Научная статья на тему 'ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОПОЛИМЕРНЫХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВ В ГЕОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ'

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОПОЛИМЕРНЫХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВ В ГЕОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
14
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
строительные материалы / зеленое строительство / геополимерные вяжущие / геотехническое строительство / уплотнение и упрочнение грунтов / building materials / green construction / geo-polymeric binders / geotechnical construction / compaction and hardening of soils

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Харченко Алексей Игоревич, Хозин Вадим Григорьевич, Харченко Игорь Яковлевич, Пискунов Александр Алексеевич

Работа рассматривает проблемы строительства подземных сооружений различного назначения, предполагающего разработку и реализацию эффективных строительных материалов и технологий по уплотнению и упрочнению грунтов. На текущий момент актуальна замена строительного портландцемента на бесклинкерное вяжущее, что обладает значительным резервом повышения технико-экономической эффективности работ по уплотнению и упрочнению грунтов по технологии струйной цементации. Так же целесообразность замены строительного портландцемента на бесклинерное вяжущее обусловлено тем, что грунтовые воды, в условиях плотной городской застройки, обладают повышенной агрессивностью по отношению к общестроительным цементам и, наоборот, могут быть дополнительным активирующим фактором при применении бесклинкерных вяжущих. В результате выполненных исследований установлены основные закономерности влияния соотношения компонентов на свойства геополимерных вяжущих (ГПВ) и инъекционных смесей на их основе. Применение ГПВ в геотехническом строительстве является существенным вкладом в технологию «зелёного строительства», являясь альтернативой применения общестроительных цементов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Харченко Алексей Игоревич, Хозин Вадим Григорьевич, Харченко Игорь Яковлевич, Пискунов Александр Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION OF GEO-DIMENSIONAL BINDERS FOR COMPACTING AND HARDENING SOILS IN GEOENGINEERING

The work considers the problems of the construction of underground structures for various purposes, including the development and implementation of effective building materials and technologies for compaction and hardening of soils. At present, the substitution of construction Portland cement with clinker-free cement holds significance, as it has the potential to enhance the technical and economic efficacy of sealing and hardening soils through the utilization of blasting cement technology. Also, it is important to replace Portland cement construction with clinker-free cement because groundwater is more aggressive than general construction cement in dense urban development and can be an additional activation factor when using clinker-free binders. The main regularities of the influence of the component ratio on the properties of geo-polymeric binders (GPB) and injection mixtures on their basis have been established as a result of the carried out studies. A significant contribution to the technology of "green construction" is the application of GPB in geotechnical construction as an alternative to the use of general construction cements.

Текст научной работы на тему «ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОПОЛИМЕРНЫХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВ В ГЕОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ»

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 4 (23)

Научная статья УДК 691.327

ГРНТИ: 67 Строительство и архитектура ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия DOI 10.51608/26867818 2023 4 133

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОПОЛИМЕРНЫХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВ В ГЕОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ1

© Авторы, 2023

ORCID: 0000-0002-3850-4285

ХАРЧЕНКО Алексей Игоревич

кандидат технических наук, доцент Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (Россия, Москва)

SPIN: 3825-6514 AuthorID: 43534 ORCID: 0000-0003-0874-316X ResearcherID: K-7539-2018

ХОЗИН Вадим Григорьевич

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ и РТ, Почетный работник высшего профессионального образования РФ

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

(Россия, Казань, e-mail: khozin.vadim@yandex.ru)

AuthorID: 815775

ХАРЧЕНКО Игорь Яковлевич

доктор технических наук, профессор Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (Россия, Москва)

SPIN-код: 1792-3020

ПИСКУНОВ Александр Алексеевич

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мосты и тоннели»

Российский университет транспорта (МИИТ) (Россия, Москва)

Аннотация. Работа рассматривает проблемы строительства подземных сооружений различного назначения, предполагающего разработку и реализацию эффективных строительных материалов и технологий по уплотнению и упрочнению грунтов. На текущий момент актуальна замена строительного портландцемента на бесклинкерное вяжущее, что обладает значительным резервом повышения технико-экономической эффективности работ по уплотнению и упрочнению грунтов по технологии струйной цементации. Так же целесообразность замены строительного портландцемента на бесклинерное вяжущее обусловлено тем, что грунтовые воды, в условиях плотной городской застройки, обладают повышенной агрессивностью по отношению к общестроительным цементам и, наоборот, могут быть дополнительным активирующим фактором при применении бесклинкерных вяжущих.

