СУХАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВОГО МАССИВА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИОННОГО НАГНЕТАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E02D3/00 C04B28/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна композиция для инъекционного раствора для закрепления грунтов в основании существующих и вновь строящихся зданий и сооружений, содержащая связующий компонент ОТДВ «Микродур» и наполнитель - карбонатную породу при следующем соотношение компонентов, мас.%: ОТДВ «Микродур» 20-59, карбонатная порода 50-80 (Инъекционное закрепление лессовых грунтов г. Грозный особо тонкодисперсными веществами типа «Микродур» / С-А. Ю. Муртазаев [и др.] // Вестник ДГТУ. Технические науки. - 2014. - №4 (35). - С. 114-120).

Недостатком этой композиции является ограниченность ее применения преимущественно для лессовых грунтов.

Известен раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе, включающих цементные добавки, при этом раствор содержит следующий состав: бентонитовый порошок 25%, портландцемент - 50%, зола-унос - 23%, пластификатор 2% (М.Р. Moseley, K. Kirsch, E. Falk. Soil fracturing // Ground Improvement (second Edition). 2004. Pp. 220-251).

Недостатком состава этого раствора является нестабильность достигаемых результатов при его использовании, вследствие чего возникают трещины неопределенной длины и раскрытия. Эти трещины требуют повышенного расхода раствора, могут оставаться частично незаполненными раствором, что в дальнейшем может привести к суффозийным процессам и обратным деформациям сооружения.

Наиболее близким к предлагаемому является раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений содержащий следующие компоненты, мас.%:

микроцемент (типа микродур) 20-50,

коллоидный кремнезем 5-15,

гидратная известь, например, Са(ОН)₂ 10-25,

тонкодисперсный минеральный наполнитель,

например, карбонатная мука 20-50,

регулятор вязкости суспензии, например, суперпластификатор С-3 до 2 от массы вяжущего,

водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза до 5% от массы вяжущего (патент РФ №2603786 С1).

Недостатком данного раствора является его низкая проникающая способность, что требует применения высокого давления при нагнетании в грунт и может спровоцировать гидроразрывы грунтового массива.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в создании композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, обладающей комплексом свойств:

- высокая проникающая способность для всех типов грунтов,

- высокая седиментационная устойчивость,

- высокие прочностные и деформативные характеристики укрепленного грунтового массива.

Технический результат состоит в том, что вышеуказанная задача была решена, при этом удалось добиться повышения надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунтового массива.

Вышеуказанный технический результат достигнут благодаря тому, что сухая смесь для приготовления композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, содержит, мас.%:

(а) микроцемент 15-45,

(б) флюидизированный метакаолин 5-40,

(в) тонкодисперсный минеральный наполнитель от 15-Х до 80-Х,

(г) по меньшей мере, одна целевая добавка X,

где X от 0 до 5 мас.%.

В качестве микроцемента, пригодного для целей настоящего изобретения, подходят микроцементы, полученные воздушной сепарацией портландцемента с нормированным гранулометрическим составом и размером частиц от 5 до 15 мкм, например, микроцементы описанные в монографии Панченко А.И., Харченко И.Я., Алексеев С.В. Микроцементы. М.: Издательство АСВ, 2014. - С. 4.

Микроцемент, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять собой микроцемент марки Микробонд МС.

Флюидизированный высокоактивный метакаолин представляет собой продукт дегидроксилирования природной каолиновой глины (природного гидроалюмосиликата) с нормированным гранулометрическим составом и размером частиц менее 15 мкм.

Дегидратированный аморфный алюмосиликат является высокоактивной минеральной добавкой, способной при взаимодействии с гидроксидом Са(ОН)₂, являющимся продуктом гидратации портландцемента, образовывать низкоосновные гидросиликаты кальция.

Флюидизированный высокоактивный метакаолин получают обработкой исходного метакаолина раствором поликарбоксилатного эфира (Химические и минеральные добавки / Под редакцией А.В. Ушерова-Маршака. - Харьков: Колорит, 2005. - С. 61-83).

Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять собой флюидизированный высокоактивный метакаолин типа ФМ-100 (см. патент РФ на изобретение №2690242).

Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может содержать, по меньшей мере, 95% частиц фракции менее 15 мкм.

Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может содержать, по меньшей мере, 90% частиц фракции менее 10 мкм.

Метакаолин, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может содержать, по меньшей мере, 45% частиц фракции менее 5 мкм.

Нормирование гранулометрического состава метакаолина позволяет увеличить проникающую способность композиции при осуществлении предварительного укреплении грунтового массива методом компенсационного нагнетания за счет снижения вязкости.

В частности, особенно высокой проникающей способностью обладают композиции с размером частиц фр.<15 мкм не менее 95%, фр.<10 мкм не менее 90%, фр.<5 мкм не менее 45% и с наличием на поверхности частиц.

Поверхность частиц метакаолина, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может быть активирована поликарбоксилатными простыми эфирами.

Наличие на поверхности частиц метакаолина привитого слоя поликарбоксилатного эфира позволяет дополнительно увеличить прочность грунтового массива за счет снижения водотвердого отношения в композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания вследствие водоредуцирующего действия поликарбоксилатного эфира.

