CC BY
110
УДК 624.131
И.Я. Харченко, М.И. Баженов
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ИНЪЕКЦИОННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПРОНИЦАЕМЫХ ГРУНТОВ, БЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСОБО ТОНКОГО ДИСПЕРСНОГО ВЯЖУЩЕГО
Рассмотрена проблема ремонта зданий и сооружений, представляющих архитектурную ценность, из которой следует целесообразность применения минерального гидравлического вяжущего с особо тонким, постоянно и плавно изменяющимся гранулометрическим, а также определенным и стабильным химико-минералогическим составом, получаемого путем воздушной сепарации портландцемента, который состоит из портландцементного клинкера, доменного шлака, регуляторов твердения и минеральных добавок марок Р-Х, Р-Ы, Р-Р. Показаны характеристики некоторых марок, их физико-механические свойства. Применение тонкодисперсных вяжущих для инъекционного закрепления грунтов и конструкций осуществляется в виде водной суспензии. Для бетонных и каменных конструкций с различным характером повреждений выбор марок вяжущего связан с их различным гранулометрическим составом. Показано, что инъектирование с применением суспензии происходит при низком давлении с целью заполнения порового пространства среды. Получены данные о том, что пропитка грунтов не только повышает их несущую способность, но и превращает в конструктивные элементы сооружения. Использование тонкодисперсного вяжущего позволяет повысить противофильтрационные свойства укрепляемых массивов, стойкость к различным агрессивным воздействиям, твердение в условиях отрицательной температуры, скорость набора прочности и т.д.
Ключевые слова: инъекционный раствор, особо тонкое дисперсное вяжущее, пропитка, грунтобетон.
Многие здания и сооружения, представляющие историческую и архитектурную ценность, требуют ремонта подземных частей зданий, особенно находящихся в условиях плотной городской застройки, которая требует использования специальных методов ремонта и усиления бетонных и железобетонных, каменных и грунтовых частей фундаментов зданий [1, 2].
Опыт строительства в таких условиях показал, что эффективным является использование в качестве пропиток высокодисперсных минеральных порошков в виде водных дисперсий [3].
Особо тонкое дисперсное вяжущее (ОТДВ) — это минеральное гидравлическое вяжущее с особо тонким, постоянно и плавно изменяющимся гранулометрическим, а также определенным и стабильным химико-минералогическим составом, получаемое путем воздушной сепарации портландцемента. ОТВД состоит из портландцементного клинкера, доменного шлака, регуляторов твердения и минеральных добавок [4].
По гранулометрическому составу ОТВД подразделяется на 3 основные марки, по которым определенный максимальный размер частиц не должен превышать весовой процент в количестве 95 %: R-X — менее 6 мкм, R-U — менее 9,5 мкм, R-F — менее 16 мкм.
Характеристики различных марок ОТДВ приведены в табл. 1 [5]. Применение ОТДВ для инъекционного закрепления грунтов и конструкций осуществляется в виде водной суспензии, состоящей из ОТДВ, воды и добавок: противомо-розных, ускорителей схватывания и твердения, а также пластификаторов. Применение марок ОТДВ с различным по дисперсии гранулометрическим составом связано с проницаемостью инъектируемых грунтов, а для бетонных и каменных конструкций — с характером повреждений [6].
172
© Харченко И.Я., Баженов М.И., 2012
Строительное материаловедение
Табл. 1. Характеристики различных марок ОТДВ
VESTNIK
MGSU
Показатели Характеристики ОТДВ по маркам
R-X R-U R-F
Плотность, г/см3 2,9 2,9 2,9
Удельная поверхность, см2/г 22000 16000 12000
Прочность, МПа
1 сут 25 10 5
2 сут 45 35 15
7 сут 60 60 45
28 сут 70 70 65
Гранулометрический состав, %
Менее 2 мкм 45 25 15
Менее 4 мкм 80 55 45
Менее 6 мкм 97 — —
Менее 8 мкм — 90 75
Менее 9,5 мкм — 95 80
Менее 16 мкм — — 95
Основными характеристиками суспензии являются вязкость и седиментация. Вязкость определяется временем истечения 1 л суспензии из специальной воронки-консистометра. За нормальное время истечения суспензии принимается время истечения воды в пределах 28...30 с/дм3. Это свидетельствует о высокой проникающей способности суспензии при водовяжущем отношении, равном 1 л и выше.
Седиментация суспензии не должна происходить в течение 60.90 мин. Чтобы выполнить такие требования, приготовление суспензии осуществляют в скоростном смесителе со скоростью вращения вала активатора не менее 2800 об/мин в течение 3 мин.
Инъектирование с применением ОТВД производится при низком давлении (не более 0,5 Мпа) в режиме пропитки с целью заполнения порового пространства среды. Такая пропитка позволяет избежать разрывов природной структуры грунта, достичь прочности закрепленных грунтовых массивов — грунтобетонов — до 30 МПа. Это особенно эффективно при закреплении грунтобетонных массивов под существующими подземными бетонными и каменными конструкциями. Кроме того, закрепление грунта инъекцией грунта ОТВД снижает фильтрацию воды в 500.1000 раз [7—9].
В табл. 2 приведены условия эффективного применения ОТВД для создания грунтобетонов и противофильтрационного уплотнения проницаемых грунтов и каменных кладок, а также ликвидации трещин в бетонных и железобетонных конструкциях [10].
Табл. 2. Область применения особо тонкодисперсного вяжущего
Условия применения Тип ОТВД
R-X R-U R-F
Закрепление грунтов
Пески пылеватые, маловлажные, влажные, при коэффициенте фильтрации 1,0 < Кф < 3,0 м/сут В/Ц = 3,0.5,0 Rз* < 0,4 м Р ** < 0,5 МПа н нет нет
Пески пылеватые, маловлажные, влажные, при коэффициенте фильтрации 2,0 < Кф < 5,0 м/сут. В/Ц = 3,0.5,0 R3 < 0,6 м Р < 0,5 МПа В/Ц = 3,0.5,0 R3 < 0,5 м Р < 0,5 МПа н 5 нет
Пески средней крупности, маловлажные, влажные, при коэффициенте фильтрации 4,0 < Кф < 15,0 м/сут нет В/Ц = 3,0.5,0 R3 < 0,6 м Р < 0,5 МПа н В/Ц = 3,0.5,0 R3 < 0,5 м Р < 0,5 МПа н
Окончание табл. 2
Условия применения Тип ОТВД
Я-Х я-и
Закрепление грунтов
Пески крупные, маловлажные, влажные, при коэффициенте фильтрации 10,0 < Кф < 30,0 м/сут нет В/Ц = 3,0.5,0 Яз < 0,7 м Рн <з 0,5 МПа н В/Ц = 3,0.5,0 Яз < 0,6 м Рн <з 0,5 МПа н
Закрепление каменной кладки
Слабовыветрелая В/Ц = 1,0...1,5 Яз < 0,3 м Р < 1,0 МПа н нет нет
Средневыветрелая В/Ц = 1,0.1,5 Я < 0,4 м Р < 0,8 МПа н В/Ц = 1,0.1,5 Яз < 0,3 м Р < 0,8 МПа нет
Сильновыветрелая Нет В/Ц = 1,0.1,5 Яз < 0,4 м Рн <з 0,6 МПа н В/Ц = 1,0.1,5 Яз < 0,3 м Рн <з 0,6 МПа н
Ликвидация трещин в бетонных и железобетонных конструкциях
Раскрытие трещин до 1,0 мм В/Ц = 0,7.1,0 Яз < 0,1 м Р < 1,5 МПа н нет нет
Раскрытие трещин до 2,0 мм В/Ц = 0,7.1,0 Яз < 0,15 м Р < 1,2 МПа н В/Ц = 0,7.1,0 Яз < 0,1 м Р < 1,2 МПа н нет
Раскрытие трещин до 3,0 мм В/Ц = 0,7.1,0 Яз < 0,2 м Р < 1,0 МПа н В/Ц = 0,7.1,0 Яз < 0,15 м Р < 1,0 МПа н В/Ц = 0,7.1,0 Яз < 0,1 м Р < 1,0 МПа н
* Я3 — радиус закрепления; ** Рн — давление нагнетания.
