Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследований 14
1.1 Основные характеристики просадочных грунтов и их особенности 14
1.2 Причины деформаций грунтов и их влияние на несущую способность основания 22
1.3 Анализ известных методов закрепления грунтов 38
1.4 Рабочая гипотеза 47
ГЛАВА 2. Применяемые материалы и методика исследований 50
2.1 Применяемые материалы 50
2.1.1 Грунты. Виды и характеристика 50
2.1.2 Материалы для инъекционных составов закрепления грунтов 56
2.2 Методика исследований 61
ГЛАВА 3. Разработка рецептуры инъекционных составов с тонкодисперсным наполнителем различной природы 70
3.1 Влияние тонко дисперсных наполнителей различной природы на основные реологические свойства инъекционных растворов 70
3.2 Разработка рецептуры КТДВ для инъекционного закрепления просадочных грунтов 77
3.3 Лабораторные исследования грунтобетонов, закрепленных растворами КТДВ 84
Выводы по третьей главе 93
ГЛАВА 4. Свойства грунтобетонных массивов, инъекционно закрепленных растворами ктдв на основе местного сырья 96
4.1 Технологические особенности инъекционного закрепления структурно-неустойчивых грунтов 96
4.2 Прочностные и деформационные свойства грунтобетонных массивов, инъекционно закрепленных растворами КТДВ 107
4.3 Структурные свойства грунтобетонных массивов, инъекционно закрепленных растворами КТДВ 114
4.3.1 Структурная особенность лессовых грунтов 114
4.3.2 Пористость и водонепроницаемость грунтобетонных массивов, инъекционно закрепленных растворами КТДВ 118
Выводы по четвертой главе 122
ГЛАВА 5. Производственное внедрение и технико экономическое обоснование результатов работы 124
5.1 Рекомендации по приготовлению составов КТДВ на основе местного сырья для инъекционного закрепления просадочных грунтов 124
5.2 Внедрение результатов работы 134
5.3 Экономическое обоснование эффективности производства составов КТДВ с использованием местного сырья и их применения для закрепления грунтов 140
Выводы по пятой главе 145
Заключение 147
Список использованных источников литературы
- Причины деформаций грунтов и их влияние на несущую способность основания
- Материалы для инъекционных составов закрепления грунтов
- Лабораторные исследования грунтобетонов, закрепленных растворами КТДВ
- Структурные свойства грунтобетонных массивов, инъекционно закрепленных растворами КТДВ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. За последние годы во всем мире наблюдается неуклонное увеличение объема строительства в сложных инженерно-геологических условиях. Особую проблему представляет строительство в регионах с просадочными грунтами, обладающими, как известно, специфическими свойствами.
В России основные области (более 80 %) залегания лессовых грунтов расположены на территории Центральной Черноземной зоны, Восточной и Западной Сибири, Поволжья, Ставропольского края, Закавказья и на Северном Кавказе. Лессовые грунты на отдельных территориях Северо-Кавказского региона занимают до 85% площади и являются основным типом грунтовых оснований. В Чеченской Республике (ЧР) лессовыми породами перекрыты Надтеречная плоскость, склоны Терского и Сунженского хребтов, межгорная Алханчуртская долина, а также территории Октябрьского, Заводского и Старопромысловского районов г. Грозного. В целом для лессовых толщ, указанных районов, характерен I и II тип грунтовых условий по просадочности.
Характерной особенностью лессовых просадочных грунтов является невысокая несущая способность, повышенная сжимаемость и ухудшение механических свойств, при определенных воздействиях. Недооценка этих явлений может привести к большим, часто неравномерным просадкам, а в худшем случае - к потере устойчивости оснований зданий и сооружений.
Инъекционное закрепление грунтов и материалов является наиболее эффективным технологическим методом усиления оснований и фундаментов зданий и сооружений. В процессе закрепления между частицами грунта возникают прочные структурные связи за счет инъекцирования в грунт и последующего твердения определенных реагентов. Это обеспечивает увеличение прочности грунтов, снижение их сжимаемости, уменьшение водопроницаемости и чувствительности к изменению внешней среды.
Однако проблемы инъекционного закрепления заключаются в гарантированном обеспечении долговечности и прочности закрепляемых массивов грунта или конструкций, в возможности создавать массивы со значительными габаритами, а также в экологической и санитарной безопасности применяемых инъекционных составов.
Более того, в современных условиях строительства немаловажным является вопрос снижения стоимости применяемых материалов. Основным путём снижения их стоимости является применение местных материалов, в том числе грунтов, обработанных вяжущими материалами - грунтобетона.
