RU2560740C1 - Binding agent based on nepheline slag for road building - Google Patents
Binding agent based on nepheline slag for road building Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560740C1 RU2560740C1 RU2014134546/03A RU2014134546A RU2560740C1 RU 2560740 C1 RU2560740 C1 RU 2560740C1 RU 2014134546/03 A RU2014134546/03 A RU 2014134546/03A RU 2014134546 A RU2014134546 A RU 2014134546A RU 2560740 C1 RU2560740 C1 RU 2560740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gypsum
- nepheline
- fields
- dust
- binder
- Prior art date
Links
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000010434 nepheline Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052664 nepheline Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002893 slag Substances 0.000 title abstract 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 15
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 52
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 24
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 3
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Substances [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000011132 calcium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- -1 sodium aluminates Chemical class 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011384 asphalt concrete Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N calcium magnesium Chemical compound [Mg].[Ca] ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010852 non-hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 239000010892 non-toxic waste Substances 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 238000011020 pilot scale process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к составам вяжущего и может быть использовано в дорожном строительстве для укрепления оснований дорожных одежд. The invention relates to a binder composition and can be used in road construction to strengthen the foundations of pavement.
Известна Композиция для ремонта асфальтобетонного покрытия, включающая вяжущее, наполнитель, добавки и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве вяжущего использованы минеральные компоненты: высококальциевая зола-унос ТЭЦ и портландцемент, в качестве наполнителя использован кварцевый песок, в качестве добавок использованы шлам алюминиевого производства, полимерные добавки Виннапас RE 524 Z и Бермоколл Е 230 и комплексная добавка эмульбит, а для затворения использована вода при следующем соотношении компонентов, мас.%:Known Composition for repairing asphalt concrete coating, including a binder, filler, additives and solvent, characterized in that the mineral components are used as a binder: high-calcium fly ash of thermal power plants and Portland cement, silica sand is used as a filler, aluminum sludge is used as additives, polymeric additives Vinnapas RE 524 Z and Bermocall E 230 and a complex additive emulbit, and water was used for mixing in the following ratio of components, wt.%:
Данная композиция в присутствии органических добавок Бермоколл Е 230 и Виннапас RE 524 Z приводит к повышению водоудерживающей способности композиции, улучшает ее консистенцию и стабильность (однородность) состава, повышает удобоукладываемость смеси, а также предохраняет ее от расслоения.This composition in the presence of organic additives Bermocall E 230 and Vinnapas RE 524 Z leads to an increase in the water-holding ability of the composition, improves its consistency and stability (uniformity) of the composition, increases the workability of the mixture, and also protects it from delamination.
Однако вяжущее содержит большое количество компонентов и обладает недостаточной прочностью и низкой морозостойкостью.However, the binder contains a large number of components and has insufficient strength and low frost resistance.
Известно вяжущее, приготовленное из молотого или немолотого нефелинового шлама в сочетании с портландцементом [Бескровный В.М. Применение нефелинового шлама для строительства оснований автомобильных дорог в условиях Сибири. - дисс. канд. техн. наук. Омск, 1983].Known binder made from ground or unrefined nepheline sludge in combination with Portland cement [Beskrovny V.M. The use of nepheline sludge for the construction of road foundations in Siberia. - diss. Cand. tech. sciences. Omsk, 1983].
Известно также применение нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината при устройстве автомобильных дорог. [Методические рекомендации по применению нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината при устройстве автомобильных дорог в районах Западной и Восточной Сибири. Москва 1981].It is also known the use of nepheline sludge Achinsk alumina plant for the construction of roads. [Guidelines for the use of nepheline sludge from the Achinsk Alumina Refinery in the construction of roads in areas of Western and Eastern Siberia. Moscow 1981].
Недостатком известных вяжущих является длительный срок твердения и низкая морозостойкость дорожных смесей.A disadvantage of the known binders is the long hardening period and low frost resistance of road mixtures.
Известно вяжущее, состоящее из нефелинового шлама, активаторов твердения и минеральных добавок. [Мещеряков И.В. Применение нефелиновых шламов в дорожном строительстве. - Современные научные исследования и инновации. - №10, 2012]. Данная информация взята за прототип.Known astringent, consisting of nepheline sludge, hardening activators and mineral additives. [Meshcheryakov I.V. The use of nepheline sludge in road construction. - Modern research and innovation. - No. 10, 2012]. This information is taken as a prototype.
Недостатком указанного состава является низкая морозостойкость и длительный срок набора прочности.The disadvantage of this composition is low frost resistance and a long period of curing.
Задачей изобретения является повышение морозостойкости и ускорения твердения дорожных смесей.The objective of the invention is to increase frost resistance and accelerate the hardening of road mixtures.
