RU2114238C1

RU2114238C1 - Compound for construction of bases for highways and ground surface structures

Info

Publication number: RU2114238C1
Application number: RU96120891A
Authority: RU
Inventors: В.А. Мымрин; Ф.Е. Волков; Л.Н. Гера; В.И. Осипов
Original assignee: Мымрин Всеволод Анатольевич
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-06-27

Abstract

FIELD: construction materials industry. SUBSTANCE: now developed is series of novel construction materials which are made up of marl used as natural ground to be bound and industrial wastes, and used as binding components are slag from preparation of lime milk for power-and-heating plants or crushed waste slag from ferrous metallurgy or their mixture in proportion of 1: 9 - 9:1, and also alkali component which usually is industrial waste with pH number not below 11. This is used as activator in processes of chemical interaction of two first aforesaid components of primary mixture. Developed materials are in fact lean concrete mixes and they possess high strength, water and frost resistance. They reliably chemically bind heavy metals into combinations which practically are insoluble in acid, alkali and neutral media. Therefore they can be utilized with high economical and ecological efficiency in construction of bases for highways, railways, airfields, dumps for urban and industrial refuse, cores of dams and various other foundations, cast-in-situ piles, in plugging of karst caverns and other hollows instead of using sand, crushed stone, gravel-sand mixtures, etc. Environment protection aspect of newly developed materials consists in substantial saving of natural resources such as sand, gravel, crushed stone and replacing them with industrial wastes not utilized at present time. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве оснований автомобильных и железных дорог, аэродромов, площадок различного назначения, фундаментов зданий и сооружений, буронабивных свай, свалок городского мусора и промышленных отходов, тампонаже карстовых и других пустот, ядер плотин и т.п. The invention relates to the field of construction and can be used in the construction of foundations of roads and railways, airfields, sites for various purposes, foundations of buildings and structures, bored piles, landfills of urban waste and industrial waste, grouting of karst and other voids, dam cores, etc. .

Известна композиция для устройства оснований, содержащая грунт, молотый металлургический шлак и активатор - цемент или известь. Вода вводится в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость полученной композиции (1). Known composition for the device of the bases, containing soil, ground metallurgical slag and an activator - cement or lime. Water is introduced in an amount providing the required workability of the resulting composition (1).

Наиболее близким аналогом к предложенной композиции является композиция, описанная в способе устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений. Композиция содержит минеральный материал - грунт, дробленый отвальный шлак черной металлургии 20 - 40%, щелочной активизатор с концентрацией 0,09 - 0,23 H (в количестве 2 - 10% и pH не менее 11) и воду 8 - 20% [2]. The closest analogue to the proposed composition is the composition described in the method of construction of the bases of roads and ground structures. The composition contains mineral material - soil, crushed waste slag of ferrous metallurgy 20 - 40%, alkaline activator with a concentration of 0.09 - 0.23 H (in an amount of 2 - 10% and a pH of at least 11) and water 8 - 20% [2 ].

Недостатком указанной композици является сравнительно невысокая прочность. The disadvantage of this composition is the relatively low strength.

Задачей изобретения является повышение прочности материалов и защита окружающей среды путем утилизации промышленных отходов. The objective of the invention is to increase the strength of materials and protect the environment through the disposal of industrial waste.

Поставленная задача решается тем, что композиция для устройства оснований автомобильных дорог и наземных сооружений, включающая грунт, в качестве вяжущего - шлам подготовки известкового молочка ТЭС или дисперсный отвальный шлак черной металлургии, или их смесь в соотношении 1:9 - 9:1 и щелочной активизатор - известковое молочко с pH не менее 11, содержит в качестве грунта мергель дисперсный природный при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мергель дисперсный - 40 - 85
Шлам подготовки известкового молочка ТЭС или отвальный шлак черной металлургии - 15 - 60
Щелочной активизатор от массы твердых компонентов - 2 - 25
При этом композиция может дополнительно содержать воду в количестве, обеспечивающем требуемую удобоукладываемость.The problem is solved in that the composition for the device of the foundations of roads and ground facilities, including soil, as a binder - sludge for the preparation of lime milk TPP or dispersed waste slag of ferrous metallurgy, or a mixture of 1: 9 - 9: 1 and alkaline activator - milk of lime with a pH of at least 11, contains as a soil dispersed natural marl in the following ratio of components, wt.%:
Dispersed mergel - 40 - 85
Sludge for the preparation of lime milk TPP or waste slag from ferrous metallurgy - 15 - 60
Alkaline activator by mass of solid components - 2 - 25
In this case, the composition may additionally contain water in an amount providing the required workability.

