Способ укрепления грунта

Авторы патента:

E02D3/12 - упрочнение грунта путем введения в грунт затвердевающих или порозаполняющих веществ (изготовление свай E02D 5/46; составы для упрочнения грунта под фундамент C09K 17/00)

C09K17/48 - органические соединения, смешанные с неорганическими активными ингредиентами, например катализаторами полимеризации

Владельцы патента RU 2295607:

Акционерная компания "АЛРОСА" (закрытое акционерное общество) (RU)

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления оснований, покрытий или откосов автомобильных дорог. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и морозостойкости укрепленного грунта. В способе укрепления грунта, включающем последовательную обработку грунта 20%-ный водным раствором омыленного талового пека ОТП, смешанным с отработанным моторным маслом от автомобильных двигателей при t=50-100°C в соотношении 1,0:0,01-0,1 до получения эмульсии, и 10%-ным водным раствором хлористого кальция, указанные эмульсию и раствор хлористого кальция используют в соотношении 1:0,28-0,3, после указанной обработки грунт выдерживают до полной полимеризации и уплотняют при давлении не менее 15,0 МПа. Изобретение развито в зависимых пунктах. 7 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления оснований, покрытий или откосов автомобильных дорог.

Известен способ закрепления пород, включающий последовательную или одновременно-раздельную обработку породы в потоке атмосферного воздуха дизельным или масляным щелочным отходом нефтепереработки и 5-30% раствором хлорида кальция или магния при соотношении, равном 1,0:0,3-1,0 соответственно. При необходимости породу дополнительно уплотняют (патент РФ №1794132, E 02 D 3/12, Способ закрепления пород / Е.И.Жирнов, Б.А.Сотник и др. - 4919128 от 14.03.91, опубл. 07.02.93 Бюлл. №5).

Недостатком известного способа является невысокая прочность закрепленных пород и высокая энергоемкость, связанная с расходом воздуха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ закрепления грунта, включающий последовательную обработку грунта водными растворами омыленного талового пека (ОТП) и хлористого кальция, а после этого нагнетание в грунт сжатого воздуха в количестве, превышающем объем гелеобразующегося раствора (А.С. СССР №1574729, E 02 D 3/12, Способ закрепления грунта / М.Ф.Каримов и др. - заявка №4241152 от 08.05.87, опубл. 30.06.90 Бюлл. №24).

Однако известный способ обладает следующими недостатками:

1) при обработке грунта растворами ОТП и хлористого кальция в осадок мгновенно выпадает полимер; и при нагнетании воздуха продавливание полимера через поры грунта затруднительно, радиус закрепленного грунта при этом составляет 19,2 см;

2) образующийся полимер обладает низкими адгезионными свойствами к частицам грунта и содержит свободную воду, которая при уменьшении влажности грунта удаляется из полимера со значительной его усадкой, приводящей к разуплотнению грунта;

3) образующийся полимер обладает высокой хрупкостью и при воздействии на грунт динамических нагрузок, например автомобильным транспортом, и знакопеременных температур происходит его разупрочнение и снижение морозостойкости;

4) данный способ является сложным и энергоемким.

Целью изобретения является повышение прочности и морозостойкости укрепленного грунта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе укрепления грунта, включающем последовательную обработку грунта водными растворами омыленного талового пека (ОТП) и хлористого кальция, перед обработкой грунта водный раствор омыленного талового пека смешивают с отработанным моторным маслом автомобильных двигателей при t=50-100°C в соотношении 1,0:0,01-0,1 до получения эмульсии, а после введения хлористого кальция грунт выдерживают до полной полимеризации и уплотняют при давлении не менее 15,0 МПа. Причем для обработки грунта используют 10% раствор хлористого кальция.

Грунт перед обработкой разрыхляют на глубину обработки.

Для получения эмульсии используют 20% раствор ОТП. Расход эмульсии на основе омыленного талового пека для обработки грунтов составляет 0,08-0,25 кг/кг грунта, в том числе для обработки несвязных грунтов 0,08-0,11 кг/кг грунта; для обработки связных грунтов 0,12-0,25 кг/кг грунта. А в качестве раствора хлористого кальция используют дренажные рассолы.