Таким образом, учитывая инженерно-геологические условия и развивающиеся темпы строительства в Чеченской Республике и других крупных городах, изучение и совершенствование существующих процессов закрепления грунтов, а также разработка новых инъекционных составов с использованием местного сырья являются актуальными проблемами современной строительной и инженерно-геологической практики.
Совершенствование метода инъекционного закрепления грунтов оснований зданий и сооружений с использованием инъекционных составов на основе местных особо тонкодисперсных вяжущих материалов обеспечит снижение затрат, трудоемкости и продолжительности работ, позволит повысить прогнозирование качества закрепленных грунтов и эффективность их использования при решении сложных геотехнических задач.
Степень изученности проблемы. Анализ научных работ В.П. Ананьева, Ю.М Абелева, В.Е. Соколовича, Б.А. Ржаницына, B.C. Бадеева, Я.Д. Гильмана, Б.Н. Исаева, СО. Зеге, И.Я. Харченко, А.И. Панченко, В.Р. Мустакимова, Е.А. Сорочана, СЮ. Бадеева, М.Н. Гольдштейна, С.Г. Кушнера, К.Ш. Шадунца и других источников отечественной и зарубежной научно-технической литературы по устройству оснований и фундаментов показал, что вопрос инъекционного закрепления лессовых просадочных грунтов остается недостаточно изученным, что подтверждает актуальность разработки для них инъекционных составов, в том числе и на основе тонкодисперсных наполнителей различного генезиса.
Проведенный анализ известных способов усиления слабых просадочных грунтов с учетом особенностей инженерно-геологических условий конкретных регионов позволил сделать следующие выводы:
- существующие методы инъекционного закрепления грунтов
оснований зданий и сооружений имеют ограниченное применение;
-работы, связанные с закреплением грунтов, нуждаются в повторном возвращении к объектам усиления, более того при существующих технологиях их выполнение требует значительных затрат;
- рецептуры инъекционных составов и технологии закрепления грунтов
для соответствующих инженерно-геологических условий требуют
дальнейшего расширения;
-для повышения качества оснований под фундаменты требуется совершенствование технологии искусственного закрепления грунтов с использованием инъекционных составов на основе сырья различного генезиса, что позволит повысить эффективность предлагаемого метода для решения аналогичных сложных геотехнических задач.
Цель и задачи диссертационного исследования. Целью диссертационного исследования является разработка композиционных составов с тонкодисперсным наполнителем различного генезиса для инъекционного закрепления просадочных грунтов оснований зданий и сооружений.
В соответствии с обозначенной целью поставлены и решены следующие задачи исследования:
-проведен анализ существующих способов закрепления грунтов под основания зданий и сооружений и обоснована возможность создания новых составов на основе местного тонкодисперсного сырья для инъекционного закрепления грунтов;
-разработаны композиционные составы на основе тонкодисперсного местного сырья совместно с Mikrodur для получения закрепленных
грунтобетонных массивов с повышенными прочностными и эксплуатационными свойствами;
-проведены исследования по подбору оптимальных рецептур инъекционных растворов для закрепления грунтов оснований и получены основные зависимости свойств готовых растворов от их составов и технологических факторов;
-проведены натурные исследования по оценке степени упрочнения грунта, закрепленного инъекционными композиционными составами;
-выполнен сравнительный анализ характеристик инъекционного закрепления грунтов, полученных при численном моделировании и по результатам натурных исследований;
-подготовлены нормативные документы для реализации экспериментальных исследований в промышленное производство и учебный процесс.
Научная новизна диссертационного исследования. Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения физико-механических свойств просадочных грунтов путем их закрепления композиционными составами с тонкодисперсным наполнителем различного генезиса.
Экспериментально подобраны и обоснованы оптимальные составы инъекционных растворов с применением тонкодисперсных материалов на основе местного сырья и Mikrodur для закрепления просадочных грунтов;
Установлены зависимости основных технологических параметров композиционных составов (вязкости, однородности, стабильности раствора, времени схватывания и др.) от В/В, расхода пластификатора, времени и интенсивности перемешивания;
Установлена зависимость упрочнения грунтов от режима нагнетания и свойств инъекционного раствора для обеспечения возможности создания массива структурно-закрепленного грунта.
Посредством методов рентгено-фазового анализа и электронной микроскопии получена оценка напряженно-деформированного состояния закрепленного грунта.
