ГРУНТОЦЕМЕНТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ ПОД КОНСТРУКЦИЮ ИЗ МОНОЛИТНОГО БЕТОНА Российский патент 2024 года по МПК E01C3/04 E01C7/10 E01C7/36 E01C21/00 E02D3/12 C09K17/10 C04B28/02 

Область техники

Техническое решение относится к строительству дорог, фундаментов и может быть использовано для стабилизации грунтов при устройстве оснований автомобильных и железных дорог, вертолетных площадок, взлетно-посадочных полос, площадок различного назначения, а также при строительстве особо ответственных сооружений, где недопустимы просадки и вертикальная деформация грунтов в зимнее время, в частности на обводнённых и/или пучинистых грунтах.

Уровень техники

Известна грунтобетонная смесь (SU631577A1 от 12.01.1977, заявка 2442353, класс МПК E01C 7/36), имеющая состав при следующем соотношении, вес.%: нефелиновый шлам 7-13; гипс 0,8-1,5; известь и грунт 0,4-0,8. Дополнительно содержится пыль уноса из вращающихся печей глиноземного производства 0,07-0,1.

Известен состав для стабилизации грунта (RU2281356C1 от 03.02.2005, заявка: 2005102664/03, класс МПК E01C 7/36, E02D 3/12) содержащий гипс, цемент, известь и минеральную добавку, причем в него дополнительно введены доменный шлак и базальтовые волокна, а в качестве минеральной добавки вводится сажа при следующем соотношении компонентов, мас.%: гипс - 35-42; известь - 17-23; цемент - 9-14; доменный шлак - 9-14; базальтовые волокна - 0,1-1,0; сажа - 17-22.

Недостатком вышеприведенных технических решений является ограниченное использование, только на объектах, имеющих назначение временного использования, при этом сами указанные материалы имеются только в отходах производства. Кроме того, указанные компоненты, во обоих решениях обладают повышенным водопоглощением и применять на ответственные сооружения их нельзя, так как при мокрых атмосферных осадках они станут не пригодными к применению, а убрать их в сухое место в большом объёме невозможно. При этом из описания технических решений не указан модуль упругости, который необходим при эксплуатации точного оборудования на этом основании в сейсмоактивных зонах

Известен способ закрепления грунта для дорожного покрытия (SU1738915A1 от 25.04.1989, заявка: 4685292, класс МПК E02D 3/12), который включает в себя размельчение грунта, перемешивание его сначала с 75-85 % от потребного количества минерального медленно твердеющего вяжущего и с 75-85% от потребного количества активизирующей добавки. Далее происходит уплотнение смеси, затем ее разрыхление и к смешению смеси с оставшимся количеством минерального вяжущего и активизирующей добавки с одновременным введением в смесь заданного количества органического вяжущего и окончательное уплотнение смеси. Предел прочности закрепленного суглинистого грунта составлен при сжатии 3,3-4,3 МПа, при раскалывании 0,22-0,33 МПа, относительная усталостная прочность 0,071-0,083. Указанное техническое решение взято за прототип.

Недостатком технического решения является трудоемкость изготовления, требующая одновременного участия механизмов, а также предварительной заготовки грунта, его хранения и укрытия от дождя. Применение комплекса машин и механизмов, а также хранение смеси в стеснённых условиях, как правило не всегда возможно. При этом заявленный модуль упругости низок, так как используется местный, грунт в котором сложно регулировать водонасыщение.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаком тождественности (идентичными) всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Результаты поиска показали, что заявляемое техническим решением явным образом не вытекает из известного уровня техники, определенного заявителем. Не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что предлагаемый состав не вызывает сложности при его изготовлении и может быть успешно использован при устройстве оснований дорог, вертолетных площадок, взлетно-посадочных полос, площадок различного назначения, а также при строительстве особо ответственных сооружений, где недопустимы просадки и вертикальная деформация грунтов в зимнее время, в частности на обводнённых и/или пучинистых грунтах.

Задачей технического решения является разработка грунтоцементной смеси, обеспечивающей требуемый модуль упругости поверхности для основания под конструкцию из монолитного бетона, за счет сбалансированного подбора компонентов смеси.

