PL220745B1 - Hydrauliczne spoiwo drogowe - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest hydrauliczne spoiwo drogowe złożone z mineralnych materiałów wiążących i aktywnych wypełniaczy pucolanowych przeznaczone do ulepszania i stabilizacji gruntów oraz mieszanek kruszyw w inżynierii komunikacyjnej.

Przeznaczone jest przede wszystkim do stabilizacji i ulepszania przewilgoconych gruntów spoistych i mało spoistych o niskiej jakości.

Znane są sposoby konstruowania podbudowy dróg z wykorzystaniem kruszywa naturalnego, kruszywa pochodzenia przemysłowego lub z wykorzystaniem gruntu rodzimego stabilizowanego spoiwami w postaci cementu i/lub popiołów lotnych i/lub wapna palonego. Znane też są specjalistyczne inne hydrauliczne spoiwa stabilizacyjne przeznaczone do tego celu.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 204378 znane jest spoiwo stabilizacyjne składające się z 19-60% wagowych klinkieru cementowego,10-55% wagowych przepalonych łupków przywęglowych, 2-5% wagowych popiołów dennych i/lub 50-70% wagowych popiołów lotnych zawierających w przeliczeniu na tlenki pierwiastków 25-37,9% dwutlenku krzemu, 12-25% trójtlenku glinu, 7,1-20% trójtlenku żelaza, 12,1-40% tlenku wapnia, 1-4% tlenku magnezu, 0,3-8% trójtlenku siarki oraz do 13% innych składników uzupełniających.

Z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P-383305 znany jest sposób wytwarzania materiału wiążącego, przeznaczonego korzystnie do podbudowy drogi lub do jej stabilizacji polegający na zmieszaniu materiału wypełniającego ze spoiwem, korzystnie cementem i wodą. Jako materiał wypełniający jest mieszanina popiołu i żużla w ilości 60-90% wagowych, a jako spoiwo cement dowolnej marki w ilości 3-15% wagowych. Wodę podaje się w ilości 5-40% wagowych.

Z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P-372780 znana jest mieszanina stabilizująca dla budownictwa lądowego, mająca zastosowanie w szczególności do budowy nasypów, wałów, dróg i umocnień, składająca się z materiału mineralnego w ilości 65-93% wagowych, popiołu w ilości 7-35% wagowych oraz czynnika nawilżającego, a jej wilgotność wynosi 9-15%. Korzystnym materiałem mineralnym jest łupek przywęglowy nieprzepalony w postaci odpadu popłuczkowego.

Z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P-357459 znany jest sposób wytwarzania spoiw mineralnych oraz spoiwa mieszane na bazie popiołów lotnych, gdzie wytwarzanie polega na mieszaniu zaktywowanego mechanicznie popiołu lotnego konwencjonalnego zwanego Megapar A w ilości 65-80% wagowych z cementem portlandzkim w ilości 1 0- 25% wagowych oraz z wapnem palonym lub hydratyzowanym w ilości 3-12% wagowych i poddaniu powstałej mieszanki mieleniu w młynie wibracyjnym aż do całkowitego zhomogenizowania.

Stosowanie tradycyjnych spoiw hydraulicznych w postaci cementu lub wapna, lub spoiw z ich znaczącym udziałem, napotyka na ograniczenia w ich aplikacji dla gruntów charakteryzujących się dużym udziałem trakcji spoistych, pylastych, a także przemoczonych. Ich aplikacja nie daje gwarancji uzyskania wzmaganych parametrów wytrzymałości na ściskanie i odporności na wodę. Stosowanie samego wapna lub samych pyłów ogranicza się tylko do osuszania gruntu bez uzyskania odporności na wtórne działanie wody. Stąd stosowane są znane specjalistyczne spoiwa drogowe przeznaczone szczególnie do stabilizacji takich właśnie gruntów o niskiej jakości. Spoiwa te stanowią dobrane mieszaniny składników mineralnych i wiążących, gdzie ich istotnym składnikiem o cechach hydraulicznych jest cement. Spoiwa te nie spełniają jednak wszystkich oczekiwanych cech użytkowych. Ich istotnymi mankamentami jest między innymi występowanie skurczu liniowego w stabilizowanych konstrukcjach podbudowy oraz małe przyrosty ich nośności.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad znanych dotychczas spoiw hydraulicznych wykorzystywanych do dedykowanych aplikacji w budownictwie komunikacyjnym.

