RU2826409C1

RU2826409C1 - Cast sulfur concrete mixture

Info

Publication number: RU2826409C1
Application number: RU2023135607A
Authority: RU
Inventors: Алексей Юрьевич Фомин; Никита Витальевич Коновалов; Кайс Абдулрахман Али Кайс
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2024-09-09

Abstract

FIELD: industry of road construction materials.

SUBSTANCE: invention can be used in construction and repair of highways and airfields as a structural layer of a base and a coating in a pavement structure. Cast sulfur-concrete mixture for arrangement of structural layers of coatings and bases of roads and airfields, it is characterized by that it contains sulfur, finely dispersed filler of ground mineral rocks of limestone or talc and asphalt granulate with particle size of 0.071–20 mm, with the following ratio of components, wt.%: said asphalt granulate 45.6–49.6, sulfur 32–37, said filler 15.7–22.4.

EFFECT: invention objective is to create a cast self-compacting sulfur concrete mixture, which does not require mechanized compaction means and tools when laying in a structural layer of a coating or base of a motor road or an aerodrome, with its subsequent hardening and production of finished structural layer of road pavement from sulfur concrete.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области промышленности дорожно-строительных материалов и может быть использовано при строительстве, и ремонте автомобильных дорог и аэродромов в качестве конструктивного слоя основания и покрытия в конструкции дорожной одежды.The invention relates to the field of the road construction materials industry and can be used in the construction and repair of highways and airfields as a structural base layer and coating in the construction of road surfaces.

Известна композиция [1] для получения серного бетона, которая содержит кварцевый песок, 70% которого размолото, и предварительно приготовленную при 140°С композицию элементной серы и модификатора серы - полиорганополисульфида с ненасыщенными углерод-углеродными связями в органическом радикале, при следующем соотношении компонентов, мас.%: A composition [1] for obtaining sulfur concrete is known, which contains quartz sand, 70% of which is ground, and a composition of elemental sulfur and a sulfur modifier, polyorganopolysulfide with unsaturated carbon-carbon bonds in the organic radical, pre-prepared at 140°C, with the following ratio of components, wt.%:

кварцевый песок - 71,2, quartz sand - 71.2,

элементная сера - 26,21-28,66, elemental sulfur - 26.21-28.66,

модификатор серы - 0,14-2,59.sulfur modifier - 0.14-2.59.

Технический результат - повышение прочности бетона на сжатие при сохранении водопоглощения и времени отверждения. Недостатком данной композиции является наличие в составе модификаторов серы, что усложняет дозировку при приготовлении серобетона, а так же предусматривается уплотнение под давлением.The technical result is an increase in the compressive strength of concrete while maintaining water absorption and curing time. The disadvantage of this composition is the presence of sulfur modifiers in the composition, which complicates the dosage when preparing sulfur concrete, and also provides for compaction under pressure.

Известна сырьевая смесь для серного бетона и способ ее приготовления [2]. Сырьевая смесь включает щебень и песок. Для приготовления указанной смеси используют щебень карьерный, с крупностью зерен от 5 до 40 мм, песок карьерный с крупностью зерен до 5 мм, серу модифицированную при следующем соотношении, вес.ч.: песок карьерный 2,3-4,2, щебень карьерный 2,5-4,5, сера модифицированная. Технический результат – повышение прочности, коррозионной стойкости к агрессивным средам и к динамическим нагрузкам. Недостатком данной смеси является трудоемкость и сложность процесса получения серобетонной смеси и необходимоть ее уплотнения.A raw mix for sulfur concrete and a method for its preparation are known [2]. The raw mix includes crushed stone and sand. To prepare the specified mix, quarry crushed stone with a grain size of 5 to 40 mm, quarry sand with a grain size of up to 5 mm, modified sulfur are used in the following ratio, parts by weight: quarry sand 2.3-4.2, quarry crushed stone 2.5-4.5, modified sulfur. The technical result is increased strength, corrosion resistance to aggressive environments and dynamic loads. The disadvantage of this mix is the labor intensity and complexity of the process of obtaining the sulfur concrete mix and the need for its compaction.