Поставленная задача достигается тем, что вяжущее на основе нефелинового шлама, содержащее активатор твердения и минеральную добавку, в качестве активатора твердения содержит измельченные крупностью не более 0,1 мм гипсосодержащие отходы алюминиевого производства, а в качестве минеральной добавки содержит пыль 4-5 полей электрофильтров печей спекания глиноземного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:This object is achieved in that a binder based on nepheline sludge containing a hardening activator and a mineral additive contains gypsum-containing wastes of aluminum production, crushed with a particle size of not more than 0.1 mm, and contains 4-5 fields of furnace electrostatic filters as a mineral additive sintering of alumina production in the following ratio of components, wt.%:
нефелиновый шлам 80-93nepheline sludge 80-93
гипсосодержащие отходы алюминиевого производства 5-15gypsum-containing waste from aluminum production 5-15
пыль 4-5 полей электрофильтров печей спекания глиноземного производства 2-5.dust of 4-5 fields of electric filters of sintering furnaces of alumina production 2-5.
В качестве основного компонента вяжущего использовали нефелиновый шлам ОАО «РУСАЛ Ачинск».Nepheline sludge from RUSAL Achinsk was used as the main component of the binder.
Минеральный состав нефелинового отвального шлама в пробах составляет: двухкальциевый силикат (более 80%), в качестве следов до 5% в отвальном шламе присутствуют: алюминаты натрия Na2O×Al2O3, кальций магниевые силикаты CaO×MgO×SiO2, натрокальциевые силикаты Na2O×CaO×SiO2, гидрогранаты кальция 3CaO×Al2O3×SiO2×(6-x)H2O, кальциевые алюминаты СаО×Al2O3 The mineral composition of nepheline dump slurry in the samples is: dicalcium silicate (more than 80%), as traces up to 5% in the dump slurry there are: sodium aluminates Na 2 O × Al 2 O 3 , calcium-magnesium silicates CaO × MgO × SiO 2 , sodium-calcium silicates Na 2 O × CaO × SiO 2 , calcium hydrogranates 3CaO × Al 2 O 3 × SiO 2 × (6-x) H 2 O, calcium aluminates CaO × Al 2 O 3
Химический состав отвального нефелинового шлама текущего глиноземного производства ОАО «РУСАЛ Ачинск» приведен в табл. 1.The chemical composition of dump nepheline sludge from the current alumina production of RUSAL Achinsk OJSC is given in table. one.
Нефелиновый шлам является нетоксичным отходом и отнесен к 5-му классу опасности (не опасные отходы) для окружающей природной среды. Подтверждением этого является заключение аккредитованной лаборатории АНО «Экспертно-аналитический центр по проблемам окружающей среды «ЭКОТЕРРА» г. Москва, основанное на исследовании экспериментальным методом биотестирования компонентного состава отхода и результатов определения токсического действия водной вытяжки из него.Nepheline sludge is a non-toxic waste and is assigned to the 5th hazard class (non-hazardous waste) for the environment. This is confirmed by the conclusion of the accredited laboratory of ANO “Expert and Analytical Center for Environmental Issues“ ECOTERRA ”, Moscow, based on an experimental study of the component composition of the waste and the results of determining the toxic effect of water extract from it using an experimental biotesting method.
Санитарно-эпидемиологической экспертизой нефелинового шлама по показателям радиационной безопасности, проведенной ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае», сделано заключение, что удельная активность естественных радионуклидов, содержащихся в нефелиновом шламе, не превышает гигиенический норматив, установленный для отходов промышленного производства, используемых при изготовлении строительных материалов 1 класса и соответственно равна 66,9 Бк/кг при нормативе 370 Бк/кг.Sanitary and epidemiological examination of nepheline sludge on radiation safety indicators conducted by the Center for Hygiene and Epidemiology in the Krasnoyarsk Territory Federal State Health Institution concluded that the specific activity of natural radionuclides contained in nepheline sludge does not exceed the hygiene standard established for industrial waste used in manufacture of building materials of the 1st class and, accordingly, is equal to 66.9 Bq / kg with the standard of 370 Bq / kg.
В качестве активатора твердения вяжущего нефелинового компонента предлагается использовать гипсосодержащие отходы (ГСО) производства фтористого алюминия ОАО «РУСАЛ Ачинск», на 90 - 95% состоящей из сульфата кальция, представленного смесью ангидрита и гипса (табл. 2).It is proposed to use gypsum-containing wastes (GSO) from the production of aluminum fluoride from RUSAL Achinsk OJSC, 90–95% of calcium sulfate, which is a mixture of anhydrite and gypsum, as an activator of hardening of the knitting nepheline component (Table 2).