Теоретическая значимость диссертационной работы обоснована тем, что:
-предложены принципы оптимизации физико-механических и эксплуатационных свойств грунтобетонных массивов путем использования композиционных составов на основе тонкодисперсного наполнителя различного генезиса;
-показана возможность закрепления лессовых просадочных грунтов республики с использованием разработанных инъекционных составов на основе тонкодисперсного сырья;
-развита теория гидратации и твердения клинкерных минералов с наполнителями различной природы, а также раскрыты основные положения теории структурообразования закрепленного инъекционными составами ґрунтобетонного массива;
- изложены основные положения, касающиеся снижения себестоимости
разработанных инъекционных составов, предназначенных для закрепления
структурно-неустойчивых грунтов оснований зданий и сооружений;
-раскрыты механизмы оптимизации показателей вязкости и водоотделения предлагаемых инъекционных растворов за счет введения тонкодисперсного наполнителя различной природы и пластификатора;
-применительно к проблематике диссертации эффективно использованы методы математического планирования эксперимента со статистической обработкой результатов и стандартные методы испытания.
Теоретические выводы, сделанные в результате исследования, могут быть использованы в преподавании следующих учебных курсов: «Строительные материалы», «Вяжущие вещества», «Особенности строительства зданий и сооружений в сейсмических районах и на просадочных грунтах», «Ресурсо- и энергосберегающие технологии возведения зданий и сооружений», «Основания и фундаменты» и др.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что:
- расширена номенклатура сырьевой базы для получения наполненных
инъекционных составов, предназначенных для закрепления лессовых
просадочных грунтов оснований;
-разработаны рецептуры инъекционных растворов на основе тонкодисперсных вяжущих, методы их приготовления, обеспечивающие образование прочного и надежного ґрунтобетонного массива;
-доказана эффективность инъекционного закрепления лессовых просадочных грунтов, предложенными композиционными составами на примере Чеченской Республики;
-разработаны нормативно-технические документы по приготовлению инъекционных составов на основе тонкодисперсного местного сырья и их применению для закрепления лессовых просадочных грунтов.
Методы исследования базируются на известных положениях теории твердения клинкерных минералов с наполнителями различного генезиса, в частности, местных некондиционных очень мелких песков, карбонатной муки и цементной пыли, а также математической логики, технологии композиционных материалов. Исследования проводились с учетом действующих государственных стандартов и рекомендаций.
Основные положения, выносимые на защиту:
-результаты исследований гранулометрического, химического и минерального составов сырья различного генезиса, а также наполненных вяжущих веществ на их основе совместно с Mikrodur;
анализ результатов оптимизации показателей вязкости и водоотделения предлагаемых инъекционных составов за счет введения тонкодисперсного наполнителя различной природы и пластификатора;
свойства инъекционных составов с тонкодисперсным наполнителем различного генезиса для закрепления структурно-неустойчивых грунтов оснований зданий и сооружений;
оптимальные рецептуры инъекционных составов и зависимости их основных свойств от различных технологических и других факторов;
результаты апробации.
Внедрение результатов работы. Опытно-промышленная апробация разработанных рекомендаций по инъекционному закреплению просадочных грунтов композиционными составами на основе тонкодисперсного местного сырья выполнялась предприятием ООО «УСПЕХ» при закреплении инъекционными растворами КТДВ оснований фундаментов под электрооборудование подстанции на объекте «Черноречье-ПО» в период с 28.10.2015 по 25.11.2015 год (общий объём закреплённого грунта 1280 м3).
Для внедрения результатов исследования при закреплении грунтов разработаны следующие нормативно-технические документы:
-технологический регламент на закрепление просадочных грунтов инъекционными составами на основе КТДВ;
рекомендации по приготовлению композиционных составов на основе местных тонкодисперсных вяжущих материалов для инъекционного закрепления лессовых просадочных грунтов;
стандарт предприятия «Контроль качества технологических параметров при производстве инъекционных растворов с использованием наполнителей различного генезиса для укрепления грунтов оснований».
Результаты работы использовались при реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» и республиканской целевой программы «Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения на территории Чеченской Республики на период 2009-2018 годов». В результате этого получены эффекты как экологического и экономического, так и социального содержания.
Основные положения диссертационного исследования, подтвержденные результатами промышленного внедрения, включены в содержание учебно-методических материалов при подготовке специалистов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Строительство».
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов диссертационных исследований подтверждается:
-использованием апробированных методов экспериментальных исследований, применением математических методов планирования эксперимента и поверенного оборудования;
-применением современного программного обеспечения (Excel, Statistik, Mathcad) при обработке экспериментальных данных, испытанием необходимого количества контрольных образцов, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при коэффициенте вариации менее 10 %.
