Способ укрепления грунта и состав для укрепления грунта Российский патент 2020 года по МПК E02D3/12 E01C3/04 E01C21/00 

Изобретения относятся к промышленному и гражданскому строительству, а именно к укреплению грунта цементацией с введением в цементно-песчаный раствор полимерного состава для укрепления, состоящего из органических и неорганических веществ.

Известные способы крепления слабых грунтов и оснований приводят к высоким строительным расходам, поскольку их необходимо заменять на грунт с высокими механическими свойствами, необходимы поставки дорогостоящих материалов и выполнение земляных работ с его транспортировкой.

Известный способ и состав для крепления грунтов по патенту №2503768 (выбраны в качестве прототипа). Способ заключается в обработке грунта, содержащим латексный полимер закрепителем, который применяется в смеси с водой. Обработку грунта осуществляют путём введения закрепителя с помощью дорожной фрезы методом смешивания закрепителя с грунтом.

В качестве основного сырьевого компонента используют латексный полимер группы включающей:

- стирол-бутадиеновый латекс;

- (мет)акрилатный латекс;

- этилен-винилацетатный латекс;

- этилен/пропиленовый латекс;

- этилен/пропилен-димерный латекс;

- бутадиен-акрилонитриловый латекс;

- силиконовый латекс;

- полибутадиеновый латекс;

- латекс из натурального каучука или же смесь двух или нескольких из указанных латексов;

- закрепитель.

Дополнительно содержит загуститель на основе целлюлозы, пеногаситель, выбранный из группы, включающей силиконы, гликолевые эфиры, натуральные жиры или масла и жирные спирты, а также, по меньшей мере, один хлорид или, по меньшей мере, один гидроксид щелочного или щелочноземельного металла, причем закрепитель имеет состав (% по массе): 0,1-50,0 латексного полимера, 0,05-5,0 загустителя, до 5,0 пеногасителя, 0,01-10,0 хлорида или гидроксида щелочного или щелочноземельного металла, остаток до 100 - вода.

Недостатком этого способа и состава является его нетехнологичность и невозможность использования с цементом, поскольку, при смешении с ним происходит коагуляция раствора (слипание частиц в дисперсной системе, приводящей к структурированию системы с разделением фаз и разрушению дисперсной системы). Результатом применения закрепителя грунта на практике является достижение невысокой прочности.

Техническим результатом изобретения является повышение технологических свойств закрепителя, повышение стабильности используемого состава и прочности грунта, обработанного закрепителем.

Технический результат достигается в составе для укрепления грунта, представляющем собой водный раствор дисперсии акриловой, глицерина, битума нефтяного, полифосфата натрия, кальция хлористого, борной кислоты, силиката натрия, при следующем соотношении компонентов (% по массе): дисперсия акриловая – 5,0 - 30,0; глицерин – 2,0 - 5,0; битум нефтяной 0,01 – 0,5; натрия полифосфат 0,01 – 0,5; кальций хлористый – 10 - 40; кислота борная 0,01 – 1 %; натрия силикат – 2-10; вода – остальное (до 100 %).

Технический результат достигается в способе укрепления грунта при обработке грунта закрепителем вышеуказанного состава согласно следующей последовательности:

- грунт насыщают 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением вышеуказанного состава для укрепления грунта (закрепителя) в количестве 2-8 л на 1 м³ водного раствора;

- цементируют грунт цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава в количестве (% по массе) 0,1-2,0 на 1 м³ грунта под давлением (либо без давления в случае дорожного строительства), значение которого зависит от физических и механических свойств грунта.

Состав закрепителя грунта представляет собой водный раствор дисперсии акриловой, глицерина, битума нефтяного, натрия полифосфата, кальция хлористого, кислоты борной, натрия силиката, при следующем соотношении компонентов (% по массе): дисперсия акриловая – 5,0 - 30,0; глицерин – 2,0 - 5,0; битум нефтяной 0,01 – 0,5; натрия полифосфат 0,01 – 0,5; кальций хлористый – 10 - 40; кислота борная 0,01 – 1 %; натрия силикат – 2-10; вода – остальное (до 100 %).

Производство закрепителя включает следующие технологические операции:

- дозирование компонентов;

- смешивание компонентов механическим путём.

Массовая доля компонентов определена опытным путем в течение трёх лет успешной отработки способа и состава на практике. Увеличение мас.% компонентов влияет на проникающую способность и заполняемость пор в сторону увеличения.

Приготовление раствора осуществляется в смесителе на заводе или строительной площадке. В чистую ёмкость, установленную на весы, загружается рецептурное количество воды. Взвешенные в рецептурных количествах компоненты загружаются в ёмкость при постоянном перемешивании содержимого до полного растворения и совмещения компонентов в следующей последовательности – вода, глицерин, натрия полифосфат, добавка комплексная (кальций хлористый, кислота борная, натрия силикат), дисперсия акриловая, битум нефтяной. Готовность определяют по однородности пробы, определённой визуально или техническим вискозиметром.

1. Дисперсия акриловая позволяет применять воду в качестве разбавителя, увеличивает адгезию;

2. Глицерин гигроскопичен, используется в качестве эмульгатора, при помощи которого смешиваются несмешиваемые компоненты, является стабилизатором;

3. Битум нефтяной обеспечивает гидроизоляционные свойства, упругопластичные и адгезионные свойства, придаёт эластичность и вяжущие (цементирующие) свойства, морозостойкость;

4. Натрия полифосфат характеризуется способностью взаимодействовать с кальцием и магнием, находящимися в воде. В закрепителе данный компонент является ионообменником;

5. Добавка комплексная обеспечивает адгезионные свойства, посредством создания длинных межмолекулярных связей; обеспыливание; понижение температуры замерзания воды, отвердевание состава.

