CC BY
35УДК 624.138.24
М.И. БАЖЕНОВ, магистр (bajenov.m@gmail.com),
А.И. ХАРЧЕНКО, магистр, И.Я. ХАРЧЕНКО, д-р техн. наук,
Московский государственный строительный университет
Технологические особенности применения особо тонкодисперсного вяжущего Микродур в геотехническом строительстве
Формирование концепции освоения подземного пространства городов должно осуществляться с учетом многочисленных факторов, влияющих на уровень строительной, экологической и социальной безопасности зданий и сооружений, попадающих в зону влияния нового строительства. В этой связи предпочтение следует отдавать строительным материалам и технологиям, отличающимся малогабаритностью, минимальной шумовой нагрузкой на окружающую среду, отсутствием производственных отходов. В полной мере этим требованиям соответствует технология уплотнения и упрочнения грунтов методом пропитки их структуры особо тонкодисперсными минеральными вяжущими (ОТДВ) по манжетной технологии.
В настоящее время на рынке строительных материалов имеются различные ОТДВ, отличающиеся дисперсностью, минеральным составом и уровнем строительно-
технологической надежности. Характеристики наиболее известных из них приведены в табл. 1.
Наиболее надежным с технологической точки зрения является Микродур, который производит фирма «Dyckerhoff» (Германия) путем воздушной сепарации предварительно размолотых минеральных компонентов. Благодаря оптимально подобранному минеральному и гранулометрическому составу вяжущего водные суспензии на основе Микродура обладают высокой водоудер-живающей и пенетрационной способностью. Не смотря на высокую водонаполненность, водные суспензии на основе Микродура даже при водовяжущем отношении до 7 имеют достаточно высокую седиментационную устойчивость и гарантированно сохраняют заданные реологические параметры в период до 120—180 мин. Показатели дисперсности и водопотребности разных марок Микродура приведены в табл. 2.
«ГорГеоСтрой» - инновационные геотехнические технологии
ООО «ГорГеоСтрой» - современная, динамически развивающаяся специализированная строительная, проектно-производственная организация геотехнического профиля.
ООО «ГорГеоСтрой» располагает современными технологиями
для геотехнического строительства, сочетание которых позволяет
гибко и эффективно решать практически любые проектные задачи:
- инъекционное закрепление грунтов с применением особо тонкодисперсного вяжущего Микродур;
- закрепление грунта методом струйной цементации JET-1 и JET-2;
- струйная цементация для устройства грунтоцементных массивов большого диаметра с повышенной прочностью и непроницаемостью <^ирег^1ЕТ»;
- устройство буровых и забивных свай с корневыми и бандажными уширениями;
- повышение несущей способности существующих свай, в том числе в мерзлотных грунтах;
- устройство ограждений котлованов в сочетании с инъекционным закреплением грунтов;
- устройство анкерных свай;
- инъекционное восстановление каменных, бетонных и железобетонных конструкций;
- формирование скальных массивов в грунте при тоннельном строительстве для проходки штолен в обводненных, подвижных грунтах;
- устройство горизонтальных и вертикальных противофильтрационных завес в сложных геологических условиях.
Одна из инъекционных насосных станций ООО «ГорГеоСтрой»
Тел./факс: +7 (499) 678-26-08 E-mail: gorgeostroj@mail.ru
Реклама
октябрь 2012
65
14 12
10 -8 -
6 -4
2
Рис. 1.
времени
50
300
350
100 150 200 250 Время перемешивания, с
Зависимость седиментационной устойчивости суспензии от перемешивания
Я 40
Я 30
20
10
*о О
1000 2000 4000 6000
Скорость смешивания, об/мин
8000
Рис. 2. Зависимость седиментационной устойчивости суспензии от интенсивности перемешивания
Таблица 1
0
0
0
Основные характеристики Alofix-MC (Япония) Mikrodur (Германия) Интрацем (РФ) Rheocem (Германия) Spinor (Франция)
Плотность, кг/м3 30 29,3-31 29 29 29
dg5, мкм 10 9,5-6 <10 10 12
d50, мкм 4 4-2 - 1-2 5
Sm, м2/кг 800 800-2200 - 900 1100
Ясж, МПа 35-40 71-60 45-50 40-45 45-60
Седиментационная устойчивость инъекционной суспензии на основе ОТДВ является важным технологическим параметром, но и является показателем, определяющим качество приготовленной суспензии. При прочих равных условиях седиментационная устойчивость определяется продолжительностью и интенсивностью перемешивания суспензии, характеризуемой скоростью вращения смесительного вала активатора. При изменении скорости вращения в пределах от 1000 до 8000 об/мин. Время перемешивания принимается от 5 до 250 с. Установлено, что оптимальное время перемешивания суспензий составляет 3—4 мин при скорости 2800 об/мин (рис. 1, 2).
