RU2773394C1 - Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения - Google Patents

Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения Download PDF

Info

Publication number
RU2773394C1
RU2773394C1 RU2021125962A RU2021125962A RU2773394C1 RU 2773394 C1 RU2773394 C1 RU 2773394C1 RU 2021125962 A RU2021125962 A RU 2021125962A RU 2021125962 A RU2021125962 A RU 2021125962A RU 2773394 C1 RU2773394 C1 RU 2773394C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
composition
asphalt concrete
water
troitskaya
Prior art date
Application number
RU2021125962A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерия Валерьевна Строкова
Ирина Юрьевна Маркова
Андрей Юрьевич Марков
Андрей Александрович Безродных
Маргарита Андреевна Степаненко
Татьяна Владимировна Дмитриева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»
Application granted granted Critical
Publication of RU2773394C1 publication Critical patent/RU2773394C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства различных конструктивных слоев дорожных одежд. Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения содержит, мас.%: минеральную часть в виде щебня гранитного фр. 5-20 мм 48 и песка 41,5, вяжущее – портландцемент 7,3-8,9 и кислую топливную золу Троицкой ГРЭС 1,6-3,2, битумную эмульсию (сверх 100% от минеральной части) 1, воду (сверх 100% от минеральной части без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 4,2, водовяжущее соотношение 0,4. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. Технический результат – сохранение прочностных характеристик цементоасфальтобетона при замене части цемента кислой золой. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.

