Бетонная стяжка с вторичной резиной из отработанных шин, покрытие с низким уровнем шума от пешеходного шума и заполнитель для бетонной стяжки

(51) 04 18/22 (2006.01) 04 28/02 (2006.01) 04 111/60 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ПОКРЫТИЕ С НИЗКИМ УРОВНЕМ ШУМА ОТ ПЕШЕХОДНОГО ШУМА И ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ БЕТОННОЙ СТЯЖКИ(57) Описывается бетонная стяжка с вторичной резиной из изношенных и отработанных шин ,включающая цемент, предварительно обработанную повторно используемую или вторичную резину из изношенных и отработанных шин с крупностью частиц, составляющей от 0,1 до 20 мм,предпочтительно от 1 до 10 мм, еще более предпочтительно от 2 до 5 мм, которые предварительно обработаны, инертные материалы,полимерные добавки и воду. Бетонная стяжка с вторичной резиной из отработанных шин обладает свойством снижения уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума.(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) БЕТОННАЯ СТЯЖКА С ВТОРИЧНОЙ РЕЗИНОЙ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ШИН, 31437 Настоящее изобретение относится к бетонной стяжке (выравнивающему слою) с вторичной или повторно используемой резиной из отработанных(изношенных, отходов) шин, которая позволяет эффективно снижать уровень шума от перемещения людей или пешеходного шума. В частности такая стяжка обладает специфическими свойствами звукоизоляции и удельной теплопроводности. Известно использование отработанных шин и изношенных покрышек в бетоне. Несомненно,необходимость поиска альтернативных применений резины, получаемой из отработанных шин ,соответствует потребности улучшения некоторых характеристик смесей бетона. Более того, в зависимости от областей применения, для которых он предназначается, бетон должен иметь низкую плотность, высокие прочность и ударную прочность. Бетон как таковой, несмотря на то, что он чаще всего используется в качестве строительного материала, не всегда удовлетворяет всем необходимым требованиям одновременно. Таким образом известно применение частиц резины, полученных из , в виде компонента бетона,с использованием таким образом полученного продукта для производства звукопоглощающего цементного продукта для покрытий/мощения улиц/тротуаров. Позже, частицы вторичной резины также стали использоваться в смесях бетона в качестве заполнителей,создаваемых или состоящих из инертных материалов, для получения легкого бетона. В частности в технической литературе под названием резиновый бетон (бетон с резиной) или резиновый модифицированный бетон(модифицированный резиной бетон) обычно указывается смесь, состоящая из обычного бетона(портландцемента), природных заполнителей и резины из отработанных шин. Под названием резиновый строительный раствор имеется в виду смесь цементного раствора с резиной. Резину, используемую для подобных областей применения,получают из вышедших из потребления (отходов) шин транспортных средств или грузовиков, подвергнутых переработке путем механического измельчения или криогенным процессом. Кроме того, в зависимости от областей применения и рабочих характеристик, требующихся для конечного продукта, резина используется как таковая или в некоторых случаях она предварительно перерабатывается удалением из нее текстильных компонентов и/или выниманием стальных волокон (металлокорда). В иных случаях поверхность резины подвергают предварительной обработке для усиления адгезии между цементной пастой и резиной, в результате этого достигается значительное усовершенствование некоторых конечных свойств бетона. Примером указанной предварительной обработки является поверхностная обработка резины гидроксидом натрия, которая увеличивает адгезию между частицами резины и матрицей цемента, что таким образом приводит к существенному улучшению износостойкости и сопротивления изгибу. В основном,резиновые заполнители используются только в виде частичной замены природных заполнителей в смеси бетона. Как известно, добавление частиц резины отработанных шин приводит к ослаблению физических и механических свойств исходного бетона, но в то же самое время достигается увеличение способности поглощения энергии пластической деформации. Уменьшение механических свойств наблюдается пропорционально увеличению по объему фракции резины согласно нелинейной