Физико-химический эффект при креплении грунта указанным составом достигается в результате реакции коагуляции. Благодаря замедлителям химических реакций, находящихся в составе закрепителя, после обработки грунта происходит его уплотнение (сжатие). Уплотнение достигается за счёт связывания водных структур (физических, химических) с частицами цемента. Благодаря акрилу, образуются химические связи между частицами цемента, грунта и комплексной добавкой закрепителя. Происходит активация цементных частиц при взаимодействии с водой. При растворении и в процессе гидратации цементных частиц высвобождаются катионы из алюмо-кальцитной и алюмосиликатной групп клинкерного фонда, которые в водном растворе вступают в реакцию с частицами грунта. В результате этих химических реакций происходит увеличение молекулярной массы цементных частиц и уплотнение (сжатие) грунта.

Силикат натрия является загустителем в растворе закрепителя, который также участвует в химических реакциях гидратации, способствует связыванию воды в грунте с последующей кристаллизацией новообразований.

Технология крепления грунтов патентуемым составом закрепителя. Производство работ по закреплению выполняют в два этапа: во-первых, выравнивают свойства различных по показателям свойств грунтов, приводя их в пластичное состояние за счёт ионно-обменных процессов путём насыщения грунта 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением закрепителя грунта в количестве 2-8 л на 1 м³ водного раствора через установленные в грунте стальные инъекторы (либо поверхностным внесением при дорожном строительстве); во-вторых, производят цементацию подготовленного грунта через скважины цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава закрепителя в количестве 0,1-2 (% по массе) на 1 м³ грунта (либо поверхностным внесением при дорожном строительстве закрепителя). Цементацию оснований и фундаментов (кроме дорожного строительства, где состав вносится поверхностным перемешиванием) выполняют через металлический инъектор под давлением, по методу компрессионного сжатия грунтов.

Выбор метода инъекции раствора-закрепителя зависит от инженерно-геологических условий, видов грунтов. В случае залегания в основании зданий просадочных сильнодеформируемых грунтов, устройство свайного основания усложнено рядом технологических и экономических факторов. Так устройство забивных свай бывает ограничено близостью построек, а устройство буронабивных свай влечет за собой необходимость применения обсадных труб, что также ведет к удорожанию строительно-монтажных работ. Устройство свайных оснований требует привлечения комплекса строительной техники, в то время как инъекционное закрепление грунта может быть выполнено с помощью малогабаритного оборудования, что значительно удешевляет строительство. Кроме того, использование классических методов укрепления грунтов не всегда приводит к требуемым результатам по прочности и плотности укрепленных грунтов, особенно во водонасыщенном состоянии.

При креплении грунтовых массивов оснований дорог и земляного полотна с помощью патентуемого состава закрепителя технология производства работ подразумевает выполнение следующих операций:

- фрезерование грунта на необходимую (расчётную) глубину;

- внесение (россыпь) распределителем вяжущего цемента, извести, оснόвных молотых шлаков или кальций содержащих зол;

- разлив состава закрепителя по грунту (количество раз подбирается, исходя из физико-химических и механических свойств грунтов);

- фрезерование с последующим уплотнением (статическим или динамическим) грунта.

- устройство щебёночного основания и последующая укладка асфальтобетонного покрытия.

Во всех вышеуказанных случаях, при строительстве, ремонте или реконструкции фундаментов зданий и сооружений, оснований дорожных одежд, конструкции земляного полотна, дорожных покрытий предложенный способ позволяет создавать повышенные физико-механические свойства грунтов.

Для повышения физико-механических свойств асфальтобетонных покрытий и бетонных конструкций патентуемым составом происходит пропитка за один или несколько раз.

Группа изобретений относится к промышленному и гражданскому строительству, а именно к укреплению грунта цементацией с введением в цементно-песчаный раствор полимерного состава для укрепления, состоящего из органических и неорганических веществ. Состав для укрепления грунта представляет собой водный раствор, при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсия акриловая 5 - 30, глицерин 2 - 5, битум нефтяной 0,01 - 0,5, полифосфат натрия 0,01 - 0,5, кальций хлористый 10 - 40, борная кислота 0,01 - 1, силикат натрия 2 - 10, вода до 100%. Способ укрепления грунта включает насыщение грунта 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением указанного выше состава для укрепления грунта в количестве 2-8 л на 1 м³ раствора, цементацию грунта цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава для укрепления грунта в количестве 0,1-2 мас.% на 1 м³ грунта. Технический результат - повышение технологических свойств закрепителя, повышение стабильности используемого состава, а также прочности грунта, обработанного закрепителем. 2 н.п. ф-лы.

1. Состав для укрепления грунта, представляющий собой водный раствор дисперсии акриловой, глицерина, битума нефтяного, полифосфата натрия, кальция хлористого, борной кислоты, силиката натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

дисперсия акриловая 5-30 глицерин 2-5 битум нефтяной 0,01-0,5 полифосфат натрия 0,01-0,5 кальций хлористый 10-40 борная кислота 0,01-1 силикат натрия 2-10 вода до 100%

2. Способ укрепления грунта, заключающийся в насыщении грунта 10%-ным водным раствором силиката натрия с добавлением состава для укрепления грунта по п.1 в количестве 2-8 л на 1 м³ раствора, с последующей цементацией грунта цементным раствором с добавлением вышеуказанного состава в количестве 0,1-2 мас.% на 1 м³ грунта.