Известен состав для серных бетонов [3] который содержит серное вяжущее и заполнитель в массовом соотношении 20:80. Серное вяжущее получают путем смешения при температуре 140°С в аппарате вихревого слоя в течение 15-30 с газовой серы и мазута до получения однородной эмульсии в массовом соотношении 5:1. Заполнитель содержитA composition for sulfur concretes is known [3] which contains sulfur binder and filler in a mass ratio of 20:80. The sulfur binder is obtained by mixing gaseous sulfur and fuel oil at a temperature of 140°C in a vortex layer apparatus for 15-30 s until a homogeneous emulsion is obtained in a mass ratio of 5:1. The filler contains

щебень и остатки дробления щебня следующего фракционного состава: фракция 20- 10 мм - 17%, фракция 10-5 мм - 15%, фракция 5- 2,5 мм - 14%, фракция 2,5-1,25 мм - 12%, фракция 1,25-0,63 мм - 12%, фракция 0,63-0,315 мм - 10%, фракция 0,315-0,071 мм - 10%, фракция 0,071 и менее - 10%. Технический результат - повышение прочности бетона, стойкости к воздействию знакопеременных температур. Недостатком данного состава является наличие в технологической схеме смешение компонентов в аппарате вихревого слоя, что усложняет производственный процесс, а также необходимость уплотнения серобетонной смеси.crushed stone and crushed stone residues of the following fractional composition: fraction 20-10 mm - 17%, fraction 10-5 mm - 15%, fraction 5-2.5 mm - 14%, fraction 2.5-1.25 mm - 12%, fraction 1.25-0.63 mm - 12%, fraction 0.63-0.315 mm - 10%, fraction 0.315-0.071 mm - 10%, fraction 0.071 and less - 10%. The technical result is an increase in the strength of concrete, resistance to the effects of alternating temperatures. The disadvantage of this composition is the presence in the process flow diagram of mixing the components in the vortex layer apparatus, which complicates the production process, as well as the need to compact the sulfur concrete mixture.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является СОСТАВ ДЛЯ СЕРНЫХ БЕТОНОВ [4], содержащий серное вяжущее и инертный заполнитель, отличающийся тем, что серное вяжущее получают путем смешения при температуре 135°C в аппарате вихревого смешения в течение 45-60 сек серы с добавлением мазута в массовом соотношении 6:1 и распылением аммиака и фумаровой кислоты из расчета 200 мг и 1000 мг на 1 м3 серы. соответственно, до получения однородной смеси, а инертный заполнитель содержит следующий фракционный состава в мас.%: отсев дробления щебня - фракция 20-10 мм - 10, фракция 10-5 мм - 10, фракция 5-2,5 мм - 10; речной промытый песок - фракция 2,5-1,25 мм - 10, фракция 1,25-0,63 мм - 15, фракция 0,63-0,315 мм - 15, фракция 0,315- 0,071 мм - 15; помол речного промытого песка - фракция 0,071 мм и менее - 15. Для получения состава можно использовать серное вяжущее и инертный заполнитель в массовом соотношении 23:77. Технический результат – повышение прочности и огнестойкости бетона. Недостатками данного изобретения является сложный многокомпонентный состав, необходимость применения аппарата вихревого слоя в процессе смешения компонентов, что усложняет технологический процесс, а также необходимость уплотнения серобетонной смеси.The closest solution to the proposed invention is the COMPOSITION FOR SULFUR CONCRETE [4], containing a sulfur binder and an inert filler, characterized in that the sulfur binder is obtained by mixing at a temperature of 135°C in a vortex mixing apparatus for 45-60 sec sulfur with the addition of fuel oil in a weight ratio of 6:1 and spraying ammonia and fumaric acid at the rate of 200 mg and 1000 mg per 1 m3 of sulfur, respectively, until a homogeneous mixture is obtained, and the inert filler contains the following fractional composition in wt.%: crushed stone screenings - fraction 20-10 mm - 10, fraction 10-5 mm - 10, fraction 5-2.5 mm - 10; washed river sand - fraction 2.5-1.25 mm - 10, fraction 1.25-0.63 mm - 15, fraction 0.63-0.315 mm - 15, fraction 0.315- 0.071 mm - 15; milled washed river sand - fraction 0.071 mm and less - 15. To obtain the composition, it is possible to use a sulfur binder and an inert filler in a weight ratio of 23:77. The technical result is an increase in the strength and fire resistance of concrete. The disadvantages of this invention are a complex multicomponent composition, the need to use a vortex layer apparatus in the process of mixing the components, which complicates the technological process, as well as the need to compact the sulfur concrete mixture.