Апробация результатов исследования. Наиболее значимые результаты диссертационного исследования были доложены и обсуждались на:
1. Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов», г. Казань, 2012 г.;
-
II Международной научно - практической конференции «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании», г. Грозный, 2012 г.;
-
III Международной научно-практической конференции «Проблемы развития энергетической и транспортной инфраструктур в условиях освоения Европейского Севера и Арктического региона на ближайшую перспективу», г. Архангельск, 2013 г.;
-
III Всероссийской научно-практической конференции «Молодежь, наука, инновации», г. Грозный, 2014 г.;
-
Всероссийской научно-технической конференции "Высокотехнологичные и энергоэффективные технологии и материалы в современном строительстве", г. Махачкала, 2014 г.;
-
Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», проводимых в рамках реализации федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К.» в течение 2012 - 2014 гг.;
-
Международной научно-практической конференции «Современные строительные материалы, технологии и конструкции», посвященной 95-летию ФГБОУ ВПО «ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова», г. Грозный, 2015 г.
Публикации. По результатам исследований материалы диссертации опубликованы в 21 печатных работах, из них 17 научных статей, в том числе 3 статьи опубликованы в рецензируемых журналах и изданиях, определенных ВАК РФ, а также 3 патента и 1 авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований, и 4 приложений. Общий объем диссертации составляет 148 страниц машинописного текста. Работа содержит 57 рисунков и 41 таблицу.
Причины деформаций грунтов и их влияние на несущую способность основания
Очень часто во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений грунты основания из-за недостаточной несущей способности деформируются, и приводят к развитию неравномерных осадок фундаментов, в том числе, зданий и сооружений в целом [2,24,77-81].
Снижение несущей способности лессовых просадочных грунтов оснований связано с изменением влажностного режима грунтов из-за подъема уровня грунтовых вод. Причиной этому может стать интенсивная застройка территорий, нарушающая условия поверхностного стока, утечку из коммуникаций, отстойников и резервуаров, а также подтопление площадок водами при строительстве плотин и водохранилищ. Известны случаи, когда в Днепропетровске, Херсоне, Запорожье, Ростове-на-Дону и других городах уровень грунтовых вод поднимался на 10-15 м [5].
Также причиной недостаточной несущей способности грунтов оснований могут стать подземные выработки и проходки тоннеля. Примером этому могут стать более десятка зданий и сооружений в Москве, получившие осадки при проходке тоннеля для метро [17]. Снижение несущей способности грунтов оснований при увеличении нагрузки происходит в следующих случаях: - надстройка, изменение конструктивной схемы здания, изменение вида конструкций (замена деревянных перекрытий на железобетонные и др.); -увеличение временной нагрузки (изменение функционального назначения здания и т.п.); - установка более мощного оборудования; - увеличение плотности застройки; - изменение вида нагрузки (статистическую - на динамическую). Общеизвестно, что основными причинами неустойчивости грунтов, как следствие изменения их физических свойств от различных внешних факторов (давление, нагрузки, вибрация, повышение влажности), являются осадки, которые приводят к значительным деформациям конструкций, а иногда и к разрушению зданий и сооружений [24,69,82-88].
Установление основной причины повреждения конструкций или авария зданий и сооружений является довольно сложной задачей, и требует от специалиста тщательного изучения обстоятельств, вызвавших развитие деформаций.
Для выявления причин деформаций и их анализа производится обследование зданий и сооружений, где выясняются следующие показатели: равномерность и неравномерность осадок, их допустимая и недопустимая величина, а также скорость протекания во времени. При проведении обследования зданий и сооружений необходимо руководствоваться «Положением о порядке расследования причин аварий зданий и сооружений, их частей и конструктивных элементов на территории Российской Федерации» (№ 17-48,1994), градостроительным кодексом РФ (статья 62).
В том случае, если величины равномерных или неравномерных осадок зданий и сооружений оказываются значительными, необходимо определить причины их возникновения и разработать решения по их ликвидации и восстановления или усиления их конструктивных элементов.
При равномерных осадках, даже при достаточно большой величине показателя, здание и сооружение может сохраниться без повреждения. Примером этому является Национальный музей искусств в Мехико (построен в 1909 г), который за время своего существования дал осадку до 3,6 м и при этом не имеет никаких признаков деформации. Однако следует отметить, что при большой величине осадки могут повреждаться входы, пристройки, санитарно-технические коммуникации, дренажные и другие устройства.
Неравномерная осадка, в свою очередь, влечет за собой более серьезные последствия, и является одним из основных факторов, влияющих на прочность и эксплуатационную пригодность зданий и сооружений.
