RU2795808C1 - Soil concrete for road construction - Google Patents
Soil concrete for road construction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795808C1 RU2795808C1 RU2022131554A RU2022131554A RU2795808C1 RU 2795808 C1 RU2795808 C1 RU 2795808C1 RU 2022131554 A RU2022131554 A RU 2022131554A RU 2022131554 A RU2022131554 A RU 2022131554A RU 2795808 C1 RU2795808 C1 RU 2795808C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- soil concrete
- composition
- fly ash
- concrete
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к грунтобетонам, и может быть использовано в качестве подстилающего слоя дорожных одежд или для устройства слоев оснований дорожных одежд.The invention relates to road building materials, namely soil concrete, and can be used as an underlying layer of pavement or for the construction of layers of pavement bases.
Из уровня техники известны различные композиции грунтобетонов для устройства конструктивных слоев автомобильных дорог на основе глинистых грунтов, предусматривающих использование вяжущих различного типа твердения и добавок, в том числе производственных отходов в виде минерального сырья.From the prior art, various compositions of soil-concrete for the construction of structural layers of roads based on clay soils are known, involving the use of binders of various types of hardening and additives, including industrial waste in the form of mineral raw materials.
Известны составы смесей для грунтобетона (Патент RU № 2392244, опубл. 20.04.2010, бюл. № 17), содержащие глинистый грунт, вяжущее, добавку и воду, при этом в качестве химической добавки используется ферментный препарат «Дорзин», а в качестве вяжущего – портландцемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинистый грунт – 78–83; портландцемент – 4–8; «Дорзин» – 0,03–0,06; вода – остальное. К недостаткам данных смесей следует отнести высокую материалоемкость традиционных активных укрепляющих компонентов – портландцемента для достижения необходимых физико-механических показателей.Known compositions of mixtures for soil concrete (Patent RU No. 2392244, publ. 20.04.2010, bull. No. 17), containing clay soil, binder, additive and water, while the enzyme preparation "Dorzin" is used as a chemical additive, and as a binder – Portland cement with the following ratio of components, wt %: clay soil – 78–83; portland cement - 4–8; "Dorzin" - 0.03–0.06; water is the rest. The disadvantages of these mixtures include the high material consumption of traditional active reinforcing components - Portland cement to achieve the necessary physical and mechanical properties.
Известен состав для устройства нижних слоев оснований дорожных одежд (Пат. RU № 2468139, опубл. 27.08.2012, бюл. № 24), принятый за прототип, включающий минеральное вяжущее вещество – цемент, золошлаковую смесь, отходы асбестоцементного производства (ОАЦП) и талловый пек при следующем соотношении компонентов, %: грунт 52,0–60,0; цемент 3,0–5,0; золошлаковая смесь 12,0–18,0; отходы АЦП 5,0–7,0; вода 14,0–22,0; омыленный талловый пек 0,5–1,5 от массы цемента. Known composition for the device of the lower layers of the bases of pavements (Pat. RU No. 2468139, publ. 27.08.2012, bull. No. 24), taken as a prototype, including a mineral binder - cement, ash and slag mixture, asbestos-cement production waste (OACP) and tall pitch at the following ratio of components, %: soil 52.0–60.0; cement 3.0–5.0; ash and slag mixture 12.0–18.0; ADC waste 5.0–7.0; water 14.0–22.0; saponified tall oil pitch 0.5–1.5 by weight of cement.
Недостатками вышеуказанного состава является: недостаточно высокие физико-механические показатели грунтов, укрепленных цементом и комплексными добавками, при достаточно высоком содержании компонентов для укрепления. Кроме того, среди характеристик конечного материала не учитывается воздействие воды на укрепленный грунт, т.е. такие характеристики как: прочность на сжатие водонасыщенных образцов при температуре 20°С; прочность на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов при температуре 20°С; набухание.The disadvantages of the above composition is: insufficiently high physical and mechanical properties of soils reinforced with cement and complex additives, with a sufficiently high content of components for strengthening. In addition, among the characteristics of the final material, the effect of water on the reinforced soil is not taken into account, i.e. characteristics such as: compressive strength of water-saturated samples at a temperature of 20°C; tensile strength in bending of water-saturated samples at a temperature of 20°C; swelling.
Изобретение направлено на разработку грунтобетона для дорожного строительства с улучшенными физико-механическими показателями: с высокими пределами прочности при сжатии, высокими пределами прочности при изгибе, низким набухание.The invention is directed to the development of soil concrete for road construction with improved physical and mechanical properties: high compressive strength, high flexural strength, low swelling.
