Сухая смесь для приготовления композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений
Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций. Технический результат заключается в высокой управляемой проникающей способности для всех типов грунтов, регулировке скорости набора прочности и повышении деформативных характеристик укрепленного грунтового массива. Сухая смесь для приготовления вяжущей композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений содержит, мас.%: цемент низкой водопотребности 10-50, микроцемент 15-30, органоглина 2-7, тонкодисперсный наполнитель 13-73. 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе. Портландцемента в растворе содержится 60%, золы-уноса -38%, пластификатора 2% (Меркин В.Е., Маковский Л.В., Панкина С.В. К выбору варианта исполнения автодорожного тоннеля в районе Лефортово // Подземное пространство мира, №4. - М., 1996. - С. 11-14).
Недостатком этого раствора является неуправляемое формирование укрепленного грунтового массива, что приводит к возникновению в нем трещин неопределенной длины и раскрытия. Эти трещины требуют повышенного расхода раствора, остаются частично незаполненными раствором, что может привести к суффозийным процессам и обратным деформациям сооружения.
Наиболее близким к предлагаемому является раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий, имеющий следующий состав, масс. %:
| бентонит | 60-80 |
| портландцемент | 10-30 |
| ускоритель твердения | до 10 |
| пластификатор | до 2 |
(патент РФ на изобретение №2622054).
Недостатком состава данного раствора является его нестабильная условная вязкость и низкая проникающая способность, что требует применения высокого давления при нагнетании в грунт, при этом не гарантируется отсутствие гидроразрывов грунтового массива.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в создании состава для приготовления вяжущей композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений, которая обладает следующим комплексом свойств:
- высокая управляемая проникающая способность для всех типов грунтов,
- регулируемая скорость набора прочности и высокие деформативные характеристики укрепленного грунтового массива.
Технический результат состоит в том, что поставленная задача успешно решена, при этом удалось повысить надежность работ по устранению деформаций зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов в грунте.
Вышеуказанный технический результат достигается благодаря тому, что сухая смесь для приготовления вяжущей композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений, содержит, масс. %:
| цемент низкой водопотребности | 10-50 |
| микроцемент | 15-30 |
| органоглина | 2-7 |
| тонкодисперсный наполнитель | от 13-Х до 73-Х |
| по меньшей мере, одна целевая добавка | X |
| где X | до 5 масс. % |
Цемент низкой водопотребности (ЦНВ-100) представляет собой продукт совместного помола портландцементного клинкера, сульфата кальция и водопонижающей добавки (Бикбау М.Я. Нанотехнологии в производстве цемента. - М.: ОАО «Московский институт материаловедения и эффективных технологий», 2008. - С. 538-607).
Упомянутый цемент низкой водопотребности, - в одном из предпочтительных вариантов выполнения, - представляет собой цемент низкой водопотребности ЦНВ-100.
Микроцемент MicroBond МО представляет собой продукт воздушной сепарации портландцемента с нормированным гранулометрическим составом, основной объем частиц которого имеет размер от 5 до 15 мкм (Панченко А.И., Харченко И.Я., Алексеев СВ. Микроцементы. М.: Издательство АСВ, 2014. - С. 4).
Упомянутый микроцемент, - в одном из предпочтительных вариантов выполнения, - представляет собой микроцемент марки MicroBond МС.
Микроцемент, - в одном из предпочтительных вариантов выполнения, - имеет нормированный гранулометрический состав с размером более чем 75% частиц меньше 10 мкм.
Цемент низкой водопотребности и микроцемент в сочетании образуют вяжущую основу, обеспечивающую равномерное нагнетание вяжущей композиции и управляемое нарастание прочности в течение трех и более часов твердения грунтового массива.
Органоглина представляет собой модифицированную монтмориллонитовую глину, наноразмерный слоистосиликатный наполнитель, полученный в результате механохимической обработки природной монтмориллонитовой глины раствором катионного поверхностно-активного вещества (Голубева О.Ю., Гусаров В.В. Слоистые силикаты со структурой монтмориллонита. Получение и перспективы применения для полимерных нанокомпозитов // Физика и химия стекла. - 2007. Т. 33. №3. С. 334-340).
Органоглина регулирует вязкость и проникающую способность композиции, полученной из смеси, за счет изменения псевдопластичности, отношения к ионному составу и рН грунта вследствие изменения поверхностных и адсорбционных свойств монтмориллонитовой глины при ее модифицировании катионными ПАВ.
Органоглана регулирует кинетику набора прочности грунтового массива и увеличивает прочность за счет снижения водоотделения композиции в грунты оснований зданий и сооружений вследствие высокой водоудерживающей способности и наличия ПАВ в ее структуре.
Микроцемент в сочетании с органоглиной обеспечивает повышение адгезии композиции к частицам грунта.
В качестве тонкодисперсного наполнителя пригодны мелкодисперсные минеральные наполнители, не оказывающие негативного влияния на остальные компоненты смеси. Предпочтительным тонкодисперсным наполнителем является мел или микрокальцит, т.е. тонкоизмельченный природный карбонат кальция (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). Размер частиц тонкодисперсного наполнителя должен соответствовать размеру частиц остальных компонентов смеси и позволять композиции, приготовленной из смеси относительно свободно приникать в поры грунта под давлением. Предпочтительно, когда гранулометрический состав наполнителя нормирован и в нем преобладают (более 75% частиц) частицы с размером менее 5 мкм.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Испытано 6 составов композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений:
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 заявляемой композиции (составы 1-6) были использованы следующие исходные материалы:
- цемент низкой водопотребности, изготовленный совместным помолом портландцементного клинкера, природного гипсового камня и раствора поликарбоксилатного эфира в качестве водопонижающей добавки;
- модифицированная путем обработки раствором катионного поверхностно-активного вещества монтмориллонитовая глина с преобладающим размером частиц менее 5 мкм;
- тонкодисперсный минеральный наполнитель;
- бентонит;
- портландцемент;
- пластификатор Synergy РМ- 1000;
- ускоритель твердения Synergy РМ - 1200 R.
Составы испытанных композиций приведены в таблице 1.
Вяжущие композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений готовили следующим образом:
В объем воды, необходимый для приготовления вяжущей композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений вводят испытуемые сухие смеси и перемешивают в течение 5-10 минут со скоростью вращения мешалки 2500-3000 об/мин. Водо-твердое отношение при этом принимается равным 1.
Для определения прочности грунтового массива отбирали образцы из объемной модели, изготовленной по ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы определения характеристик прочности и деформируемости», которые испытывали в возрасте 7 и 28 суток.
Результаты испытаний вяжущих композиций для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений приведены в таблице 2.
Как видно из данных, приведенных в таблицах, использование вяжущих композиций для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений составов №4 и №5 нецелесообразно. Композиция для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений состава №4 обладает низкими показателями деформативности грунтового массива, а композиция состава №5 - низким показателем условной вязкости.
При выходе за пределы заявляемого диапазона содержания цемента низкой водопотребности (ЦНВ-100) и микроцемента MicroBond МС нормированного гранулометрического состава с преобладающим размером частиц менее 10 мкм (более 75%) происходит расслоение и водоотделение вяжущей композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений, что приводит к снижению деформативных характеристик грунтового массива.
Анализ результатов испытания составов по изобретению показал, что по сравнению с составом, взятым за прототип, они обладают следующими свойствами:
- повышают прочность грунтового массива в 1,6 раза;
- имеют близкую к нулевой седиментацию в течение 90 минут;
- имеют условную вязкость на уровне 84%;
- обеспечивают регулируемый набор прочности в нормативные сроки твердения.
Все это позволяет добиться снижения затрат труда и материалов, повысить надежность предварительно укрепленного грунтового массива за счет повышения его однородности, прочности и исключения гидроразрывов.
1. Сухая смесь для приготовления вяжущей композиции для управляемого компенсационного нагнетания в грунты оснований зданий и сооружений, содержащая, мас.%:
| цемент низкой водопотребности | 10-50 |
| микроцемент | 15-30 |
| органоглина | 2-7 |
| тонкодисперсный наполнитель | 13-73 |
2. Смесь по п. 1, в которой упомянутый цемент низкой водопотребности представляет собой цемент низкой водопотребности ЦНВ-100.
3. Смесь по п. 1, в которой упомянутый микроцемент представляет собой микроцемент марки MicroBond МС.
4. Смесь по п. 1, в которой микроцемент имеет нормированный гранулометрический состав с размером более чем 75% частиц меньше 10 мкм.
5. Смесь по п. 1, в которой упомянутый наполнитель представляет собой мел или микрокальцит.
6. Смесь по п. 1, в которой размер более чем 75% частиц наполнителя составляет менее 5 мкм.