Этот отход размещен на гипсохранилище ОАО «РУСАЛ Ачинск» в количестве более 120 тыс. тонн и в настоящее время практически не используется. Ранее данный отход вовлекался во вторичную переработку в ограниченных объемах, необходимых для технологии производства содопродуктов ОАО «РУСАЛ Ачинск».This waste was placed on the gypsum storage facility of RUSAL Achinsk OJSC in an amount of more than 120 thousand tons and is currently practically not used. Previously, this waste was involved in secondary processing in limited volumes necessary for the production technology of soda products of RUSAL Achinsk OJSC.
В качестве минеральной добавки, повышающей морозостойкость,в состав заявляемого вяжущего входит пыль 4 и 5 полей электрофильтров печей спекания глиноземного производства ОАО «РУСАЛ Ачинск». Химический анализ пыли всех полей электрофильтров печи спекания №9 ОАО «РУСАЛ Ачинск» приведен в табл. 3.As a mineral additive that increases frost resistance, the inventive binder includes dust 4 and 5 fields of electrostatic precipitators of alumina sintering furnaces produced by RUSAL Achinsk OJSC. Chemical analysis of dust from all fields of sintering furnace No. 9 electrostatic precipitators of RUSAL Achinsk OJSC is given in table. 3.
Как показал анализ пыли электрофильтров распределение компонентов по полям электрофильтров разное. Наибольшая массовая доля хлоридов и соединений серы отмечается в пыли, отобранной с 4 и 5 полей электрофильтра, которая соответственно равна 22,5 и 27,6. мас.%. .Поэтому для заявляемого состава можно применять только пыль 4 и 5 полей электрофильтров печей спекания ОАО «РУСАЛ Ачинск», так как содержание хлоридов и оксидов серы в 1-3 полях недостаточно и не обеспечивает адсорбционную связь с компонентами вяжущего, необходимую для достижения высоких показателей по морозостойкости образцов. Карбонаты и сульфаты кальция, входящие в состав нефелинового шлама и гипсосодержащих отходов, обладая большой емкостью поглощения, снижают концентрацию Са(ОН)2, что способствует активации физико-химических процессов гидролиза и гидратации клинкерных минералов. Амфотерные гидроксиды железа и алюминия интенсифицируют процессы образования щелочных водостойких соединений, уплотняющих структуру и повышающих водоустойчивость вяжущего. Химические соединения, входящие в состав пылей электрофильтров печей спекания, способствуют повышению удобообрабатываемости (однородности) и удобоукладываемости (плотности) гидроизоляционных свойств дорожного покрытия и повышению их морозостойкости.As shown by dust analysis of electrostatic precipitators, the distribution of components in the fields of electrostatic precipitators is different. The largest mass fraction of chlorides and sulfur compounds is observed in dust taken from 4 and 5 fields of the electrostatic precipitator, which is respectively 22.5 and 27.6. wt.%. . Therefore, for the inventive composition, only dusts of 4 and 5 fields of electrostatic precipitators of sintering furnaces of RUSAL Achinsk OJSC can be used, since the content of chlorides and sulfur oxides in 1-3 fields is insufficient and does not provide adsorption bonding with binder components necessary to achieve high values for frost resistance of samples. Calcium carbonates and sulfates, which are part of nepheline sludge and gypsum-containing waste, having a large absorption capacity, reduce the concentration of Ca (OH) 2 , which contributes to the activation of physicochemical processes of hydrolysis and hydration of clinker minerals. Amphoteric hydroxides of iron and aluminum intensify the formation of alkaline water-resistant compounds that seal the structure and increase the water resistance of the binder. The chemical compounds that make up the dusts of electrostatic precipitators of sintering furnaces increase the workability (uniformity) and workability (density) of the waterproofing properties of the road surface and increase their frost resistance.
Аргументом этого служит то, что нефелиновый шлам с добавкой гипсосодержащих отходов и пылей 4-5 полей электрофильтров печей спекания имеет большую стабильность при перепадах температур с одной стороны за счет гибких связей адсорбционного типа, образующихся благодаря высокой дисперсности гипсосодержащих отходов и пыли электрофильтров, а с другой стороны - развитию смешанной коагуляционно-кристаллической структуры в связи с присутствием в шламе щелочных соединений.The argument for this is that nepheline sludge with the addition of gypsum-containing wastes and dusts of 4-5 fields of electrostatic precipitators of sintering furnaces has great stability at temperature differences on the one hand due to flexible adsorption-type bonds formed due to the high dispersion of gypsum-containing wastes and dust of electrostatic precipitators, and on the other parties - the development of a mixed coagulation-crystalline structure due to the presence of alkaline compounds in the sludge.
Испытания образцов на основе заявляемого вяжущего проводили согласно "Инструкции по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов". - М., 1975, 126 с. Tests of samples based on the inventive binder were carried out in accordance with the "Instructions for the use of soils reinforced with binders for the construction of bases and coatings for roads and airfields." - M., 1975, 126 p.