В результате выполненных исследований установлены основные закономерности влияния соотношения компонентов на свойства геополимерных вяжущих (ГПВ) и инъекционных смесей на их основе. Применение ГПВ в геотехническом строительстве является существенным вкладом в технологию «зелёного строительства», являясь альтернативой применения общестроительных цементов.

1 Работа представлялась в виде устного доклада на Международной научно-практической конференции «Новые прогрессивные рецептурно-технологические решения в строительном материаловедении» (18-21 июля 2023 г., Новосибирск).

Ключевые слова: строительные материалы; зеленое строительство; геополимерные вяжущие; геотехническое строительство; уплотнение и упрочнение грунтов

Для цитирования: Харченко А.И., Хозин В.Г., Харченко И.Я., Пискунов А.А. Применение геополимерных вяжущих для уплотнения и упрочнения грунтов в геотехническом строительстве // Эксперт: теория и практика. 2023. № 4 (23). С.133-139. 10.51608/26867818_2023_4_133

Original article

APPLICATION OF GEO-DIMENSIONAL BINDERS FOR COMPACTING AND HARDENING SOILS IN GEOENGINEERING

© The Author(s) 2023 KHARCHENKO Alexey Igorevich

candidate of technical sciences, associate professor

National Research Moscow State University of Civil Engineering (Russia, Moscow)

KHOZIN Vadim Grigorievich

doctor of technical sciences, professor

Kazan State University of Architecture and Civil Engineering (Russia, Kazan, e-mail: khozin.vadim@yandex.ru)

KHARCHENKO Igor Yakovlevich

doctor of technical sciences, professor

National Research Moscow State University of Civil Engineering (Russia, Moscow)

PISKUNOV Alexander Alekseevich doctor of technical sciences, professor

Federal State Institution of Higher Education "Russian University of Transport" (MIIT) (Russia, Moscow)

Abstract. The work considers the problems of the construction of underground structures for various purposes, including the development and implementation of effective building materials and technologies for compaction and hardening of soils. At present, the substitution of construction Portland cement with clinker-free cement holds significance, as it has the potential to enhance the technical and economic efficacy of sealing and hardening soils through the utilization of blasting cement technology. Also, it is important to replace Portland cement construction with clinker-free cement because groundwater is more aggressive than general construction cement in dense urban development and can be an additional activation factor when using clinker-free binders. The main regularities of the influence of the component ratio on the properties of geo-polymeric binders (GPB) and injection mixtures on their basis have been established as a result of the carried out studies. A significant contribution to the technology of "green construction" is the application of GPB in geotechnical construction as an alternative to the use of general construction cements.

Keywords: building materials; green construction; geo-polymeric binders; geotechnical construction; compaction and hardening of soils

For citation: Kharchenko A.I., Khozin V.G., Kharchenko I.Ya., Piskunov A.A. Application of geo-dimensional binders for compacting and hardening soils in geoengineering // Expert: theory and practice. 2023. № 4 (23). Рр. 133-139. (InRuss.). doi 10.51608/26867818_2023_4_133

Введение

Повышение качества проживания в условиях плотной городской неразрывно связано с освоением их подземного пространства, что обеспечивает развитие транспортных коммуникаций,

формирование оптимальных условий труда, быта и отдыха населения, улучшение уровня комфортности окружающей среды. Строительство подземных

сооружений различного назначения предполагает разработку и реализацию эффективных строительных материалов и технологий по уплотнению и упрочнению грунтов. В настоящее время на строительном рынке, при освоении подземного пространства, достаточно широкое применение получили различные технологии инъекционного закрепления грунтов с применением

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 4 (23)

минеральных вяжущих, среди которых наибольшей востребованностью пользуется технология струйной цементации грунтов, а также закрепление грунтов по манжетной технологии в режиме пропитки их структуры. Каждая из выше названных технологий цементации имеет оптимальную область применения при решении тех или иных геотехнических задач, с учётом конкретных геологических условий. При этом, расход цемента составляет 450...900 кг/кб.м закрепляемого грунта в зависимости от проектных требований и геотехнических условий строительства. В этой связи, замена строительного портландцемента на бесклинкерное вяжущее является значительным резервом повышения технико-экономической эффективности работ по уплотнению и упрочнению грунтов по технологии струйной цементации. Кроме того, целесообразность замены строительного портландцемента на бесклинерное вяжущее обусловлено тем, что грунтовые воды, в условиях плотной городской застройки, обладают повышенной агрессивностью по отношению к общестроительным цементам и, наоборот, могут быть дополнительным активирующим фактором при применении бесклинкерных вяжущих.

