СУХАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВОГО МАССИВА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИОННОГО НАГНЕТАНИЯ
DRY MIXTURE FOR PREPARATION OF COMPOSITION FOR STRENGTHENING OF SOIL MASS BY COMPENSATION INJECTION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна композиция для инъекционного раствора для закрепления грунтов в основании существующих и вновь строящихся зданий и сооружений, содержащая связующий компонент ОТДВ «Микродур» и наполнитель - карбонатную породу при следующем соотношение компонентов, мас.%: ОТДВ «Микродур» 20-59, карбонатная порода 50-80 (Инъекционное закрепление лессовых грунтов г. Грозный особо тонкодисперсными веществами типа «Микродур» / С-А. Ю. Муртазаев [и др.] // Вестник ДГТУ. Технические науки. - 2014. - №4 (35). - С. 114-120).
Недостатком этой композиции является ограниченность ее применения преимущественно для лессовых грунтов.
Известен раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе, включающих цементные добавки, при этом раствор содержит следующий состав: бентонитовый порошок 25%, портландцемент - 50%, зола-унос - 23%, пластификатор 2% (М.Р. Moseley, K. Kirsch, E. Falk. Soil fracturing // Ground Improvement (second Edition). 2004. Pp. 220-251).
Недостатком состава этого раствора является нестабильность достигаемых результатов при его использовании, вследствие чего возникают трещины неопределенной длины и раскрытия. Эти трещины требуют повышенного расхода раствора, могут оставаться частично незаполненными раствором, что в дальнейшем может привести к суффозийным процессам и обратным деформациям сооружения.
Наиболее близким к предлагаемому является раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений содержащий следующие компоненты, мас.%:
микроцемент (типа микродур) 20-50,
коллоидный кремнезем 5-15,
2
гидратная известь, например, Са(ОН) 10-25,
тонкодисперсный минеральный наполнитель,
например, карбонатная мука 20-50,
регулятор вязкости суспензии, например, суперпластификатор С-3 до 2 от массы вяжущего,
водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза до 5% от массы вяжущего (патент РФ №2603786 С1).
Недостатком данного раствора является его низкая проникающая способность, что требует применения высокого давления при нагнетании в грунт и может спровоцировать гидроразрывы грунтового массива.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, обладающей комплексом свойств:
- высокая проникающая способность для всех типов грунтов,
- высокая седиментационная устойчивость,
- высокие прочностные и деформативные характеристики укрепленного грунтового массива.
Технический результат состоит в том, что вышеуказанная задача была решена, при этом удалось добиться повышения надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунтового массива.
Вышеуказанный технический результат достигнут благодаря тому, что сухая смесь для приготовления композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, содержит, мас.%:
(а) микроцемент 15-45,
(б) флюидизированный метакаолин 5-40,
(в) тонкодисперсный минеральный наполнитель от 15-Х до 80-Х,
(г) по меньшей мере, одна целевая добавка X,
где X от 0 до 5 мас.%.
В качестве микроцемента, пригодного для целей настоящего изобретения, подходят микроцементы, полученные воздушной сепарацией портландцемента с нормированным гранулометрическим составом и размером частиц от 5 до 15 мкм, например, микроцементы описанные в монографии Панченко А.И., Харченко И.Я., Алексеев С.В. Микроцементы. М.: Издательство АСВ, 2014. - С. 4.
Микроцемент, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять собой микроцемент марки Микробонд МС.
Флюидизированный высокоактивный метакаолин представляет собой продукт дегидроксилирования природной каолиновой глины (природного гидроалюмосиликата) с нормированным гранулометрическим составом и размером частиц менее 15 мкм.
2
Дегидратированный аморфный алюмосиликат является высокоактивной минеральной добавкой, способной при взаимодействии с гидроксидом Са(ОН), являющимся продуктом гидратации портландцемента, образовывать низкоосновные гидросиликаты кальция.
Флюидизированный высокоактивный метакаолин получают обработкой исходного метакаолина раствором поликарбоксилатного эфира (Химические и минеральные добавки / Под редакцией А.В. Ушерова-Маршака. - Харьков: Колорит, 2005. - С. 61-83).
Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять собой флюидизированный высокоактивный метакаолин типа ФМ-100 (см. патент РФ на изобретение №2690242).
Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может содержать, по меньшей мере, 95% частиц фракции менее 15 мкм.
Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может содержать, по меньшей мере, 90% частиц фракции менее 10 мкм.
Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может содержать, по меньшей мере, 45% частиц фракции менее 5 мкм.
Нормирование гранулометрического состава метакаолина позволяет увеличить проникающую способность композиции при осуществлении предварительного укреплении грунтового массива методом компенсационного нагнетания за счет снижения вязкости.
В частности, особенно высокой проникающей способностью обладают композиции с размером частиц фр.<15 мкм не менее 95%, фр.<10 мкм не менее 90%, фр.<5 мкм не менее 45% и с наличием на поверхности частиц.
Поверхность частиц метакаолина, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может быть активирована поликарбоксилатными простыми эфирами.
Наличие на поверхности частиц метакаолина привитого слоя поликарбоксилатного эфира позволяет дополнительно увеличить прочность грунтового массива за счет снижения водотвердого отношения в композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания вследствие водоредуцирующего действия поликарбоксилатного эфира.
Минеральный наполнитель, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять кальцит, предпочтительно, мраморную пыль (Корнеев В.И., Зозуля П.В. Словарь «Что есть что» в сухих строительных смесях. - СПб.: НП «Союз производителей сухих строительных смесей». 2005. - С. 110, 148-149), или коллоидный кремнезем.
Размер, по меньшей мере, 75% частиц наполнителя, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может составлять менее 5 мкм.
За счет нормированного гранулометрического состава и преобладающего размера частиц менее 5 мкм (более 75%) тонкодисперсный минеральный наполнитель, обеспечивает регулирование реологических свойств.
Целевая добавка, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять собой загуститель или пластификатор.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Испытано 6 составов сухой смеси для приготовления композиции для укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания:
составы №№1-3 с заявляемым содержанием компонентов;
состав №4 с содержанием компонентов, выходящим за минимальные заявляемые пределы;
состав №5 с содержанием компонентов, выходящим за максимальные заявляемые пределы;
состав №6 был приготовлен по прототипу.
Для изготовления составов 1-6 использовали следующие исходные материалы:
- микроцемент, полученный сепарацией товарного портландцемента СЕМ I класса 42,5 с преобладающим размером частиц менее 15 мкм;
- флюидизированный высокоактивный метакаолин с поверхностью, обработанной поликарбоксилатным эфиром, с гранулометрическим составом: фр. <15 мкм не менее 95%, фр. <10 мкм не менее 90%, фр. <5 мкм не менее 45%;
- тонкодисперсный минеральный наполнитель нормированного гранулометрического состава с преобладающим размером частиц менее 5 мкм (более 75%);
- коллоидный кремнезем;
2
- гидратная известь, например Са(ОН);
- регулятор вязкости суспензии, например, суперпластификатор С-3;
- водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза.
Составы композиций для предварительного укрепления
грунтового массива методом компенсационного нагнетания приведены в таблице 1.
Композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания подготовили следующим образом.
В объем воды, необходимый для приготовления композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, вводят сухую смесь. Смесь перемешивают в течение 5-10 минут со скоростью вращения мешалки 2500-3000 об/мин. Водо-твердое отношение для получения раствора принимается равным 4.
Для определения прочности грунтового массива изготавливали однонаправленные линейные модели по ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы определения характеристик прочности и деформируемости», которые испытывали в возрасте 7 и 28 суток.
Результаты испытаний композиций для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания и грунтовых массивов приведены в таблице 2.
Как видно из таблиц 1 и 2, использование составов №№1 и 5 нецелесообразно, так как композиция, полученная из состава №1, обладает низким показателем проникающей способности, а композиция, полученная из состава №5, - низким показателем седиментационной устойчивости.
Анализ остальных результатов показывает, что составы по изобретению по сравнению с составом-прототипом позволяют:
- повысить прочность грунтового массива на 50-180%;
- снизить вязкость на 18%;
- повысить седиментационную устойчивость на 4%.
Применение составов по изобретению позволяет снизить затраты труда и материалов, повысить надежность предварительно укрепленного грунтового массива за счет повышения его прочности и исключения гидроразрывов.