Основными причинами развития неравномерных осадок можно указать неоднородность основания и неоднородность напряженного состояния.
Неоднородность основания может быть вызвана из-за выклинивания слоев под отдельными частями здания, линзообразного залегание грунтов, неодинаковой толщины слоев, различия в плотности грунта и др.
Неоднородность напряженного состояния грунтов происходит из-за неодинаковой загрузки фундаментов, взаимного влияния загрузки соседних фундаментов, неодновременной консолидацией грунтов в основании и пр.
Неравномерные осадки уплотнения, в основном, не заканчиваются в период строительства, и продолжают развиваться годами и десятилетиями эксплуатации (на просадочных грунтах). Неравномерные осадки разуплотнения, как правило, заканчиваются в период строительства. Они могут возникнуть в результате откопки котлована и уменьшения напряжений ниже его дна. Величина таких осадок зависит от неоднородности основания и изменения напряженного состояния при откопке (глубины котлована, наличия подземных вод и других факторов).
Неравномерные осадки выпирания появляются при пластических деформациях грунтов оснований. Причиной развития таких осадок может стать превышение показателя давления по подошве фундамента расчетного сопротивления грунта (например, увеличение нагрузки на фундаменты во время эксплуатации зданий).
Неравномерные осадки расструктуривания возникают в результате нарушения структуры природного грунта в период производства строительных работ, преимущественно, работ нулевого цикла. Часто такие осадки заканчиваются в период строительства, самое большее - в первые годы эксплуатации.
Неравномерные осадки в период эксплуатации часто связаны с рядом причин: воздействие уплотнения грунтов, различных вод (грунтовых, ливневых, производственных), ослабление из-за подземных и котлованных выработок, динамика, геологические процессы и другие факторы.
Развитие неравномерных осадок, в зависимости от жесткости здания и сооружения, вызывает следующие виды деформаций и смещения: прогиб, выгиб, скручивание, перекос, крен зданий и горизонтальные смещения фундаментов (рисунок 1.4, а-д) [2,27,78,89,90].
Материалы для инъекционных составов закрепления грунтов
Экспериментальные исследования проводились в НТЦКП «Современные строительные материалы и технологии» и НИЦКП «Нанотехнологии и наноматериалы» ФГБОУВПО «Грозненского государственного нефтяного технического университета имени академика М.Д. Миллионщикова».
В диссертационной работе для проведения исследований были использованы образцы-цилиндры диаметром 100 мм и высотой 200 мм. Выбор формы-цилиндра был обусловлен размерами отобранных кернов, а также возможностью определять свойства закрепленного грунтобетона.
В полевых условиях для испытания грунтобетона отрывается шурф до оголения массива, далее берутся керны путем выбуривания из массива и испытываются. Отрывка шурфов, выбуривание кернов и визуальный осмотр возможен не менее чем через 5 суток после инъекции раствора.
Характеристики прочности и деформируемости образцов грунтобетона оценивали по результатам испытания согласно ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» и рассчитывали как среднеарифметическую величину предела прочности при сжатии шести опытных образцов. Испытания проводились на прессе ИП-500 и установке для трехосного сжатия грунта ST1034-1B 30 кН.
Макро- и микроструктура грунтобетонных композитов и химический состав исходного сырья изучались с помощью дисперсионно-энергетического спектрометра (ДЭС) растрового электронного микроскопа Quanta 200i 3D-SEM/FIB (рисунок 2.3) с системой энергодисперсионного микроанализа (EDS) и анализа структуры и текстуры кристаллических материалов (EBSD).
На данном приборе были получены электронные микрофотографии. Для этого просматривалась свежие сколы образцов грунтобетона. Рисунок 2.3 - РЭМ Quanta 200i 3D - SEM/FIB (DualBeam)
Растворы для инъекционного закрепления лессовых просадочных грунтов на основе тонкодисперсного местного сырья совместно с Mikrodur готовятся в виде водного раствора на основе следующих компонентов: - вода техническая; - комплексное тонкодисперсное вяжущее (КТДВ) на основе Mikrodur и тонкодисперсного местного сырья. Порядок приготовления раствора на основе КТДВ аналогичен технологии приготовления раствора на основе ОТДВ Mikrodur, за исключением того момента, где пластификатор вводится совместно с КТДВ: - готовят КТДВ на основе тонкодисперсного местного сырья совместно с Mikrodur; - добавляют пластификатор к КТДВ и тщательно перемешивают; - заливают воду в полном объеме; - подают пластифицированное КТДВ в полном объеме; - готовят раствор путем совместного перемешивания в течение 3 мин при скорости вращения вала не менее 2800 об/мин. Помол материалов, используемых для приготовления инъекционных растворов, производился на лабораторной роликовой мельнице МЛР-15, основные технические характеристики которой приведены в таблице 2.11.
