СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА В ГРУНТОЦЕМЕНТНОЙ ПУЛЬПЕ ПРИ СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ
METHOD FOR DETERMINING VOLUME CONCENTRATION OF CEMENT SLURRY IN SOIL-CEMENT PULP DURING JET GROUTING

Изобретение относится к способам экспрессного контроля объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при создании подземных строительных конструкций струйной цементацией.
В основном патенте RU 2611373 C1 описан способ определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации при котором в цементный раствор, при его приготовлении, вводят химический элемент, содержание которого в грунте не превышает 0,1%, и в количестве, определяемом рентгенофлуоресцентным анализом, затем при помощи рентгенофлуоресцентного спектрометра и плотномера производят определение концентрацию химического элемента в пробах и плотность проб цементного раствора и грунтоцементной пульпы и рассчитывают объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе по формуле.
При строительстве подземных конструкций струйной цементацией «Для правильного подбора параметров на практике, как правило, устраивают колонны на опытном участке при различных режимах нагнетания скрепляющих составов. После проходки контрольных шуфтов и замеров диаметра свай определяют наилучший режим технологии.» (Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. - Пермь: Пресстайм, 2007. - С. 22). А так же «Производство работ по устройству геотехнического барьера должно начинаться с опытного участка. На опытном участке следует отработать способ погружения инъекторов, подобрать состав инъекционного раствора, его температуру (в зимнее время), определить оптимальное расстояние между инъекторами, объем закачиваемого раствора в каждую точку инъектора, необходимое давление и др. После выполнения работ на опытном участке выполняется контрольная откопка шурфов, по которым определяется достаточность выполнения геотехнического барьера и осуществляется контроль качества работ» (СТО 36554501-007-2006. Стандарт организации проектирование и устройство вертикального или наклонного геотехнического барьера методом компенсационного нагнетания. – Москва, 2006 - ФГУП ЦПП - п. 4.5, п. 4.6).
В этих случаях определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе должно проводиться с повышенной точностью, так как точность определения влияет на количество материала, производительность и качество возводимых струйной цементацией подземных конструкций.
Цель изобретения - увеличение точности определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации, включающем отбор проб исследуемого материала и определение рентгенофлуоресцентным методом количественного содержания химического элемента в отобранных пробах, в котором
- перед струйной цементацией выбирают химический элемент для закачки его в грунт совместно с цементным раствором при струйной цементации,
- приготавливают цементный раствор замешиванием цемента в воде и при приготовлении цементного раствора вводят выбранный химический элемент в цементный раствор,
- отбирают пробу цементного раствора,
- при проведении струйной цементации отбирают пробу грунтоцементной пульпы,
- рентгенофлуоресцентным методом производят измерение весовой концентрации химического элемента в пробах и плотности материалов проб,
- вычисляют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе по формуле
,
где Cv - объемная процентная концентрация цементного раствора в грунтоцементной пульпе;
Сп - весовая концентрация химического элемента в грунтоцементной пульпе, мг/кг;
Сс - весовая концентрация химического элемента в цементном растворе, мг/кг;
п
ρ - плотность грунтоцементной пульпы, кг/л;
с
ρ - плотность цементного раствора, кг/л, при этом выбор химического элемента осуществляют из условия непревышения его весового содержания 0,1% в грунте и возможности его количественного определения рентгенофлуоресцентным методом, кроме того, в цементный раствор вводят два или более химических элемента, по каждому из которых определяют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе, и за результат принимают среднеарифметическое значение определенных по каждому элементу объемных концентраций, а также по крайней мере один химический элемент или вещество, содержащее этот элемент, находится в другом агрегатном состоянии, чем остальные.
Сущность заявляемого изобретения
Определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе по двум и более химическим элементам относится к способу совокупных измерений, при которых производят одновременно несколько измерений одной величины. «Очевидно, что точность среднего арифметического значения из полученной совокупности измерений будет выше точности отдельного измерения» (Точность совокупных измерений, http://chem21.info/info/934170).