Характерным видом бескинкерных вяжущих являются шлакощелочные вяжущие, теоретические основы применения которых в строительстве изложены в трудах Глуховского В.Г., Кривенко П.И., Калашникова В.И. [1-4]. Дальнейшее развитие создание и использование вяжущих, активированных щелочами, получило в трудах французского ученного Бау1^уй8 I, который внёс значительный вклад в разработку разновидности минеральных бесклинкерных вяжущих и предложил использовать термин «геополимер» [4-6]. Обоснованность применения этого термина обусловлена тем, что технология геополимерных вяжущих (ГПВ) предусматривает синтез их полимерной структуры из мономерных силикатных и алюминатных групп. Эти мономеры образуются путём химического разрушения щелочными растворами первичной структуры природных материалов или промышленных отходов алюмосиликатного состава, с последующим развитием процесса самопроизвольной пространственной

полимеризации мономеров в пространственную структуру, которая со временем преобразуется в искусственный высокопрочный камень [7-8].

Несмотря на очевидную технико-экономическую эффективность ГПВ и бетонов на их основе, их применение в строительной практике сдерживается двумя основными факторами: неудовлетворительная воспроизводимость

строительно-технологических свойств вследствие колебания химического и минерального состава как минеральной составляющей, так и щелочного активатора; выделение на поверхности строительных конструкций свободной щелочи в виде потеков, что

существенно ухудшает внешний вид конструкций [911]. Указанные недостатки не являются факторами, сдерживающими применение ГПВ для упрочнения и уплотнения грунтов и формирования грунтобетонных массивов. Негативное влияние возможного колебания составов компонентов на свойства ГПВ, в геотехническом строительстве нивелируется необходимостью получения, как правило, низкопрочных грунтобетонных массивов с прочностью при сжатии, не превышающей 10 Мпа, а также отсутствием возможности образования высолов на поверхности грунтобетонных массивов.

Экспериментальные исследования

Исследование свойств ГПВ выполнялось на тесте нормальной густоты с В/Ц =0,31. Применяемый, при проведении исследований метакаолин, получали путём обжига каолиновой глины при Т=750 С. В качестве щелочного активатора использовался водный раствор №ОН. Расход щелочного активатора изменялся в количестве 5%; 15,0 % и 25% от массы вяжущего. В качестве замедлителя схватывания инъекционной смеси применялась НТФ-кислота с 50% концентрацией, плотностью 1,24 и основностью рН=1,82. Расход замедлителя назначался в количестве 0,05 ; 0,2; 0,8% от расхода вяжущего. С целью дополнительной активации процессов

3 7 14 28 56

Время твердения, сут. гидратации, в состав ГПВ вводился микрокремнезём в количестве 1.5% от массы метакаолина. Результаты исследования влияния соотношения компонентов на активность ГПВ представлены на рис.1 и рис.2.

Рис. 1: Кинетика затвердевания ГПВ в зависимости от расхода щелочного активатора: состав ГПВ-метакаолин (95%) +микрокремнезём (5%); 1, 2 и 3 -содержание №ОН соответственно 5%; 15%; 25%

Как видно из представленных рисунков основным фактором, определяющим интенсивность затвердевания и конечную прочность ГПВ, является содержание щелочного активатора в его составе. При увеличении расхода щелочного активатора с 5% до 25%, прочность при сжатии ГПВ увеличивается с 10 Мпа до 34 Мпа, что особенно важно учитывать при

проектировании инъекционных смесей, которые при манжетной технологии применяются с высоким водовяжущим отношением до 3,0. Введение в состав ГПВ микрокремнезёма сопровождается

существенным приростом прочности при сжатии (Рис.2).

Так, при увеличении содержания микрокремнезёма с 1% до 5% в составе ГПВ, прочность при сжатии увеличивается на 15...30%. Причём, эффективность введения в состав ГПВ микрокремнезёма возрастает с увеличением расхода щелочного активатора.