Композиция также содержит в качестве щелочного активизатора известь или цемент в количестве 2-5% от массы твердых компонентов. С увеличением содержания извести или цемента показатели физико-механических свойств материалов возрастают, однако при этом утрачивается их роль как активизаторов и все больше преобладает роль как вяжущих. The composition also contains lime or cement as an alkaline activator in an amount of 2-5% by weight of the solid components. With an increase in the content of lime or cement, the indicators of the physicomechanical properties of materials increase, however, their role as activators is lost and the role of binders more and more prevails.

Кроме того, активизатором может служить по крайней мере один из компонентов группы: сточные воды производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности; сточные воды отделочного производства текстильных фабрик; отход каксохимического производства, образующийся на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа; отход крекинга нефти, образующийся на стадии очистки отходящих газов; щелочной сток, образующийся на стадии улавливания газообразного хлора с помощью NaOH в процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора или любой другой высокощелочной жидкий, пастообразный или сухой отход производства или продукт производства с величиной pH не менее 11 в количестве 2 - 25% от массы твердых компонентов. In addition, at least one of the components of the group can serve as an activator: waste water from the production of epoxy resins of the paint and varnish industry; sewage of finishing production of textile factories; waste from coke production, formed at the stage of regeneration in vacuum of coke oven gas purification solutions; oil cracking waste formed at the stage of purification of exhaust gases; alkaline effluent formed at the stage of capturing chlorine gas with NaOH in processes involving the use of liquid or gaseous chlorine or any other highly alkaline liquid, paste-like or dry waste product or product with a pH value of at least 11 in an amount of 2 - 25% by weight solid components.

Для приготовления композиций используются следующие исходные материалы: мергель; вяжущее - шлам подготовки известкового молочка ТЭЦ или ТЭС, дробленый отвальный шлак черной металлургии или их смесь в соотношении 1:9 - 9:1; щелочной активизатор с pH не менее 11, который может быть представлен известью или цементом или любыми другими высокощелочными продуктами производств или отходами производств, например известковым молочком, сточными водами производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, сточными водами отделочного производства текстильных фабрик, отходами коксохимического производства, образующимися на стадии регенерации в вакууме растворов очистки коксового газа, отходами крекинга нефти, образующимися на стадии очистки отходящих газов, растворами NaOH различной нормальности и многими другими щелочными материалами. The following starting materials are used to prepare the compositions: marl; binder - sludge for the preparation of lime milk of a thermal power station or thermal power station, crushed dump slag of ferrous metallurgy or a mixture thereof in a ratio of 1: 9 - 9: 1; alkaline activator with a pH of not less than 11, which can be represented by lime or cement or any other highly alkaline products of production or industrial waste, for example, milk of lime, sewage from the production of epoxy resins of the paint and varnish industry, sewage from the finishing production of textile factories, waste from coke production produced stages of vacuum regeneration of coke oven gas purification solutions, oil cracking wastes generated at the stage of exhaust gas purification, NaOH solutions of various normality and many other alkaline materials.

Шлам подготовки известкового молочка ТЭС образуется при смешении воды со специальной кальциевой быстрогасящейся известью или (при ее дефиците) со строительной комовой известью (ГОСТ 9179-70). Нерастворившаяся в воде часть извести формирует большое количество шлама ("недопала") с химическим составом, приведенным в табл. 1, который скапливается в отстойниках, называемых "голубыми озерами". Sludge for the preparation of lime milk TPP is formed by mixing water with special quick-acting calcium lime or (in case of deficiency) with lump lime (GOST 9179-70). The part of lime that does not dissolve in water forms a large amount of sludge ("not finished") with the chemical composition shown in Table. 1, which accumulates in sedimentation tanks called “blue lakes”.

В зависимости от срока службы и мощности ТЭС количество этого шлама подготовки известкового молочка около каждой ТЭС или ГРЭС России колеблется от 100 тыс. до миллионов тонн, создавая существенные экологические проблемы. Поэтому разработка рациональных и экологических приемлемых методов утилизации является важной задачей. Химические составы использованных в данной работе мергеля, шлама подготовки известкового молочка одной из ТЭЦ, отвальных шлаков черной металлургии приведены в табл. 1. Однако они могут существенно отличаться в различных регионах и предприятиях в зависимости от условий образования, состава исходных компонентов и технологии. Depending on the service life and capacity of the TPP, the amount of this slurry for the preparation of lime milk near each TPP or state district power station in Russia ranges from 100 thousand to millions tons, creating significant environmental problems. Therefore, the development of sustainable and environmentally sound disposal methods is an important task. The chemical compositions of the marl used in this work, the slurry for the preparation of lime milk of one of the CHPPs, and the waste slag from the iron and steel industry are given in Table. 1. However, they can vary significantly in different regions and enterprises depending on the conditions of formation, the composition of the starting components and technology.