Помол производился согласно руководству по эксплуатации мельницы МЛР-15 - МПКС 2. 2.940.001 РЭ.
Вязкость - это отношение скорости прохождения образца жидкости через отверстие (скорость сдвига) к количеству силы (вес жидкости), которое заставляет жидкость течь (напряжение сдвига). Таким образом, показатели вязкости, определяемые при помощи прибора - Вискозиметра Марша и мерной кружки (рисунок 2.4), измеряются в секундах на кварту, и показывают количество секунд, необходимых для полного прохождения одной кварты (0,946 л) образца жидкости через воронку с заданным размером входного отверстия 4,7мм.
Седиментация (водоотделение) - процесс, посредством которого взвешенные вещества отделяются от воды под действием гравитации и осаждаются на дно контейнера или резервуара.
Седиментационный анализ проводился по методу контроля качества раствора по определению водоотделения согласно ГОСТ 310.6-85 «Цементы. Метод определения водоотделения».
Отвешивают 350 г минерального порошка (в данном случае КТДВ) и 350 мл водыс точностью до 1 г. Воду выливают в фарфоровый стакан емкостью 1 л, затем в стакан в течение 1 мин высыпают навеску минерального порошка, непрерывно перемешивая ее металлическим шпателем. Полученный раствор перемешивают еще 4 мин, осторожно переливают в градуированный цилиндр вместимостью 500 мл по ГОСТ 1770 и начинают отсчет (рисунок 2.5). При этом за все время опыта цилиндр должен находиться в неподвижном состоянии. Водя для затворения должна соответствовать температуре, при которой происходит испытание (25±1 С). Объем осевшего цементного теста (в мл) отмечают через каждые 15 мин в течение 1 часа и через каждые 30 мин при дальнейших наблюдениях. В момент совпадения двух последних отсчетов дальнейшее наблюдение прекращают, а содержимое цилиндра выливают.
Лабораторные исследования грунтобетонов, закрепленных растворами КТДВ
По результатам испытаний грунтобетонных образцов, полученных укреплением лессовых грунтов растворами КТДВ, определено следующее: -прочность полученных грунтобетонных образцов, в зависимости от соотношения компонентов КТДВ и В/В растворов на их основе, изменяется от 3,0 до 25,0 МПа, т.е. чем меньше В/В и расход наполнителя, тем выше показатели прочности; - статический модуль упругости грунтобетонных образцов при этом составляют 1165-9904 МПа, и также находится в непосредственной зависимости от В/В и соотношения КТДВ, т.е. увеличивается с уменьшением В/В и расхода наполнителя; - у грунтобетонов, закрепленных растворами КТДВ с наполнителем из цементной пыли (5Уд= 12100 см /г), прочность при сжатии достигает 25,5 МПа, с наполнителем из карбонатной муки (8уд= 9200 см /г), полученной помолом известняковой породы, прочность при сжатии составляет 17 МПа, а с наполнителем из тонкомолотого песка (8уд= 5250 см /г) прочность не превышает 12 МПа. Это объясняется тем, что, чем больше удельная поверхность материалов КТДВ, тем выше прочностные характеристики грунтобетонов, закрепленных растворами на их основе; - с увеличением возраста показатели прочности и деформативности образцов грунтобетона повышаются. Таким образом, на основании проведенных лабораторных исследований установлены особенности свойств инъекционных растворов КТДВ на основе ОТДВ Mikrodur и местного сырья при их разном соотношении заключающиеся в том, что: -инъекционные растворы КТДВ при В/В =1-4 имеют низкую вязкость (на 25-28% ниже, чем у раствора на основе ОТДВ Mikrodur R-U-E-Plus); -характеристики прочности полученных образцов грунтобетона, закрепленных растворами КТДВ на основе цементной пыли, до 10 МПа превышают аналогичные показатели для образцов, укрепленных раствором на основе ОТДВ Mikrodur R-U-E-Plus (5УД= 10600); - образцы грунтобетона, полученные закреплением грунта растворами КТДВ на основе наполнителя из карбонатной муки, имеют практически одинаковые показатели прочности (до 17 МПа) с образцами, укрепленными раствором на основе ОТДВ Mikrodur R-U-E-Plus (до 20 МПа). - прочностные показатели образцов, укрепленных растворами КТДВ на основе наполнителя из тонкомолотых песков, не превышает 12 МПа, но при этом позволяют сократить расход ОТДВ Mikrodur до 50%. Выводы по третьей главе
Установлено влияние тонкодисперсного местного сырья при совместном применении с ОТДВ Mikrodur на основные технологические параметры (вязкость, седиментация, сроки схватывания) инъекционных растворов в зависимости от В/В, количества пластификатора, времени и интенсивности перемешивания раствора. Установлено, что главным фактором эффективного инъекционного закрепления просадочного грунта является проникающая способность раствора, характеризуемая показателями вязкости и седиментации.