Граничные пределы количественного содержания отработанного моторного масла автомобильных двигателей в эмульсии обоснованы экспериментально. Данные в табл.4 гр.7-9 (показатели морозостойкости и прочности на сжатие и растяжение при изгибе укрепленного грунта). Оптимальным является соотношение 20% раствора омыленного талового пека и отработанного моторного масла автомобильных двигателей 1:0,055.

Омыленный таловый пек (ОТП) является отходом целлюлозно-бумажного производства и в нормальных условиях представляет собой продукт твердой консистенции с плотностью 0,95-1,0 г/см³ с температурой размягчения 60-75°С и соответствует ТУ 13-0281078-146-90 "Пек таловый омыленный". Он нетоксичен, пожаробезопасен, удобен при транспортировке. Растворяясь в пресной воде, ОТП образует коллоидный раствор.

В процессе работы автомобильных двигателей моторные масла, удовлетворяющие ГОСТ 12337-84 "Масла моторные для дизельных двигателей" марки М-10Г₂ и ГОСТ 10541-78 "Масла моторные для карбюраторных двигателей" марки М-8В₁, под действием высоких температур и кислорода воздуха окисляются с образованием смол, асфальтенов, карбенов, примесей и воды. Через 250 моточасов работы двигателей производится замена масла в двигателях. В таблице 1 приведена характеристика отработанных моторных автомобильных масел. Для районов со сложной транспортной схемой, например районов Крайнего Севера, возврат отработанных моторных автомобильных масел для регенерации является проблематичным. Их утилизация согласно п.2 ст.51 Федерального Закона РФ "Об охране окружающей среды" от 10.01.2002 г. запрещена. Применение отработанных масел в приготовлении ОТП позволит наряду с их утилизацией решить вопросы укрепления грунтов.

Для получения эмульсии на основе растворов омыленного талового пека и отработанных моторных масел автомобильных двигателей их механически смешивают при t=50-100°C. При температуре смешения менее 50°С эмульсия в процессе хранения расслаивается. Максимальная температура нагрева ограничивается температурой кипения эмульсии. Выбор 20% концентрации раствора ОТП обусловлен максимальным расходом сухого вещества для получения устойчивой эмульсии. При обработке грунта последовательно эмульсией и раствором CaCl₂ образуется полимер с высокими адгезионными, эластичными свойствами, улучшающий структурообразование грунта с образованием прочной и морозоустойчивой структуры. Это обусловлено тем, что масляные пленки замедляют процессы полимеризации грунта в начальной стадии структурообразования и технологически упрощают полноту обработки частиц грунта раствором CaCl₂, т.к. не происходит мгновенного высаливания полимера.

Применение 10%-го раствора CaCl₂ обусловлено его проникающей способностью в грунт. Дренажные рассолы, содержащие преимущественно хлористые соли кальций, магния и натрия, являются отходами при разработке кимберлитовых трубок и требуют утилизации. Использование их в способах по укреплению грунтов позволит решить вопросы по экологии региона и уменьшит затраты на реализацию способа.

При дальнейшем уплотнении обработанного грунта (давлением более 15,0 МПа) из грунта удаляется избыточная вода, и связующее - полимер - практически обезвоживается, сохраняя при этом высокие адгезионные и эластичные свойства.

Грунт перед обработкой может быть разрыхлен на глубину пропитки или обработан без разрушения первоначальной структуры грунта, например, для укрепления откосов дорог и т.д.

Примеры конкретной реализации

В качестве грунта был испытан связный грунт (суглинок) и несвязный грунт (кварцевый песок).

Характеристика грунта

1. Связный грунт (суглинок)

Таблица 1
Гранулометрический состав суглинка
Сито, мм	20	15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,31	0,14	<0,14	Число пластичности
Частный остаток, %	6	2	3	9	25,5	14,5	10,7	6,4	8,7	14,2	8

2. Несвязный грунт (кварцевый песок)

Таблица 2
Гранулометрический состав песка
Сито, мм	5	2,5	1,25	0,63	0,31	0,14	<0,14	Число пластичности
Частный остаток, %	14	26,3	11,4	20,8	10,6	5,2	11,7	0

Грунты перед испытанием высушивались.

