CC BY
68
при этом комплекс крахмал-бентонит может оказать большое влияние на стабильность бентонитовых суспензий [6]. Было установлено, что крахмал, модифицированный 7 % раствором гидроксида натрия, полностью стабилизирует вспененную бентонитовую суспензию в интервале концентраций 0,02... 0,05 мг/г [7]. Полученные составы инъекционных растворов имеют улучшенные физико-технологические характеристики по сравнению с контрольными образцами. При введении стабилизатора объемная масса вспененных растворов выше 10.20 %, водоотделение уменьшается в 2.3 раза, прочность отвердевших образцов через 7 сут больше контрольных в 1,5.4 раза, а через 28 сут и коэффициент фильтрации уменьшается в 2.5 раз.
Табл. 2. Основные технологические показатели вспененных растворов
Характеристика растворов
Номер состава Объемная масса т кг/м Водоотделение В, % Прочность Р, МПа Коэффициент фильтрации к, 10-7 см/с
7 сут 28 сут 7 сут 28 сут
1 0,70±0,5 5,0±0,4 2,0±0Д 2,5±0Д 9±0,9 11±1,2
Контр. 1,05±0,5 14,0±0,7 0,4±0,04 2,5±0,2 12±0,2 40±4,0
2 0,98±0,5 4,0±0,3 1,1±0,1 2,5±0,2 2±0,3 8±1,1
Контр. 0,60±0,5 8,0±0,6 0,7±0,07 2,6±0Д 8±0,9 13±1,3
3 0,75±0,5 5,0±0,4 5,9±0,5 12,5±1 0Д±0,03 3±0,4
Контр. 0,97±0,5 10,0±0,6 4,4±0,4 13,0±1 0,5±0,06 6±0,6
Известно, что при прокладке коллекторных тоннелей методом бестраншейных технологий применяют инъекционные составы, состоящие из портландцемента, песка, бентонита, воды и золы-уноса от сжигания угля. Использование инъекционного состава с частичной заменой цемента золой от сжигания отработанных деревянных шпал может позволить решить одновременно две задачи: вторично использовать образующийся при сжигании шпал токсичный отход и обеспечить экономию строительного материала — цемента [8].
В то же время зола является ценным компонентом, который после снижения ее токсичности можно использовать в качестве замены определенной части цемента в инъекционном растворе, который далее можно успешно использовать в транспортном строительстве.
При введении золы в инъекционные растворы должна сохраняться не только их прочность, но и обеспечиваться устойчивость структуры, препятствующая выщелачиванию тяжелых металлов, содержащихся в золе. В местах, куда подаются инъекционные растворы для укрепления грунтов, могут присутствовать грунтовые воды, с различным значением рН, поэтому при взаимодействии с водой возможно выщелачивание токсичных компонентов из инъекционных растворов, содержащих золу.
Проведены исследования по разработке компонентного состава инъекционного раствора с частичной заменой цемента золой от сжигания отработанных деревянных шпал [8].
Выбор инъекционных растворов применительно к инженерно-геологическим условиям основывается на оценке их реологических и технологических свойств. В процессе исследования было изучено изменение технологических и реологических свойств инъекционных растворов, содержащих бентонит, жидкое стекло и цемент-зола в пределах от 1 до 50 %. В качестве контрольного образца использовался раствор, содержащий бентонит и цемент без добавления золы [9, 10].
Установлено, что при введении в инъекционный раствор золы-уноса в интервале от 20 до 26 % продолжительность схватывания раствора уменьшается примерно
ВЕСТНИК 10/2012
на 30 %. Прочность раствора, содержащего 20 % золы, практически равна прочности контрольного образца, при большей же замене цемента золой прочность отверждения инъекционных растворов падает [10].
Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что при приготовлении инъекционных растворов для закрепления грунтов при строительстве инженерных сооружений возможна замена 20 % цемента золой от сжигания отработанных шпал в инсинераторе с сохранением их технологических свойств. Данная технология позволит сократить количество образующихся опасных отходов за счет их повторного применения, что способствует уменьшению загрязнения территорий предприятий указанными отходами и охране окружающей среды от их вредного воздействия.
Библиографический список
1. Зубрев Н.И., Панфилова М.И. Применение вспененных систем при строительстве железных дорог // Безопасность движения поездов: Тезисы докладов научно-практической конференции МГУПС (МИИТ). М. : Изд-во МГУПС, 2003. 35 с.
2. Зубрев Н.И., Горяйнова С.К., Панфилова М.И. Отвержденные глино-цементные растворы в транспортном строительстве // Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте: настоящее и будущее : Сб. науч. тр. по материалам междунар. конф. М., 2001. 287 с.
3. Cheng Fa, Hou Gui. Synthesis and Properties of Sulfonated Starch as Superplasticizer // Fine Chem. 2006. V. 23. № 7. pp. 711—716.
