Укрепление грунтов химическими соединениями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Укрепление грунтов химическими соединениями

Юдина Л.В., канд. техн. наук, профессор, Орбан Й., профессор

Повысить устойчивость грунтов земляного полотна автомобильных дорог можно использованием различных химических соединений, повышающих эксплуатационные свойства сооружения [1].

Так, грунты можно укреплять сульфитно-целлюлозным щелоком (отходы производства целлюлозной и бумажной промышленности),в состав которого входит лигнин. Лигнин склеивает частицы мелкозема. Хлоркальциевые растворы (отходы производства соды) применяют для обеспыливания и укрепления дорог в засушливых районах. Грунты обладают благоприятными свойствами только при оптимальной влажности. Недостаток влаги приводит к уменьшению связности грунта, повышению истираемости, растрескиванию, а чрезмерное увлажнение - к набуханию мелких частиц и появлению пластических деформаций под нагрузкой. Добавлением в грунт гигроскопических солей (CaCl₂, MgCl_2, NaCl) можно сохранить оптимальную влажность грунта, увеличить его несущую способность. Отходы заводов силикатного кирпича, содержащие до 45 % извести, используют для укрепления песчаных грунтов.

Придание грунтам гидрофобных свойств с помощью небольшого количества химических реагентов (гидрофобизация) способствует снижению капиллярного передвижения влаги, набухания, морозного пучения. Хорошими гидрофобизаторами являются кремнийорганические вещества. Это искусственные химические соединения, молекулы которых содержат углерод и кремний. Эти поверхностно-активные вещества образуют на частицах грунта тончайшую полимерную пленку, способствующую водоотталкиванию. Химические реагенты вводят в грунт, как правило, в виде водных растворов.

В настоящих исследованиях [2] были использованы супесчаные грунты Удмуртии и концентрат для стабилизации грунта СОИЛ-2000 из Венгрии. Методики исследований включали следующие этапы:

1. Исследование грунта.

2. Исследование жидкости для стабилизации грунта.

3. Исследование образцов стабилизированных грунтов.

Для грунтов определялся гранулометрический состав ситовым методом без промывки водой. Грунт просеивался сквозь набор стандартных сит, мм: 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1. Определялись частные (а) и полные (А) остатки, %. Число пластичности J_L устанавливалось как разность влажностей на границе текучести W_L и границе раскатывания в шнур W_P:

, [1]

где: W_L - соответствует переходу грунта из пластичного состояния в текучее, определялась с помощью балансирного кольца конуса Васильева по погружению конуса в пасту до риски 10 мм за время 5 с с последующим высушиванием при Т=105 °С до постоянной массы;

W_P - соответствует переходу грунта из твердообразного состояния в пластичное. Определялось методом раскатывания в шнур d=3 мм до момента деления его на кусочки длиной 3 - 10 мм затем грунт высушивался по выше указанной методике.

Определение оптимальной влажности проводилось в приборе для стандартного уплотнения. Подготовленная проба загружалась в цилиндр прибора слоями по 5 см, уплотнялась 40 ударами. После взвешивания цилиндра с грунтом рассчитывалась плотность, а затем - влажность. По результатам испытаний строился график зависимости плотности от влажности, по которому определяли оптимальную влажность W_опт, соответствующую максимальной плотности

Результаты испытания грунта представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-механические показатели.

СОИЛ-2000 представляет собой прозрачную жидкость желтого цвета со слабокислой химической реакцией.

Были проведены следующие физико-химические исследования жидкости:

1. Инфракрасная спектроскопия.

2. Хроматографический анализ.

3. Проба Бельштейна.

ИК-спектроскопия проводилась на аппарате ИКС-29. Исследованный образец представлял собой жидкую пленку между стеклами КВr. Пики поглощения характеризуют наличие валентных колебаний ОН-группы, валентные колебания С-Н связи, характерной для алифатических углеводов, валентных колебаний карбоксильной группы, деформационные колебания СН₃ группы, а также другие пики, характерные для органических веществ углеводородного ряда.

Затем произвели выпаривание образца до получения твердой части в виде белого парафиноподобного вещества. Образец поместили между стеклами КВr. Пики поглощения характеризовали наличие валентной связи ОН-группы, что говорит о том, что предполагаемый углеводород имеет высокомолекулярную спиртовую основу. Кроме того, имеется полоса поглощения, характерная для галогенов.

Для идентификации растворителя была отобрана проба жидкости и помещена в камеру анализатора аппарата Chrom 5. Исследуемый раствор характеризовался максимальным пиком на 44 секунде. В качестве эталонного образца был взят этиловый спирт, который дал такие же показатели. Таким образом, растворитель исследуемого раствора - этиловый спирт.