Это можно объяснить тем, что в щелочной среде происходит химическое разрушение

алюмосиликатных минералов с образованием алюминатных и силикатных анионов, из которых затем формируется трехмерная полимерная структура. При этом, щелочные катионы компенсируют отрицательные заряды, создаваемые тетраэдрами оксидов алюминия и кремния. Формируемый таким образом алюмосиликатный каркас обладает достаточно высокой прочностью, водостойкость и устойчивостью в различных агрессивных средах. Кинетика затвердевания геополимерных систем определяется

интенсивностью растворения алюмосиликатных материалов [12-13]. Установлено, что микроструктура геополимера, полученного щелочной активацией метакаолина, представляет собой однородную структуру, отличается высокой плотностью и однородностью.

35

§ 30 I 25

3 20

§ 10 о

с 5

0

И

ш

3

ш

3>

ш

12

5% 15% 25%

Содержание щелочного активатора %.

1,2,3- содержание микрокремпезёма в составе вяжущего, соответственно 1.3 и5%. Рис.2: Влияние соотношения щелочного активатора и микрокремнезёма на прочностть ГПВ

Из представленных результатов исследований видно, что наиболее эффективным способом повышения активности ГПВ является повышение концентрации щелочного активатора. Кроме того, значительно улучшить свойства ГПВ позволяет введение в их состав суспензии микрокремнезёма. Эта добавка не только ускоряет твердение ГПВ, но и обеспечивает повышенную плотность и непроницаемость структуры после завершения процесса структурообразования. На основании анализа результатов физико-химических

исследований установлено, что повышение прочности и улучшение других характеристик,

вяжущих происходит вследствие образования продуктов гидросиликатов и и гидроалюминатов кальция.

Твердение таких вяжущих происходит по ионно-диффузионному сквозьрастворному

механизму массопереноса продуктов гидратации в ионной форме [13-15]. При воздействии щелочной среды на кремнезем образуется гель кремниевой кислоты, способствующий связыванию и упрочнению системы. Прочность ГПВ после 28 суток твердения находится в пределах 25.38 Мпа, в зависимости от соотношения компонентов.

В результате выполненных исследований получены ГПВ со следующими показателями:

- прочность на сжатие в возрасте 28 сут - 15.38

Мпа;

- прочность при изгибе в возрасте 28 сут - 2,8.3,5

МПа;

- модуль упругости - 1,2.1,6 ГПа;

- водопоглощение - 2,1. 3,2 %.

При исследовании технологии и свойств инъекционных смесей на основе разработанных составов ГПВ для геотехнического строительства исследовалось влияние водо-вяжущего отношения, а также соотношения компонентов на вязкость и седиментационную устойчивость инъекционных смесей и прочность сформированных грунтобетонных массивов. На основании проведенных исследований установлено, что наибольшую активность имеет композиционное вяжущее с содержанием микрокремнезёма 5% и расходом щелочного активатора 25% (Рис.1).

Таким образом, фактором, в значительной степени определяющим активность ГПВ, является содержание щелочного компонента в составе композиционного вяжущего. При этом, одновременно с ускорением твердения и повышением конечной прочности, существенно сокращаются сроки схватывания ГПВ, что необходимо учитывать при выполнении инъекционных работ в процессе формирования грунтобетонных массивов или ликвидации водопроявлений в подземных сооружениях. В этой связи выполнено исследование влияния замедлителей схватывания добавок на свойства инъекционной смеси. (Рис.3).

В качестве наиболее эффективного замедлителя схватывания использовалась кислота НТФ. При введении замедлителя схватывания формируются комплексные соединения, блокирующие

формирование гидросиликатов кальция и гидроалюминатов, образующихся при гидратации ГПВ. Это происходит вследствие

электростатического взаимного отталкивания гидратационных продуктов, что также способствует разжижению суспензии.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 4 (23)

Водо-вяжущее отношение

Рис.3: Влияние расхода замедлителя на вязкость инъекционной смеси на основе ГПВ (метакаолин 70%+микрокремнезём 5%+ №ОН 25%; 1, 2,3 -расход НТФ соответственно 0,05%, 0,2% и 0,8%. Вязкость- 60 мин. после затворения.