4. Hollo J., Szejtli J. Die Saurehydrolyse der Starke. Abh. dtsch. Akad. Wiss. Berlin, Kl. Chem., Geol., Biol., 1965, № 1. pp. 3—118.
5. Miller J.N. Acid Hydrolysis and other Lytic Reactions of Starch. In: Zitat, Bd. I. 495—520 р.
6. Зубрев Н.И. Стабилизатор для вспененных глиноцементных растворов // Известия вузов. Строительство. 1993. № 2. C. 53—56.
7. Зубрев Н.И., Горяйнова С.К., Панфилова М.И. Стабилизирующий комплекс исследования физико-химических свойств стабилизатора неустойчивых грунтов // Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта : Сб. науч. тр. по материалам V межвузовской науч.-метод. конф. Ч. 2. М. : РГОТУПС, 2000. С. 94.
8. Гонопольский А.М., Дыган М.М., Тимофеева А.А. Некоторые физико-химические свойства золошлаковых отходов Мусоросжигательных заводов // Экология и промышленность России. 2008. № 7. С. 36—39.
9. Устинова М.В., Зубрев Н.И. Использование летучей золы в инъекционных растворах // Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона : Сб. по материалам II Межвузовской науч.-практ. конф. М. : МИИТ, 2009. С. 135—140.
10. Устинова М.В., Зубрев Н.И. Бентониты для инъекционных растворов // Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона : Сб. по материалам III Межвузовской науч.-практ. конф. М. : МИИТ РОАТ, 2010. С. 44—49.
Поступила в редакцию в июле 2012 г.
Об авторах: Панфилова Марина Ивановна — кандидат химических наук, доцент кафедры физики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Фомина Марина Васильевна — кандидат физико-математических наук, профессор кафедры физики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования: Панфилова М.И., Фомина М.В. Модификация вспененных глиноцементных систем при введении стабилизаторов // Вестник МГСУ 2012. № 10. С. 178—181.
M.I. Panfilova, M.V. Fomina
MODIFICATION OF FOAMED CEMENT-CLAY MORTARS BY STABILIZERS
Use of a special injection aimed at the partial replacement of cement by ash generated in the course of combustion of waste wooden crossties may solve two problems: recycling of a toxic
by-product generated in the course of combustion of crossties, and reduction of the cement consumption rate. The authors have identified that ash added into the injection does not cause any deterioration of the mortar strength; rather, it assures its structural stability and prevents any leaching of heavy metals that it contains. The authors have identified that adding 20 to 26 % of flue ash into the injection reduces the mortar hardening time by 30 %, while the strength of the mortar that has 20 % of ash is almost equal to the one of the benchmark sample. However, any higher ash content causes deterioration of the hardening strength of the mortar. Therefore, the authors have discovered that 20 % of the cement may be replaced by the ash generated in the course of combustion of waste crossties. This replacement is to be performed in the course of preparation of mortars, and it is aimed at the strengthening of the soil. This operation is to be performed in the incinerator to preserve the solution properties. This technology reduces the amount of hazardous by-products through their recycling.
Key words: foamed mortars, stabilizer, foaming agent, flue ash, injections, dehydration, saturated soil.
References
1. Zubrev N.I., Panfilova M.I. Primenenie vspenennykh sistem pri stroitel'stve zheleznykh dorog [Application of Foamed Mortars in Railroad Engineering]. Bezopasnost'dvizheniya poezdov. Tezisy dokla-dovnauchno-prakticheskoy konferentsii MGUPS (MIIT). [Railroad Traffic Safety. Proceedings of Scientific and Practical Conference. University of Railroad Engineering (MIIT)]. Moscow, MGUPS Publ., 2003, 35 p.
2. Zubrev N.I., Goryaynova S.K., Panfilova M.I. Otverzhdennye glino-tsementnye rastvory v transportnom stroitel'stve [Hardened Clay-cement Mortars in the Transport Construction]. Vysshee professional'noe zaochnoe obrazovanie na zheleznodorozhnom transporte: nastoyashchee i budush-chee. Sb. nauch. tr. po materialam mezhdunar. konf. [Collected works of International Conference "Higher Professional Distance Education in Railroad Engineering"]. Moscow, 2001, 287 p.
3. Cheng Fa, Hou Gui. Synthesis and Properties of Sulfonated Starch as Super-plasticizer. Fine Chem. 2006, no. 7, vol. 23, pp. 711—716.
4. Hollo J., Szejtli J. Die Saurehydrolyse der Starke. Berlin, Kl. Chem., Geol., Biol., 1965, no. 1, pp. 3—118.
5. Miller J.N. Acid Hydrolysis and Other Lytic Reactions of Starch. Zitat, Bd. I., pp. 495—520.
6. Zubrev N.I. Stabilizator dlya vspenennykh glinotsementnykh rastvorov [Stabilizer for Foamed Clay-cement Mortars. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. [Bulletin of Institutions of Higher Education. Civil Engineering]. 1993, no. 2, pp. 53—56.