В качестве отработанных моторных масел автомобильных двигателей были использованы масла марок М-10Г₂ ЦС и M-8B₁.

Таблица 3
Характеристика отработанных моторных масел автомобильных двигателей
Наименование показателей	Масло, %	Смола, %	Асфальтены, %	Карбены, %	Примеси, %	Вода, %
Отработанное масло моторное марки М-10Г₂	77,4	2,6	2,1	1,6	1,6	14,7
Отработанное масло моторное марки M-8B₁	80,2	1,8	2,3	1,7	1,8	12,2

В качестве хлоркальциевых растворов применялся раствор хлористого кальция или дренажные рассолы 10%-й концентрации.

Состав дренажных рассолов:

CaCl₂ - 80%, MgCl₂ - 9%, NaCl - 11%.

В качестве компонента связующего применялся омыленный таловый пек, соответствующий ТУ 13-0281078-146-90 "Пек таловый омыленный". Раствор омыленного талового пека 20%-й концентрации приготавливали смешением твердого концентрата в горячей воде t=80°С.

Эмульсию на основе омыленного талового пека приготавливали путем смешения отработанного моторного масла автомобильного двигателя с t=20°С в количестве 0,008; 0,01; 0,055; 0,1; 0,12; кг на кг раствора омыленного талового пека с t=70°С в лопастном смесителе n=600 об/мин в течение 3 минут. Приготовленная эмульсия сливалась в отдельную емкость для хранения и дальнейшего использования.

В таблице 4 приведены результаты испытаний образцов на прочность и морозостойкость в зависимости от количества отработанных моторных масел автомобильных двигателей в эмульсии на основе ОТП.

Экспериментально выявлено, что для полного высаливания полимера соотношение компонентов: эмульсии на основе ОТП и 10% CaCl₂ составляет 1:0,2. Для полной пропитки грунта раствор хлористого кальция вводился в избытке: 1:0,28-0,3.

Обработку грунта проводили при температуре грунта и связующего 20°С в лабораторном лопастном смесителе; грунт вначале смешивали с эмульсией на основе ОТП в течение 40 сек, затем с 10% раствором хлористого кальция в течение 1 минуты и выдерживали до полной полимеризации 20 мин.

Из смеси изготавливали образцы-цилиндры размером ⊘ 72,5×72,5 мм и образцы-балочки размером 40×40×160 мм под давлением 15,0 МПа. Водонасыщенные образцы испытывали через 7 суток на сжатие и растяжение при изгибе. Кроме того, образцы-цилиндры перед испытанием на морозостойкость выдерживали в течение 28 суток во влажной среде. Коэффициент морозостойкости определялся по снижению прочности образцов при сжатии после 50 циклов "замораживания - оттаивания". В таблице 5 приведены результаты испытаний образцов на прочность и морозостойкость в зависимости от расхода эмульсии на основе ОТП и хлоркальциевого раствора.

На основании экспериментальных данных, приведенных таблицах 4 и 5, можно сделать следующие выводы.

При обработке грунтов эмульсией на основе ОТП (при соотношении 1:0,01-0,1) и хлоркальциевым раствором достигнуты основные показатели укрепленных грунтов, превышающие нормативные требования СНиП 2.05.02-85*. При небольшом расходе отработанных моторных масел автомобильных двигателей в эмульсии (составы 1, 6, 11, 16) прочность на сжатие увеличивается и в дальнейшем остается без изменения, но предел прочности на растяжение при изгибе (R_изг) и коэффициент морозостойкости (К_мрз) ниже требуемых по СНиП 2.05.02-85*. При увеличении граничных пределов расхода отработанного моторного масла автомобильных двигателей в эмульсии (составы 5, 10, 15, 20) предел прочности на растяжение при изгибе (R_изг) и коэффициент морозостойкости (К_мрз) уменьшаются ниже требуемых по СНиП, а прочность на сжатие снижается, но остается выше требуемой по СНиП 2.05.02-85* (табл.4).