Раскрытие сущности технического решения

Техническим решением вышеприведенной задачи является разработка грунтоцементной смеси для усиления основания под конструкцию из монолитного бетона, характеризующейся тем, что указанная смесь включает в себя следующие компоненты: мелкий заполнитель, используемый в виде песка фракций от 0,1 до 5,0 мм; вяжущий компонент, используемый в виде цемента; вода и пластифицирующая добавка FLUID-740, выполненная в виде водоэмульсионного раствора, при следующем соотношении компонентов, об.%:

указанный мелкий заполнитель 88,9 цемент 4,7 вода 6,3 пластифицирующая добавка FLUID-740 0,1

Указанное техническое решение способствует объединению всех составляющих в смеси в единое целое, что влияет на равномерное восприятие основания, под нагрузкой выше уложенного слоя, при этом достигается модуль упругости, не менее 400 МПа, который обеспечивает выполнение требований проекта, которое необходимо при эксплуатации высокоточного оборудования на возводимом объекте.

Осуществления технического решения

В техническом решении под используемыми терминами понимаются следующие понятия:

Основание – это то, на чём лежит или будет лежать следующий слой или конструкция.

Модуль упругости грунта – это соотношение между сжимающим напряжением грунта и относительной обратимой деформацией, которую оно вызывает. Выражается показатель в МПа и определяется для правильного расчета усадки, нагрузки на основания фундаментов и дорожное полотно.

Заполнитель – это основные составные элементы из которых состоит смесь.

Мелкий заполнитель – это песок (фракция 0,1 – 5,0 мм) из отсевов дробления гранитного щебня.

Крупный заполнитель – это щебень, гравий (фракция 5,0 – 20,0 мм).

Вяжущий компонент – представляет собой цемент, который в соединение с водой объединяет щебень и песок. В результате такого объединения происходит эндотермическая реакция, которая образуют кристалл бетона.

Пластифицирующие добавки – это добавки, которые обладают клеящими и пластифицирующими свойствами, такими как латекс, благодаря которым улучшаются гибкие свойства бетона раствора и уменьшается образование трещин.

Модуль крупности— это условная безразмерная величина, позволяющая оценить преобладающую крупность его зёрен.

Бетонный узел – место приготовления бетонной смеси и раствора, по заранее разработанным картам подбора, со строго выдержанными дозировками.

Известно, что модуль упругости очень важен при строительстве, так как в дальнейшем это имеет большое значение для работы зданий и сооружений в сейсмических районах. Если модуль упругости низок, это ведет к разрушению здания и оборудования, если высок, то это ведет к выводу из строя высокоточного электронного и другого оборудования.

Известно, что коэффициент уплотнения – это показатель, демонстрирующий, насколько изменяется объем смеси после трамбовки или перевозки. Определяется он по соотношению общей и максимальной плотности. Любая смесь состоит из отдельных элементов – компонентов. Между ними всегда есть пустоты, или поры. Чем выше процент этих пустот, тем больший объем будет занимать вещество.

Для осуществления подбора заявляемого технического решения, происходит подбор компонентов грунтоцементной смеси для которой используются доступные компоненты, такие как заполнитель, цемент и вода. Эти компоненты можно предварительно завести на бетонный узел и приготовить по мере необходимости для строительной площадки и перевозить на различные расстояния.

Используя мелкий заполнитель, выполненный в виде крупного песка из отсевов дробления щебня в качестве основного из компонентов, который быстро и хорошо уплотняется, за счёт качественной расклинцовки, и в результате наличия в нём разных фракций песка от 0,1 мм до 5,0 мм, которые позволяют плотно заполнять пространство внутри заявляемой смеси.

Сама пластифицирующая добавка для смеси представляет собой, водоэмульсионный раствор, который способствует сцеплению заполнителей между собой и придаёт пластичность смеси без потери прочности. Сам водоэмульсионный раствор, получен из сухой смеси FLUID-740, разработанной сторонней специализированной лабораторией, разбавленной водой, до концентрации удобной для подачи насосом в бетономешалку.

