Способ укрепления грунта и состав для укрепления грунта

Группа изобретений относится к промышленному и гражданскому строительству, а именно к укреплению грунта цементацией с введением в цементно-песчаный раствор полимерного состава для укрепления, состоящего из органических и неорганических веществ. Состав для укрепления грунта представляет собой водный раствор, при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсия акриловая 5 - 30, глицерин 2 - 5, битум нефтяной 0,01 - 0,5, полифосфат натрия 0,01 - 0,5, кальций хлористый 10 - 40, борная кислота 0,01 - 1, силикат натрия 2 - 10, вода до 100%. Способ укрепления грунта включает насыщение грунта 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением указанного выше состава для укрепления грунта в количестве 2-8 л на 1 м³ раствора, цементацию грунта цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава для укрепления грунта в количестве 0,1-2 мас.% на 1 м³ грунта. Технический результат - повышение технологических свойств закрепителя, повышение стабильности используемого состава, а также прочности грунта, обработанного закрепителем. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретения относятся к промышленному и гражданскому строительству, а именно к укреплению грунта цементацией с введением в цементно-песчаный раствор полимерного состава для укрепления, состоящего из органических и неорганических веществ.

Известные способы крепления слабых грунтов и оснований приводят к высоким строительным расходам, поскольку их необходимо заменять на грунт с высокими механическими свойствами, необходимы поставки дорогостоящих материалов и выполнение земляных работ с его транспортировкой.

Известный способ и состав для крепления грунтов по патенту №2503768 (выбраны в качестве прототипа). Способ заключается в обработке грунта, содержащим латексный полимер закрепителем, который применяется в смеси с водой. Обработку грунта осуществляют путём введения закрепителя с помощью дорожной фрезы методом смешивания закрепителя с грунтом.

В качестве основного сырьевого компонента используют латексный полимер группы включающей:

- стирол-бутадиеновый латекс;

- (мет)акрилатный латекс;

- этилен-винилацетатный латекс;

- этилен/пропиленовый латекс;

- этилен/пропилен-димерный латекс;

- бутадиен-акрилонитриловый латекс;

- силиконовый латекс;

- полибутадиеновый латекс;

- латекс из натурального каучука или же смесь двух или нескольких из указанных латексов;

- закрепитель.

Дополнительно содержит загуститель на основе целлюлозы, пеногаситель, выбранный из группы, включающей силиконы, гликолевые эфиры, натуральные жиры или масла и жирные спирты, а также, по меньшей мере, один хлорид или, по меньшей мере, один гидроксид щелочного или щелочноземельного металла, причем закрепитель имеет состав (% по массе): 0,1-50,0 латексного полимера, 0,05-5,0 загустителя, до 5,0 пеногасителя, 0,01-10,0 хлорида или гидроксида щелочного или щелочноземельного металла, остаток до 100 - вода.

Недостатком этого способа и состава является его нетехнологичность и невозможность использования с цементом, поскольку, при смешении с ним происходит коагуляция раствора (слипание частиц в дисперсной системе, приводящей к структурированию системы с разделением фаз и разрушению дисперсной системы). Результатом применения закрепителя грунта на практике является достижение невысокой прочности.

Техническим результатом изобретения является повышение технологических свойств закрепителя, повышение стабильности используемого состава и прочности грунта, обработанного закрепителем.

Технический результат достигается в составе для укрепления грунта, представляющем собой водный раствор дисперсии акриловой, глицерина, битума нефтяного, полифосфата натрия, кальция хлористого, борной кислоты, силиката натрия, при следующем соотношении компонентов (% по массе): дисперсия акриловая – 5,0 - 30,0; глицерин – 2,0 - 5,0; битум нефтяной 0,01 – 0,5; натрия полифосфат 0,01 – 0,5; кальций хлористый – 10 - 40; кислота борная 0,01 – 1 %; натрия силикат – 2-10; вода – остальное (до 100 %).

Технический результат достигается в способе укрепления грунта при обработке грунта закрепителем вышеуказанного состава согласно следующей последовательности:

- грунт насыщают 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением вышеуказанного состава для укрепления грунта (закрепителя) в количестве 2-8 л на 1 м³ водного раствора;

- цементируют грунт цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава в количестве (% по массе) 0,1-2,0 на 1 м³ грунта под давлением (либо без давления в случае дорожного строительства), значение которого зависит от физических и механических свойств грунта.

Состав закрепителя грунта представляет собой водный раствор дисперсии акриловой, глицерина, битума нефтяного, натрия полифосфата, кальция хлористого, кислоты борной, натрия силиката, при следующем соотношении компонентов (% по массе): дисперсия акриловая – 5,0 - 30,0; глицерин – 2,0 - 5,0; битум нефтяной 0,01 – 0,5; натрия полифосфат 0,01 – 0,5; кальций хлористый – 10 - 40; кислота борная 0,01 – 1 %; натрия силикат – 2-10; вода – остальное (до 100 %).

Производство закрепителя включает следующие технологические операции:

- дозирование компонентов;

- смешивание компонентов механическим путём.

Массовая доля компонентов определена опытным путем в течение трёх лет успешной отработки способа и состава на практике. Увеличение мас.% компонентов влияет на проникающую способность и заполняемость пор в сторону увеличения.

