СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ УКРЕПЛЯЮЩЕГО РАСТВОРА
METHOD OF STRENGTHENING SOLUTION PREPARATION

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для укрепления грунтовых оснований фундаментов строящихся или восстанавливаемых зданий и сооружений методом инъектирования.
Известен способ получения укрепляющего тампонажного цементного раствора (варианты) (Патент РФ №2396301, МПК C09K 8/467, C04B 40/00, опубл. 10.08.2010 г. - прототип), включающий перемешивание портландцемента, воды, нанодобавки и обработку раствора высокоградиентным магнитным полем.
Недостатком способа-прототипа является недостаточное обеспечение подвижности раствора, что сокращает объем пространства грунтовых разрывов, заполняемых раствором.
Технической задачей, решаемой изобретением, является обеспечение возможности увеличения подвижности раствора и, соответственно, объема пространства, заполняемого раствором через грунтовые разрывы.
Техническая задача решается следующим образом. В способе приготовления укрепляющего раствора, включающем перемешивание портландцемента, воды, введение нанодобавки и обработку раствора, в качестве нанодобавки используют смесь нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности, в воду вводят указанную нанодобавку до получения коллоидного раствора заданной концентрации, который механически перемешивают и дополнительно обрабатывают ультразвуком, далее полученный коллоидный водный раствор перемешивают с требуемым количеством воды затворения, а затем - с портландцементом. Для увеличения подвижности укрепляющего раствора целесообразно использовать коллоидный водный раствор с концентрацией смеси нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности, порядка 20÷35 мас.%.
Смесь нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности получают путем испарения исходного материала электронным пучком и последующей конденсации этих частиц для получения их смеси (Патент РФ №2067077, МПК C01B 33/18, опубл. 29.09.1996 г.). Порошковая смесь выпускается под товарным знаком «Таркосил» (Свидетельство о регистрации товарного знака №480351 от 04.04.2011 г., опубл. 12.03.2013 г.).
2
В зависимости от свойств укрепляемого грунта выбирают количественное соотношение компонентов укрепляющего раствора, концентрацию смеси нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности, например в диапазоне 50÷150 м/г, в получаемом коллоидном растворе.
Введение и диспергирование смеси наноразмерных частиц проводилось путем комбинированного механического вибрационно-импульсного воздействия в диапазоне низких и средних частот с дополнительным ультразвуковым воздействием для разрушения крупных агломератов частиц. Достоверность результатов основана на их повторяемости и усредненных статистических оценках по n≥10 измерениям на каждом режиме.
2
При этом эксперименты по изучению зависимости динамической вязкости коллоидных растворов от концентрации и удельной поверхности указанной смеси нанодисперсных частиц показали, что при использовании смеси нанодисперсных частиц двуокиси кремния с размерами 25÷50 нм и более и соответствующей удельной поверхностью динамическая вязкость дисперсии существенно уменьшается и, следовательно, обеспечивается достаточная подвижность укрепляющего раствора. В то же время этот эффект имеет четкие границы. Так, при использовании коллоидных растворов нанодисперсных частиц размерами свыше 70÷75 нм (удельной поверхностью менее 35÷40 м/г) подвижность укрепляющего раствора не увеличивается. При этом использование коллоидного водного раствора смеси нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности с концентрацией менее 20 мас.% не приводит к необходимому увеличению подвижности укрепляющего раствора, а более 35 мас.% - не оказывает влияния на показатель исследуемого свойства укрепляющего раствора.
Таким образом, определен практический диапазон изменения концентрации указанной нанодисперсной фазы в укрепляющих растворах. Увеличение подвижности укрепляющего раствора при укреплении конкретных видов грунтов обусловлено тем, что частицы нанодобавки обладают поверхностно-активными свойствами и адсорбируются на цементных зернах, участвуя таким образом в образовании пространственных коагуляционных микроструктур. Анализ результатов экспериментов показывает, что нанодисперсные частицы ориентируются так, что гидроксильные полярные группы обращены к гидратирующейся поверхности цементного зерна, а углеводородные радикалы - к воде. Тем самым облегчается взаимное перемещение компонентов укрепляющего раствора, что приводит к увеличению его подвижности.
В способе приготовления укрепляющего раствора в качестве нанодобавки используют смесь нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности. В воду вводят указанную нанодобавку до получения коллоидного раствора заданной концентрации, который механически перемешивают и дополнительно обрабатывают ультразвуком. Полученный коллоидный водный раствор перемешивают с требуемым количеством воды затворения, а затем - с портландцементом. Для существенного увеличения подвижности укрепляющего раствора целесообразно использовать коллоидный водный раствор с концентрацией смеси нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности, порядка 20÷35 мас.%.
Сравнительные эксперименты показали, что предложенный способ приготовления укрепляющего раствора увеличивает подвижность такого раствора (см. пример в табл.).
Таблица
Изменение свойств растворов с нанодисперсными добавками
Показатель
Ед. изм.
До введения нанодобавки
После введения нанодобавки
Подвижность раствора порасплыву конуса
мм
130
165
Сохранение подвижности раствора через:
мм
0,5 часа
135
165
1 час
135
150
2 часа
130
145
3 часа
115
140
4 часа
110
135
Из таблицы видно, что предлагаемый способ приготовления укрепляющего раствора обеспечивает существенное увеличение подвижности раствора, и, соответственно, объема пространства, заполняемого таким раствором через фунтовые разрывы.