Химические составы активизаторов отходов вышеперечисленных производств приведены ниже. The chemical compositions of the activators of the waste of the above industries are given below.

Известковое молочко шлама химводоочистки - водный раствор извести CaO. Chemical sludge lime milk - water solution of CaO lime.

Химический состав отходов очистки отходящих газов при крекинге нефти, мас.%:
Na₂CO₃ - 5 - 6
NaOH - 0,85
Na₂S - 3
pH - 12,5 - 13,0
Химический состав регенерированных отходов раствора очистки коксового газа от сероводорода коксохимических производств, мас.%:
Карбонаты - 3,5 - 4
Эфирорастворимые - 0,25 - 0,6,
Сероводород - 0,1 - 0,23
Сульфат натрия - 0,4 - 0,6,
Тиосульфаты - 0,3 - 0,6
pH - 12 - 14,0
Химический состав отработанной щелочи дисорбата парекса в производствах нефтеоргсинтеза, мг/л:
Сульфат натрия - Не более 3000
Гидросульфит натрия - Не более 5000
Сульфит натрия - Не более 16000
Нефтепродукты - Не более 100
Химический состав сточных вод производства эпоксидных смол лакокрасочной промышленности, мас.%:
Вода - 69,3
Глицерин - 4,1
NaOH - 1,8
Смола - 4,2
NaCl - 14,6
Толуол - 5,2
Химический состав сточных вод отделочного производства текстильных фабрик, мг/л:
Хлориды (NaCl) - 106
ПАВ неионогенные - 0,01
Сульфиды (Na₂S) - 1
Нефтепродукты (лигнины, пектины, орг.красители) - 14,4
Окислы железа - 2,8
CuSO₄ - 0,3
Взвешенные вещества - 97,5
Сухой остаток - 34,07
Химический состав щелочных стоков, образующихся при улавливании газообразного хлора с помощью NaOH при производстве хлора, каустической соды, фенозона и др. процессах, связанных с использованием жидкого или газообразного хлора, мас.%:
Взвешенные вещества - 0,2 - 0,5
Сухой остаток (растворимые органические и минеральные соли) - 0,2 - 1,5
Из них:
хлориты - 0,2 - 0,4
Сульфаты - 0,0,5 - 0,1
Нефтепродукты - 0,0025
Гипохлориты натрия - 0,05 - 0,1
pH - 12,5 - 13,5
Смесь можно готовить путем смешивания сухих компонентов - мергеля и шлама подготовки известкового молочка ТЭС (или шлака черной металлургии) - в стационарных смесительных установках или непосредственно на земляном полотне с помощью фрезы или автогрейдера и т.п. Полученную равномерную смесь увлажняют активизатором или его раствором до оптимальной влажности (около 20%), а затем уплотняют традиционными методами.The chemical composition of the waste gas purification waste during cracking of oil, wt.%:
Na ₂ CO ₃ - 5 - 6
NaOH - 0.85
Na ₂ S - 3
pH - 12.5 - 13.0
The chemical composition of the regenerated waste solution for the purification of coke oven gas from hydrogen sulfide coke production, wt.%:
Carbonates - 3.5 - 4
Ether-soluble - 0.25 - 0.6,
Hydrogen sulfide - 0.1 - 0.23
Sodium sulfate - 0.4 - 0.6,
Thiosulfates - 0.3 - 0.6
pH - 12 - 14.0
The chemical composition of the spent alkali parex disorbate in the production of petroleum organo-synthesis, mg / l:
Sodium Sulfate - Not more than 3000
Sodium hydrosulfite - Not more than 5000
Sodium sulfite - Not more than 16000
Petroleum products - Not more than 100
The chemical composition of wastewater production of epoxy resins of the paint industry, wt.%:
Water - 69.3
Glycerin - 4.1
NaOH - 1.8
Resin - 4.2
NaCl - 14.6
Toluene - 5.2
The chemical composition of wastewater finishing production of textile factories, mg / l:
Chlorides (NaCl) - 106
Nonionic surfactants - 0.01
Sulphides (Na ₂ S) - 1
Petroleum products (lignins, pectins, organic colorants) - 14.4
Iron Oxides - 2.8
CuSO ₄ - 0.3
Suspended Substances - 97.5
The dry residue is 34.07
The chemical composition of alkaline effluents formed during the capture of gaseous chlorine using NaOH in the production of chlorine, caustic soda, phenozone and other processes associated with the use of liquid or gaseous chlorine, wt.%:
Suspended Substances - 0.2 - 0.5
Solids (soluble organic and mineral salts) - 0.2 - 1.5
Of them:
chlorites - 0.2 - 0.4
Sulphates - 0,0,5 - 0,1
Oil products - 0.0025
Sodium hypochlorites - 0.05 - 0.1
pH - 12.5 - 13.5
The mixture can be prepared by mixing dry components - marl and sludge for the preparation of lime milk TPP (or slag of ferrous metallurgy) - in stationary mixing plants or directly on the subgrade with a cutter or grader, etc. The resulting uniform mixture is moistened with an activator or its solution to the optimum humidity (about 20%), and then compacted using traditional methods.