зависимости. С добавлением резины бетон становится относительно пластичным и при наложении нагрузки ведет себя как упругая структура. Кроме того, бетон с частицами резины (при замещении от 10 до 30 по весу количества заполнителя в составе инертных материалов) имеет коэффициенты теплопроводности и звукопоглощения, превышающие эти показатели для обычного бетона. На основе вышеупомянутых свойств, бетон с вторичной резиной может использоваться в архитектурных областях применения в дорожном мощении, для которого не требуется высокая механическая прочность в панелях, когда есть потребность в уменьшении плотности в элементах для строительства и барьерах Свитера,подвергающихся ударам в звуковых барьерах(звукопоглощение) и при строительстве железных дорог для крепления рельс к основанию/грунту. Примеры таких областей применения раскрыты в заявках на патент О 2009035743, О 2000027774 и 2353603, относящихся к цементным смесям,резиновым частицам и природным заполнителям,соответственно, в общем использующихся для бетона с латексом, цементных панелей и строительных растворов, для применения в области радиационной защиты и в качестве стен периметра в виде блоков, изготовленных из легкого бетона. Необходимость поиска альтернативного использования резины, получаемой из отработанных шин , соответствует в настоящее время потребности улучшить некоторые характеристики смесей бетона, чтобы сделать его материалом,способным адсорбировать энергию, создаваемую динамическими действиями (удары и вибрации). Таким образом, выявилась необходимость в разработке стяжек на основе бетона, содержащих заполнители из резины . Традиционная стяжка, в соответствии с 13813, является горизонтальным строительным элементом, предназначенным, например, для выравнивания поверхности, делая ее совершенно ровной, для распределения нагрузки покрывающих элементов и/или для нанесения завершающего дорожного покрытия. Стяжка является строительным элементом переменной толщины,которая зависит от типа окружающей среды и цели ее назначения (например, внутри помещения стяжка может быть толщиной от 4 до 20 см). Обычную стяжку, как правило, получают объединением или смешиванием, по крайней мере,трех веществ, используемых в соответствующем количестве цемент,инертные материалы(к бетонной смеси) могут быть добавлены суперпластифицирующие или аэрирующие добавки. Количество каждого из элементов смеси варьируется в зависимости от типа окружающей среды и назначения стяжки (внутренняя или наружная, для промышленных или гражданских или бытовых целей). Очень часто в смеси присутствуют другие компоненты, такие как полистирол, который используется для осветления стяжки, или кварц,который используется для придания гладкости поверхности стяжки и прочности стяжке в целом. Стяжка, сцепляющая с несущим нагрузку основанием (например, верхней поверхностью),уложенная на несвязанный слой (например, барьер для испарения) или на слой термо- и/или звукоизоляции, характеризуется, соответственно,как сцепленная, несвязанная или плавающая. Стяжка может также включать системы подогрева/охлаждения пола и, в этом случае, она характеризуется как излучающая. Изготовление стяжки должно таким образом гарантировать в основном- то, что укладка будет выполнена в заданном интервале времени- то, что длительность строительных работ при различных рабочих условиях (внутри или снаружи строений,мощение для гражданского,коммерческого или промышленного использования и т.д.) не подвергается риску или не ставится под угрозу от условий строительства. Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание стяжки, которая может одновременно соответствовать вышеупомянутым тепловым/механическим характеристикам, а также обеспечивать снижение уровня шума и адсорбцию колебательной энергии, в частности снижение уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума, таким образом, преодолеваются недостатки известных продуктов. Следующей задачей настоящего изобретения является применение указанной стяжки в областях применений, требующих снижения уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума. Предметом настоящего изобретения является бетонная стяжка с повторно используемой или вторичной резиной из отработанных (отходов) шин, включающая цемент, вторичную резину из отработанных шин, которые предварительно