Для приготовления дорожной смеси использовали щебеночную смесь фракции 0-40 мм, которую смешивали с нефелиновым шламом с добавлением гипсосодержащих отходов и пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания. При уплотнении во влажном состоянии нефелиновый шлам текущего производства и щебеночно-песчаная смесь обладают способностью преобразовываться в монолитный водостойкий материал и дальнейшему набору прочности во времени. Для подтверждения оптимального состава вяжущего компонента дорожных смесей на основе гипсосодержащих отходов, нефелинового шлама и пыли электрофильтров печей спекания ОАО «РУСАЛ Ачинск» были проведены исследования по изучению характеристик и подбору составов с добавками различных количеств данных отходов и определению пределов прочности образцов по контрольным срокам твердения. В связи с длительным хранением гипсосодержащих отходов на гипсохранилище для активации их поверхностной энергии они предварительно измельчались. Тонкость помола во всех опытах соответствовала 100% доле материала измельченного до класса - 0,1 мм.To prepare the road mixture, crushed stone mixture of the 0-40 mm fraction was used, which was mixed with nepheline sludge with the addition of gypsum-containing waste and dust from 4-5 fields of sintering furnace electrostatic precipitators. When wet compacted, nepheline sludge of current production and crushed stone-sand mixture have the ability to transform into a monolithic waterproof material and a further set of strength over time. To confirm the optimal composition of the binder component of road mixtures based on gypsum-containing waste, nepheline sludge and dust from electrostatic precipitators of RUSAL Achinsk sintering furnaces, studies were conducted to study the characteristics and selection of compositions with additives of various amounts of these wastes and to determine the tensile strength of the samples according to the control hardening dates. In connection with the long-term storage of gypsum-containing waste in a gypsum storage facility, they were preliminarily crushed to activate their surface energy. The fineness of grinding in all experiments corresponded to 100% of the material ground to class — 0.1 mm.
Применение такой тонкости помола необходимо для разрушения агломератов и вскрытия поверхности окисленных зерен основных сульфатсодержащих минералов, участвующих в дальнейшей реакции гидратации. Более грубый помол гипсосодержащих отходов не обеспечивал вскрытие поверхности окисленных минералов. Активацию проводили в лабораторной шаровой мельнице МЛБ в периодическом режиме. Мелющие тела - сталь, диаметром 1-3 см. Шаровая загрузка 40 кг. Загрузка материала 50 кг. Длительность измельчения составляла 35 мин. Нефелиновый шлам использовался во влажном состоянии, который отбирался со шламохранилища ОАО «РУСАЛ Ачинск». Исследование прочностных свойств образцов, приготовленных из данных смесей, показали, что при использовании в качестве активатора нефелинового шлама измельченных гипсосодержащих отходов в количестве от 5 до 15 мас.%, прочность образцов кубиков по сравнению с использованием одного нефелинового шлама возрастает в 1,8-2,2 раза. Кроме того, отмечено, что ввод гипсосодержащих отходов в состав заявляемого вяжущего приводит к ускорению процесса твердения образцов дорожных смесей.The use of such a fineness of grinding is necessary for the destruction of agglomerates and the opening of the surface of oxidized grains of the main sulfate-containing minerals involved in the further hydration reaction. Coarser grinding of gypsum-containing wastes did not provide for opening the surface of oxidized minerals. Activation was carried out in a laboratory ball mill MLB in a batch mode. Grinding bodies - steel, 1-3 cm in diameter. Ball load 40 kg. Material loading 50 kg. The grinding time was 35 minutes. The nepheline sludge was used in the wet state, which was taken from the sludge storage facility of RUSAL Achinsk OJSC. The study of the strength properties of samples prepared from these mixtures showed that when using powdered gypsum-containing wastes as nepheline sludge as an activator in an amount of 5 to 15 wt.%, The strength of cubic samples compared to using one nepheline sludge increases by 1.8-2 ,2 times. In addition, it is noted that the introduction of gypsum-containing waste into the inventive binder leads to an acceleration of the hardening process of samples of road mixtures.
Изменение предела прочности образцов дорожных смесей в зависимости от продолжительности выдержки и состава вяжущего приведены в табл. 4.The change in the tensile strength of samples of road mixtures depending on the duration of exposure and the composition of the binder are given in table. four.
Тонкость помола во всех опытах соответствовала 100% доле материала измельченного до класса - 0,1 мм, а в качестве минеральной добавки использовали пыль 4-5 полей электрофильтра печей спекания глиноземного производства ОАО «РУСАЛ Ачинск»The grinding fineness in all experiments corresponded to a 100% fraction of the material ground to class — 0.1 mm, and dust of 4-5 fields of the electrostatic precipitator of alumina sintering furnace produced by RUSAL Achinsk OJSC was used as a mineral additive
Пример 1 прототип, примеры 2-7 заявляемый состав.Example 1 prototype, examples 2-7 of the claimed composition.
