|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Физико-химические основы закрепления дисперсных грунтов растворами коллоидного кремнезема.дипломная работа (Магистр)
- Научный руководитель: Самарин Е.Н.
- Автор: Попова А.М.
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2016
- Аннотация: 1. Анализ опубликованной научной литературы показал, что в последнее время растворы коллоидного кремнезема активно внедряются в практику инъекционного закрепления грунтов, что, в первую очередь, объясняется их высокой проницаемостью и небольшой стоимостью. Процесс полимеризации коллоидного кремнезема в порах грунта зависит от многих факторов: величины pH, размеров частиц и концентрации SiO2, наличие электролитов, органических жидкостей и температуры. Однако, важным показателем также является и химический состав грунтов, который может значительно влиять на технологический процесс. Гели коллоидного кремнезема характеризуются значительной усадкой при хранении на воздухе, вследствие чего предпочтительно использовать инъекции растворов ниже уровня грунтовых вод. Использование суспензии коллоидного кремнезема в зоне аэрации неизбежно приведет к необходимости производить нагнетание, вероятно, в несколько стадий. 2. Экспериментально показано, что в суспензиях коллоидного кремнезема время гелеобразования хорошо контролируется дозировками растворов электролитов, наиболее распространенным из которых является хлорид натрия. Выбранные для исследования рецептуры – с добавлением отвердителя в количестве 18 % и 16 % – характеризуются временем гелеобразования от 30 до 48 минут при 20 оС. Прочность получаемых гелей через 1 неделю составляет 0,24 МПа, а через 4 недели – 2,86 МПа, и зависит от дозировки отвердителя и условий хранения. Плотность гелей, хранящихся в воздушно-влажной среде, со временем увеличивается с 1,28 до 1,44 г/см3. Плотность гелей, хранящихся на воздухе, уменьшается с 1,28 до 1,18 г/см3 в течение 4 недель. Гели проявляют объемную усадку: до 28,65% (через 4 недели хранения). Использованная в экспериментах пластифицирующая добавка «Полипласт СП-3» практически не дает эффекта (усадка на 6 % меньше, чем у образцов, в которые не добавлялся пластификатор). Более того, сульфонафтены и лигносульфанаты при хранении образцов геля коллоидного кремнезема в воде интенсивно выщелачиваются, что хорошо заметно по исчезновению темно-коричневого окрашивания геля. В течение недели гель приобретает молочно-белый цвет. 3. Эксперименты по инъецированию растворов коллоидного кремнезема через трубки, заполненные дисперсными грунтами разного гранулометрического состава показали следующее. Инъекционное закрепление методом пропитки возможно для всех исследованных образцов песков: от крупных до пылеватых. Образование геля кремнезема в поровом пространстве грунтов приводит к увеличению плотности грунтов, плотности твердых частиц и плотности скелета грунтов, уменьшению пористости. Коэффициент пористости уменьшается с 0,6 до 0,12 для (для крупнозернистых песков), с 0,56 до 0,08 для (для среднезернистых песков), с 0,70 до 0,08 для (для мелкозернистых песков), с 0,69 до 0,09 для (для пылеватых песков), с 0,56 до 0,05 для (для лессовых грунтов) и с 0,91 до 0,15 для (для дресвяных грунтов). 4. Электронно-микроскопические исследования подтвердили, что твердение геля кремнезема происходит по механизму аддитивной поликонденсации. Конечный полимер имеет характерную микрозернистую структуру, а собственно гель представляет совокупность глобул (агрегатов) размером около 10 нм, сшитых между собой в пространственный полимер. При инъекции катализированных суспензий коллоидного кремнезема в песчаные грунты осаждение геля происходит в первую очередь на поверхности песчаных зерен, после чего следует сращивание отдельных пленок в единую структуру. Толщина пленки геля составляет приблизительно 6-8 микрон. Как следствие пески приобретают связность и уменьшается их проницаемость. 5. Показано, что на эффективность инъекционной обработки песчаных грунтов растворами коллоидного кремнезема существенное влияние оказывает гранулометрический состав. Прочность на одноосное сжатие через 105 недель хранения в воздушно-влажной среде увеличивается с 2,48 кг/см2 для крупнозернистого песка до 13,3 кг/см2 для пылеватого песка. При закреплении песчаных грунтов со схожим гранулометрическим составом, необходимо учитывать их минеральный состав. Присутствие водорастворимых солей и гипса может уменьшать время гелеобразования, а также увеличивать конечную прочность. 6. Показано, что прочность на одноосное сжатие закрепленных крупнозернистых и среднезернистых песков составляет менее 1 МПа, что относит раствор коллоидного кремнезема к тампонажным. Однако, прочность на одноосное сжатие пылеватых песков и лессовых грунтов составила более 1 МПа. Таким образом, для некоторых образцов дисперсных грунтов раствор может быть охарактеризован как силовой. 7. По результатам опытов установлено, что возможна инъекционная обработка лессов. Исследованный в качестве образца лесс (г. Алма-Ата, lQIII) с плотностью грунта 1,49 г/см3, пористостью 44,8 % и относительной деформацией просадочности 0,08 д.е. теряет просадочность через неделю после закрепления (относительная деформация просадочности – 0,004 д.е.). Проведенное исследование является пионерным в экспериментальной практике. 8. Дресвяные грунты, образующиеся при выветривании нижне-среднеюрских аргиллитов, после обработки раствором коллоидного кремнезема (30 % концентрации, плотностью 1,3 г/см3 и вязкостью 1 сП) приобретают связность и классифицируются как конгломераты. Компрессионные модули деформации изменяются с 3,11 (для незакрепленных образцов) до 1,30 МПа (для закрепленных образцов после 6 месяцев хранения. Прочностные показатели до и после закрепления изменяются следующим образом: сцепление дресвяных грунтов увеличивается с 52,0 до 84,8 кПа, угол внутреннего трения уменьшается с 32 до 26°. Сцементированная структура, а также повышение сцепления приблизительно в два раза являются положительными факторами для повышения устойчивость указанных грунтов при попадании на дневную поверхность. 9. Экспериментально показано, что дресвяные грунты после закрепления коллоидным кремнеземом способны выдержать 25 циклов замораживания-оттаивания и 25 циклов замачивания-высушивания. При этом сцепление уменьшается до 81,3 кПа для образцов, испытанных на водостойкость, и до 54,3 кПа, для образцов, испытанных на морозостойкость (по сравнению с закрепленными образцами дресвяного грунта, которые не подвергались воздействию воды и холода.
- Добавил в систему: Самарин Евгений Николаевич