обработаны, с размером зерна от 0,1 до 20 мм,предпочтительно от 1 до 10 мм, еще более предпочтительно от 2 до 5 мм, инертные материалы,полимерные добавки и воду, отличающаяся тем, что указанный конгломерат имеет прочность на сжатие более 5 МПа,предпочтительно более 15 МПа, еще более предпочтительно более 20 МПа и модуль упругости более 10 ГПа,предпочтительно более 13 ГПа. Следующим предметом изобретения является применение бетонной стяжки с предварительно обработанной резиной, полученной из отработанных шин, в областях применения, требующих снижения уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума,в частности для мощения/покрытия улиц/тротуаров. Предметом настоящего изобретения также является применение предварительно обработанной вторичной или повторно используемой резины,полученной из отработанных шин, в качестве заполнителя для бетонных стяжек. Вторичная или повторно используемая резина из отработанных шин , находящаяся в бетонной стяжке согласно настоящему изобретению,предварительно обрабатывается выдерживаниемв воде в течение периода времени, по крайней мере, 7 дней, предпочтительно более 28 дней, или промываниемлатексом. Предварительная обработка выдерживаниемв воде является предпочтительной. Главное преимущество стяжки согласно настоящему изобретению определяется тем, что она обладает одновременно превосходными механическими свойствами и значительным уменьшением уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума. В этом отношении,установлено,что материал с акустически пониженным уровнем звукопоглощения не обязательно характеризуется уменьшением уровня пешеходного шума. В действительности, звуковая волна колеблется по-разному в зависимости от средств, через которые она распространяется. Может показаться, что бетонная стяжка,обеспечивающая хорошее акустическое понижение уровня поглощения звука, будет также более эффективной в снижении уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума, но при равном звукопоглощении, поведение бетонной стяжки в отношении шума от перемещения людей или пешеходного шума может быть удивительно другим. Более точно, стяжка согласно настоящему изобретению обладает значительным преимуществом в снижении уровня шума от перемещения людей или пешеходного шума и,одновременно,хорошими механическими и тепловыми свойствами,без какой-либо ретроградации (ухудшения качества) прочности на сжатие по величине после 28 дней. Под термином цемент согласно настоящему изобретению обозначен порошковый материал,который, при смешивании с водой, формирует пасту,которая затвердевает посредством гидратации, и который, после отвердевания,сохраняет свою стойкость и стабильность даже под водой. В частности цементы согласно настоящему изобретению включают так называемый 3 портландцемент, бесклинкерный шлаковый цемент,пуццолановый портландцемент, цемент с добавкой зольной пыли, кальцинированный глинистый сланцевый цемент, известняковый цемент, так называемые композитные цементы и сульфоглиноземистый(сульфоалюминатный) цемент. Например, могут быть использованы цементы типа , , ,илисогласно стандарту 197-1. Особенно предпочтительным является цемент СЕМ . Предпочтительным классом цемента является класс 42.5. Цемент может быть независимо серым или белым. Под термином инертные материалы или заполнители, создаваемые или состоящие из инертных материалов или заполнители из инертных материалов согласно настоящему изобретению обозначены,в общем,гранулированные материалы, используемые в области строительства (см. также стандарты 12620 и 13055 (1, которые могут быть содержащего кремний,известнякового или базальтового типа, округлые или раздробленные. Заполнитель может быть природным,промышленным или вторичным/повторно используемым. Природный заполнитель является инертным материалом минерального происхождения, который в обязательном порядке подвергают механической обработке, тогда как промышленный заполнитель всегда является инертным материалом минерального происхождения, полученным из производственного процесса, предполагающего термическое или другого вида изменение. Наконец,вторичный/повторно используемый заполнитель является инертным материалом, полученным обработкой неорганического материала, ранее уже использованного в области строительства. Шины, используемые в стяжке согласно настоящему