Как показали результаты испытаний образцов дорожных смесей, изготовленных на основе предлагаемого состава вяжущего, предел прочности образцов на сжатие выше, чем у состава вяжущего, взятого за прототип. Причем набор прочности испытуемых образцов дорожной смеси при использовании заявляемого состава вяжущего происходит намного быстрее. Так, по прототипу максимальный предел прочности образцов набирается только через 90 суток. В то время, как при использовании заявляемого состава вяжущего предел прочности образцов достаточный для выполнения дорожных работ набирается уже к 14 суткам срока твердения. Применение состава вяжущего с содержанием гипсосодержащих отходов менее 2 мас.% не обеспечивает ускорение твердения образцов. Использование с содержанием гипсосодержащих отходов более 15 мас.% несколько снижает предел прочности образцов на сжатие, что объясняется тем, что данная добавка расклинивает зерна нефелинового шлама и препятствует протеканию процесса его гидратации. Не измельченные гипсосодержащие отходы применять в составе вяжущего не рекомендуется, так как активность этих отходов при хранении на открытом воздухе снижается и соответственно уменьшается прочность образцов дорожных смесей на сжатие.As shown by the test results of samples of road mixtures made on the basis of the proposed binder composition, the compressive strength of the samples is higher than that of the binder composition taken as a prototype. Moreover, the set of strength of the tested samples of the road mixture when using the inventive binder composition is much faster. So, according to the prototype, the maximum tensile strength of samples is gained only after 90 days. While using the claimed binder composition, the tensile strength of the samples sufficient for the performance of roadwork is already set by 14 days of the hardening period. The use of a binder composition with a gypsum-containing waste content of less than 2 wt.% Does not provide acceleration of hardening of samples. Use with a gypsum-containing waste content of more than 15 wt.% Somewhat reduces the compressive strength of the samples, which is explained by the fact that this additive wedges nepheline sludge grains and prevents the hydration process from occurring. Not crushed gypsum-containing wastes are not recommended to be used as a binder, since the activity of these wastes during storage in the open air decreases and, accordingly, the compressive strength of road mixtures decreases.
Из приведенных в табл.4 данных следует, что содержание гипсосодержащих отходов ОАО «РУСАЛ Ачинск» в составе вяжущего, составляет от 5 до 15 мас.% Ввод гипсосодержащих отходов в данном интервале в вяжущее обеспечивает ускорение твердения образцов без снижения его прочности при использовании контрольных заявляемых составов.From the data given in Table 4, it follows that the content of gypsum-containing waste of RUSAL Achinsk OJSC in the binder is 5 to 15 wt.%. Putting gypsum-containing waste in this binder into the binder ensures acceleration of the hardening of the samples without reducing its strength when using the claimed compositions.
Добавка в состав заявляемого вяжущего пыли 4-5 полей электрофильтра печей спекания ОАО «РУСАЛ Ачинск» обеспечивает более высокие показатели морозостойкости образцов дорожных смесей (табл. 5).The addition of 4-5 fields of the electrostatic precipitator of sintering furnaces of RUSAL Achinsk OJSC to the composition of the inventive knitting dust provides higher frost resistance indices of samples of road mixtures (Table 5).
Пример 1 - состав по прототипу, Примеры 2-6 заявляемый состав.Example 1 - the composition of the prototype, Examples 2-6 of the inventive composition.
Так, при использовании состава вяжущего, принятого за прототип морозостойкость образцов имела 52 цикла, в то время, как применение состава заявляемого вяжущего, приводило к увеличению морозостойкости до 88-92 циклов. Добавка пыли 4-5 полей электрофильтров менее 0,5 мас.% снижала морозостойкость испытываемых образцов до 75 циклов. Добавка пыли 4-5 полей электрофильтров более 5 мас.% в состав вяжущего не снижала морозостойкость, но приводила к некоторому снижению прочности образцов.So, when using the binder composition adopted for the prototype, the frost resistance of the samples had 52 cycles, while the use of the composition of the inventive binder led to an increase in frost resistance to 88-92 cycles. The addition of dust from 4-5 fields of electrostatic precipitators of less than 0.5 wt.% Reduced the frost resistance of the tested samples to 75 cycles. The addition of dust of 4-5 fields of electrostatic precipitators of more than 5 wt.% To the composition of the binder did not reduce frost resistance, but led to some decrease in the strength of the samples.