Задачей изобретения является создание литой самоуплотняющейся серобетонной смеси, не требующей механизированных средств уплотнения и инструментов при ее укладке в конструктивный слой покрытия или основания автомобильной дороги или аэродрома, с последующим ее твердением и получением готового конструктивного слоя дорожной одежды из серного бетона. The objective of the invention is to create a cast self-compacting sulfur concrete mixture that does not require mechanized compaction means and tools when laying it in the structural layer of the pavement or base of a highway or airfield, with its subsequent hardening and obtaining a finished structural layer of road surface made of sulfur concrete.

Известно, что в технологии серосодержащих вяжущих материалов строительного назначения, в качестве пластификаторов серы могут применяться осерненные многокомпонентные (сложные по составу) системы: нефть, нефтяные фракции (Т_кип = 250÷400°С), нефтяной кек, газойль, битум, мазут, деготь, в количестве от 0.5 до 150% мас. к сере [5]. В этой связи, требуемый технический результат изобретения достигается тем, что состав литой серобетонной смеси включает серу, тонкодисперсный наполнитель из молотых минеральных пород известняка или талька и асфальтогранулят фракции 0,071- 20 мм, играющий роль мелкого и крупного заполнителей, с частицами, покрытыми асфальтовым вяжущим. При этом битум, входящий в состав асфальтогранулята способствует пластификации серобетонной смеси и повышению ее удобоукладываемости, что определяет область ее применения в качестве материала для устройства монолитных слоев покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. It is known that in the technology of sulfur-containing binders for construction purposes, sulfurized multicomponent (complex in composition) systems can be used as sulfur plasticizers: oil, oil fractions ( _{boiling point} = 250÷400°C), oil cake, gas oil, bitumen, fuel oil, tar, in an amount of 0.5 to 150% by weight of sulfur [5]. In this regard, the required technical result of the invention is achieved in that the composition of the cast sulfur concrete mixture includes sulfur, a finely dispersed filler from ground mineral rocks of limestone or talc and asphalt granulate of fraction 0.071-20 mm, playing the role of small and large fillers, with particles covered with asphalt binder. At the same time, the bitumen included in the asphalt granulate promotes the plasticization of the sulfur concrete mixture and increases its workability, which determines the scope of its application as a material for the construction of monolithic layers of pavements and foundations of highways and airfields.

Компонентный состав литой серобетонной смеси включает серу, тонкодисперсный наполнитель и асфальтогранулят, в соотношениях, масс. %:The component composition of the cast sulfur concrete mixture includes sulfur, finely dispersed filler and asphalt granulate, in proportions, mass %:

- сера – 32-37%- sulfur – 32-37%

- наполнитель – 15,7-22,4% - filler – 15.7-22.4%

- асфальтогранулят – 45,6-49,6%.- asphalt granulate – 45.6-49.6%.

Соотношение исходных компонентов обеспечивает требуемые технологические свойства литой серобетонной смеси: диаметр расплыва и предельное напряжение сдвига, определяющие ее самоуплотнение и физико-механические показатели свойств серного бетона – предел прочности прочность при сжатии и на растяжение при изгибе, в интервале значений показателей, достаточных для устройства конструктивных слоев дорожных одежд. В таблице представлены составы литых серобетонных смесей, значения технологических и физико-механических показателей свойств литой серобетонной смеси и серного бетона.The ratio of the initial components ensures the required technological properties of the cast sulfur concrete mixture: the diameter of the spread and the ultimate shear stress, which determine its self-compactibility and the physical and mechanical properties of sulfur concrete - ultimate strength, compressive strength and tensile strength in bending, in the range of values of the indicators sufficient for the device of structural layers of road pavements. The table presents the compositions of cast sulfur concrete mixtures, the values of the technological and physical and mechanical properties of the cast sulfur concrete mixture and sulfur concrete.

