Патент на изобретение №2198857
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для укрепления грунтов оснований автомобильных, железных дорог, для устройства фундаментов жилых и гражданских сооружений и для получения ячеистого бетона. Технический результат – повышение прочности на сжатие, прочности на изгиб, водостойкости и морозостойкости. Строительная композиция включает вяжущее, представляющее собой неполно обожженные отходы горнодобывающих производств, и содержит по крайней мере оксиды кальция CaO, магния MgO, кремния SiO2 и железа Fе2О3, и кремнеземсодержащую добавку. В качестве вяжущего содержит отходы бруситового производства, а в качестве кремнеземсодержащей добавки – отходы производства цеолита при следующем соотношении компонентов, мас. %: неполно обожженные отходы бруситового производства – 60-80, указанная кремнеземсодержащая добавка – 20-40. Кроме того, соотношение CaO к MgO в отходах бруситового производства составляет по меньшей мере 1:5. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для укрепления грунтов оснований автомобильных и железных дорог, для устройства фундаментов жилых и гражданских сооружений и для получения ячеистого бетона. Известно, что введение отходов горнодобывающих производств в строительные композиции повышает их физико-механические свойства. Известны строительные композиции, включающие 25% вяжущего и 75% кремнеземсодержащей добавки [1]. В качестве вяжущего взята известь, в качестве кремнеземсодержащей добавки – зола-унос следующего химического состава, мас. %: SiO2 – 48,3-64,0; Аl2О3 – 4,2-8,3; (СаО + МgО) – 3,2-8,5; Na2О – 1,4-3,9. В результате смешивания укрепляемого грунта со строительной композицией и с последующим его уплотнением происходят сложные химические, физико-химические и кристаллообразующие процессы. Гидроксид кальция Са(ОН)2 извести взаимодействует с кремнеземом добавки, образуя при этом силикаты кальция, обладающие цементирующим свойством. Катионы кальция (СА++), являющиеся продуктов гидратации извести, поглощаются тонкодисперсной фракцией грунта с необратимой коагуляцией, что приводит к агрегатированию и цементированию частиц грунта. Таким образом, в результате уплотнения смеси строительной композиции с грунтом образуется конгломерат, прочность, водостойкость и морозостойкость которого позволяет использовать композицию только для дорог 3-4 категории и для грунтов с влажностью ниже оптимальной. Так, 28-суточная прочность на сжатие грунта, имеющего в своем составе 72% песчано-гравийной смеси, 20% золы-уноса и 8% извести, составляет 0,82 МПа, прочность на изгиб – 0,15 МПа, а 90-суточная прочность на сжатие – 1,8 МПа, на изгиб – 0,33 МПа. Морозостойкость упрочненного грунта в возрасте 28-90 суток повышается в 2 раза. Однако физико-механические свойства укрепленного грунта являются низкими, что не позволяет использовать известную строительную конструкцию при строительстве дорог высокого класса (1-2 категории) и для грунтов с повышенной влажностью. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является строительная композиция, включающая 40-60% вяжущего и 40-60% кремнеземсодержащей добавки [2]. В качестве кремнийсодержащей добавки используют золу-унос с активностью по извести (СаО), равной 32,84 мг/г, и содержащую СаО – 2,2-2,8%; МgО – 2,0-3,0%; SiO2 – 50,0-52,0%; Аl2О3 – 15,0-24,0%; Fe2О3 – 17,0-22,0%; SO3 – 0,4-0,8%; К2О – 1,5-3,0%; Na2О – 0,2-0,4%; п.п.п.- 3,4%. В качестве вяжущего взята доломитовая известь, которая представляет собой неполно обожженную пыль отходов доломитового производства и имеет следующий химический состав: СаО – 34,87%; МgО – 21,68%; SiO – 8,30%; Аl2О3 – 4,76%; Fe2О3 – 4,0%; SO3 – 6,72%; п. п.п. – 20,48. В результате смешивания укрепляемого грунта со строительной композицией и последующего его уплотнения происходят сложные химические, физико-химические и кристаллообразующие процессы. При взаимодействии активных оксидов кальция и магния (СаО, МgО) полуообожженного доломита с кремнеземом золы (SiO2) последний поглощает оксиды, образуя силикаты, алюмосиликаты кальция и магния. В свою очередь, силикаты, алюмосиликаты кальция и магния при химическом взаимодействии с тонкодисперсной частью грунтов образуют водостойкие гидросиликаты, гидроалюмосиликаты кальция и магния (Са и Мg). Катионы кальция (Са++) и магния (Mg++), содержащиеся в полуобожженом доломите, способствуют коагуляции тонкодисперсной фракции грунта с последующим образованием водостойких кристаллических структур новой твердой фазы, которые сращиваются между собой. Результатом сращивания является прочный и водостойкий монолит. Кроме того, в результате гидратации и дедоломитизации содержащиеся в отходах оксиды кальция и магния образуют гидроксилы кальция и магния. Последние, в свою очередь, (гидроксиды