Таким образом, пропитка грунтов суспензией на ОТВД является не только способом укрепления и повышения их несущей способности, но также и способом превращения грунта в конструктивные элементы сооружений, что обеспечивает повышение несущей способности фундаментов зданий в результате увеличения их размеров по ширине и глубине залегания. Использование ОТВД позволяет повысить противофиль-трационные свойства укрепляемых массивов, стойкость к различным агрессивным воздействиям, твердение в условиях отрицательной температуры, скорость набора прочности и т.д.
Библиографический список
1. Егоров В. Высокая Москва // Строительная наука Москвы. 2007. № 2. С. 14—18.
2. Покровский Н.С. Пропиточная гидроизоляция бетона. М. : Энергия, 1964. С. 105—108.
3. Ашихмен В.А. Применение цементационных растворов повышенной проникаемости // Энергетическое строительство. 1992. № 1. С. 15—17.
4. Николаев С. Высотные здания Москвы. Безопасность и надежность — это комплекс высокопрофильных решений // Технологии безопасности и инженерные системы (ТБ&ИС). 2006. № 1. С. 16—20.
5. Баженов Ю.М, Фаликман В.Р. Новый век: новые эффективные бетоны и технологии // Строй-Инфо. 2007. № 1—2. С. 289—290.
6. Байдаков О.С. Применение материалов «М1кго(1ш» для инъекционных работ при укреплении грунтов и усилении конструкций // Метро и тоннели. 2005. № 6. С. 34—38.
174 КБИ 1997-0935. Vestnik Мвви. 2012. № 11
Строительное материаловедение
VESTNIK
MGSU
7. Панченко А.И., Харченко И.Я. Особо тонкодисперсное минеральное вяжущее «Микродур»: свойства, технология и перспективы использования // Строительные материалы. 2005. № 10. С. 76—78.
8. Викторов А.М. О сцеплении камня с цементным раствором // Бетон и железобетон. 1958. № 2. С. 41—43.
9. Камбефор А. Инъекция грунтов. Принципы и методы (перевод с французского). М. : Энергия, 1971. С. 25—29.
10. Алексеев С.В. Инъекционное минеральное вяжущее и опыт его применения // Технологии, оборудование, материалы, нормативное обеспечение и мониторинг для тоннельного строительства и подземных частей высотных зданий : Междунар. науч.-техн. конфер. М. : Тоннельная ассоциация России, 2006. С. 198—200.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторах: Харченко Игорь Яковлевич — доктор технических наук, профессор кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7(495)287-49-14 доб. 3101, [email protected];
Баженов Марат Ильдарович — аспирант кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования: Харченко И.Я., Баженов М.И. Инъекционное закрепление проницаемых грунтов, бетонных и каменных конструкций с использованием особо тонкого дисперсного вяжущего // Вестник МГСУ 2012. № 11. С. 172—176.
I.Ya. Kharchenko, M.I. Bazhenov
INJECTION-BASED STABILIZATION OF PERVIOUS SOILS, CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES USING PARTICULARLY FINELY DISPERSED BINDERS
The authors consider the problem of maintenance of buildings and structures of architectural merit. Expedient resolution of this problem consists in the application of a mineral hydraulic binder that has a particularly fine, gradually and smoothly changing granulometric composition and explicit and steady chemical and mineral composition. The above binder is recovered as a result of the air separation of Portland cement. The above binder comprises Portland clinker, furnace slag, and regulator of hardening and mineral additives of R-X, R-U, and R-F brands. The authors have also analyzed the characteristics of several brands and their physical and mechanical properties. Injection-based stabilization of soils and structures is performed through the application of finely dispersed binders used as water suspensions. The choice of binder brands applicable to concrete and masonry structures that have damages of different nature is based on their granulometric composition. The authors have proven that injections of suspensions are to be made at a low pressure with a view to the filling of the porous space of the medium. The practical data obtained by the authors has proven that impregnation of soils both improves their bearing capacity and converts them into structural elements. Application of finely dispersed binders improves impervious properties of strengthened massifs and their resistance to various aggressive actions, as well as their curing at negative temperatures, rate of strength development, etc.