Description

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства различных конструктивных слоев дорожных одежд.
Из уровня техники известны различные композиции дорожно-строительных материалов, предназначенных для использования в качестве дорожного покрытия.
Из уровня техники известны различные композиции строительного назначения, предусматривающих сниженное содержание цемента за счет замены его части минеральными материалами из отходов производств, предназначенных, в том числе, и для устройства конструктивных слоев автомобильных дорог.
Известен состав композиционного вяжущего (по патенту № 2658416 МПК C04B 7/19, C04B 14/26, C04B 22/08, C04B 111/20, опубл. 21.06.2018) для получения строительных материалов различного назначения, в котором около 50 % цемента заменяется на минеральную добавку, включающую: доменный гранулированный шлак – 32-40; карбонатную муку – 4-8; карбонат калия – 6,8 -10,8; сухой суперпластификатор – 0,2. При этом смесь подвергают механохимической активации с измельчением ингредиентов до удельной поверхности 510-560 м2/кг. Несмотря на повышение физико-механических характеристик, композиционное вяжущее представляет собой много компонентную систему, к недостаткам которой следует отнести поиск и доставку нетрадиционного сырья для получения минеральной добавки, а так же затраты на механохимическую активацию.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является патент № 2436888 МПК Е01С 7/18, опубл. 2012.2011, (прототип). Состав цементоасфальтобетонной смеси включает: щебень фракции 5-20 мм – 48, песок – 41,5, портландцемент – 10,5, битумную эмульсию (сверх 100 % мин. части) – 1,0, вода – 4,2. Недостатком данной смеси является высокий расход цемента, обуславливающий высокую стоимость продукции.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение количества цемента в составе материала при сохранении прочностных характеристик, таких, как: трещиностойкость по пределу прочности при растяжении при расколе; водостойкость; предел прочности при растяжении при изгибе; модуль деформации; модуль упругости; снижение прочности при попеременном замораживании оттаивании за 50 циклов.
Задача решается за счёт замены части цемента (25 %) на кислую топливную золу, выступающую в роли пуццолановой добавки.
Технический результат от использования предлагаемого состава цементоасфальтобетона с пониженным содержанием цемента состоит в том, что под воздействием различных видов нагружений, при различных условиях, прочностные характеристики заявляемого цементоасфальтобетона практически не изменяются.
Сущностью изобретения является то, что состав цементоасфальтобетона включает минеральную часть в виде щебня и песка, цемента, кислой топливной золы, а также битумную эмульсию и воду, при этом, кислая топливная зола составляет не более 25 % от массы цемента в составе эмульсии. Таким образом, состав цементоасфальтобетонной смеси имеет следующее соотношение компонентов, мас.% (Таблица 1): щебень гранитный фр. 5-20 мм – 48; песок – 41,5; композиционное цементное вяжущее – 10,5, включающее портландцемент – 7,3-8,9 и кислую топливную золу Троицкой ГРЭС – 1,6-3,2; битумная эмульсия – 1 (сверх 100%); водоцементное соотношение – 0,4; вода (сверх 100% минеральной части без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) – 4,2.
Таблица 1
Наименование компонента Количество, %
Щебень 48
Песок 41,5
Портландцемент 7,3-8,9
Кислая топливная зола 1,6-3,2
Битумная эмульсия (сверх 100%) 1
Водовяжущее соотношение (без учета воды,
присутствующей в битумной эмульсии)
0,40
Состав цементоасфальтобетона
Заявляемая смесь готовится известным способом:
Для приготовления цементоасфальтобетонной смеси используют раздельно-последовательную технологию, в соответствии с которой предварительно готовят смесь минеральных компонентов (песок, цемент, кислая топливная зола). В отдельном смесителе готовят черный щебень, т.е. щебень смешивают с битумной эмульсией. Затем затворяют водой предварительно подготовленную смесь минеральных компонентов, добавляют черный щебень и перемешивают.
Для экспериментальной проверки прочностных показателей состава цементоасфальтобетонной смеси были подготовлены 4 состава цементоасфальтобетонной смеси (Таблица 2); сравнение проводили с ранее указанным ближайшим аналогом (патент № 2436888), состав которого взяли в пределах, указанных в его описании, мас.%: щебень фракции 5-20 мм – 48, песок – 41,5, портландцемент – 10,5, битумная эмульсия (сверх 100 % мин. части) – 1,0, вода – 4,2.
Таблица 2
Наименование
компонентов
Соотношение компонентов в составе цементоасфальтобетона, %
Ближайший аналог Состав №1 Состав №2 Состав №3 Состав №4
Щебень гранитный,
фр. 5-20 мм
48,00 48,00 48,00 48,00 48,00
Песок 41,50 41,50 41,50 41,50 41,50
Портландцемент 10,50 8,90 8,40 7,90 7,30
Кислая зола Троицкой ГРЭС 1,60 2,10 2,60 3,20
Битумная эмульсия 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Вода 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2
Примечание: - сумма минеральных компонентов смеси (100 %);
- битумная эмульсия (сверх 100 % минеральной части)
Вариативность составов цементоасфальтобетона в зависимости
от количества добавки для замены цемента
Физико-механические свойства определяли в соответствии с методиками ГОСТ 12801-98. Изготовленные образцы по прошествии 7 суток твердения в условиях абсолютной влажности испытывали на (таблица 3): предел прочности при растяжении при изгибе; водостойкость; модуль деформации; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов.
Таблица 3
Свойства Наименование состава цементоасфальтобетона:
Ближайший аналог Состав №1 Состав №2 Состав №3 Состав №4
Предел прочности на растяжение
при изгибе, МПа
3,84 3,81 3,65 3,79 2,99
Водостойкость 1,04 1,04 1,02 1,01 0,98
Модуль деформации, МПа: 1150 1130 1100 1110 940
Снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % 16,51 16,74 16,83 16,71 17,54
Характеристики цементоасфальтобетона с использованием кислой топливной золы Троицкой ГРЭС
Подготовка образцов и применяемое оборудование регламентируется ГОСТ 12801-98. Значения указанных характеристик цементоасфальтобетона определяли на образцах 4-х составов при следующем соотношении компонентов в составах:
1. Образцы, изготовленные из состава смеси № 1 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 8,9; зола Троицкой ГРЭС – 1,6; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 3,81 МПа; водостойкость – 1,04; модуль деформации – 1130 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 16,74 %.
2. Образцы, изготовленные из состава смеси № 2 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 8,4; зола Троицкой ГРЭС – 2,1; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 2,99 МПа; водостойкость – 1,02; модуль деформации – 1100 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 16,83 %.
3. Образцы, изготовленные из состава смеси № 3 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 7,9; зола Троицкой ГРЭС – 2,6; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 3,79 МПа; водостойкость – 1,01; модуль деформации – 1110 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 16,71 %.
4. Образцы, изготовленные из состава № 4 (мас.%): щебень гранитный (фр. 5-20 мм) – 48; песок – 41,50; портландцемент – 7,3; зола Троицкой ГРЭС – 3,2; битумная эмульсия – 1,00; вода – 4,2, по истечении 7 проводили испытания. Предел прочности на растяжение при изгибе составил 3,79 МПа; водостойкость – 0,98; модуль деформации – 940 МПа; снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов – 17,54 %.
Как видно из результатов испытаний образцов приведенных составов, отличием рассматриваемых составов является варьирование количеством пуццолановой добавки в виде кислой топливной золы Троицкой ГРЭС, введенной взамен части цемента в количестве 1,6 – 3,2 % от массы смеси минеральных компонентов (15 – 30 % от массы цемента с шагом 5 %), влияющее на прочностные показатели образцов (Таблица 2, 3).
Так, составы №1 - 4 содержат 8,9; 8,4; 7,9 и 7,3 % цемента и 1,6; 2,1; 2,6 и 3,2 % (т.е. 15, 20, 25 и 30 % от массы цемента) кислой топливной золы Троицкой ГРЭС соответственно (таблица 2).
Таким образом, были получены и испытаны образцы цементоасфальтобетона с учетом особенностей вяжущего гидратационного типа твердения под воздействием разных нагружений при различных условиях, в соответствии с ГОСТ 12801-98). Количество цемента варьируется от 7,3 до 8,9 %, а пуццолановой добавки в виде кислой топливной золы варьируется от 1,6 до 3,2 %, а соотношение других компонентов смеси оставалось неизменным.
Как показывают результаты экспериментов, наиболее эффективной концентрацией является 7,9 % цемента и 2,6 % кислой топливной золы Троицкой ГРЭС (Таблица 2, состав № 3), когда прочностные характеристики образцов цементоасфальтобетона достигают максимальных значений по сравнению с прототипом (Таблица 3).
Предложенный состав смеси позволяет достигнуть заявленного результата (снижение количества потребляемого цемента, без снижения прочностных характеристик цементоасфальтобетона) за счет того, что взамен части цемента используется пуццолановая минеральная добавка в виде кислой топливной золы Троицкой ГРЭС в количестве 1,6 – 3,2 % от массы минеральных компонентов (или 15 – 30 % от массы портландцемента). Это позволяет снизить количество цемента в составе цементоасфальтобетонной смеси, при этом характеристики цементоасфальтобетона практически не изменяются.
Роль топливной золы заключается в ее химической (пуццолановой) активности. При оптимальном соотношении в системе «цемент+минеральная добавка» компоненты кислой топливной золы, представленные в основном аморфной фазой, вступают в реакцию с продуктами гидратации цемента (Са(OH)2), связывая их в устойчивые гидратные фазы. Данное обстоятельство способствует достижению необходимых прочностных показателей конструктивных слоев из цементоасфальтобетона при сниженном содержании цемента.
В результате экспериментов, установлено, что достижение необходимых прочностных показателей цементоасфальтобетона на основе заявленного состава цементоасфальтобетонной смеси возможно за счет состава (таблица 4), степени дисперсности и активности (индекс активности по ГОСТ 25818-2017) (таблица 5) кислой топливной золы Троицкой ГРЭС, позволяющих сохранить прочность цементного вяжущего.
Таблица 4
Содержание, %
SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 SO3 MgO Na2O K2O п.п.п. пр.
62,53 28,75 0,61 4,10 0,21 1,06 1,05 0,29 4,95 1,40
Химический состав кислой топливной золы Троицкой ГРЭС
Таблица 5
Наименование
показателя
Нормируемые значения для зол IV вида по ГОСТ 25818-2017 Фактические
Удельная поверхность по ПСХ, м2/кг > 300 495
Индекс активности на 28 сут. ≥ 75 84
Индекс активности на 90 сут. ≥ 85 95
Физико-механические свойства кислой топливной золы Троицкой ГРЭС
Согласно анализу научно-технической литературы, использование реакционно активных зол в системе «цемент – зола» в разных случаях позволяет улучшить удобоукладываемость бетонных смесей, их прочностные характеристики, снизить стоимость бетона за счет замены части цемента и повысить его долговечность. Для замены части цемента используется кислая топливная зола Троицкой ГРЭС в количестве 15 – 30 % от массы цемента в составе цементоасфальтобетонной смеси. Использование указанной золы в качестве пуццолановой добавки позволяет при сниженном количестве цемента сохранять активность вяжущего, что дает возможность получать композиционный материал с показателями прочности близкими к показателям образцов состава без добавки. Следует отметить, что топливная зола используется в том виде в котором поступает с производства и, в данном случае, не требует дополнительной активации. Введение большего количества активной минеральной добавки в виде кислой топливной золы приводит к значительной потере активности вяжущего, выражающейся в снижении прочностных показателей. Введение меньшего количества активной минеральной добавки не позволит добиться необходимой активности вяжущего ввиду сниженного его количества и недостаточной концентрации пуццоланового компонента.
Предложенный состав смеси позволяет достигнуть заявленного результата – снижение количества цемента без потери прочности.
Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