Введение в цементный раствор веществ, содержащих химические элементы, по которым идет определение концентрации цементного раствора в двух агрегатных состояниях - жидком и твердом, уменьшает и выявляет случайную погрешность (ошибочное определение количества химического элемента, введение в раствор ошибочного количества вещества, другого вещества и т.п.), а также увеличивает точность измерений (см. Наиболее часто применяемые на практике методы и способы повышения точности измерений, п. 9 http://metrob.ru/html/Stati/staty/tochnost.html).
Возможность осуществления заявляемого изобретения показано следующим примером.
2
2
Строительство тоннеля метрополитена проводилось в сложных инженерно-геологических условиях. Было принято решение о закреплении грунтов при проходке тоннеля сваями, сооружаемыми струйной цементацией. По трассе прокладки тоннеля было сооружено несколько экспериментальных свай, при строительстве которых проводилось определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе. При замесе цементного раствора, для определения объемной концентрации цементного раствора в пульпе, в него вводили гидрооксид кобальта Co(HO) ТУ261-001-469133-78-2002 (применяется при изготовлении строительных материалов, стекла) и порошок цинка Zn ПЦР -3 ГОСТ 12601-76 (применяется при изготовлении лакокрасочных материалов и в металлургии). Инженерно-геологическими изысканиями по трассе тоннеля было установлено, что грунт содержит лишь следы кобальта и цинка, что дает возможность проводить определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе согласно патенту RU 2611373 C1. Гидрооксид кобальта - порошок, хорошо растворяется в воде цементного раствора, массовая доля кобальта в порошке 62%. Порошок цинка в воде нерастворим, имеет размер частиц 100 мкм, что соответствует размерам частиц цемента 80-100 мкм. Концентрацию элементов в пробах определяли спектрометром Delta Premium (США), а плотность плотномером Densito 30 РХ (Италия).
р мин
по
Минимальное количество вводимого элемента согласно RU 2611373 C1 рассчитывают по формуле Р=5 С;
р мин
где Р - минимальное количество химического элемента, вводимого на 1 кг цементного раствора (мг/кг);
по
С - предел обнаружения применяемым спектрометром химического элемента (мг/кг).
по
р мин
Для кобальта С=10 мг/кг (Портативный анализатор металлов и сплавов Olympus Delta Professional, http://pvp-snk.ru/dalta_profesional. С.5. Таблица LOD) Р=5×10 мг/кг=50 мг/кг и с учетом его содержания 62% в порошке гидрооксида кобальта, минимальное количество порошка гидрооксида кобальта равно 80 мг/кг.
по
р мин
Для цинка С=3 мг/кг (там же), отсюда Р=5×3 мг/кг=15 мг/кг.
При приготовлении цементного раствора в него вводили 90 мг/кг гидрооксида кобальта и 20 мг/кг порошка цинка.
При проведении струйной цементации производился отбор проб цементного раствора и грунтоцементной пульпы, в которых определяли концентрацию кобальта и цинка, а так же плотность проб.
Для цементного раствора:
ρ<sub>с</sub>=1,48 кг/л
С<sub>с Со</sub>=87,8 мг/кг
С<sub>с Zn</sub>=18,5 мг /кг
Для пульпы:
ρ<sub>п</sub>=1,86 кг/л
С<sub>п Со</sub>=25,9 мг/кг
С<sub>п Zn</sub>=5,5 мг/кг
Расчет объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе производят по формуле:
,
где Cv - объемная процентная концентрация цементного раствора в грунтоцементной пульпе;
Сп - весовая концентрация химического элемента в грунтоцементной пульпе, мг/кг;
Сс - весовая концентрация химического элемента в цементном растворе, мг/ кг;
ρп - плотность грунтоцементной пульпы, кг/ л;
ρс - плотность цементного раствора, кг /л.
Для кобальта:
Для цинка:
Среднеарифметическое значение
Заявляемый способ позволяет обеспечить более точное определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации.