Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды на основе золы от сжигания осадков сточных вод

Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды на основе золы от сжигания осадков сточных вод

Реферат

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.

Данная смесь является прототипом предлагаемого способа, обеспечивает следующие свойства дорожного материала (прочность при сжатии образцов при 20°C R₂₀C, 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).

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 м²/кг, насыпная плотность 600-800 кг/м³ и содержанием SiO₂ - 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.

Это достигается тщательным перемешиванием компонентов и равномерным распределением мелкодисперсных частиц Ca(OH)₂ процессов гидролиза и гидратации в золопесчаной смеси, что обеспечивает нормальное протекание реакций взаимодействия аморфного кремнезема SiO₂, 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, Rсж вн, 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

1. Способ устройства конструктивного слоя дорожной одежды, состоящий в том, что смешивают (мас.%) 30-70 золы от сжигания осадков сточных вод городского и коммунального хозяйства с природным песком фракции 0-5 мм (остальное), 6-10 минерального вяжущего материала - цемента марки не ниже М400 или тонкомолотой негашеной извести с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, увлажняют минеральную смесь водой, перемешивают с последующей обработкой 4-8 жидкого битума СГ 90/130, разжиженного в соотношении 1:1 по массе и уплотняют с нагрузкой 30 МПа.

2. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют тонкомолотую негашеную известь с активностью не менее 60 мас.% по содержанию CaO и MgO, смесь после введения всех вяжущих выдерживают не менее 2 ч до момента уплотнения.

3. Способ по п.1, в котором в качестве минерального вяжущего материала используют цемент марки не ниже М400.

4. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают в механической мешалке в течение 1-2 мин.

5. Способ по п.1, в котором дорожную смесь перемешивают на дороге фрезой до получения однородного состава.

6. Способ по п.1, в котором в качестве органического вяжущего материала используют жидкий битум в составе 50% битума и 50% разжижителя по массе, приготовленного смешиванием в подогретом состоянии при температуре 80-100°C.