Key words: injection solution, particularly finely dispersed binders, impregnation, soil-concrete.
References
1. Egorov V. Vysokaya Moskva [High-rise Moscow]. Stroitel'naya nauka Moskvy [Moscow Construction Science]. 2007, no. 2, pp. 14—18.
2. Pokrovskiy N.S. Propitochnaya gidroizolyatsiya betona [Impregnation Waterproofing of Concrete]. Moscow, Energiya Publ., 1964, pp. 105—108.
3. Ashikhmen V.A. Primenenie tsementatsionnykh rastvorov povyshennoy pronikaemosti [Application of Grouting Mortars of High Permeability]. Energeticheskoe stroitel'stvo [Power Plant Construction]. 1992, no. 1, pp. 15—17.
4. Nikolaev S. Vysotnye zdaniya Moskvy. Bezopasnost' i nadezhnost' — eto kompleks vysokoprofil'nykh resheniy [High-rise Buildings of Moscow. Security and Reliability as a Set of High-
profile Solutions]. Tekhnologii bezopasnosti i inzhenernye sistemy (TB&IS) [Safety Technologies and Engineering Systems (ST&ES)]. 2006, no. 1, pp. 16—20.
5. Bazhenov Yu.M, Falikman V.R. Novyy vek: novye effektivnye betony i tekhnologii [The New Century: New Concretes and Technologies]. Stroy-Info [Construction Information]. 2007, no. 1—2, pp. 289—290.
6. Baydakov O.S. Primenenie materialov «Mikrodur» dlya in"ektsionnykh rabot pri ukreplenii gruntov i usilenii konstruktsiy [Application of «Mikrodur» Materials as part of Injection Works within the Framework of Soil Stabilization and Strengthening of Structures]. Metro i tonneli [Metro and Tunnels]. 2005, no. 6, pp. 34—38.
7. Panchenko A.I., Kharchenko I.Ya. Osobo tonkodispersnoe mineral'noe vyazhushchee «Mikrodur»: svoystva, tekhnologiya i perspektivy ispol'zovaniya [Particularly Finely Dispersed Mineral Binder "Mikrodur": Properties, Technology and Prospects for Application]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2005, no. 10, pp. 76—78.
8. Viktorov A.M. O stseplenii kamnya s tsementnym rastvorom [About the Adhesion between Stone and Cement Mortar]. Beton i zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete]. 1958, no. 2, pp. 41—43.
9. Kambefor A. In"ektsiya gruntov. Printsipy i metody. [Injection of Soils. Principles and Methods]. Energiya [Energy]. Moscow, 1971, pp. 25—29.
10. Alekseev S.V. In"ektsionnoe mineral'noe vyazhushchee i opyt ego primeneniya [Injection Mineral Binder and Its Application]. Tekhnologii, oborudovanie, materialy, normativnoe obespechenie i monitoring dlya tonnel'nogo stroitel'stva i podzemnykh chastey vysotnykh zdaniy. Mezhdunar. nauch.-tekhn. kon-fer. [International Scientific and Technical Conference "Technology, Equipment, Materials, Regulatory Support and Monitoring of the Tunnel Construction and Subterranean Sections of High-rise Buildings"]. Moscow, Tonnel'naya assotsiatsiya Rossii [Tunnel Association of Russia], 2006, pp. 198—200.
About the authors: Kharchenko Igor' Yakovlevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (495) 287-49-14, ext. 3101;
Bazhenov Marat Il'darovich — postgraduate student, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Kharchenko I.Ya., Bazhenov M.I. In"ektsionnoe zakreplenie pronitsaemykh gruntov, betonnykh i kamennykh konstruktsiy s ispol'zovaniem osobo tonkogo dispersnogo vyazhushchego [Injection-Based Stabilization of Pervious Soils, Concrete and Masonry Structures Using Particularly Finely Dispersed Binders]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 172—176.
176
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 11