Claims (3)

1. Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения, содержащий минеральную часть в виде щебня фр. 5-20 мм и песка, вяжущее – портландцемент, а также битумную эмульсию и воду, отличающийся тем, что используют гранитный щебень, а вяжущее дополнительно содержит кислую топливную золу Троицкой ГРЭС, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щебень гранитный фр. 5-20 мм 48 песок 41,5 портландцемент 7,3-8,9 указанная кислая топливная зола 1,6-3,2 битумная эмульсия сверх 100% от минеральной части 1 вода сверх 100% от минеральной части без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии 4,2 водовяжущее соотношение 0,4
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что количество кислой топливной золы Троицкой ГРЭС составляет 15-30% от массы портландцемента.
RU2021125962A 2021-09-02 Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения RU2773394C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773394C1 true RU2773394C1 (ru) 2022-06-03

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820381C1 (ru) * 2023-11-21 2024-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный лесотехнический университет" Фибробитумоцементогрунтовая смесь

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU573527A1 (ru) * 1975-02-17 1977-09-25 Среднеазиатский Филиал Всесоюзного Государственного Дорожного Научно-Исследовательского Института "Союздорнии" Асфальтобетонна смесь дл дорожных покрытий
DE4210224C1 (en) * 1992-03-28 1993-05-27 Heidelberger Zement Ag, 6900 Heidelberg, De Hydraulic carrier layer binder for tar and/or asphalt contg. recycling building material - includes Portland cement hydraulic carrier layer binder, sand, burnt oil slat, brown coal coke dust, hardener etc.
RU2436888C2 (ru) * 2010-03-03 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Белдорстрой" Способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав
RU2613068C1 (ru) * 2015-12-25 2017-03-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Асфальтобетонная смесь на основе модифицированного битума для устройства покрытий автомобильных дорог

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU573527A1 (ru) * 1975-02-17 1977-09-25 Среднеазиатский Филиал Всесоюзного Государственного Дорожного Научно-Исследовательского Института "Союздорнии" Асфальтобетонна смесь дл дорожных покрытий
DE4210224C1 (en) * 1992-03-28 1993-05-27 Heidelberger Zement Ag, 6900 Heidelberg, De Hydraulic carrier layer binder for tar and/or asphalt contg. recycling building material - includes Portland cement hydraulic carrier layer binder, sand, burnt oil slat, brown coal coke dust, hardener etc.
RU2436888C2 (ru) * 2010-03-03 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Белдорстрой" Способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав
RU2613068C1 (ru) * 2015-12-25 2017-03-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Асфальтобетонная смесь на основе модифицированного битума для устройства покрытий автомобильных дорог

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820381C1 (ru) * 2023-11-21 2024-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный лесотехнический университет" Фибробитумоцементогрунтовая смесь

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aghaeipour et al. Effect of ground granulated blast furnace slag (GGBFS) on RCCP durability
Sofi et al. Engineering properties of inorganic polymer concretes (IPCs)
Meddah et al. Potential use of binary and composite limestone cements in concrete production
Tangchirapat et al. Influence of rice husk–bark ash on mechanical properties of concrete containing high amount of recycled aggregates
Siddique Performance characteristics of high-volume Class F fly ash concrete
Değirmenci et al. Utilization of waste glass as sand replacement in cement mortar
Bhikshma et al. Investigations on mechanical properties of high strength silica fume concrete
Ikponmwosa et al. Comparative study and empirical modelling of pulverized coconut shell, periwinkle shell and palm kernel shell as a pozzolans in concrete
Coppola et al. Electric arc furnace granulated slag as a partial replacement of natural aggregates for concrete production
RU2773394C1 (ru) Состав цементоасфальтобетонной смеси дорожно-строительного назначения
Bakera et al. Properties of Western Cape Concretes with Metakaolin
Mahesh et al. Usage of sugarcane bagasse ash in concrete
Ganjian et al. Reducing cement contents of paving blocks by using mineral waste and by-product materials
Ahmed et al. Experimental study on mechanical properties of basalt fibre reinforced concrete
Sawant et al. Partial replacement of sand with sawdust in concrete
RU2775249C1 (ru) Состав цементоасфальтобетона дорожно-строительного назначения
Jóźwiak-Niedźwiedzka Influence of blended cements on the concrete resistance to carbonation
Papayianni et al. REALIZAREA UNUI BETON CU PRET REDUS, PENTRU PAVAJE RUTIERE/DEVELOPMENT OF LOW-COST CONCRETE FOR ROAD PAVEMENTS
Guneyisi et al. Laboratory investigation of chloride permeability for high performance concrete containing fly ash and silica fume
Ravinder et al. Study on compressive strength of concrete on partial replacement of cement with ground granulated blast furnace slag (GGBS)
Magudeaswaran et al. Experimental Investigations of Mechanical Properties on Micro Silica (Silica Fume) and Fly Ash as Partial Cement Replacement of High Performance Concrete
Fapohunda et al. Evaluation of structural performance of concrete with opc fraction partly replaced by empty palm oil brunch ash (epo-fba)
Jagadeesh et al. S." Study on Tensile Strength Properties of Recycled Aggregate Concrete with and without Pozzolanic Materials
Ahmedai et al. Tagabo Volcanic Ash as Cement Replacing Materials
Mokhtarzadeh Mechanical properties of high-strength concrete