При этом следует иметь ввиду, что при дозировке замедлителя схватывания более 0,8% установлено блокирование процесса гидратации в течение длительного периода. Введение щелочного активатора сопровождается значительным повышением величины рН в реакционном растворе, что превышает влияние введенного замедлителя на развитие процесса гидратации (Рис. 4).

А

о 120

ьс ^

I. 90 о

§ 8 60 л и

0 30 60 90 120

Время после затворения. мин.

Рис.4: Влияние замедлителя схватывания на вязкость инъекционной смеси на основе ГПВ: состав ГПВ - матакалоин -70%+микрокремнезём-5%+№ОН-25%; В/В=1,5; 1,2,3 - содержание НТФ соответственно 0,05%, 0,2%, 0,8%

Развитию процесса структурообразования ГПВ предшествует растворение алюмосиликатных компонентов в щелочной среде. При этом, растворение стекловидного алюмосиликата сопровождается обменом ионов Н+ на Са2+ и №+, с последующим гидролизом алюмосиликатных соединений, разрушением деполимеризованной стекловидной структуры и расщеплением соединений 81 и А1 на мономерные структуры [1516]. Процесс геополимеризации начинается с растворения тонкодисперсного, термически обработанного алюмосиликатного сырья в щелочной среде. При этом, на степень растворения алюмосиликатного сырья влияют его дисперсность и реакционная способность минеральных

компонентов. Растворение алюмосиликатного сырья путем щелочного гидролиза, происходит при достаточном количестве воды и сопровождается разрушением соединений алюминия и кремния, которые переходят в раствор и накапливаются в виде

отдельных частиц на поверхности минеральных компонентов в мономерной форме. По мере накопления твердых частиц в растворе развивается процесс геополимеризации и упрочнения ГПВ [1718].

Механизм развития процессов

структурообразования, при твердении ГПВ, можно условно разделить на 3 этапа:

1-й этап - при введении щелочного активатора происходит расщепление алюмосиликатных минералов с насыщением жидкой фазы ионами алюминия, кремния, кислорода и гидроксильных групп;

2-й этап - образование силановых групп 81-ОН и ортосилатов, которые являются первичными зародышами геополимеров;

3-й этап - формирование полимерных систем путём сшивания силановых групп ионами алюминия, кислорода и гидроксильных групп.

На основании анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что щелочная активация метакаолина, в присутствии микрокреимнезёма, является более эффективной по сравнению с активацией только на основе щёлочи. Причём, если при применении только щелочного активатора его оптимальное содержание находится в приделах 15% от массы метакаолина, то в присутстствии микрокремнезёма его эффективное содержание увеличивается до 25%. Это обусловлено различием в механизме взаимодействия щелочного активатора с алюмосиликатами и

микрокремнезёмом, с учётом существенного различия в их растворимости. При дополнительном введении в состав ГПВ микрокремнезёма, активность композиционного вяжущего

существенно повышается.

Формирование грунтобетонных массивов на основе ГПВ

В природных условиях грунты представляют собой сложную систему твердых, жидких и газообразных компонентов, с возможными органическими включениями. Во всех грунтах, кроме скальных, твердые частицы представляют собой систему минеральных зерен величиной от нескольких миллиметров до пылеватых частиц. Свойства грунтов в значительной степени определяются соотношением в их структуре твёрдых, жидких и воздушных фаз, а также характером связей между ними. При этом, в зависимости от состояния структурных связей между отдельными элементами, грунты классифицируют как рыхлые, средней плотности, плотные и каркасные. Кроме взаимного расположения, важным параметром свойств грунтов являются виды связей между отдельными частицами грунта, которая может быть водноколлоидной или кристаллизационной. Водноколлоидная связь обусловлена

молекулярными силами пленочной воды, а

кристаллизационная - природными химическими соединениями, включая солевые. Песчаные грунты характеризуется наличием мелких зерен с развитой поверхностью и представляют собой дисперсные системы со значительным объемом открытых пор и капилляров. В этих системах дисперсной фазой являются частицы, а дисперсионной средой - вода и воздух, заполняющие поровое пространство грунта. Помимо минеральных частиц, в состав грунтов могут быть включены такие органические вещества, как торф или гумус, которые существенно ухудшают строительные свойства грунтов. На основе ГПВ могут быть получены грунтобетоны с прочностью на сжатие до 25 МПа, обладающие высокой долговечностью, в том числе в условия илистых и заторфованных грунтов, с повышенной устойчивостью при динамических и вибрационных воздействиях. (Рис.5).

Инъекционные системы на основе ГПВ возможно применять при низких температурах до -40°С без потери прочности от замораживания в условиях мерзлых грунтов. Отличительной особенностью применения ГПВ в геотехническом строительстве является возможность активного участия пылевидных и глинистых частиц грунта в процессе структурообразования и затвердевания при формировании грунтобетонных массивов [19]. Одной из наиболее эффективных областей применения инъекционных смесей на основе ГПС является стабилизация и упрочнение лёссовых грунтов, отличающихся высокой просадочностью при замачивании. £

10,0 15,0 20,0

Расход щелочного активатора, %

25,0

Рис.5. Влияние соотношения компонентов на прочность ГПВ: 1.25 - прочность при сжатии Мпа, 28 сут. твердение под водой.

При этом, солевой элемент структуры лёссовых грунтов является дополнительным активаторов при затвердевании ГПВ. Грунтобетоны, получаемые на основе ГПВ, обладают низкой проницаемостью и высоким показателем рН поровой жидкости, что обеспечивает их надёжную устойчивость и пригодность для работы в сложных инженерно-геологических и геотехнических условиях. Представление грунтобетона в виде мелкозернистого цементного бетона предоставляет возможность использовать известную нормативную базу и методологию бетонных технологий. При этом необходимо с новых позиций рассмотреть вопросы проектирования, подбора и регулирования состава композиционнных вяжущих для упрочнения грунтов в режиме пропитки, прогноза и контроля его

прочности, однородности и долговечности (морозостойкости и коррозионной стойкости) грунтобетона при учёте особенностей и специфики манжетной технологии. Установлено, что свойства грунтобетона, сформированного по манжетной технологии, существенно отличаются от свойств мелкозернистого цементного бетона,

приготовленного традиционным способом при равных величинах В/Ц и расходах цемента.

Таблица 1. Влияние В/В на прочность грунтобетона на основе ГПВ

Модуль Прочность при сжатии грунтобетона,

крупности Мпа, при различном В/В

песка, Мк 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

0,8 12,6 9,8 7,3 5,2 3,8

1,2 9,4 6,2 5,1 3,1 1,4

1,8 5,1 3,8 3,0 2,2 0,5

2,3 2,2 1,8 1,2 0,8 -

3,1 0,9 0,6 0,2 - -

Примечание. Состав ГПВ:70% (метаколин)+ 25% (гидроксид натрия) +5% (микрокремнезём). Активность ГПВ - 36Мпа. Прочность при сжатии в возрасте 28 сут.

Как видно из таблицы 1, основная закономерность изменения прочности грунтобетона от В/В сохраняется для песчаных грунтов после их цементации в режиме пропитки. При этом, влияние В/В как фактора, уменьшается с ростом модуля крупности песка, которая начинает играть наиболее более заметную роль при Мк менее 1,8.1,5.

Следует рассматривать грунт как заполнитель грунтобетона, состоящего из двух частей: части несвязного грунта, аналогично фракциям стандартного песка, и части, состоящей из агрегатов связного грунта. Учитывая более развитую общую поверхность частиц грунта по сравнению со строительным кварцевым песком, а также достаточно компактное их размещение в структуре природного грунта, определяющим конструктивным и технологическим фактором является равномерное распределение инъекционной смеси в природной структуре грунтобетона, с вытеснением воды из капиллярно-пористой структуры и замещением её инъекционой смесью. В этом случае формируется практически бездефектная структура

грунтобетонного массива. Кроме того, нагнетание инъекционной смеси в структуру грунта в режиме пропитки сопровождается расклинивающим эффектом между отдельными частицами грунта, обеспечивая их надёжное сцепление и дополнительное уплотнение структуры, что обеспечивает существенное повышение

прочностных деформативных характеристик грунтобетона.

Выводы

В результате выполненных исследований установлены основные закономерности влияния соотношения компонентов на свойства ГПВ и инъекционных смесей на их основе. Установлено, что введение в состав ГПВ микрокремнезёма

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 4 (23)

сопровождается повышением прочности инъекционных смесей и грунтобетона. Введение в состав инъекционных смесей НТФ в количестве до 08% от массы вяжущего, в качестве замедлителя схватывания, обеспечивает сохранение вязкости инъекционных смесей в период до 90мин без замедления интенсивности затвердевания. Применение ГПВ в геотехническом строительстве является существенным вкладом в технологию «зелёного строительства», являясь альтернативой применения общестроительных цементов.