При расходе эмульсии для обработки грунтов в количестве 0,08-0,25 достигнуты показатели (R_сж R_изг К_мрз), превышающие нормативные показатели СНиП. При увеличении расхода эмульсии выше верхнего предела (составы 5, 10, 15, 20, табл.5) увеличивается влажность, которая затрудняет технологию уплотнения грунтов при выполнении дорожно-строительных работ: перед уплотнением требуется подсушка грунта до допустимой влажности. При проведении подсушки показатели образцов грунта превышают нормативные.

При уменьшении расхода эмульсии менее нижнего предела (составы 1, 6, табл.5) снижается предел прочности на растяжение при изгибе (R_изг) и коэффициент морозостойкости (К_мрз) ниже требуемых по СНиП 2.05.02-85*. При обработке связного грунта эмульсией на основе ОТП в пределах 0,08-0,1 влажность получаемых образцов недостаточна для уплотнения (табл.5).

По сравнению с прототипом прочностные характеристики и морозостойкость укрепленного грунта по предлагаемому способу выше более чем в 2 раза.

Таблица 4
Результаты испытаний образцов на прочность и морозостойкость в зависимости от количества отработанных масел в эмульсии
№ состава	Соотношение компонентов в эмульсии, вес. ч	Расход компонентов, кг/кг грунта	Прочность водонасыщенных образцов, МПа	Коэффициент морозостойкости, К_мрз
	20% р-р ОТП	отработанное масло марки	Эмульсия на основе ОТП	10% раствор CaCl₂	Сжатие, R_сж	растяжение при изгибе, R_изг
		M-8B₁	М-10Г₂			7 сут	7 сут
Грунт-песок
1	1	0,008	-	0,095	0,27	3,4	0,50	0,50
2	1	0,01	-	0,095	0,27	3,4	0,65	0,70
3	1	0,055	-	0,095	0,27	3,2	0,85	0,80
4	1	0,1	-	0,095	0,27	2,8	0,70	0,70
5	1	0,12	-	0,095	0,27	2,0	0,55	0,55
6	1		0,08	0,095	0,27	3,4	0,52	0,52
7	1		0,01	0,095	0,27	3,4	0,60	0,62
8	1		0,055	0,095	0,27	3,2	0,80	0,78
9	1		0,1	0,095	0,27	2,6	0,65	0,70
10	1		0,12	0,095	0,27	2,1	0,55	0,50
прототип	0,8	0,13	0,3
Грунт-суглинок
11	1	0,008	-	0,18	0,054	4,0	0,55	0,58
12	1	0,01	-	0,18	0,054	3,8	0,80	0,75
13	1	0,055	-	0,18	0,054	3,7	1,1	0,90
14	1	0,1	-	0,18	0,054	3,4	1,0	0,80
15	1	0,12	-	0,18	0,054	2,6	0,57	0,52
16	1	-	0,008	0,18	0,054	4,0	0,55	0,58
17	1	-	0,01	0,18	0,054	3,8	0,82	0,75
18	1	-	0,055	0,18	0,054	3,7	1,1	0,90
19	1	-	0,1	0,18	0,054	3,3	0,7	0,80
20	1	-	0,12	0,18	0,054	3,0	0,55	0,57
прототип	1,0	0,24	0,44