Это достигается тем, что Грунтобетон для дорожного строительства включает глинистый грунт, вяжущие и добавку, при этом глинистый грунт используется в виде суглинка легкого песчанистого, в качестве вяжущего используются минеральное вяжущее портландцемент и органическое вяжущее битумная эмульсия, в качестве активной минеральной добавки используется кислая зола-уноса, при следующем соотношении компонентов, мас.%:This is achieved by the fact that the soil concrete for road construction includes clay soil, binders and an additive, while the clay soil is used in the form of light sandy loam, the mineral binder Portland cement and the organic binder bitumen emulsion are used as the binder, acid ash is used as the active mineral additive. entrainment, with the following ratio of components, wt.%:
Характеристика компонентов:Component Feature:
1. Суглинок легкий песчанистый.1. Light sandy loam.
Для изучения возможности производства грунтобетона был рассмотрен распространенный в природные грунт – суглинок легкий песчанистый. Изучены его нормируемые физико-механические свойства в соответствии с ГОСТ 25100–2020, гранулометрический состав и минеральный состав грунта по данным рентгенофазового анализа (таблица 1).To study the possibility of producing soil concrete, a common natural soil was considered - light sandy loam. Its normalized physical and mechanical properties were studied in accordance with GOST 25100–2020, the granulometric composition and mineral composition of the soil according to X-ray phase analysis (Table 1).
2. Портландцемент марки ЦЕМ I 42,5М., ГОСТ 31108–2016.2. Portland cement brand CEM I 42.5M., GOST 31108–2016.
3. Медленно распадающаяся битумная эмульсия, ее характеристики (таблица 2).3. Slowly disintegrating bitumen emulsion, its characteristics (table 2).
Таблица 2table 2
Свойства дорожной битумной эмульсии марки ЭБДК-МProperties of road bitumen emulsion brand EBDK-M
58952.1–2020Values required by GOST R
58952.1–2020
4. Кислая зола-уноса, например, Троицкой ГРЭC.4. Acid fly ash, for example, Troitskaya GRES.
В качестве активной минеральной добавки со структурирующим эффектом была рассмотрена кислая зола-уноса Троицкой ГРЭС, физико-механические свойства которой в соответствии с ГОСТ 25818–2017 и минерально-фазовый состав приведены в таблице 3.Acid fly ash from the Troitskaya GRES was considered as an active mineral additive with a structuring effect, the physical and mechanical properties of which, in accordance with GOST 25818–2017, and the mineral phase composition are shown in Table 3.
Таблица 3Table 3
Физико-механические свойства кислой золы-уноса Physical and mechanical properties of acid fly ash
Троицкой ГРЭС и ее минерально-фазовый составTroitskaya GRES and its mineral-phase composition
Для исследования свойств грунтобетона для дорожного строительства были рассмотрены составы смесей грунтобетона, приведенные в таблице 4.To study the properties of soil concrete for road construction, the compositions of soil concrete mixtures given in Table 4 were considered.
Таблица 4Table 4
Составы грунтобетона для дорожного строительстваSoil concrete compositions for road construction
Для экспериментальной проверки предлагаемого оптимального состава грунтобетона для дорожного строительства изготавливались различные варианты смесей на основе глинистого грунта с комбинацией всех компонентов как в рамках предлагаемых составов, так и за пределами обозначенных значений.For experimental verification of the proposed optimal composition of soil concrete for road construction, various variants of mixtures based on clay soil were made with a combination of all components both within the proposed compositions and outside the indicated values.
Приготовление грунтобетонной смеси с добавлением минеральных и органических компонентов для комплексного укрепления производили следующим образом. В навеску грунта 87,5-90,5 г последовательно с обязательным перемешиванием добавляли цемент и золу-уноса. Следует обратить внимание, что зола-уноса вводилась взамен части цемента (20–30% от массы цемента, с шагом 5%). После получения однородной массы вводили расчетное количество битумной эмульсии и продолжали перемешивание в течение 2-3 минут. Физико-механические показатели определяли в соответствии с ГОСТ 30491–2012 Подготовка образцов и оборудование применялось в соответствии ГОСТ 12801–98. Из полученной грунтобетонной смеси формовались образцы в виде цилиндров размерами 50×50 см и балочек размерами 4×4×16 см, которые после хранения в естественных условиях в течение 28 суток испытывались для определения: предел прочности при сжатии; предел прочности при изгибе; прочности на сжатие водонасыщенных образцов при температуре 20°С; прочности на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов при температуре 20°С; коэффициент морозостойкости; набухание. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 5.The preparation of a soil-concrete mixture with the addition of mineral and organic components for complex strengthening was carried out as follows. Cement and fly ash were added sequentially to a sample of soil 87.5-90.5 g with obligatory mixing. It should be noted that fly ash was introduced instead of a part of the cement (20–30% by weight of cement, in 5% increments). After obtaining a homogeneous mass, the calculated amount of bituminous emulsion was introduced and mixing was continued for 2-3 minutes. Physical and mechanical parameters were determined in accordance with GOST 30491–2012 Sample preparation and equipment were used in accordance with GOST 12801–98. Samples were molded from the obtained soil-concrete mixture in the form of cylinders with dimensions of 50×50 cm and beams with dimensions of 4×4×16 cm, which, after storage in natural conditions for 28 days, were tested to determine: compressive strength; ultimate strength in bending; compressive strength of water-saturated samples at a temperature of 20°C; tensile strength in bending of water-saturated samples at a temperature of 20°C; frost resistance coefficient; swelling. The results of comparative tests are shown in table 5.