кальция и магния) взаимодействуют с активным кремнеземом и глиноземом золы, создавая новообразования гидросиликатов и алюмосиликатов, которые обволакивают не прореагировавшие частицы доломита, кальцита и золы, служащие микронаполнителями в формирующемся монолите. В результате физико-химического и химического взаимодействия грунта с укрепляющей композицией повышается его плотность, прочность и водостойкость. Так, образцы укрепленные строительной композицией, включающей 60% отходов доломита и 40% золы, имеют прочность на сжатие 4,5 МПа, прочность на изгиб 2,2 МПа, коэффициент водостойкости К=0,75. Прочностные показатели грунта позволяют использовать строительную композицию только для дорог 3-4 категории и для грунтов, имеющих нейтральную или щелочную среду (песчаные или обломочные грунты). К недостаткам строительной композиции относится ограниченная возможность использования грунта для строительства дорог повышенной категории, дорог без покрытия и грунтов, имеющих кислую среду (суглинистые и глинистые грунты). Задача, стоящая перед авторами, заключалась в разработке строительной композиции, позволяющей получать для строительства широкого диапазона дорог грунт, обладающий высокими прочностными, водо- и морозостойкими показателями за счет увеличения в 2-2,5 раза в процессе твердения количества центров кристаллизации, обусловленного наличием в композиции водонерастворимых кристаллов форстерита и энстатита. Для достижения указанного результата в известной строительной композиции, включающий вяжущее с содержанием СаО, МgО, SiO2 Al2О3, Fe2О3, SO3 и п. п. , представляющее собой неполно обожженные отходы горнодобывающих производств, и кремнеземсодержащую добавку, в качестве вяжущего в ней взяты отходы производства брусита, а в качестве кремнеземсодержащей добавки – отходы производства цеолита при следующем соотношении компонентом, мас.%: Неполно обожженные отходы бруситового производства – 60-80 Указанная кремнеземсодержащая добавка – 20-40 Кроме того, для укрепления грунта соотношение СаО к МgO в отходах бруситового производства выбрано равным по меньшей мере 1,5. Благодаря введению строительной композиции в укрепляемый грунт значительно повышаются его физико-химические свойства. Улучшение показателей обусловлено следующими причинами. При обжиге отходов бруситового производства кроме кальциевой и магнезиальной извести, которые при взаимодействии активно реагируют с кремнеземом и глиноземом цеолита, образуя прочные кристаллы силикатов, гидроксиликатов, гидроалюминатов Са и Мg, из серпентинита образуются минералы форстерита и энстатита. Последние являются дополнительными центрами кристаллизации в процессе взаимодействия с кремнеземом и глиноземом цеолита. Это приводит к дополнительному образованию силикатов, гидроксиликатов, гидроалюминатов Са и Мg. Наличие в составе отходов бруситового производства 14-15% серпентинита позволяет увеличить в 2-2,5 раза количество центров кристаллизации в укрепляемом грунте. Увеличение количества центров кристаллизации и, как следствие, кристаллов силикатов, гидросиликатов, гидроалюминатов Са и Мg приводит к доуплотнению и доупрочнению дисперсных глинистых частиц грунта. При этом прочностные характеристики укрепленного грунта значительно повышаются. Кроме того, наличие в отходах бруситового производства большого содержания окиси магния МgО (до 60%) приводит при гидратации к повышенному поглощению воды из грунта, что, в свою очередь, вызывает его осушение и переводит грунт из переувлажненного состояния до состояния оптимальной влажности. Следствие оптимальной влажности является максимальное уплотнение грунта, повышение водостойкости и морозостойкости. Строительная композиция включает вяжущее, представляющее собой неполно обожженные отходы бруситового производства, в количестве 60-80%, и кремнеземсодержащую добавку, представляющую собой отходы производства цеолита, в количестве 20-40%. Отходы бруситового производства содержат 65-66% брусита Мg(ОН)2, 14-15% серпентинита Мg[(ОН)8] Si4О10, 13-14% кальцита СаСО3, доломита СаМgСО3 и магнезита МgСO3, 1,5-2% гидромагнезита Мg5[СО3]4(ОН)2 ![]() 1. Ярмолинский А. И. Автомобильные дороги Дальнего Востока. – М.: Транспорт, 1994. – С.113. 2. Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства. Магнезиальные тампонажные вяжущие для глубоких скважин. Обзорная информация/ВНИИ экономики минерального сырья и геологоразведочных работ. – М., 1984. – С.8-9. Формула изобретения
Неполно обожженные отходы бруситового производства – 60-80 Указанная кремнеземсодержащая добавка – 20-40 2. Строительная композиция по п.1, отличающаяся тем, что отношение CaO к MgO в отходах бруситового производства составляет, по меньшей мере, 1:5. РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||