Таблица 5
Результаты испытаний образцов на прочность и морозостойкость в зависимости от расхода эмульсии на основе ОТП и расхода хлоркальциевых растворов
	Расход компонентов кг/кг грунта	Влажность	Прочность водонасыщенных образцов, МПа	Коэффициент	Примечание
№ состава	Эмульсия на основе ОТП	10% раствор хлористого кальция	10% дренажные рассолы	грунта после обработки, %	на сжатие	растяжение при изгибе	морозостойкости, К_мрз
					7 сут	7 сут
Грунт-песок (несвязный грунт)
1	0,07	0,021	-	7,5	2,4	0,50	0,50	Грунты состава 5, 10 перед изготовлением образцов подсушены до влажности 11%.
2	0,08	0,024	-	8,6	3,0	0,79	0,70
3	0,09	0,027	-	9,6	3,2	0,86	0,80
4	0,11	0,033	-	11,5	3,0	0,85	0,75
5	0,12	0,036	-	12,8	3,0	0,85	0,75
6	0,07	-	0,021	7,5	2,5	0,50	0,50
7	0,08	-	0,024	8,6	3,0	0,80	0,70
8	0,09	-	0,027	9,6	3,3	0,88	0,78
9	0,11	-	0,033	11,5	3,1	0,86	0,75
10	0,12	-	0,036	12,8	3,1	0,86	0,75
Грунт-суглинок (связный грунт)
11	0,11	0,033	-	11,7	3,0	0,52	0,55	Грунты состава 15, 20 перед изготовлением подсушены до влажности 26%.
12	0,12	0,036	-	12,8	3,2	0,90	0,80
13	0,18	0,054	-	19,2	3,8	1,15	0,9
14	0,25	0,075	-	26,7	3,7	1,0	0,85
15	0,26	0,078	-	27,8	3,7	1,00	0,85
16	0,11	-	0,033	11,7	2,9	0,80	0,55
17	0,12	-	0,036	12,8	3,1	0,90	0,78
18	0,18	-	0,054	19,2	3,7	1,1	0,9
19	0,25	-	0,075	26,7	3,5	1,0	0,85
20	0,26	-	0,078	27,8	3,5	1,0	0,85

1. Способ укрепления грунта, включающий последовательную обработку грунта водным раствором омыленного талового пека ОТП и 10%-ным водным раствором хлористого кальция, отличающийся тем, что перед обработкой грунта 20%-ный водный раствор ОТП смешивают с отработанным моторным маслом от автомобильных двигателей при t=50-100°C в соотношении 1,0:0,01-0,1 до получения эмульсии, указанные эмульсию и раствор хлористого кальция используют в соотношении 1:0,28-0,3, после указанной обработки грунт выдерживают до полной полимеризации и уплотняют при давлении не менее 15,0 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного раствора хлористого кальция используют дренажный рассол.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что грунт перед указанной обработкой разрыхляют на глубину обработки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход указанной эмульсии составляет 0,08-0,25 кг/кг грунта.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для указанной обработки несвязного грунта расход указанной эмульсии составляет 0,08-0,11 кг/кг грунта.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что для указанной обработки связного грунта расход указанной эмульсии составляет 0,12-0,25 кг/кг грунта.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для указанной обработки несвязного грунта расход указанного раствора хлористого кальция составляет 0,024-0,033 кг/кг грунта.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для указанной обработки связного грунта расход указанного раствора хлористого кальция составляет 0,036-0,075 кг/кг грунта.

Изобретение относится к способу уплотнения грунтов оснований или подъема очень тяжелых или больших конструкций, требующих приложения давления, большего, чем 500 кПа.

Тампонажный фиброраствор // 2289697

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при упрочении породных систем с крупной объемной пустотностью при сооружении горных выработок и поверхностных сооружений.

Состав для создания водонепроницаемости низкотемпературных грунтов и пород // 2289652

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для восстановления водонепроницаемости гидротехнического сооружения из низкотемпературных грунтов и пород, особенно в районах вечной мерзлоты, а также при создании и ремонте противофильтрационных завес в грунтовых плотинах, построенных в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Состав для возведения грунтовых насыпных сооружений и оснований под насыпные сооружения шламохранилищ глиноземного производства // 2288321

Изобретение относится к области строительных материалов в гидротехническом и промышленном строительстве и может быть использовано при создании грунтовых насыпных сооружений - плотин, дамб, полотен автодорог и т.п.

Состав для стабилизации грунта и способ его использования в дорожном строительстве // 2281356

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов при создании оснований автомобильных и железных дорог, площадок различного назначения, дорожек в парках и садах.

Способ замачивания грунта // 2278924

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проектировании оснований для зданий и сооружений, уплотняемых предварительным замачиванием грунта.

Способ укрепления слабого грунта // 2278210

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению слабого грунта. .