Библиографический список

1. Глуховский В. Д., Пахомов В. А. Шлакощелочные цементы и бетоны. - Киев: «Будивельник», 1978.- 184 с.

2. Krivenko, P. Performance of alkali-activated cements -perspective ways for carbon dioxide emissions reduction / P.Krivenko, E.Kavalerova // Proceed.3rd International Symposium "Non-traditional cement&concrete" (Brno). - 2008. -р. 389-398.

3. Skvara F. Alkali activated materials or geopolymers? Ceramics - Silikaty51 (3) 173-177 (2007).

4. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З., Стоянов О.В. Шлакоще-лочные композиционные материалы для защиты от радиоактивных излучений и иммобилизации радиоактивных отходов // Вестник Казанского технологического университета. 2013, №7. с. 129-131.

5. Davidovits J. Chemistry of Geopolymeric Systems Terminology // Geopolymer 1999. Saint -Quentin, France. Р. 9-40.

6. Davidovits J. Geopolymer chemistry and sustainable Development. The Poly(sialate) terminology: a very useful and simple model for the promotion and understanding of green-chemistry // proceeding of the world congress Geopolymer 2005. France, Saint-Quentin, 2005. Р. 9-15.

7. Davidovits J. Geopolymer chemistry and applications / Geopolymer Institute. - 2008. - 592 p.

8. Palomo A., Glasser G. "Chemical-Bonded cementitious materials based on metakaolin", British Ceramic Transactions and Journal, 91 [4] 107-112 (1992).

9. Palomo A., Alonso S., Fernández-Jiménez A., Sobrados I., Sanz J. Alkaline Activation of Fly Ashes: NMR Study of the Reaction Products, J. Am. Ceram. Soc., 87 [6] 1141-1145 (2004).

10. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Тымчук Е.И. Структурообразование геополимеров // Молодой ученый. — 2015. — №7. — С. 123126. — URL https://moluch.ru/archive/87/17057/ (дата обращения: 20.03.2020).

11. Гусев Б.В., Фаликман В.Р. Бетон и железобетон в эпоху устойчивого развития. Евразийский Союз Ученых. Ежемесячный научный журнал. №2(11). 2015. Часть 2. Стр. 15 - 18.

12. Chatterjee, A.K. Chemistry and engineering of the clinkerization process - incremental advances and lack of breakthroughs, Cement and Concrete Research, 41, 2011. pp 624-641

13. Alkali Activated Materials. Ed. by Provis J.L., van Deventer J.S.J. Springer, 2014. 388 p.

14. Weng L., Sagoe-Crentsil K. Dissolution processes, hydrolysis and condensation reactions during geopolymer synthesis. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 2997-3006.

15. Khale D., Chaudhary R. Mechanism of geopolymerization and factors influencing its development. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. 729-746.

16. Concrete technology for a sustainable development in the 21st century. Ed. by O.E. Gj0rv, K. Sakai. London - New York: E&FNSpon, 2000. 386 p.

17. Barbosa V. F. F., Mackenzie K. J. D., Thaumaturgo C. Synthesis and characterisation of materials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers // Int. J. Inorg.Mater. 2000 Vol. 2, Iss. 4, 2. P. 309-317.

18. Duxson P., Provis J. L. Designing precursors for geopolymer cements // J. Am. Ceram. Soc. 2008. N. 91 (12). P. 3864-3869.

19. Barbosa V. F. F., Clelio D., Mackenzie K. J. Synthesis and Characterization of Sodium Poly(sialate) Inorganic Polymer Based on Alumina and Silica // Geopolymer '99: Proceedings of international conference. Saint-Quentin, France. 1999. Р. 65-78.

20. Provis J. L., Duxon P., Van Deventer J. S. J., Lukey G. C. The role of mathematical modeling and gel chemistry in advancing geopolymer technology // Chem. Eng. Res. Des. 2005. N.83. P. 853-860.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.

Статья поступила в редакцию 23.08.2023; одобрена после рецензирования 27.10.2023; принята к публикации 27.10.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication.

The article was submitted 23.08.2023; approved after reviewing 27.10.2023; accepted for publication 27.10.2023.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.