Таблица Table

Тип наполнителяFiller type ИзвестнякLimestone ТалькTalc Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Пример 5Example 5 Пример 6Example 6 Асфальтогранулят, %Asphalt granulate, % 45,645.6 47,647.6 49,549.5 46,346.3 48,048.0 49,649.6 Сера, %Sulfur, % 32,032.0 31,031.0 29,729.7 3737 36,036.0 34,734.7 Наполнитель, %Filler, % 22,422.4 21,421.4 20,820.8 16,716.7 16,016.0 15,715.7 Диаметр расплыва, смSpread diameter, cm 13,313.3 12,812.8 12,2512.25 10,010.0 11,011.0 13,013.0 Предельное напряжение сдвига, ПаUltimate shear stress, Pa 255255 285285 330330 318318 435435 575575 Предел прочности прочность при сжатии, МПаTensile strength compressive strength, MPa 1818 17,217.2 16,516.5 17,517.5 16,216.2 1515 Предел прочности на растяжение при изгибе, МПаTensile strength at bending, MPa 5,65.6 5,55.5 5,45.4 6,26.2 6,16.1 5,95.9

Источники информации:Sources of information:

1. Патент, RU 2 374 204, C04B 28/36 (2006.01); C04B 111/20 (2006.01); КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОГО БЕТОНА, Лакеев С.Н., Сангалов Ю.А., Карчевский С.Г., Яковлев В.В., Яковлева Л.А., Ларионов С.Л., патентообладатель ООО «Инновационный центр «Химические технологии и оборудование», заяв. 14.04.2008, опубл. 27.11.2009, бюл. №33.1. Patent, RU 2 374 204, C04B 28/36 (2006.01); C04B 111/20 (2006.01); COMPOSITION FOR PRODUCING SULFUR CONCRETE, Lakeev S.N., Sangalov Yu.A., Karchevsky S.G., Yakovlev V.V., Yakovleva L.A., Larionov S.L., patent holder LLC "Innovation Center "Chemical Technologies and Equipment", declared 14.04.2008, published 27.11.2009, Bulletin No. 33.

2. Патент, RU 2 626 083, C04B 28/36 (2006.01), C04B 12/00 (2006.01), C04B 40/00 (2006.01) Сырьевая смесь для серного бетона и способ ее приготовления, Мотин Н.В., Алехина М.Н., Ткачев В.П., Васильев Ю.Э., патентообладатель ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ», заяв. 05.04.2016, опубл. 21.07.2017, бюл. №21.2. Patent, RU 2 626 083, C04B 28/36 (2006.01), C04B 12/00 (2006.01), C04B 40/00 (2006.01) Raw mix for sulfur concrete and method for its preparation, Motin N.V., Alekhova M.N., Tkachev V.P., Vasiliev Yu.E., patent holder Research Institute of Natural Gases and Gas Technologies - Gazprom VNIIGAZ LLC, declared 05.04.2016, published 21.07.2017, bulletin No. 21.

3. Патент, RU 2 356 867, C04B 28/36 (2006.01), СОСТАВ ДЛЯ СЕРНЫХ БЕТОНОВ, Пичугин Д.А., патентообладатель Пичугин Д.А., заяв. 05.09.2007, опубл. 27.05.2009, бюл. № 15.3. Patent, RU 2 356 867, C04B 28/36 (2006.01), COMPOSITION FOR SULFUR CONCRETE, Pichugin D.A., patent holder Pichugin D.A., application. 09/05/2007, publ. 05/27/2009, bulletin. No. 15.

4. Патент, RU 2 567 925, C04B 28/36 (2006.01), СОСТАВ ДЛЯ СЕРНЫХ БЕТОНОВ, Пичугин Д.А., патентообладатель ООО «Газпром добыча Астрахань», заяв. 10.12.2013, опубл. 20.06.2015, бюл. №17.4. Patent, RU 2 567 925, C04B 28/36 (2006.01), COMPOSITION FOR SULFUR CONCRETE, Pichugin D.A., patent holder Gazprom Dobycha Astrakhan LLC, declared 10.12.2013, published 20.06.2015, Bulletin No. 17.

5. Ю. А. Сангалов, С. Г. Карчевский, В. И. Ионов Пластификация серы. Физико-химические аспекты. Башкирский химический журнал. 2012. Том 19. № 1, С. 11-20.5. Yu. A. Sangalov, S. G. Karchevsky, V. I. Ionov Plasticization of sulfur. Physicochemical aspects. Bashkir Chemical Journal. 2012. Vol. 19. No. 1, pp. 11-20.

Claims

Cast sulfur concrete mixture for the construction of structural layers of pavements and bases of highways and airfields, characterized by the fact that it contains sulfur, finely dispersed filler from ground mineral rocks of limestone or talc and asphalt granulate of fraction 0.071-20 mm, with the following ratio of components, wt.%:

the specified asphalt granulate – 45.6-49.6

sulfur – 32-37

the specified filler is 15.7-22.4.