Представленные в табл. 2 основные результаты определения механических свойств образцов показывают, что к 90 сут. прочность почти всех материалов при одноосном сжатии значительно превышает 4 МПа, т.е. соответствует первому классу (4-6 МПа) укрепленных грунтов. Максимальной прочностью (12,2 МПа) обладают материалы с отвальным шлаком черной металлургии. Продолжение реакций гидратации вызывает дальнейший рост прочности, характерный для шлакогрунтовых материалов. Поэтому к годичному сроку прочность почти всех материалов превышает максимальный уровень (6,0 МПа) требований российских стандартов к укрепленным грунтам. Presented in the table. 2, the main results of determining the mechanical properties of samples show that by 90 days. the strength of almost all materials under uniaxial compression significantly exceeds 4 MPa, i.e. corresponds to the first class (4-6 MPa) of fortified soils. The maximum strength (12.2 MPa) is possessed by materials with dump slag from ferrous metallurgy. The continuation of hydration reactions causes a further increase in strength, characteristic of slag and ground materials. Therefore, by the one-year period, the strength of almost all materials exceeds the maximum level (6.0 MPa) of the requirements of Russian standards for fortified soils.

Прочность водонасыщенных образцов (R_b) заявляемых материалов к 90-суточному возрасту в ряде случаев (1, 3, 5 и 8) значительно превышает максимальную величину прочности у прототипа.The strength of the water-saturated samples (R _b ) of the claimed materials to 90 days of age in some cases (1, 3, 5 and 8) significantly exceeds the maximum value of the strength of the prototype.

Все материалы обладают высокой водо- и морозостойкостью, что позволяет рекомендовать их для использования в качестве верхнего слоя оснований автодорог вместо традиционного щебня. Дренирующий слой песка при этом должен быть исключен как препятствующий капиллярному поднятию влаги земполотна, необходимой для длительного протекания реакции гидролиза и гидратации (и, естественно, упрочнения) нового материала. All materials have high water and frost resistance, which allows us to recommend them for use as the top layer of the base of roads instead of traditional crushed stone. In this case, the draining layer of sand should be excluded as preventing the capillary moisture rising of the dredge, necessary for the long-term course of the hydrolysis and hydration reaction (and, of course, hardening) of the new material.

Применение больших количеств промышленных отходов и их прочное связывание в нерастворимые новообразования позволяет сократить использование природных строительных материалов (щебень, гравий, песок и др.), заметив их неутилизируемыми в настоящее время промышленными отходами. The use of large amounts of industrial waste and their strong binding into insoluble neoplasms reduces the use of natural building materials (crushed stone, gravel, sand, etc.), having noticed them as currently unused industrial waste.

Claims

1. A composition for arranging foundations of roads and ground structures, including natural soil, a binder and an alkaline activator with a pH of at least 11, characterized in that it contains dispersed marl as natural soil, and as a binder, sludge for the preparation of lime milk of thermal power plants (TPPs) ) or dispersed waste slag of ferrous metallurgy or a mixture thereof in a ratio of 1: 9 to 9: 1 in the following ratio of components, wt.%:
Dispersed mergel - 40 - 85
Sludge for the preparation of lime milk TPP or waste slag from ferrous metallurgy or their mixture in the ratio 1: 9-9: 1 - 15 - 60
Alkaline activator by mass of solid components - 2 - 25
2. The composition according to p. 1, characterized in that it additionally contains water in an amount that provides the required workability.

3. The composition according to p. 1 or 2, characterized in that it contains as an alkaline activator lime or cement in an amount of 2 to 5% by weight of solid components.

4. The composition according to claim 1, characterized in that it contains at least one component from the group as an alkaline activator: wastewater from the production of epoxy resins of the paint and varnish industry, wastewater from the finishing production of textile factories, a waste of coke production, formed at the stage of regeneration in vacuum of coke oven gas purification solutions, oil cracking waste formed at the exhaust gas purification stage, alkaline runoff formed at the chlorine gas capture stage with NaOH in the process s associated with the use of liquid or gaseous chlorine (with no less than pH 11), lime milk slurry demineralizer, NaOH solution.