Таблица 5Table 5
Физико-механические показатели составов грунтобетонаPhysical and mechanical properties of soil concrete compositions
-типProto
-type
Таким образом, были получены и испытаны образцы грунтобетона для дорожного строительства на основе глинистого грунта – суглинка легкого песчанистого с применением портландцемента, битумной эмульсии и активной минеральной добавки со структурирующим эффектом – кислой золы-уноса Троицкой ГРЭС под воздействием разных нагружений при различных условиях. Разработанный грунтобетон по сравнению с прототипом обладает повышенным пределом прочности при сжатии (на 6%); пределом прочности при изгибе (в 2 раза); сниженным значением усадки (30%). При этом улучшение физико-механических показателей разработанного грунтобетона по сравнению с прототипом обеспечивается при меньших ресурсозатратах, а использование золы-уноса взамен части цемента позволяет снизить объемы его потребления. Кроме того, по сравнению с составом грунтобетона без использования золы-уноса (таблица 5, состав 1) разработанный грунтобетон (таблица 5, состав 3) отличается улучшенными: прочностью на сжатие водонасыщенных образцов при температуре 20°С (на 7%); прочность на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов при температуре 20°С (12%); коэффициентом морозостойкости на (20%); набуханием (на 5%).Thus, soil-concrete samples for road construction were obtained and tested on the basis of clay soil - light sandy loam with the use of Portland cement, bitumen emulsion and an active mineral additive with a structuring effect - acid fly ash from the Troitskaya GRES under the influence of different loads under different conditions. The developed soil concrete in comparison with the prototype has an increased compressive strength (by 6%); ultimate strength in bending (2 times); reduced shrinkage value (30%). At the same time, the improvement of the physical and mechanical properties of the developed soil concrete in comparison with the prototype is ensured at lower resource costs, and the use of fly ash instead of part of the cement makes it possible to reduce its consumption. In addition, compared with the composition of soil concrete without the use of fly ash (table 5, composition 1), the developed soil concrete (table 5, composition 3) has improved: compressive strength of water-saturated samples at a temperature of 20 ° C (by 7%); tensile strength in bending of water-saturated samples at a temperature of 20°C (12%); frost resistance coefficient by (20%); swelling (by 5%).
Предложенный состав (таблица 5, Состав 3) смеси позволяет достигнуть заявленного результата – улучшение физико-механических показателей грунтобетона – за счет того, что используется комплекс вяжущих в сочетании с активной минеральной добавкой (что является ключевой особенностью), выступающей регулятором структурообразования, в виде кислой золы-уноса Троицкой ГРЭС в количестве 1,5% от массы смеси.The proposed composition (Table 5, Composition 3) of the mixture allows achieving the stated result - improving the physical and mechanical properties of soil concrete - due to the fact that a complex of binders is used in combination with an active mineral additive (which is a key feature), which acts as a structure formation regulator, in the form of acidic fly ash Troitskaya GRES in the amount of 1.5% by weight of the mixture.
Введение большего количества активной минеральной добавки в виде кислой золы-уноса Троицкой ГРЭС является нецелесообразным, так как приводит к снижению прочностных показателей, введение меньшего количества регулятора структурообразования добавки не позволяет добиться необходимой активности цемента и перераспределения битума после распада эмульсии ввиду недостаточной концентрации добавки, что приводит к снижению физико-механических показателей грунтобетона.The introduction of a larger amount of an active mineral additive in the form of acid fly ash from the Troitskaya GRES is impractical, as it leads to a decrease in strength indicators, the introduction of a smaller amount of the structure formation regulator of the additive does not allow achieving the necessary activity of cement and redistribution of bitumen after emulsion breakdown due to insufficient concentration of the additive, which leads to to reduce the physical and mechanical properties of soil concrete.
