнего слоя от износа. Это может быть осуществлено и позже в процессе технического обслуживания или профилактических ремонтных работ.

Далее изобретение описывается на нескольких примерах со ссылками на приложенные фигуры и таблицы. В целях ясности описания ряда чертежей каждый раз приводятся в сопровождающих их примерах

ПРИМЕР 1:

Для получения твердого агрегированного матрикса в соответствии с изобретением путем приготовления вяжущей композиции и смешения вяжущей композиции с блоком твердых частиц:

1. Берут 1 кг твердых частиц в виде грунта, предпочтительно характеризующегося равномерным распределением частиц от мелких до крупных;

2. Определяют содержание влаги для оптимального уплотнения грунта, например добавлением 5% мас. воды, и заливают воду (например, 50 г) в смесительную емкость.

3. Добавляют к воде 7 г гранул мочевины и перемешивают в течение 15 мин или до растворения;

4. Добавляют 15 г битумной эмульсии (анионной);

5. Добавляют 22 г МФК;

6. Добавляют 1 г лимонной кислоты, предварительно обработанной сахарами, растворяющимися при этом в лимонной кислоте (например, 30%-ным концентратом);

7. Добавляют 1 г гуминовой кислоты (убавляют или увеличивают количество кислоты, если рН ниже 3 или выше 5);

8. Добавляют другие требуемые добавки, например 0,006 г силанов (или 0,02% от массы раствора);

9. Тщательно смешивают с грунтом, используя перемешивание или проникание;

10. Смешивают 2 г латекса с 8 г воды и хорошо перемешивают полученную смесь с твердыми частицами;

11. Смешивают 5 г материалов из пп.3-8 с 5 г воды и распыляют на твердых частицах;

12. Хорошо уплотняют; и

13. Оставляют отверждаться при комнатной температуре, не прибегая к отверждению с водой, в результате чего образуется твердый агрегированный матрикс.

ПРИМЕР 2:

1. Повторяют приведенные выше стадии 1-8;

2. Добавляют относительно большее количество воды с целью обеспечения более глубокого внедрения вяжущей композиции;

3. Распыляют жидкость на поверхности грунта;

4. Распыляют смесь приведенного выше п.10 на грунте (только проникание или примешивание);

5. Оставляют высыхать до содержания влаги, близкого к оптимал