изобретению, являются повторно используемыми/вторичными и переработанными отработанными/изношенными шинами автомобилей и грузовиков и указываются как заполнители из . Изношенные/отработанные шины подвергают следующей обработке для производства заполнителей изна первом этапе выполняют их измельчение, за ним следует этап просеивания. Название класса крупности частиц 0 1 20 Фиг. 1, 1 и 1 с демонстрируют, что классы 0 и 1 представляют моногранулированные мелкие частицы (песок) и кругловатые гранулы, тогда как класс 20 представляет второразрядный коэффициент формы (сглаженная форма). Для производства стяжки согласно настоящему изобретению использовались три класса крупности частиц как описано выше. 4 Вторичный резиновый компонент, присутствующий в стяжке согласно настоящему изобретению,подвергают затем дальнейшей обработке, при которой измельченный и просеянный заполнитель с крупностью частиц, составляющей от 0,1 до 20 мм,предпочтительно от 1 до 10 мм, еще более предпочтительно от 2 до 5 мм, выдерживают в воде в течение периода времени, по крайней мере, 7 дней,предпочтительно более 28 дней, или подвергают промыванию латексом, до смешивания с цементом,инертными материалами, полимерными добавками и водой. В частности обработка водой выполняется согласно следующей процедуревторичные резиновые заполнителивыдерживаются в емкости с водойемкость заполняют водой так, чтобы все заполнители избыли полностью погружены в водузаполнители изоставляют при полном погружении на период времени, составляющий от 7 до 40 дней, предпочтительно более 28 дней, затем извлекают из емкости и сразу же используют для смешивания с цементом, инертными материалами,полимерными добавками и водой. Альтернативно обработке водой вторичные резиновые заполнителимогут быть подвергнуты обработке латексомвторичные резиновые заполнителипомещают в резервуар мешалки для приготовления цементного растворав мешалку для приготовления цементного раствора, при перемешивании, вводится латекс в жидком виде в количестве, необходимом для смачивания всех заполнителейвозможные излишки латекса удаляют через ситозаполнители , промытые латексом,оставляют высыхать для того, чтобы сформировать водонепроницаемый слой из латекса вокруг частиц заполнителя. Эта операция требует нескольких часов в зависимости от условий влажности и температуры окружающей среды. Заполнителиделят на три класса по крупности частиц. В таблице 1 приводятся основные характеристики трех размеров. Таблица 1 Данные о крупности частиц мм 1 3-5 20 Предпочтительно, композиция для получения стяжки согласно настоящему изобретению включает от 5 до 30 по весу цемента, от 5 до 20 по весу воды, от 20 до 70 по весу заполнителей из инертных материалов, от 1 до 20 заполнителей из вторичной резины . Предпочтительная композиция содержит от 10 до 25 по весу цемента, от 8 до 15 по весу воды, от 40 до 70 по весу заполнителей из инертных материалов, от 1 до 20 заполнителей из вторичной резины . В приготавливаемую бетонную стяжку согласно настоящему изобретению не обязательно могут быть добавлены супер-пластифицирующие добавки/преобразователи воды для получения желательных результатов, несмотря на то, что исходятиз отношений воды/цемента, составляющих от 0,45 до 1,2. В случае возможного использования,аэрирующие и супер-пластифицирующие добавки могут быть выбраны из сульфированного нафталина,поликарбоновых соединений,таких как полиакрилаты,или поверхностно-активных веществ. Для полной гомогенизации цемент, воду,заполнитель из инертных материалов и заполнитель из предварительно обработанного,в соответствующих пропорциях, смешивают в мешалке для приготовления цементного раствора или другом подобном аппарате до получения гомогенной смеси без комков и с присущей плотностью,предпочтительно самовыравнивающегося типа. Полученную таким образом смесь кладут/наносят на основание, выравнивая ее строительным уровнем(правило). Свежеприготовленную смесь, предпочтительно,следует применить в течение получаса (время указано для температуры приблизительно 20 С). Затем смесь оставляют для созревания в течение приблизительно 28 дней, указанное время является общим условием для цементных смесей. Главное преимущество стяжки согласно настоящему изобретению состоит в том, что она позволяет значительно снизить уровень от перемещения