На основании проведенных исследований установлено, что прочность инъекционных растворов зависит от водовяжущего отношения, дисперсности ОТДВ и времени твердения. Исследования показали, что прочность при сжатии ОТДВ в зависимости от их дисперсности и минерального состава при водовяжущем отношении (В/В) 0,5 изменяется в пределах от 25 до 90 МПа. С увеличением В/В до 4 прочность при сжатии снижается в 3—3,5 раза в соответствии с законом В/Ц, установленным для обычных цементов.
Исследование изменения времени пропитки (Т) и давления нагнетания (Р) для одинаковых образцов песчаного грунта показало, что эти характеристики находятся в зависимости главным образом от концентрации используемого инъекционного раствора и описываются уравнениями:
Т = 461 - 40,6 В/В;
Р = 0,233 - 0,036 В/В.
Образцы укрепленного грунта при хранении в течение 14 и 28 сут при температуре +10оС с увеличением возраста набирают прочность от 5 до 25 МПа, а статический модуль упругости укрепленного грунта составляет 2910-9710 МПа.
На основании выполненных лабораторных исследований установлены особенности свойств инъекционных композиций на основе ОДТВ: — инъекционные композиции при В/В=1,5-5 имеют низкую вязкость (28-35 с по воронке Марша), что сопоставимо с вязкостью растворов карбамидных смол (30 с) и воды (28 с). При этом гарантированная
жизнеспособность суспензии сохраняется в период до 120 мин;
- прочность закрепленного грунта находится в пределах 1-25 МПа, что значительно превышает прочность грунта, закрепленного растворами полимерных смол (0,1-1,5 МПа).
Для эффективного укрепления или противофиль-трационного уплотнения грунта основными критериями являются: тип ОДТВ, В/В отношение суспензии, радиус закрепления, давление нагнетания пропиточной композиции, коэффициент фильтрации грунта. Экспериментально установлено, что давление нагнетания при полном заполнении капиллярно-порового пространства без нарушения структуры сложившихся грунтов не должно превышать 0,3-0,5 МПа.
Так, для мелких и пылеватых песков при коэффициенте фильтрации 1-0,3 м/сут целесообразно применять ОДТВ марки R-X с диаметром зерен а?85=4 мкм. При этом В/В должно находиться в пределах 3-4, а расчетный радиус закрепления составлять не менее 0,4 м. При пропитке мелких песков с коэффициентом фильтрации 2-5 м/сут целесообразно применять ОДТВ марки R-X и R-U, но с радиусом закрепления 0,5-0,6 м.
При пропитке песков средней крупности и крупных при коэффициентах фильтрации соответственно 4-15 и 10-30 м/сут целесообразно использовать ОДТВ марок R-U и R-F с радиусом закрепления 0,6-0,7 м.
При пропиточной инъекции песчаных грунтов возникает контактная зона в результате физико-химических процессов, происходящих между модифицированной суспензией и поверхностью пор. По своему составу и строению контактный слой резко отличается от цементного камня в трещинах и пустотах. Исследования контактного слоя с помощью электронного сканирующего микроскопа показали присутствие на поверхности порового пространства и формирующегося композита наличие портландита, эттрингита и сростков С^-Н-геля. Состав контактного слоя зависит также от физико-химической активности компонентов грунта. Исследование реакций, протекающих на поверхности различных грунтов: кислых с содержанием SЮ2=65% (гранит, гранулит, пироксеновый кварцевый порфир); промежуточных с содержанием SЮ2=52—65% (авгито-порфир) и основных с содержанием SЮ2=52% (диабаз,
66
октябрь 2012
jVJ ®
Таблица 2
Марка Количество частиц, % Удельная поверхность, м2/кг Водопотребность, %
Диаметр, мкм
< 2 < 4 < 6 < 9,5 < 16 < 24
R-F, Р^ R-U, Р-и R-X, Р-Х 19 45 60 80 95 - 1200 39
25 55 78 95 - - 1600 47
45 80 95 - - - 2200 61
Примечание. Индексы Р и R вяжущего на основе портландцементного клинкера и гранулированного доменного шлака соответственно.