Определены показатели вязкости раствора на основе ОТДВ Mikrodur при разном В/В, где следует отметить, что при В/В=4-8 изменение вязкости раствора носит почти одинаковый характер.
По результатам исследования седиментации растворов на местном сырье установлено, что эти материалы в самостоятельном виде обладают большим процентом водоотделения, за исключением микрокремнезема и цементной пыли. Однако показатели вязкости этих материалов говорят о высокой проникающей способности, так как время истечения растворов через Вискозиметр Марша при В/В = 4 составляет сырья 32 сек, на основе Mikrodur - 39 сек, что говорит об эффективности оптимизации составов ОТДВ типа Mikrodur с комплексным использованием местной сырьевой базы, приводящей к сокращению самой «дорогой» вяжущей части Mikrodur на 50-80 %.
Разработаны рецептуры пропиточных составов для инъекционного закрепления просадочных грунтов, наполненных комплексными тонко дисперсными частицами местной сырьевой базы.
Исследован механизм действия химических добавок (Д-5, С-3). Установлено, что наилучший результат получается при расходе пластификатора от 2 до 3 % от массы КТДВ, при этом добавка Д-5 работает в 1,5 раза эффективнее, чем С-3.
Отрегулированы основные реологические параметры (водоотделение, вязкость и сроки схватывания) инъекционных растворов КТДВ, предназначенных для закрепления лессовых просадочных грунтов.
Получены много факторные математические зависимости реотехнологических свойств КТДВ от изменения его рецептуры, анализ которых показал, что при изменении В/В отношения, расхода наполнителя и добавки вязкость получаемого раствора уменьшается с 39 до 30 с. Проведены лабораторные исследования грунтобетонов, закрепленных разработанными растворами КТДВ.
Установлено, что чем больше показатель прочности грунтобетона, инъекционно закрепленного растворами КТДВ, тем выше его модуль деформации. При этом следует отметить, что наиболее важным фактором, влияющим на прочностные и деформационные характеристики грунтобетона, является В/В растворов КТДВ, которыми эти грунты закрепляются.
По результатам испытаний грунтобетонных образцов, полученных укреплением лессовых грунтов растворами КТДВ, определено следующее:
Прочность полученных грунтобетонных образцов, в зависимости от соотношения компонентов КТДВ и В/В растворов на их основе, изменяется от 3,0 до 25,0 МПа, т.е. чем меньше В/В и расход наполнителя, тем выше показатели прочности, и доказано, что статический модуль упругости их при этом составляют 1165-9904 МПа, который также находится в непосредственной зависимости от В/В и соотношения КТДВ, т.е. увеличивается с уменьшением В/В и расхода наполнителя.
У грунтобетонов, закрепленных растворами КТДВ с наполнителем из цементной пыли (Буд = 12100 см /г), прочность при сжатии достигает 25,5 МПа, с наполнителем из карбонатной муки (Буд = 9200 см /г), полученной помолом известняковой породы, прочность при сжатии составляет 17 МПа, а с наполнителем из тонкомолотого песка (Буд = 5250 см /г) прочность не превышает 12 МПа. Этим установлено, что чем больше удельная поверхность материалов КТДВ, тем выше прочностные характеристики грунтобетонов, закрепленных растворами на их основе.
Структурные свойства грунтобетонных массивов, инъекционно закрепленных растворами КТДВ
Вязкость - это отношение скорости прохождения образца жидкости через отверстие (скорость сдвига) к количеству силы (вес жидкости), которое заставляет жидкость течь (напряжение сдвига). Таким образом, показатели вязкости, определяемые при помощи прибора - Вискозиметра Марша и мерной кружки (см. рис. 2.4), измеряются в секундах на кварту, и показывают количество секунд, необходимых для полного прохождения одной кварты (0,946 л) образца жидкости через воронку с заданным размером входного отверстия 4,7мм.