Добавка пыли, взятой с 1-3 полей электрофильтра печей спекания, не обеспечивала значительного повышения морозостойкости образцов и находилась на уровне 60 циклов (пример 7).The addition of dust taken from 1-3 fields of the electrostatic precipitator of the sintering furnaces did not provide a significant increase in the frost resistance of the samples and was at the level of 60 cycles (Example 7).
Из приведенных в табл. 5 данных следует, что дополнительный ввод в состав вяжущего пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания ОАО «РУСАЛ Ачинск» в количестве от 2 до 5 мас% позволит получить требуемые достаточно высокие показатели по морозостойкости образцов дорожных смесей.From the above table. From the data 5 it follows that an additional input of 4-5 fields of electrostatic precipitators of sintering furnaces of RUSAL Achinsk OJSC in the amount of binder dust in an amount of from 2 to 5 wt% will allow to obtain the required sufficiently high indicators of frost resistance of samples of road mixtures.
Таким образом, использование измельченных гипсосодержащих отходов и пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания позволяет заменить применяемые реагенты активаторы и добавки на отходы промышленного производства и обеспечить при этом новые технологические эффекты.Thus, the use of crushed gypsum-containing wastes and dust from 4-5 fields of sintering furnace electrostatic precipitators allows replacing the used reagents activators and additives with industrial wastes and ensuring new technological effects.
Предлагаемый оптимальный состав вяжущего опробован нами также в опытно-промышленном масштабе по использованию нефелинового вяжущего с вводом гипсосодержащих отходов и пыли электрофильтров печей спекания при устройстве основания дорожного покрытия на опытных участках автодороги на объекте «Реконструкция автомобильной дороги Красноярск - Железногорск на участке ПК 45 -ПК 85 в Березовском районе Красноярского края».We also tested the proposed optimal binder composition on a pilot scale for the use of a nepheline binder with the introduction of gypsum-containing waste and dust from the electrostatic precipitators of sintering furnaces when laying the base of the pavement on the experimental sections of the road at the facility "Reconstruction of the Krasnoyarsk-Zheleznogorsk highway at section PC 45-PP 85 in the Berezovsky district of the Krasnoyarsk Territory. "
Для приготовления дорожной смеси использовали 70%, щебеночной смеси фракции. 0-40 мм, которую обрабатывали 30% нефелиновым вяжущим с добавлением измельченными гипсосодержащими отходами и пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания ОАО «РУСАЛ Ачинск».To prepare the road mixture used 70%, crushed stone mixture of the fraction. 0-40 mm, which was treated with 30% nepheline binder with the addition of ground gypsum-containing waste and dust of 4-5 fields of electrostatic precipitators of sintering furnaces of RUSAL Achinsk OJSC.
Приготовление дорожной смеси осуществляли на промплощадке ООО «ДПМК Ачинская» путем тщательного перемешивания компонентов. Приготовленную дорожную смесь транспортировали на опытные участки автодороги и производили укладку основания механизированным способом. Смесь на опытных участках загружали в местах приготовления фронтальным погрузчиком и доставляли на место производства работ автосамосвалами КамА3-55111. Укладку смеси осуществляли асфальтоукладчиком ROADTEC RP-230. При работе с автоматизированным асфальтоукладчиком устанавливали базу для следящей системы - копирную струну, которая служила указателем уровня и направления движения асфальтоукладчика. После укладки щебеночного основания, обработанного нефелиновым вяжущим с добавлением измельченных гипсосодержащих отходов и пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания была произведена укладка верхнего слоя основания. Смешение смеси производили на строительной площадке опытных участков при помощи автогрейдера Д3-98. Для подготовки верхнюю часть дополнительного слоя основания тщательно планировали по проектным отметкам автогрейдером Д3-98 с перекрытием каждого предыдущего прохода на 0,5 м.The preparation of the road mixture was carried out at the industrial site of DPMK Achinskaya LLC by thoroughly mixing the components. The prepared road mixture was transported to the experimental sections of the road and the foundation was laid mechanically. The mixture at the test sites was loaded at the preparation sites with a front-end loader and delivered to the place of work with KamA3-55111 dump trucks. The mixture was laid using a ROADTEC RP-230 paver. When working with an automated paver, the base for the tracking system was established - a tracer string, which served as an indicator of the level and direction of movement of the paver. After laying the crushed stone base treated with a nepheline binder with the addition of crushed gypsum-containing waste and dust from 4-5 fields of the electrostatic precipitators of the sintering furnaces, the upper layer of the base was laid. The mixture was mixed at the construction site of the experimental plots using the D3-98 grader. For preparation, the upper part of the additional base layer was carefully planned according to design marks by the D3-98 grader with an overlap of each previous passage by 0.5 m.