Способ ремонта железнодорожного земляного полотна // 2277616

Изобретение относится к ремонту и усилению основной площадки железнодорожного земляного полотна. .

Способ повышения несущей способности висячих свай // 2275470

Изобретение относится к строительству, в частности к созданию свайных фундаментов зданий и сооружений на висячих сваях в слабых дисперсных грунтах большой мощности.

Способ укрепления мерзлого грунта в зоне протаивания // 2275468

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению мерзлого грунта в зоне протаивания под фундаментами зданий и сооружений. .

Способ получения вяжущей композиции, способ обработки материала из твердых частиц, отверждаемая вяжущая композиция, твердый агрегированный матрикс (варианты), продукт // 2326925

Изобретение относится к вяжущей композиции, к способу приготовления такой вяжущей композиции, к материалу из твердых частиц и способу обработки материала из твердых частиц

Способ получения нанокомпозитного сорбента для засушливых почв // 2622430

Изобретение относится к способу получения нанокомпозитного сорбента для засушливых почв. Сорбент получают путём инициированной радикальной полимеризации акриловых мономеров в присутствии бентонита в водной среде при перемешивании. Полимеризации подвергают смесь мономеров, состоящую из акриламида, диметилакриламида и акриловой кислоты, предварительно нейтрализованной водным раствором гидроксидов калия и аммония. В смесь мономеров дополнительно вводят алликарбоксицеллюлозу. В качестве инициатора полимеризации в смесь вводят окислительно-восстановительную систему, состоящую из персульфата аммония и тетраметилэтилендиамина. Процесс ведут при перемешивании со скоростью 300-500 об/мин при 30-45°С. Изобретение позволяет получить сорбент с улучшенными характеристиками. 1 ил., 5 табл.

Состав нанокомпозитного сорбента для засушливых почв // 2623769

Изобретение относится к сорбентам для засушливых почв. Сорбент содержит полимерную матрицу на основе акриламида, N,N'-диметилакриламида и акриловой кислоты и наполнитель – бентонит. Соотношение полимерная матрица:бентонит составляет от 1:0,05 до 1:1 массовых долей. В качестве сшивающего агента использованы винильное производное полисахаридов и акриловая кислота, нейтрализованная смесью щелочей калия и аммония со степенью нейтрализации 0,7-0,9. Изобретение позволяет получить сорбент с высокими показателями влагоудержания при повышенной температуре почвы. 2 табл.

Способ закрепления водонасыщенных грунтов // 2301299

Изобретение относится к строительству, а именно к искусственному закреплению водонасыщенных грунтовых оснований инженерных сооружений

Способ консервации и изоляции техногенных месторождений // 2301300

Изобретение относится к области экологии и рационального природопользования, а именно способам консервации ценных компонентов в хранилищах минеральных отходов, а также предотвращения загрязнения грунтов, подземных вод и атмосферного воздуха токсичными химическими веществами, в частности к созданию экранов шламохранилищ, карт намыва и отвалов, препятствующих загрязнению подземных вод токсичными компонентами и пылению, с выносом компонентов, в том числе ценных

Способ усиления свайного фундамента // 2301302

Изобретение относится к строительству, в частности к усилению свайных фундаментов

Способ закрепления грунта // 2303101

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам закрепления грунтов оснований зданий и сооружений с помощью струйной технологии, а также слабоустойчивых откосов, и может быть использовано при формировании свайных фундаментов сооружений различного назначения

Способ уплотнения подсыпки // 2304662

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для уплотнения песчаной или грунтовой подсыпки

Способ усиления рыхлых оснований фундаментов направленным горизонтальным площадным гидроразрывом и устройство для горизонтального разрыва // 2305153

Способ упрочнения грунта // 2314388

Состав для возведения грунтовых насыпных сооружений и оснований под насыпные сооружения в гражданском, промышленном и гидротехническом строительстве // 2316628

Изобретение относится к области строительных материалов в гражданском, промышленном и гидротехническом строительстве и может быть использовано при создании грунтовых насыпных сооружений (планировке площадок, полотен автодорог, плотин, дамб и т.п.) и оснований для их строительства