базальт, выветренный базальт), а также кварца, альбита, ортоклаза и карбонатных горных пород (доломит, доло-митизированный известняк), показало, что в начальные сроки основные породы связывают немного больше извести, чем кислые.
Таким образом, упрочнение грунтовых массивов с помощью пропиточной инъекции, а также каменных, бетонных и железобетонных конструкций, содержащих цементный камень в порах, трещинах и пустотах суспензиями с высоким водосодержанием и модифицированных наночастицами, обеспечивает структурную целостность материала.
Технико-экономическая эффективность применения пропиточных композиций на основе ОТДВ для уплотнения и упрочнения грунтовых оснований зданий и сооружений, а также восстановления качества каменных, бетонных и железобетонных конструкций обусловлена прежде всего: использованием малогабаритного и легкотранспортируемого оборудования; малого объема буровых работ; возможности проведения работ в стесненных условиях и возможности проведения работ на труднодоступных участках, когда невозможно использовать другие способы. Важным преимуществом технологии пропиточной инъекции с применением ОТДВ является ее экологическая безопасность и возможность производства работ при максимально комфортных для окружающей среды условиях. ОТДВ позволяет применять инъекцию не только как способ упрочнения грунта и повышения его несущей способности, но и как способ преобразования грунта в конструктивные элементы сооружений, что обеспечивает повышение несущей способности и надежности эксплуатации зданий и сооружений, в которых грунтобе-тонный массив рассматривается в качестве составного конструктивного элемента фундамента.
Эффективность применения ОТДВ зависит от правильной оценки проницаемости грунтов при пропитке их структуры водными суспензиями. С целью определения технологических параметров пропиточной инъекции разработан метод оценки проницаемости грунтов, осуществляемый на специальной лабораторной установке (рис. 3).
Для осуществления пропитки подземных частей здания используют инъекторы. Принципиальная конструкция инъекторов состоит из манжетной трубы и двухстороннего обтюратора. Манжетная труба — это труба с отверстиями для инъекции суспензии, закрытыми резиновыми манжетами, выполняющими роль обратного клапана после сброса давления и прекращения подачи суспензии в структуру грунта. Обтюратор — приспособление, которое обеспечивает инъекцию через определенное отверстие в манжетной трубе строго по горизонтам, определенным технологическим регламентом для формирования однородного грунтобетонного массива.
Для приготовления суспензии на основе ОДТВ используется следующее оборудование: скоростной смеситель с лопастным активатором с числом оборотов на вале не менее 2800 с мощностью не менее 1 кВт на каж-
Рис. 3. Установка для пропитки проницаемых грунтов
дые 30 дм3 суспензии. Например, смеситель с активатором турбинного многолопастного типа РМ-350, РМ-500, РМ-750. В качестве инъекционного насоса используют двухплунжерный или шнековый насос, обеспечивающий равномерную подачу суспензии в структуру грунта в режиме пропитки.
На основании проведенных исследований разработаны Рекомендации по проектированию и применению тонкодисперсного вяжущего ОТДВ для уплотнения и упрочнения грунтов, а также для восстановления качества каменных, бетонных и железобетонных конструкций методом пропиточной инъекции. Рекомендации включают требования к материалам для приготовления вяжущего и пропиточных композиций на их основе, область применения, а также требования по безопасности и охране окружающей среды, транспортировке и хранению.
Ключевые слова: Микродур, седиментация, инъекционное закрепление грунтов.
Список литературы
1. Алексеев С.В. Микродур — инъекционное минеральное вяжущее и опыт его применения / Международная научно-техническая конференция «Технологии, оборудование, материалы, нормативное обеспечение и мониторинг для тоннельного строительства и подземных частей высотных зданий». М.: Тоннельная ассоциация России, 2006. С. 198—200.
2. Байдаков О.С. Применение материалов Mikrodur для инъекционных работ при укреплении грунтов и усилении конструкций. // Метро и тоннели. 2005. № 6. С. 34-38.
3. Панченко А.И., Харченко И.Я. Особо тонкодисперсное минеральное вяжущее Микродур: свойства, технология и перспективы использования // Строительные материалы. 2005. № 10. С. 76-78.
¡■Л ®
октябрь 2012
67