Приготовление раствора осуществляется в смесителе на заводе или строительной площадке. В чистую ёмкость, установленную на весы, загружается рецептурное количество воды. Взвешенные в рецептурных количествах компоненты загружаются в ёмкость при постоянном перемешивании содержимого до полного растворения и совмещения компонентов в следующей последовательности – вода, глицерин, натрия полифосфат, добавка комплексная (кальций хлористый, кислота борная, натрия силикат), дисперсия акриловая, битум нефтяной. Готовность определяют по однородности пробы, определённой визуально или техническим вискозиметром.

1. Дисперсия акриловая позволяет применять воду в качестве разбавителя, увеличивает адгезию;

2. Глицерин гигроскопичен, используется в качестве эмульгатора, при помощи которого смешиваются несмешиваемые компоненты, является стабилизатором;

3. Битум нефтяной обеспечивает гидроизоляционные свойства, упругопластичные и адгезионные свойства, придаёт эластичность и вяжущие (цементирующие) свойства, морозостойкость;

4. Натрия полифосфат характеризуется способностью взаимодействовать с кальцием и магнием, находящимися в воде. В закрепителе данный компонент является ионообменником;

5. Добавка комплексная обеспечивает адгезионные свойства, посредством создания длинных межмолекулярных связей; обеспыливание; понижение температуры замерзания воды, отвердевание состава.

Физико-химический эффект при креплении грунта указанным составом достигается в результате реакции коагуляции. Благодаря замедлителям химических реакций, находящихся в составе закрепителя, после обработки грунта происходит его уплотнение (сжатие). Уплотнение достигается за счёт связывания водных структур (физических, химических) с частицами цемента. Благодаря акрилу, образуются химические связи между частицами цемента, грунта и комплексной добавкой закрепителя. Происходит активация цементных частиц при взаимодействии с водой. При растворении и в процессе гидратации цементных частиц высвобождаются катионы из алюмо-кальцитной и алюмосиликатной групп клинкерного фонда, которые в водном растворе вступают в реакцию с частицами грунта. В результате этих химических реакций происходит увеличение молекулярной массы цементных частиц и уплотнение (сжатие) грунта.

Силикат натрия является загустителем в растворе закрепителя, который также участвует в химических реакциях гидратации, способствует связыванию воды в грунте с последующей кристаллизацией новообразований.

Технология крепления грунтов патентуемым составом закрепителя. Производство работ по закреплению выполняют в два этапа: во-первых, выравнивают свойства различных по показателям свойств грунтов, приводя их в пластичное состояние за счёт ионно-обменных процессов путём насыщения грунта 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением закрепителя грунта в количестве 2-8 л на 1 м³ водного раствора через установленные в грунте стальные инъекторы (либо поверхностным внесением при дорожном строительстве); во-вторых, производят цементацию подготовленного грунта через скважины цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава закрепителя в количестве 0,1-2 (% по массе) на 1 м³ грунта (либо поверхностным внесением при дорожном строительстве закрепителя). Цементацию оснований и фундаментов (кроме дорожного строительства, где состав вносится поверхностным перемешиванием) выполняют через металлический инъектор под давлением, по методу компрессионного сжатия грунтов.

Выбор метода инъекции раствора-закрепителя зависит от инженерно-геологических условий, видов грунтов. В случае залегания в основании зданий просадочных сильнодеформируемых грунтов, устройство свайного основания усложнено рядом технологических и экономических факторов. Так устройство забивных свай бывает ограничено близостью построек, а устройство буронабивных свай влечет за собой необходимость применения обсадных труб, что также ведет к удорожанию строительно-монтажных работ. Устройство свайных оснований требует привлечения комплекса строительной техники, в то время как инъекционное закрепление грунта может быть выполнено с помощью малогабаритного оборудования, что значительно удешевляет строительство. Кроме того, использование классических методов укрепления грунтов не всегда приводит к требуемым результатам по прочности и плотности укрепленных грунтов, особенно во водонасыщенном состоянии.

При креплении грунтовых массивов оснований дорог и земляного полотна с помощью патентуемого состава закрепителя технология производства работ подразумевает выполнение следующих операций:

- фрезерование грунта на необходимую (расчётную) глубину;

- внесение (россыпь) распределителем вяжущего цемента, извести, оснόвных молотых шлаков или кальций содержащих зол;

- разлив состава закрепителя по грунту (количество раз подбирается, исходя из физико-химических и механических свойств грунтов);

- фрезерование с последующим уплотнением (статическим или динамическим) грунта.

- устройство щебёночного основания и последующая укладка асфальтобетонного покрытия.

Во всех вышеуказанных случаях, при строительстве, ремонте или реконструкции фундаментов зданий и сооружений, оснований дорожных одежд, конструкции земляного полотна, дорожных покрытий предложенный способ позволяет создавать повышенные физико-механические свойства грунтов.

Для повышения физико-механических свойств асфальтобетонных покрытий и бетонных конструкций патентуемым составом происходит пропитка за один или несколько раз.

1. Состав для укрепления грунта, представляющий собой водный раствор дисперсии акриловой, глицерина, битума нефтяного, полифосфата натрия, кальция хлористого, борной кислоты, силиката натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

дисперсия акриловая	5-30
глицерин	2-5
битум нефтяной	0,01-0,5
полифосфат натрия	0,01-0,5
кальций хлористый	10-40
борная кислота	0,01-1
силикат натрия	2-10
вода	до 100%

2. Способ укрепления грунта, заключающийся в насыщении грунта 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением состава для укрепления грунта по п.1 в количестве 2-8 л на 1 м³ раствора, с последующей цементацией грунта цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава в количестве 0,1-2 мас.% на 1 м³ грунта.