Во время уплотнения дополнительного слоя при подготовке к устройству нижнего слоя основания производили доуплотнение этой зоны пневмоколесным катком ДУ-16 В за четыре прохода по одному следу, с рабочей скоростью 5-6 км/час с перекрытием каждого предыдущего прохода на 0,4 м. Для уплотнения использовали два тяжелых двухосных комбинированных катка ABG SD-160 общей массой 16 тонн, основное назначение которых выполнение окончательного уплотнения слоя. Для этого катком выполняли не менее 3-5 проходов по следу на скорости не более 2,5-3,0 км/час. Каждый новый проход катка перекрывал предыдущий на 30-40 см. Качество уплотнения оснований проверяли путем контрольного прохода катка массой 10-13 т по всей длине контролируемого участка, после которого на основании не оставалось следа и не возникали волны перед вальцом в соответствии со СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги» п. 7.36.During the compaction of the additional layer, in preparation for the lower base layer, the area was re-compacted with a pneumatic roller DU-16 B in four passes along one track, with an operating speed of 5-6 km / h with a 0.4 m overlap of each previous pass. the compaction used two heavy biaxial combined rollers ABG SD-160 with a total weight of 16 tons, the main purpose of which is the performance of the final compaction of the layer. For this, at least 3-5 passes along the track at a speed of not more than 2.5-3.0 km / h were performed by the skating rink. Each new pass of the roller overlapped the previous one by 30-40 cm.The quality of the base compaction was checked by checking the passage of the roller weighing 10-13 tons along the entire length of the controlled section, after which there was no trace on the base and no waves appeared in front of the roller in accordance with SNiP 3.06. 03-85 "Highways" p. 7.36.
Для опытно-промышленных испытаний были выделены два опытных участка. На первом опытном участке производилось строительство дорожного полотна по технологии, с использованием для укрепления щебеночного основания нефелинового шлама и не измельченных гипсосодержащих отходов с добавкой пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания, на втором опытном участке осуществлялось строительство дорожного полотна по технологии и технологическому регламенту, разработанным авторами, с применением в качестве вяжущего нефелинового шлама измельченных гипсосодержащих отходов и добавкой пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания ОАО «РУСАЛ Ачинск».For pilot tests, two pilot plots were allocated. On the first experimental site, the roadbed was constructed according to the technology, using 4-5 fields of sintering furnace electrostatic precipitators with dust added to strengthen the crushed stone base of nepheline sludge and not crushed gypsum-containing waste; on the second experimental site, the roadbed was constructed according to the technology and technological regulations developed the authors, using as a binding nepheline sludge shredded gypsum-containing wastes and the addition of dust of 4-5 fields of electrostatic precipitators whose sintering is RUSAL Achinsk.
Проведенные опытно-промышленные испытания на опытных участках автодороги показали, что применять не измельченные гипсосодержащие отходы, пролежавшие в отвале более 30-ти суток, не рекомендуется, так как их прочность уменьшается. Кроме того, в составе не измельченных гипсосодержащих отходов присутствовали отдельные куски гидратированного минерала более 100 мм, что затрудняло приготовление дорожной смеси и устройство основания с вводом его в дорожную смесь.The pilot industrial tests on the experimental sections of the road showed that it is not recommended to use unmilled gypsum-containing wastes lying in the dump for more than 30 days, since their strength decreases. In addition, the non-crushed gypsum-containing waste contained separate pieces of a hydrated mineral of more than 100 mm, which made it difficult to prepare the road mixture and the construction of the base with its introduction into the road mixture.
Проведенные замеры показали, что при технологическом контроле все анализируемые параметры дорожного покрытия соответствовали основным требованиям производственных операций и требованиям, установленным строительными нормами и правилами, рабочим проектом, технологическим регламентом и нормативными документами.The measurements showed that during technological control, all the analyzed parameters of the pavement met the basic requirements of production operations and the requirements established by building codes and regulations, a working draft, technological regulations and regulatory documents.
Из приготовленного дорожного покрытия были отобраны пробы для проведения оценки эффективности и получения качественных иSamples were taken from the prepared road surface to assess the effectiveness and obtain high-quality and
количественных показателей, которые изучались в строительно-испытательной лаборатории.quantitative indicators that were studied in the construction and testing laboratory.
Применение вяжущего на основе нефелинового шлама с использованием измельченных гипсосодержащих отходов алюминиевого производства и добавкой пыли 4-5 полей электрофильтров печей спекания глиноземного производства обеспечивает ускорение твердения основания дорожного полотна и повышает эффективность дорожного строительства.The use of a binder based on nepheline sludge with the use of crushed gypsum-containing waste from aluminum production and the addition of dust from 4-5 fields of electrostatic precipitators of alumina production sintering furnaces accelerates hardening of the base of the roadbed and increases the efficiency of road construction.