людей или пешеходного шума. Другие особенности и преимущества изобретения будут очевидны из следующих ниже примеров его осуществления,которые предназначаются для иллюстративных целей и не являются ограничивающими. Пример 1 (сравнительный) Стяжку готовят из композиции, которая обозначена как смесь 1 в следующей ниже таблице 2. При приготовлении стяжки заполнитель,полученный из резины из , до смешивания с цементом, водой и инертными заполнителями, не был подвергнут какой-либо обработке, за исключением измельчения и просеивания до желательной крупности частиц. Таблица 2 Песок (0-4) (категория 85 согласно 12620) Резиновая гранула 1 Цемент СЕМ 42,5 -/ Добавка ( , акриловый суперпластификатор) Вода Теоретическая объемная масса Для указанной стяжки наблюдалась проблема ретроградации прочности, которая становится очевидной после 28-го дня созревания в условиях повышенной влажности. На диаграммах,изображенных на фиг.2-4, показывается, как используемая выше смесь демонстрирует явления ретроградации прочности на сжатие и модуля упругости, а так же явления начала растрескивания и поверхностного расслаивания. В частности, фиг.2 показывает общее направление развития прочности на сжатие во времени, фиг.3 показывает общее направление развития модуля упругости во времени и фиг.4, сравнивающая образцы, созревшие при различных термо-гидрометрических условиях,показывает эффект сжатия/расширения. Действительно, как следует из показанного на фиг.4,поведение бетона существенно меняется, если один и тот же бетон подвергнут значительно отличающимся друг от друга термогидрометрическим условиям. В случае превышения влажности окружающей среды 95, образец бетона имеет тенденцию расширяться, тогда как, то же бетон сжимается,если он находится в неконтролируемой внешней окружающей среде. Наконец, на фиг.5-5 показаны примеры растрескивания и поверхностного расслаивания бетона. Наблюдаемые явления могут быть разумно отнесены к расширяющим действиям, которые очень вероятно являются следствием формирования расширяющихся продуктов на поверхности раздела между цементной матрицей и резиной и/или эффектов впитывания резиной влаги в окружающей среде с большой влажностью. Пример 2 Две стяжки готовят из композиций, которых указаны как смесь 1 и смесь 2 в следующей ниже таблице 3. При приготовлении указанных стяжек заполнитель, полученный из резины , до смешивания с цементом, водой, полимерной добавкой и инертными заполнителями, был подвергнут предварительной обработке выдерживанием в воде в течение периода времени 28 дней, как ранее описано. Таблица 3 Песок (0-4) (категория 85 согласно 12620) Резиновые гранулы 1 Цемент СЕМ 42,5 -/ Добавка ( , акриловый суперпластификатор) Вода Теоретическая объемная масса В таблице 4 показаны основные характеристики стяжки, полученной из смеси согласно настоящему изобретению. Стяжку согласно настоящему изобретению сравнивают скоммерческим продуктом, в котором присутствуют пластические материалы для понижения уровня пешеходного шума, состоящим из песка (1100-1200 кг/м 3), цемента (430 кг/м 3), воды пластического материала (70 кг/м 3), полученных из вторичных пластических материаловобычной стяжкой, то есть, без резинового заполнителя, используемого в качестве природного заполнителя. Данные, касающиеся смеси 1, были установлены в процессе промышленных испытаний на заводев. Таблица 4 Обычная стяжка Осадка конусатекучесть 0 Свежая объемная масса(твердость по Роквеллу) к 7 днюк 28 дню Модуль динамической упругости к 28 дню Отвердевшая объемная масса к 28 дню Удельная теплопроводность Снижение пешеходного шума Диаграмма на фиг.6 поясняет общее направление развития прочности на сжатие (в процентах по величине к 28 дню) смеси 1, указанной в таблице 2 (предварительно не обработанные резиновые заполнители ), и смеси 1, указанной в таблице 3, в которой резиновые заполнителибыли предварительно обработаны водой в течение 28 дней, и смеси 1, указанной в таблице 3,отличающейся тем, что резиновые заполнителибыли обработаны латексом. Диаграмма на фиг.6 показывает, как обработка резиновых заполнителейводой или латексом,выполняемая согласно настоящему изобретению,позволяет избежать проблем расширения и таким образом растрескивания, наблюдаемого для смеси 1 с необработанными заполнителями. Вышеупомянутые данные показывают, что обычная стяжка обладает низкой способностью снижения уровня пешеходного шума также из-за высокого модуля упругости. 