Проба Бельштейна для определения галогенов показала наличие CI-иона.

Для исследования грунта, стабилизированного СОИЛ-2000, использовались образцы-цилиндры с размерами Д=Н=5 см, изготовленные методом прессования под нагрузкой 15 МПа из смеси оптимальной влажности. Добавки стабилизатора вводились с водой затворения.

Образцы выдерживались в сухих условиях в течение семи суток и подвергались испытанию на водопроницаемость и прочность. Образцы устанавливались в емкость с залитым водой гравием, на поверхность которой уложен слой фильтрационной бумаги. Через 1, 2, 24, 48 часов замеряли высоту подъема жидкости в образце. Затем проводили испытание на сжатие на гидравлическом прессе мощностью 5-10 т.

Внешний осмотр образцов после изготовления показал их высокое качество: ровность поверхностей, отсутствие трещин и сколов. Это свидетельствует о хорошей уплотняемости смеси, ее оптимальном составе. После испытания на капиллярный подъем образцы также имели хороший внешний вид. Результаты испытаний образцов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Водопроницаемость стабилизированных грунтов.

Прочность образцов стабилизированных грунтов в возрасте семи суток составила 2,2…3,2 МПа.

Анализ результатов исследований показал следующее:

· Все составы из супесчаного грунта, укрепленного СОИЛ-2000, хорошо уплотняются, обладают хорошими технологическими свойствами, быстро набирают прочность.

· Капиллярный подъем составляет от 17 до 50 мм. Наибольший капиллярный подъем (>50 мм) наблюдается у первого состава со средней плотностью 2,2 гр/см³, с добавкой 0,4 % СОИЛ-2000. Для практического применения рекомендуется состав № 3 (добавление СОИЛ-2000 составило 0,8 %).

· Прочность образцов при сжатии составляет от 2,2 до 3,2 МПа. Наибольшую прочность показал состав № 1, а наименьшую состав № 3.

· По механизму действия СОИЛ-2000 является ионообменным препаратом и катализатором, а не вяжущим веществом. Его активная составляющая, в результате ионного обмена электро-адсорбционной силой связывается с поверхностью коллоидных частиц грунта, в дальнейшем не вымывается. Обработка грунта способствует уменьшению водопоглощения, капиллярного подъема влаги, повышению уплотняемости.

Технология стабилизации грунта СОИЛ-2000 основана на механизме действия концентрата СОИЛ-2000 для обработки грунта. При этом необходимо соблюдать следующие основные требования:

- концентрат СОИЛ-2000 должен гомогенно пропитывать обрабатываемый слой грунта;

- коэффициент уплотнения при оптимальной влажности должен составлять не менее 0,95.

- расход концентрата составляет 0,2…1,4 кг/м² в зависимости от типа грунта и требуемой гидроизоляции. Концентрат вносится в грунт в виде водного раствора в соотношении 1:20…1:100..

- грунты должны иметь следующие характеристики:

· содержание частиц размером менее 0,02 мм должно быть не менее 10 % по массе;

· содержание органических примесей не должно превышать 5 % по массе;

- уровень грунтовых вод должен находиться ниже уровня обрабатываемого грунта

- толщина обрабатываемого слоя грунта должен быть не менее 25 см.

Исследования возможности стабилизации грунта органической жидкостью СОИЛ-2000 в Венгерском университете г. Печ и Ижевском государственном техническом университете показывают высокую эффективность этого метода. Уменьшается водопоглощение грунта, повышается его уплотняемость. Технология стабилизации грунта проста, не требует специального оборудования. Открываются уникальные возможности для устройства устойчивого земляного полотна автомобильных дорог, оснований под различного рода сооружения.

Множество тестов и исследований доказывают, что технология СОИЛ-2000 не принести никакого вреда, не означает никакого риска для окружающей среды. Ввиду того, что грузоподъемный слой дороги создается из местного грунта, значительно уменьшаются транспортные расходы, связанные с процессом строительства дороги; по сравнению с традиционной технологией значительно уменьшаются и потребность в добыче камня.

грунт жидкость пластичность водопроницаемость

Список литературы

1. Ржаницын Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. - М.: Стройиздат, 1986. - С. 131 - 136.

2. Юдина Л.В., Тарануха Н.Л., Ложкина Е.Г., Й.Орбан. Стабилизация грунтовых оснований концентратом СОИЛ-2000./Материалы Всероссийской научно-технической конференции СТРОЙКОМПЛЕКС-2005: Ижевск, 2005. - 264 с.

Размещено на Allbest.ru