Hydrauliczne spoiwo drogowe zawierające klinkier cementowy, łupki przywęglowe, popioły według wynalazku składa się z 38-50 części wagowych klinkieru cementowego, 6-15 części wagowych piasków z kotła fluidalnego zawierających bezwodny siarczan wapnia w przeliczeniu na SO3 w ilości nie mniej niż 10% wagowych, 38-50 części wagowych przepalonych łupków przywęglowych zawierających 10-35% wagowych pyłu z procesu suszenia przepalonych łupków przywęglowych, 2-8 części wagowych pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru oraz do 3 części wagowych pyłów z procesu suszenia surowców mineralnych stosowanych do produkcji klinkieru i/lub cementu.

Na zsumowany udział pyłu z procesu suszenia pyłu z procesu suszenia łupków przywęglowych, pyłu piecowego klinkierowego oraz pyłu z procesu suszenia surowców mineralnych składa się

PL 220 745 B1

40-85% wagowych pyłu z procesu suszenia przepalonych łupków przywęglowych, do 60% wagowych pyłu piecowego klinkierowego.

Korzystnie piaski z kotła fluidalnego zawierają 10-20% wagowych bezwodnego siarczanu wapnia w przeliczeniu na SO3.

Korzystnie 38-50 części wagowych przepalonych łupków przywęglowych zawiera 18-31% wagowych pyłu pochodzącego z procesu suszenia łupków przywęglowych.

Hydrauliczne spoiwo drogowe zawiera 18-30% wagowych części nierozpuszczalnych w HCl oraz powyżej 35% wagowych wapnia w przeliczeniu na CaO.

Dzięki dobranemu składowi spoiwo według wynalazku charakteryzuje się nieoczekiwanie wysoką reaktywnością hydrauliczną bez równoczesnego występowania negatywnego zjawiska w postaci skurczu liniowego mierzonego parametrem zmiany objętości według Le Chatelier'a. Spoiwo według wynalazku charakteryzuje się nie spotykanie bardzo wysoką wartością parametru wytrzymałości na ściskanie już po dwóch dniach oraz równie wysoką wartością parametru wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach, mierzonymi według normy cementowej. Te parametry spoiwa według wynalazku są właściwe dla spoiwa o klasie HRB 32,5 E według normy ENV 13292 : 2000. Wysoka wartość parametru wytrzymałości na ściskanie po dwóch dniach spoiwa według wynalazku umożliwia z kolei uzyskanie szczególnie wysokiego przyrostu nośności stabilizowanego gruntu oraz uzyskanie jego docelowych parametrów wytrzymałości na ściskanie. Korzystną cechą spoiwa są także jego właściwości osuszające mierzone parametrem wodożądności. Dzięki temu spoiwo według wynalazku jest szczególnie przydatne do stabilizacji gruntów przewilgoconych, bez konieczności ich uprzedniego osuszania za pomocą wapna. Spoiwo według wynalazku cechuje się łatwością aplikacji spoiwa do kruszyw i gruntów rodzimych.

Dzięki tym cechom hydraulicznego spoiwa drogowego według wynalazku, możliwe jest uzyskanie skonstruowanej z jego udziałem podbudowy, która cechuje się dużą szczelnością, odpornością na korozję, dużą wytrzymałością i trwałością, odpornością na naprężenia, przez co dobrze współpracuje z warstwą nawierzchniową. Tym samym eliminuje się występowanie zniszczeń i deformacji dróg podczas ich użytkowania, na co istotny pozytywny wpływ ma też nieoczekiwanie wysoki parametr wytrzymałości na zginanie tak skonstruowanej warstwy podbudowy.

Grunty lub kruszywa stabilizowane spoiwem według wynalazku mogą być wykorzystane do konstruowania podbudów zasadniczych, pomocniczych, warstw wzmacniających, warstw ulepszonego podłoża pod wszelkiego rodzaju drogi oraz pod place postojowe, manewrowe, pod nawierzchnie betonowe, do wzmacniania i budowy dróg tymczasowych, do budowy nawierzchni twardej nieulepszonej stabilizowanej mechanicznie, do budowy utwardzonych konstrukcji nasypów i skarp oraz wałów ziemnych.

Warstwę konstrukcyjną uzyskuje się przez połączenie i dokładne zmieszanie gruntu i/lub kruszywa ze spoiwem według wynalazku na zakładaną głębokość, 25-50 cm, dobierając ilość spoiwa odpowiednio do zakładanych parametrów wytrzymałości na zgniatanie i/lub odpowiednio do uzyskania zakładanego stopnia osuszenia konstruowanej warstwy. Wymagane jest na koniec zagęszczenie tak uformowanej warstwy konstrukcji drogowej.

P r z y k ł a d I.

Poddaje się wspólnemu przemiałowi 38,5 części wagowych klinkieru cementowego, 15 części wagowych piasków z kotła fluidalnego zawierających bezwodny siarczan wapnia w ilości 10% wagowych w przeliczeniu na SO3, 30,9 części wagowych wysuszonych przepalonych łupków przywęglowych, 15,6 części wagowych mieszaniny pyłów, w której udział pyłu pochodzącego z suszenia przepalonych łupków przywęglowych wynosi 45,5% wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru wynosi 51,3% wagowych, udział pyłu pochodzącego z suszenia surowców mineralnych stosowanych do produkcji klinkieru i/lub cementu jak żużel i/lub kamień wapienny wynosi 3,1% wagowych. Otrzymuje się spoiwo, w którym sumaryczny udział przepalonych łupków przywęglowych wynosi 38 części wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego wynosi 8 części wagowych, a udział pyłów pochodzących z procesu suszenia surowców mineralnych wynosi 0,5 części wagowych. Spoiwo to zawiera 19,4% wagowych części nierozpuszczalnych w HCl (oznaczenie według normy PN-EN 196-2:2006) oraz zawiera 38,5% wagowych wapnia w przeliczeniu na CaO.

Otrzymane hydrauliczne spoiwo drogowe charakteryzuje się parametrami użytkowymi takimi jak zmiana objętości według Le Chatelier'a 0,4 mm (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006), wytrzymałość na ściskanie po dwóch dniach (D2) 24 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:2006,

PL 220 745 B1 wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach (D28) 40,1 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:2006), H2O do konsystencji normowej (wodo żądność) 30% (oznaczenie według normy PN-EN 196-3 :2006).

P r z y k ł a d II.

Poddaje się wspólnemu przemiałowi 46 części wagowych klinkieru cementowego, 6 części wagowych piasków z kotła fluidalnego zawierających bezwodny siarczan wapnia w ilości 17% wagowych w przeliczeniu na SO3, 29,7 części wagowych wysuszonych przepalonych łupków przywęglowych, 18,3 części wagowych mieszaniny pyłów w której udział pyłu pochodzącego z suszenia przepalonych łupków przywęglowych wynosi 56,3% wagowych ,udział pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru wynosi 27,3% wagowych, udział pyłu pochodzącego z procesu suszenia surowców mineralnych stosowanych do produkcji klinkieru i/lub cementu jak żużel i/lub kamień wapienny wynosi 16,4% wagowych. Otrzymuje się spoiwo, w którym sumaryczny udział przepalonych łupków przywęglowych wynosi 40 części wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego wynosi 5 części wagowych, a udział pyłów pochodzących z procesu suszenia surowców mineralnych wynosi 3 części wagowe. Spoiwo to zawiera 23,5% wagowych części nierozpuszczalnych w HCl (oznaczenie według normy PN-EN 196-2:2006) oraz zawiera 36% wagowych wapnia w przeliczeniu na CaO.

Otrzymane hydrauliczne spoiwo drogowe charakteryzuje się parametrami użytkowymi takimi jak zmiana objętości według Le Chatelier'a 0,4 mm (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006), wytrzymałość na ściskanie po dwóch dniach (D2) 22,5 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:2006), wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach (D28) 43 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:2006), H2O do konsystencji normowej (wodo żądność) 35% (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006).

P r z y k ł a d III.

Poddaje się wspólnemu przemiałowi 50 części wagowych klinkieru cementowego, 8 części wagowych piasków z kotła fluidalnego zawierających bezwodny siarczan wapnia w ilości 12% wagowych w przeliczeniu na SO3, 38 części wagowych wysuszonych przepalonych łupków przywęglowych, 15,5 części wagowych mieszaniny pyłów w której udział pyłu pochodzącego z suszenia przepalonych łupków przywęglowych wynosi 74,2% wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru wynosi 19,4% wagowych, udział pyłu pochodzącego z procesu suszenia surowców mineralnych stosowanych do produkcji klinkieru i/lub cementu jak żużel i/lub kamień wapienny wynosi 6,5% wagowych. Otrzymuje się spoiwo, w którym sumaryczny udział przepalonych łupków przywęglowych wynosi 38 części wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru wynosi 3 części wagowe a udział pyłów pochodzących z procesu suszenia surowców mineralnych wynosi 1 część wagową.

Spoiwo to zawiera 30% wagowych części nierozpuszczalnych w HCl (oznaczenie według normy PN-EN 196-2:2006) oraz zawiera 41,6% wagowych wapnia w przeliczeniu na CaO.

Otrzymane hydrauliczne spoiwo drogowe charakteryzuje się parametrami użytkowymi takimi jak zmiana objętości według Le Chatelier'a 0,6 mm (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006), wytrzymałość na ściskanie po dwóch dniach (D2) 20,1 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:2006 ), wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach (D28) 47 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:P2006), H2O do konsystencji normowej (wodożądność) 36% (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006).

P r z y k ł a d IV

Poddaje się wspólnemu przemiałowi 40 części wagowych klinkieru cementowego, 6 części wagowych piasków z kotła fluidalnego zawierających bezwodny siarczan wapnia w ilości 14,5% wagowych w przeliczeniu na SO3, 50 części wagowych wysuszonych przepalonych łupków przywęglowych, 19,5 części wagowych mieszaniny pyłów w której udział pyłu pochodzącego z suszenia przepalonych łupków przywęglowych wynosi 79,5% wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru wynosi 10,3% wagowych, udział pyłu pochodzącego z procesu suszenia surowców mineralnych stosowanych do produkcji klinkieru i/lub cementu jak żużel i/lub kamień wapienny wynosi 10,2% wagowych. Otrzymuje się spoiwo, w którym sumaryczny udział przepalonych łupków przywęglowych wynosi 50 części wagowych, udział pyłu piecowego klinkierowego wynosi 2 części wagowe a udział pyłów pochodzących z procesu suszenia surowców mineralnych wynosi 2 części wagowe.

Spoiwo to zawiera 26% wagowych części nierozpuszczalnych w HCl (oznaczenie według normy PN-EN 196-2:2006) oraz zawiera 40% wagowych wapnia w przeliczeniu na CaO.

PL 220 745 B1

Otrzymane hydrauliczne spoiwo drogowe charakteryzuje się parametrami użytkowymi takimi jak zmiana objętości według Le Chatelier'a 0,45 mm (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006), wytrzymałość na ściskanie po dwóch dniach (D2) 21,5 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1 :2006), wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach (D28) 42 MPa (oznaczenie według normy PN-EN 196-1:2006), H2O do konsystencji normowej (wodożądność) 38% (oznaczenie według normy PN-EN 196-3:2006).

Claims (6)

1. Hydrauliczne spoiwo drogowe zawierające klinkier cementowy, łupki przywęglowe, popioły znamienne tym, że składa się z 38-50 części wagowych klinkieru cementowego, 6-15 części wagowych piasków z kotła fluidalnego zawierających bezwodny siarczan wapnia w przeliczeniu na SO3 w ilości nie mniej niż 10% wagowych, 38-50 części wagowych przepalonych łupków przywęglowych zawierających 10-35% wagowych pyłu z procesu suszenia łupków przywęglowych, 2-8 części wagowych pyłu piecowego klinkierowego powstającego w procesie produkcji klinkieru oraz do 3 części wagowych pyłów z procesu suszenia surowców mineralnych stosowanych do produkcji klinkieru i/lub cementu.

2. Mineralne spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że na zsumowany udział pyłu z procesu suszenia łupków przywęglowych, pyłu piecowego klinkierowego oraz pyłu z procesu suszenia surowców mineralnych składa się 40-85% wagowych przepalonych łupków przywęglowych, do 60% wagowych pyłu piecowego klinkierowego.

3. Mineralne spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że piaski z kotła fluidalnego zawierają

1 0- 20% wagowych bezwodnego siarczanu wapnia w przeliczeniu na SO3.

4. Mineralne spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że 38-50 części wagowych przepalonych łupków przywęgłowych zawiera 18-31% wagowych pyłu pochodzącego z procesu suszenia łupków przywęgłowych.

5. Mineralne spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera 1 8- 30% wagowych części nierozpuszczalnych w HCl.

6. Mineralne spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera powyżej 35% wapnia w przeliczeniu na CaO.