7. Zubrev N.I., Goryaynova S.K., Panfilova M.I. Stabiliziruyushchiy kompleks issledovaniya fiziko-khimi-cheskikh svoystvstabilizatora neustoychivykh gruntov[Stabilization Methods. Research of Physicochemical Properties of a Stabilizer of Unstable Soils]. Aktual'nye problemy i perspektivy razvitiya zheleznodorozh-nogo transporta. Sb. nauch. tr. po materialam V mezhvuzovskoy nauch.-metod. konf. [Collected papers of the 5th International Scientific and Methodological Conference "Relevant Problems and Prospects for Development of Railroad Transportation Systems"]. Moscow, 2000, RGOTUPS Publ., p. 94.
8. Gonopol'skiy A.M., Dygan M.M., Timofeeva A.A. Nekotorye fiziko-khimicheskie svoystva zolosh-lakovykh otkhodov musoroszhigatel'nykh zavodov [Some Physicochemical Properties of Ash and Slam Waste Products of Waste Burning Plants]. Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2008, no. 7, pp. 36—39.
9. Ustinova M.V., Zubrev N.I. Ispol'zovanie letuchey zoly vin"ektsionnykh rastvorakh [Adding Flue Ash into Injections]. Aktual'nye problemy ekonomicheskoy i sotsial'no-ekologicheskoy bezopasnosti Povolzhskogo regiona. Sb. po materialam II Mezhvuzovskoy nauch.-prakt. konf. [ Collected papers of the 2nd International Scientific and Practical Conference "Relevant Problems of Economic, Social and Ecological Safety of the Volga Region"]. Moscow, MIIT Publ., 2009, pp. 135—140.
10. Ustinova M.V., Zubrev N.I. Bentonity dlya in"ektsionnykh rastvorov [Bentonites for Injections]. Aktual'nye problemy ekonomicheskoy i sotsial'no-ekologicheskoy bezopasnosti Povolzhskogo regiona. Sb. po materialam III Mezhvuzovskoy nauch.-prakt. konf. [Collected papers of the 3d International Scientific and Practical Conference "Relevant Problems of Economic, Social and Ecological Safety of the Volga Region"]. Moscow, MIIT ROAT Publ., 2009, pp. 44—49.
About the authors: Panfilova Marina Ivanovna — Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Department of Physics, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Fomina Marina Vasil'evna — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Department of Physics, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Panfilova M.I., Fomina M.V. Modifikatsiya vspenennykh glinotsementnykh sistem pri vvedenii stabilizatorov [Modification of Foamed Cement-Clay Mortars by Stabilizers]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 10, pp. 178—181.
Scientific and Practical Conference "Relevant Problems of Economic, Social and Environmental Security of the Volga Region". Kazan, MIIT Kazan branch, 2011, pp. 20—26.
9. Ustinova M.V., Zubrev N.I., Aksenov V.A., Medvedev V.M. Ispol'zovanie zoly ot szhiganiya otrabo-tannykh derevyannykh shpal na termicheskoy ustanovke po obezvrezhivaniyu otkhodov [Feeding Waste Wooden Tie Ash into the Thermal Decontamination Machine]. Setevoe soveshchanie rukovoditeley priro-dookhrannykh podrazdeleniy zheleznykh dorog «Problemy kompleksnoy utilizatsii otkhodov i puti ikh resheniya». Tezisy dokladov. [Problems of Comprehensive Recycling and Methods of Their Resolution. Network meeting of executives of nature protection departments of railroad administrations. Abstracts of reports.]. Kaliningrad, 2011, pp. 174—176.
10. Aksenov V.A., Zubrev N.I., Ustinova M.V. Rasshirenie oblasti ispol'zovaniya zoly ot utilizatsii otrabotannykh derevyannykh shpal [New Areas of Application of Wooden Tie Ash]. Nauka i tekhnika transporta [Transport-related Research and Machinery]. 2011, no.3, pp. 12—14.
About the authors: Panfilova Marina Ivanovna — Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Department of Physics, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaro-slavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Ustinova Marina Vladimirovna — Senior Lecturer, Department of Safety of the Technosphere, Moscow State University of Railroad Engineering (MIIT), 22/2 Chasovaya St., Moscow, 125993, Russian Federation; [email protected]; +7 (495) 799-95-50;
Zubrev Nikolay Ivanovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Safety of the Technosphere, Moscow State University of Railroad Engineering (MIIT), 22/2 Chasovaya St., Moscow, 125993, Russian Federation; [email protected]; +7 (495) 799-95-50.
For citation: Panfilova M.I., Ustinova M.V., Zubrev N.I. Kompozitnye rastvory v transportnom stroitel'stve [Composite Solutions in Railroad Engineering]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 10, pp. 171—177.