Пластифицирующая добавка заполняет воздушное пространство в заявляемой смеси, и за счёт клеевых свойств водоэмульсионного раствора связывает частицы смеси между собой, этим самым усиливает прочность и увеличивает водонепроницаемость до 20%, что подтвердилось штамповыми испытаниями, а также испытанием, в лаборатории.

Слой из этой смеси усиливает несущую способность основания, что дает возможность передать нагрузку от бетона на грунт и создаёт надёжный слой под основанием бетонного фундамента, исключающего просадку и выпучивание основания при морозе.

Заявляемая смесь приготавливается на заводе по разработанной карте подбора, где состав материалов представляет 1 м³ (100%) представляет собой: мелкий заполнитель – 88,9 %; цемент – 4,7 %; вода – 6,3 %; пластифицирующая добавка для смеси – 0,1 %.

Далее грунтоцементная смесь для усиления основания под конструкцию из монолитного бетона доставляется на строительный объект, где она уплотняется виброкатком. Укладывается заявленная грунтоцементная смесь слоями 400 мм и уплотняется виброкатком, такой способ использования смеси обеспечивает требуемый модуль упругости.

Практически сразу после уплотнения грунтоцементной смеси можно приступать к последующим работам и работать на площадке любой строительной техникой.

Уложенная (уплотненная) заявленная смесь с вышеприведенными материалами, с коэффициентом уплотнения не менее Ку=0,95 (этот коэффициент уплотнения означает, что фактическая плотность грунта составляет 95% от максимально возможной плотности грунта), имеет модуль деформации не менее 30 МПа, и модуль упругости не менее 400 МПа, что дает право возводить конструкцию, не опасаясь осадки сооружения в процессе эксплуатации, а также возможность безопасно эксплуатировать сооружение и оборудование, находящееся в нём.

Заявленный технический результат был реализован при возведении оснований под фундаменты ответственных зданий Накопителя, Инжектора и подходящих к ним тоннелей на объекте строительства центра коллективного пользования Сибирский кольцевой источник фотонов в р.п. Кольцово Новосибирской области, где общее количество каждого из компонентов равнялось 51,3 тыс.м³ из них 45,6 тыс.м³ мелкого заполнителя (песка), 2,41 тыс.м³ вяжущего (цемента), 3,23 тыс.м³ воды, 51,3 м³ пластифицирующей добавки (FLUID-740) и показала требуемые результаты, предусмотренные проектом строительства, а именно модуль упругости не менее 400 МПа.

Грунтоцементную смесь для усиления основания под конструкцию из монолитного бетона или дорог, можно укладывать на любую высоту и при любых погодных условиях. Применение смеси возможно на всех объектах строительства, где есть необходимость усилить грунт и создать надёжное основание для дорог и бетонных фундаментов.

Изобретение относится к строительству дорог, фундаментов и может быть использовано для стабилизации грунтов при устройстве оснований автомобильных и железных дорог, вертолетных площадок, взлетно-посадочных полос, площадок различного назначения, а также при строительстве особо ответственных сооружений, где недопустимы просадки и вертикальная деформация грунтов в зимнее время, в частности на обводнённых и/или пучинистых грунтах. Грунтоцементная смесь для усиления основания под конструкцию из монолитного бетона включает, об.%: мелкий заполнитель в виде песка фракций от 0,1 до 5,0 мм 88,9; цемент 4,7; воду 6,3; пластифицирующую добавку FLUID-740 в виде водоэмульсионного раствора 0,1. Технический результат – разработка грунтоцементной смеси, обеспечивающей требуемый модуль упругости поверхности для основания под конструкцию из монолитного бетона: при коэффициенте уплотнения смеси 0,95 достигается модуль упругости не менее 400 МПа.

Грунтоцементная смесь для усиления основания под конструкцию из монолитного бетона, характеризующаяся тем, что указанная смесь включает в себя следующие компоненты: мелкий заполнитель, используемый в виде песка фракций от 0,1 до 5,0 мм; вяжущий компонент, используемый в виде цемента; вода и пластифицирующая добавка FLUID-740, выполненная в виде водоэмульсионного раствора, при следующем соотношении компонентов, об.%:

Указанный мелкий заполнитель 88,9 Цемент 4,7 Вода 6,3 Пластифицирующая добавка FLUID-740 0,1