Минеральный наполнитель, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять кальцит, предпочтительно, мраморную пыль (Корнеев В.И., Зозуля П.В. Словарь «Что есть что» в сухих строительных смесях. - СПб.: НП «Союз производителей сухих строительных смесей». 2005. - С. 110, 148-149), или коллоидный кремнезем.

Размер, по меньшей мере, 75% частиц наполнителя, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может составлять менее 5 мкм.

За счет нормированного гранулометрического состава и преобладающего размера частиц менее 5 мкм (более 75%) тонкодисперсный минеральный наполнитель, обеспечивает регулирование реологических свойств.

Целевая добавка, - в одной из предпочтительных форм воплощения, - может представлять собой загуститель или пластификатор.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Испытано 6 составов сухой смеси для приготовления композиции для укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания:

составы №№1-3 с заявляемым содержанием компонентов;

состав №4 с содержанием компонентов, выходящим за минимальные заявляемые пределы;

состав №5 с содержанием компонентов, выходящим за максимальные заявляемые пределы;

состав №6 был приготовлен по прототипу.

Для изготовления составов 1-6 использовали следующие исходные материалы:

- микроцемент, полученный сепарацией товарного портландцемента СЕМ I класса 42,5 с преобладающим размером частиц менее 15 мкм;

- флюидизированный высокоактивный метакаолин с поверхностью, обработанной поликарбоксилатным эфиром, с гранулометрическим составом: фр. <15 мкм не менее 95%, фр. <10 мкм не менее 90%, фр. <5 мкм не менее 45%;

- тонкодисперсный минеральный наполнитель нормированного гранулометрического состава с преобладающим размером частиц менее 5 мкм (более 75%);

- коллоидный кремнезем;

- гидратная известь, например Са(ОН)₂;

- регулятор вязкости суспензии, например, суперпластификатор С-3;

- водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза.

Составы композиций для предварительного укрепления

грунтового массива методом компенсационного нагнетания приведены в таблице 1.

Композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания подготовили следующим образом.

В объем воды, необходимый для приготовления композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, вводят сухую смесь. Смесь перемешивают в течение 5-10 минут со скоростью вращения мешалки 2500-3000 об/мин. Водо-твердое отношение для получения раствора принимается равным 4.

Для определения прочности грунтового массива изготавливали однонаправленные линейные модели по ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы определения характеристик прочности и деформируемости», которые испытывали в возрасте 7 и 28 суток.

Результаты испытаний композиций для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания и грунтовых массивов приведены в таблице 2.

Как видно из таблиц 1 и 2, использование составов №№1 и 5 нецелесообразно, так как композиция, полученная из состава №1, обладает низким показателем проникающей способности, а композиция, полученная из состава №5, - низким показателем седиментационной устойчивости.

Анализ остальных результатов показывает, что составы по изобретению по сравнению с составом-прототипом позволяют:

- повысить прочность грунтового массива на 50-180%;

- снизить вязкость на 18%;

- повысить седиментационную устойчивость на 4%.

Применение составов по изобретению позволяет снизить затраты труда и материалов, повысить надежность предварительно укрепленного грунтового массива за счет повышения его прочности и исключения гидроразрывов.

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций. Технический результат заключается в повышении прочности грунтового массива, седиментационной устойчивости, надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунтового массива, снижении вязкости. Сухая смесь для приготовления композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания содержит, мас.%: микроцемент 15-45, флюидизированный метакаолин 5-40, тонкодисперсный минеральный наполнитель от 15-Х до 80-Х, по меньшей мере, одну целевую добавку Х, где Х от 0 до 5 мас.%. 9 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Сухая смесь для приготовления композиции для предварительного укрепления грунтового массива методом компенсационного нагнетания, содержащая, мас.%:

(а) микроцемент 15-45,

(б) флюидизированный метакаолин 5-40,

(в) тонкодисперсный минеральный наполнитель от 15-Х до 80-Х,

(г) по меньшей мере, одну целевую добавку Х,

где Х от 0 до 5 мас.%.

2. Смесь по п.1, в которой микроцемент представляет собой микроцемент марки Микробонд МС.

3. Смесь по п.1, в которой метакаолин представляет собой флюидизированный высокоактивный метакаолин типа ФМ-100.

4. Смесь по п.1, в которой метакаолин содержит, по меньшей мере, 95% частиц фракции менее 15 мкм.

5. Смесь по п.1, в которой метакаолин содержит, по меньшей мере, 90% частиц фракции менее 10 мкм.

6. Смесь по п.1, в которой метакаолин содержит, по меньшей мере, 45% частиц фракции менее 5 мкм.

7. Смесь по п.1, в которой поверхность частиц метакаолина активирована поликарбоксилатными простыми эфирами.

8. Смесь по п.1, в которой упомянутый наполнитель представляет собой кальцит, предпочтительно, мраморную пыль или коллоидный кремнезем.

9. Смесь по п.1, в которой размер, по меньшей мере, 75% частиц упомянутого наполнителя составляет менее 5 мкм.

10. Смесь по п.1, характеризующаяся тем, что целевая добавка представляет собой загуститель или пластификатор.