Седиментация (водоотделение) - процесс, посредством которого взвешенные вещества отделяются от воды под действием гравитации и осаждаются на дно контейнера или резервуара.
Седиментационный анализ проводился по методу контроля качества раствора по определению водоотделения согласно ГОСТ 310.6-85 «Цементы. Метод определения водоотделения».
Седиментационный анализ раствора проводят следующим образом. Отвешивают 350 г минерального порошка (в данном случае КТДВ) и 350 мл воды с точностью до 1 г. Воду выливают в фарфоровый стакан емкостью 1 л, затем в стакан в течение 1 мин высыпают навеску минерального порошка, непрерывно перемешивая ее металлическим шпателем. Полученный раствор перемешивают еще 4 мин, осторожно переливают в градуированный цилиндр вместимостью 500 мл по ГОСТ 1770 и начинают отсчет. При этом за все время опыта цилиндр должен находиться в неподвижном состоянии. Водя для затворения должна соответствовать температуре, при которой происходит испытание (25±1 С).
Объем осевшего цементного теста (в мл) отмечают через каждые 15 мин в течение 1 часа и через каждые 30 мин при дальнейших наблюдениях. В момент совпадения двух последних отсчетов дальнейшее наблюдение прекращают, а содержимое цилиндра выливают.
Время полного водоотделения характеризуется от начала опыта до окончания процесса водоотделения. Обычно водоотделение за период времени 60 мин не должно превышать 10%. Коэффициент водоотделения ( ) в % вычисляют по формуле: (5.1) где - первоначальный объём раствора, см ; - объём осевшего раствора в данный срок, см . Водоотделение определяется как среднее арифметическое значение двух параллельных определений, при этом разность в результатах не должна превышать 1 %.
Снижение вязкости и повышение стабильности раствора КТДВ обеспечивает повышение их проникающей способности в капиллярно-пористое пространство укрепляемого грунта, т.е. повышает эффективность инъекционного закрепления грунтов. Эти показатели зависят от водо-вяжущего отношения растворов КТДВ, способа их приготовления и применяемых химических добавок.
-Пористость грунта. Допустимое отклонение значения фактической пористости грунта от проектного значения составляет ± 10% Контроль качества раствора. - Смесительная установка. Скорость вращения смесительной установки должна составлять не менее 2800 об/мин, а мощность двигателя должна быть не менее 1 кВт на каждые20 л раствора. Емкость смесительной установки должна быть оборудована пристенными отбойниками, хотя бы одним отбойником. Суммарная площадь отбойников ниже середины емкости минимум 300 см . Время замеса составляет 3 мин. -Плотность раствора. Отклонение фактического значения плотности раствора от проектного допускается в пределах ± 0,01 г/смЗ. -Показатель вязкости раствора. Допустимая погрешность времени истекания 1 дм раствора из вискозиметра Марша - ± 1 сек. - Скорость отстоя раствора. Нормативный отстой (Ан) раствора за 60 мин при температуре раствора 10 С вычисляют по эмпирической формуле: (5.2)
Фактический отстой раствора за 60 мин не должен превышать нормативный более чем на 5%. Для инъекцирования приготовленного раствора используется электрический шнековый насос Desoi БМП-5/SP-Y с производительностью 0,5-12 л/мин и рабочим давлением до 25 атм. Контроль параметров инъекции. Контроль параметров инъекции ведется по данным следящего устройства постоянного действия (электронные приборы, самописцы) и (или) по журналу инъекционных работ, в которых фиксируются инъектор и зона инъекции, продолжительность и давление инъекции, интенсивность расхода и расход раствора.
Допускается отклонение фактического объема (VQ.) раствора при инъекции в 1 зону от проектного значения в пределах ± 10 л.
Контроль давления инъекции.
При контроле давления инъекции следует фиксировать превышения максимального давления и резкие падения давления до значений близких к нулю. Допускается превышение фактического давления над максимально допустимым на 0,3 бар.
Допускается резкое падение давления инъекции до значений близких к нулю при продолжительности низкого значения давления не более 2 мин.
Для улучшения реологических свойств растворов КТДВ и снижения В/В использовалась высокоэффективная комплексная полифункциональная добавка Д-5 по ТУ 5743-008-44628610-2011, разработанная ООО научно-производственным предприятии «ТОКАР» в г. Владикавказ. Д-5 является эффективным пластификатором и ускорителем твердения на основе модифицированных суперпластификаторов и минеральных природных компонентов, обеспечивает высокую прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, сульфатостойкость и адгезию бетонов и растворов. ФМ-3