Claims (1)
- нефелиновый шлам 80-93;
- гипсосодержащие отходы алюминиевого производства 5-15;
- пыль 4-5 полей электрофильтров печей спекания глиноземного производства 2-5. A binder based on nepheline sludge containing a hardening activator and a mineral additive, characterized in that it contains gypsum-containing wastes of aluminum production, crushed with a particle size of not more than 0.1 mm, and contains 4-5 fields of furnace electric filters as a mineral additive sintering of alumina production in the following ratio of components, wt.%:
- nepheline sludge 80-93;
- gypsum-containing waste from aluminum production 5-15;
- dust 4-5 fields of electric filters of sintering furnaces of alumina production 2-5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014134546/03A RU2560740C1 (en) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Binding agent based on nepheline slag for road building |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014134546/03A RU2560740C1 (en) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Binding agent based on nepheline slag for road building |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2560740C1 true RU2560740C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014134546/03A RU2560740C1 (en) | 2014-08-22 | 2014-08-22 | Binding agent based on nepheline slag for road building |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2560740C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1008185A1 (en) * | 1981-07-02 | 1983-03-30 | Предприятие П/Я А-7896 | Method for producing binder |
| RU2119897C1 (en) * | 1998-04-22 | 1998-10-10 | Осипов Александр Алексеевич | Cement |
| US6004069A (en) * | 1997-05-29 | 1999-12-21 | Falconbridge Limited | Method for capping mine waste and tailing deposits |
-
2014
- 2014-08-22 RU RU2014134546/03A patent/RU2560740C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1008185A1 (en) * | 1981-07-02 | 1983-03-30 | Предприятие П/Я А-7896 | Method for producing binder |
| US6004069A (en) * | 1997-05-29 | 1999-12-21 | Falconbridge Limited | Method for capping mine waste and tailing deposits |
| RU2119897C1 (en) * | 1998-04-22 | 1998-10-10 | Осипов Александр Алексеевич | Cement |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SU 346262 А1, ( 01.04.1970 . * |
| МЕЩЕРЯКОВ И.В. Применение нефелиновых шламов в. дорожном строительстве , Современные научные исследования и. инновации, N10, 2012. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Preparation of solid-waste-based pervious concrete for pavement: A two-stage utilization approach of coal gangue | |
| Alavéz-Ramírez et al. | The use of sugarcane bagasse ash and lime to improve the durability and mechanical properties of compacted soil blocks | |
| Oti et al. | Engineering properties of unfired clay masonry bricks | |
| Mashaly et al. | Effects of marble sludge incorporation on the properties of cement composites and concrete paving blocks | |
| Limbachiya et al. | Strength, durability and leaching properties of concrete paving blocks incorporating GGBS and SF | |
| El-Mahllawy et al. | Engineering and mineralogical characteristics of stabilized unfired montmorillonitic clay bricks | |
| Lin et al. | Recycling waste brick from construction and demolition of buildings as pozzolanic materials | |
| Jatale et al. | Effects on compressive strength when cement is partially replaced by fly-ash | |
| CN110563397B (en) | Dry-process desulfurized ash-based low-clinker high-permeability-resistance type field level hardening material | |
| Sharma et al. | Influence of rice husk ash, lime and cement on compaction and strength properties of copper slag | |
| Syarif et al. | Development and assessment of cement and concrete made of the burning of quinary by-product | |
| Fırat et al. | Characteristics of Engineered waste materials used for road subbase layers | |
| Gupta et al. | Study of mechanical, micro-structural and environmental properties of concrete containing zinc industry waste for pavements | |
| Mymrin et al. | Material cycle realization by hazardous phosphogypsum waste, ferrous slag, and lime production waste application to produce sustainable construction materials | |
| Rakhimova et al. | The influence of a complex additive on the strength characteristics of concrete for road construction | |
| Nandi et al. | Utilization of wollastonite, jarosite, and their blends for the sustainable development of concrete paver block mixes containing reclaimed asphalt pavement aggregates | |
| Shi et al. | Microstructural mechanisms of cement-slag reactions in phosphogypsum-based materials | |
| Suherman et al. | The effect of open-air curing on compressive strength of geopolymer mortar containing laterite soil and slaked lime | |
| Bauer | Plain concrete | |
| Mráz et al. | Experimental assessment of fly-ash stabilized and recycled mixes | |
| Novytskyi et al. | Composite materials based on phosphogypsum for constructive layers of road pavement | |
| Ding et al. | Recycled household ceramic waste in eco-efficient cement: A case study | |
| RU2560740C1 (en) | Binding agent based on nepheline slag for road building | |
| Nandi et al. | A sustainable approach towards reducing cement consumption in the road sector using zinc industry waste | |
| Saini et al. | Performance of cement mortar mixes containing fine reclaimed asphalt pavement aggregates and zinc waste |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160823 |