ОРГАНОМИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ
ORGANOMINERAL ADDITIVE FOR REINFORCING SAND

Изобретение относится к области строительства дорожных оснований и оснований инженерных коммуникаций и может быть использовано для укрепления песчаных грунтов.
Существующие в настоящее время составы для укрепления песчаных грунтов являются многокомпонентными, требующими наличие специальных добавок. Технологии укрепления грунтов оказываются затратными и трудоемкими.
Известен состав грунтобетонной смеси, включающий техногенный грунт в виде отходов дробильно-сортировочной фабрики и рыхлой вскрыши Лебединского и Стойленского ГОКов и минеральное вяжущее, в качестве которого выступают известьсодержащие отходы сахарных заводов и цемент [Патент RU 2445285, МПК C04B 28/04, E01C 3/00, 2012 г.].
Недостатки состава - необходимость транспортировки известьсодержащих отходов сахарного производства и цемента, энергоемкость и технологическая сложность процесса производства цемента, неблагоприятное воздействие на окружающую среду при производстве цемента.
Известен способ укрепления естественных грунтов и минеральных материалов для строительства дорог составом, включающим гидравлические минеральные и водоразбавляемые полимерные связующие, такие как цемент и латекс сополимеров на основе стирола, эфиров акриловой кислоты, бутадиена, акрилонитрила, этилена с винилацетатом, винилхлоридом или их смесей с добавками загустителей на основе целлюлозы, пеногасителей силоксанового типа и эфира гликоля с регулированием pH едкой щелочью [Патент RU 2509188, МПК E02D 3/12, C09K 17/44, 2014 г.].
Недостатки состава - его многокомпонентность, высокая стоимость состава, энергоемкость и технологическая сложность процесса производства цемента, неблагоприятное воздействие на окружающую среду при производстве цемента.
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является состав для укрепления песчаного грунта. Состав включает наполнитель и связующий компонент, причем наполнитель содержит измельченный до высокодисперсного состояния песок (74-136 нм), а в качестве связующего компонента применен измельченный до микродисперсного состояния сапонит-содержащий материал (265-451 нм), выделенный из пульпы хвостохранилища промышленного обогащения руд месторождения алмазов [Патент RU 2534862, МПК Е01С 3/04, E02D 3/12, 2014 г.].
Недостатки состава - недостаточно высокие прочностные характеристики закрепляемого грунта и дополнительный расход энергии на измельчение составляющих состава.
Задачей настоящего изобретения является повышение прочностных характеристик песчаного грунта, а именно повышение удельного сцепления.
Поставленная задача достигается тем, что добавка содержит глиоксаль и измельченный сапонит-содержащий материал, при следующем соотношении компонентов, мас.% песчаного грунта:
глиоксаль - 0,52;
сапонит-содержащий материал 17.
В качестве исходных материалов используется сапонит-содержащий материал, выделенный из пульпы хвостохранилища промышленного обогащения руд месторождения алмазов (основные породообразующие минералы: сапонит - 63%, кварц - 10%, доломит - 10%, остальные минералы (хлорит, гематит, кальцит, апатит) - 17%), и 40%-ный раствор глиоксаля, поставщиком которого в РФ является «Новохим PRO» в г. Томск.
Органоминеральную добавку получают следующим образом. Образец сапонит-содержащего материала высушивают до постоянной массы при температуре 105±5°С. Исходный материал методом механического диспергирования измельчают на планетарной шаровой мельнице Retsch РМ100 (продолжительность помола - 60 мин. при 420 об/мин, 80°С). Размер частиц образцов определяют на установке Delsa Nano Series Zeta Potential and Submicron Particle Size Analyzers. Средний размера частиц 307±83 нм. Из исходного 40%-ного раствора глиоксаля путем разбавления готовят 5%-ный раствор.
Для экспериментов в качестве модели используется речной полиминеральный песок (основные составляющие минералы: кварц, кальцит, полевые шпаты, гипс, слюда), крупностью зерен от 1,6 до 1,8 мм, предварительно отмытый от глинистых включений и высушенный до постоянной массы при температуре 105±5°C.
По методике, основанной на измерении величины краевого угла смачивания поверхности образца различными растворами и реализующей способ ОВРК (метод Оунса, Вендта, Рабеля и Кьельбле), определяют поверхностное натяжение материала, дисперсионную и полярную составляющие поверхностного натяжения бинарной системы песок-глиоксаль при варьировании массовой доли последнего в композите в диапазоне 0,1-2,3%. Определение краевого угла смачивания выполняется на установке Easy Drop. После завершения серии экспериментов, заключающихся в обязательном проведении трех параллельных измерений, рассчитывают величины поляризационной и дисперсионной составляющих поверхностного натяжения и суммарное поверхностное натяжение материала. Полученные значения поверхностного натяжения композиционных составов «песок-глиоксаль» представлены в таблице 1.
Оптимальное количество глиоксаля составляет 0,52%. Дальнейшее повышение содержания добавки не оказывает влияния на поверхностное натяжение материала, характеризующее физическое и химическое взаимодействие в системе «песок-глиоксаль».
Количество сапонита в качестве сорбента определяют, исходя из его водопоглощения. Максимальное водонасыщение достигается при содержании сапонита 17 мас.%. песка.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены графики испытания песчаного грунта. На фиг. 1 - предельное сопротивление сдвигу образца песка без органоминеральной добавки, на фиг. 2 - с органоминеральной добавкой.
Показателем прочностных характеристик грунта является удельное сцепление.
Примеры реализации изобретения, подтверждающие повышение удельного сцепления песчаного грунта, представлены в таблице 2 (примеры 1-4). Испытания проводились на автоматизированной испытательной системе «Shear Trac-II».
Приведенные примеры реализации изобретения 1-4 подтверждают повышение прочностных характеристик песчаного грунта при применении заявляемого органоминеральной добавки. Удельное сцепление грунта возрастает в 50 раз.