6 Смесь 1 согласно настоящему изобретению показывает значения снижения уровня пешеходного шума, которые больше величин для коммерческого продукта, несмотря на то, что бетон из нее имеет высокую прочность на сжатие и высокий модуль упругости. Смесь 2 согласно изобретению обладает механическими характеристиками, оптимальными для областей применений, в которых не требуется,чтобы минимальная величинабыла больше 5 МПа. Снижение уровня пешеходного шума выше результатов для других материалов и низкий модуль упругости позволяет материалу выдерживать большие деформации до начала растрескивания. Кроме того, относительная легкость материала снижает постоянные нагрузки на конструкцию. В частности вышеупомянутые протестированные смеси 1 и 2 согласно изобретению оптимизированы для производства стяжек, способных удовлетворять рабочим условиям, установленным коммерческими, 31437 Объемная массаПрочность на сжатиеСнижение уровня пешеходного шумаТип слоя Связан со звукопоглощающей прокладкой Связан со звукопоглощающей прокладкой Пример 3 Две стяжки готовят из композиции, показанной в следующей ниже таблице 6. При приготовлении указанных стяжек резиновый заполнитель, до смешивания с цементом, водой, полимерными добавками и инертными заполнителями, был подвергнут предварительной обработке выдерживанием в воде в течение периода времени 7 дней в первом случае (смесь 1) и в течение периода времени 28 дней во втором случае (смесь 2). Таблица 6 Песок (0-4) (категория 85 согласно 12620) Резиновые гранулы 20 Крупнозернистый песчаник (щебень) (10-20 мм) Цемент СЕМ 42,5 -/ Супер-пластифицирующая акриловая добавка Вода Теоретическая объемная масса Диаграмма на фиг.7 поясняет, как обработка заполнителей изводой, осуществленная в течение 7 дней, уже понижает, хотя полностью не устраняет проблему расширения и таким образом растрескивания, наблюдаемого для смеси сравнения с необработанными заполнителями. Вместо этого обработка заполнителей из водой,осуществленная в течение 28 дней, полностью устраняет указанную проблему. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Бетонная стяжка с вторичной резиной из отработанных шин , включающая цемент,предварительно обработанную вторичную резину изс размером зерен от 0,1 до 20 мм,предпочтительно от 1 до 10 мм, еще более предпочтительно от 2 до 5 мм, инертные материалы,полимерные добавки и воду, отличающаяся тем,что указанная многокомпонентная масса имеет- прочность на сжатие более 5 МПа,предпочтительно более 15 МПа, еще более предпочтительно более 20 МПа и модуль упругости более 10 ГПа,предпочтительно более 13 ГПа вторичная резина из отработанных шинпредварительно обработана посредством выдерживанияв воде в течение периода времени, составляющего от 7 до 40 дней, или промываниялатексом и бетонная смесь включает от 5 до 30 по весу цемента, от 5 до 20 по весу воды, от 20 до 70 по весу заполнителей из инертных материалов, от 1 до 20 заполнителей из предварительно обработанной вторичной резины . 2. Бетонная стяжка по п.1, отличающаяся тем,что вторичная резина из отработанных шинпредварительно обработана посредством выдерживанияв воде, предпочтительно, в течение периода времени, превышающего 28 дней. 3. Бетонная стяжка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что бетонная смесь включает от 10 до 25 по весу цемента, от 8 до 15 по весу воды, от 40 до 70 по весу заполнителей из инертных материалов, от 1 до 20 заполнителей из предварительно обработанной вторичной резины. 4. Применение бетонной стяжки с вторичной резиной из отработанных шин по любому из п.п.1-3 в качестве покрытий с низким уровнем шума от перемещения людей или пешеходного шума, в частности для настилки полов. 5. Применение бетонной стяжки с вторичной резиной из отработанных шин по п.4 с уменьшением уровня пешеходного шума, равным 10 дБ. 6. Применение вторичной резины из отработанных шин с размером зерен от 0,1 до 20 мм,предпочтительно от 1 до 10 мм, еще более предпочтительно от 2 до 5 мм, которая предварительно обработана посредством выдерживания резиныв воде в течение периода времени от 7 до 40 дней, предпочтительно более 28 дней, или промывания резины излатексом, в качестве заполнителя для бетонной стяжки. 7