Роль золы-уноса заключается регулировании структурообразования грунтобетона. При оптимальном соотношении в системе «грунт + цемент + битумная эмульсия + зола-уноса» происходит связывание свободного портландита с кислой золой-уноса в результате пуццолановой реакции с формированием развитой сетки из гидратных соединений различного состава и морфологии, непрореагировавшая зола выступает селективными центрами адсорбции эмульсии, обеспечивая равномерное распределение битумных пленок в объеме композита без физической сорбции глинистыми частицами. Данное обстоятельство способствует достижению необходимых физико-механических показателей конструктивных слоев для дорожных одежд из грунтобетона. Следует отметить, что зола-уноса используется в естественном виде без дополнительной активации.The role of fly ash is to regulate the structure formation of soil concrete. At the optimal ratio in the system “soil + cement + bitumen emulsion + fly ash”, free portlandite is bound to acid fly ash as a result of a pozzolanic reaction with the formation of a developed network of hydrate compounds of various composition and morphology, unreacted ash acts as selective centers of adsorption of the emulsion, providing a uniform distribution of bituminous films in the volume of the composite without physical sorption by clay particles. This circumstance contributes to the achievement of the necessary physical and mechanical parameters of the structural layers for pavement made of soil concrete. It should be noted that fly ash is used in its natural form without additional activation.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795808C1 true RU2795808C1 (en) | 2023-05-11 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU416371A1 (en) * | 1972-02-09 | 1974-02-25 | ||
SU617463A1 (en) * | 1976-04-19 | 1978-07-30 | Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт | Composition for road construction |
JP3418923B2 (en) * | 2000-08-01 | 2003-06-23 | 和平 西村 | Construction method of upper subbase, storage method of upper subbase material and sludge |
RU2468139C2 (en) * | 2011-02-18 | 2012-11-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный аграрный университет | Composition for arrangement of lower layer of road surface base |
RU2779688C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Ash soil for road construction |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU416371A1 (en) * | 1972-02-09 | 1974-02-25 | ||
SU617463A1 (en) * | 1976-04-19 | 1978-07-30 | Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт | Composition for road construction |
JP3418923B2 (en) * | 2000-08-01 | 2003-06-23 | 和平 西村 | Construction method of upper subbase, storage method of upper subbase material and sludge |
RU2468139C2 (en) * | 2011-02-18 | 2012-11-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный аграрный университет | Composition for arrangement of lower layer of road surface base |
RU2779688C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Ash soil for road construction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nambiar et al. | Mechanical and durability study of high performance concrete with addition of natural fiber (jute) | |
Çelik et al. | Fresh, mechanical, sorptivity and rapid chloride permeability properties of self-compacting concrete with silica fume and fly ash | |
Joshaghani et al. | Experimental study on the use of trass as a supplementary cementitious material in pervious concrete | |
Parande | Role of ingredients for high strength and high performance concrete–a review | |
Rahman et al. | Use of silica fume in stabilizing cement-dune sand for highway materials | |
Apebo et al. | The suitability of crushed over burnt bricks as coarse aggregates for concrete | |
RU2795808C1 (en) | Soil concrete for road construction | |
Kumar | Characteristic study on pervious concrete | |
Chompoorat et al. | Engineering properties of controlled low-strength material (CLSM) as an alternative fill material | |
Usha et al. | Suitability of fly ash in replacement of cement in pervious concrete | |
RU2810657C1 (en) | Soil concrete for road construction | |
Khan et al. | Durability properties of self compacting concrete containing fly ash, lime powder and metakaolin | |
Ravindrarajah | Bleeding of fresh concrete containing cement supplementary materials | |
Chowdary et al. | An experimental study on cement replacement by GGBS in concrete | |
Hassan et al. | Engineering properties of porous concrete made of sustainable aggregate | |
Holman et al. | Mechanical and durability behavior of self-consolidating concrete (SCC) | |
Khurd et al. | Experimental study of properties of pervious concrete as a pavement material | |
Kumar | Experimental Investigation of Styrene Butadiene Rubberin Plain Concrete | |
Salguero et al. | Eco-Concrete for Hydraulic Structures with Addition of Colloidal Nano-Silica | |
Wadie et al. | Effect of well water on the mechanical properties of concrete with using two types of cement | |
Yang et al. | Relating rapid chloride migration coefficient of blast furnace slag concrete to capillary pore structure parameters | |
Mbereyaho et al. | Basalt Powder Waste Application as Affordable Concrete Admixture | |
Khalifa et al. | Durability characteristics of portland cement based materials modified with pozzolanic materials | |
Ogbonna et al. | CHARACTERIZATION OF BINARY BATCHED CONCRETE CONTAINING SAW DUST ASH FOR ROLLER COMPACTED CONCRETE PAVEMENT APPLICATION | |
Nofal et al. | Enhancement of properties of sustainable porous concrete through mix design |