Химическое закрепление грунтов: Методы закрепления грунтов — новости строительства и развития подземных сооружений

Методы закрепления грунтов — новости строительства и развития подземных сооружений

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два основных способа закрепления грунтов: поверхностное и глубинное.

Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов,  термообработки   и   замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, силикатных материалов и смол.

Методы глубинного укрепления грунтов

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

•    Химический (цементация, битумизация и смолизация)
•    Термический
•    Искусственное замораживание
•    Электрический
•    Электрохимический
•    Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации.   Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов — это цементация. Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

При горячей битумизации в трещины породы  или в гравийно-гравелистый грунт нагнетают через скважины горячий битум, который, застывая, придает грунтам водонепроницаемость. При холодной битумизации, в отличие от горячей, нагнетают 35—45-процентную тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ используется для очень тонких трещин в скальных грунтах, а также  для уплотнения песчаных грунтов.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Силикацией закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Через систему перфорированных трубок-инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придает грунту значительную прочность и водонепроницаемость.

Термическое закрепление грунтов

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива. Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 1 МПа.

Искусственное замораживание грунтов является универсальным и надежным методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Сущность данного метода заключается в том, что через систему замораживающих скважин, расположенных по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с низкой температурой, который, отнимая от окружающего грунта тепло, превращает его в ледогрунтовый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью.

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом. В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25° С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения минус 196° С.

Электрический способ закрепления грунтов

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1 В/см и плотностью 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током через трубу, являющуюся катодом, в грунт вводят растворы химических добавок (хлористый кальций и др. ). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют. Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Химическое закрепление грунта: предназначение и особенности

Закрепляемые грунты должны подходить по некоторым критериям, самым важным из которых является проницаемость. Дело в том, что малопроницаемые грунты (например, глинистые) не поддаются химическому закреплению, потому что нет возможности внедрения в них вяжущих материалов. Способы химического закрепления должны подбираться согласно результатам анализа грунта в определённой местности.

Что вы узнаете

В 1931 году, когда только начали появляться первые способы химического закрепления, все разработки были основаны на применении силиката натрия, который является неорганическим полимером. Данный метод не имел перспектив, поэтому специалисты стали проводить исследования с целью внедрения гелеобразующих растворов в данную сферу. А с развитием технологий появлялись всё новые и новые способы.

Химическое закрепление грунтов

Методы химического закрепления грунтов

В настоящее время существует очень много методов, позволяющих грамотно провести химическое закрепление грунта. Давайте выделим наиболее эффективные из них.

Способ 1. Битумизация

Метод горячей битумизации используют, когда необходимо произвести закрепление полускальных или даже скальных пород, он применяется не так часто, но упомянуть его стоит. Этот способ основан на нагнетании расплавленного битума через специальные скважины, проделанные заранее. Когда он полностью остывает порода приобретает такое важное качество, как водонепроницаемость. К сожалению, остывает битум относительно медленно, так как он обладает очень низким показателем теплопроводности.

Недостатком метода является то, что до застывания процесс может сорваться из-за грунтовых вод, которые способны вытолкнуть битум, не достигший низкой температуры и высокого уровня прочности.

Существует также и метод, основанный на холодной битумизации, он отличается тем, что используется для химического закрепления песчаного грунта. Также холодная битумизация предполагает введение эмульсии вместо расплавленного битума. Этот способ применяется, когда необходимо придать грунту хорошую водонепроницаемость. Эмульсии должны быть однородные! Только так можно достигнуть хорошего результата.

Способ 2. Цементация

Под понятием цементации грунтов нужно понимать заполнение всех пустот и прочих пор, образующихся в крупнообломочных грунтах. Со временем должен образоваться цементный камень. Очень внимательно отнеситесь к выбору раствора, для этого подойдут следующие смеси:

1. Цементные.
2. Цементно-глинистые.
3. Цементно-песчаные.

Важно! Выбирайте раствор не только по составу, но и по водоцементному содержанию, которое имеет маркировку «В/Ц». Данный показатель может варьироваться от 0,4 до 1.

Обращайте внимание и на эти показатели при покупке, ни один из них не должен отклоняться от нормы:

• Водоотделение за 2 часа – до 2%.
• Подвижность по конусу (АзНИИ) – от 10 до 14 см.
• Прочность после затвердевания (через 4 недели) при сжатии – 1-2 Мпа.

К сожалению, фильтрация полностью не прекращается, потому что частицы цемента, которые используются для химического закрепления относительно велики (50 мкм) для борьбы с микротрещинами!

Способ 3. Смолизация

Для закрепления грунтов можно использовать и смолы, температура которых во время полимеризации не должна превышать 10 градусов. Вот самые распространённые смолы, которые применяются для этого:

1. Фенольные. Они образуются из-за поликонденсации фенолов.
2. Мочевино-формальдегидные. Их также называют карбамидными, а образуются они вследствие поликонденсации формальдегида и мочевины.
3. Фурановые. Такие смолы образуются во время конденсации фурилового спирта.
4. Акриловые, являющиеся производными акриловой кислоты.

Специалисты рекомендуют использовать для химического закрепления грунтов именно мочевино-формальдегидные смолы, потому что они легко растворяются в обыкновенной воде, содержат уникальные отвердители, имеют небольшую вязкость, твердеют даже при низких температурах. Цена на такие смолы вполне приемлемая, что и делает их популярными.
Суть данного способа заключается в нагнетании специальных смол в грунт, они должны быть смешаны со специальным отвердителем (чаще всего применяется соляная кислота). Таким образом, достигается водонепроницаемость и прочность.

Инъектор, погружённый в грунт

Способ 4. Силикатизация

Метод, носящий название силикатизации, принято разделять на два варианта применения:

1. Двухрастворный. Такой способ силикатизации был придуман ещё в 1931 году, когда только появилось такое понятие, как химическое закрепление грунтов. Он заключается в введении специальной трубы в песчаный грунт. Через эту трубу происходит нагнетание силиката натрия (химическая формула – Na2OnSiO2) и специального раствора, основанного на хлористом калии (химическая формула – CaCl2). Данные компоненты образуют вещество, необходимое для закрепления грунта – гидрогель кремниевой кислоты. Таким образом, грунт обретает достаточно большую прочность. Единственный недостаток такого способа – это высокая стоимость.
2. Однорастворный. Такой способ подойдёт для закрепления песков, коэффициент фильтрации которых – 0,0006-0,006 см/сек. В грунт нагнетают фосфорную кислоту, смешанную со стеклом (в жидком состоянии). Прочность такого грунта, к сожалению, будет не такой прочной и водостойкой, как при двухрастворном методе. Но для устройства противофильтрационных завес он подойдёт хорошо.

Силикатизацию использовать не стоит, если грунт, который необходимо закрепить, пропитан различными маслами, смолами или даже нефтяными продуктами. А также важным критерием является скорость движения грунтовых вод, она не должна превышать 0,006 см/сек, иначе данный способ будет неэффективен!

Способ 5. Электрохимическое закрепление

Данный метод принято разделять на три части:

1. Электроосмос (для уплотнения и обезвоживания грунта).
2. Обмен натрия и кальция на алюминий и водород (специальные химические процессы для закрепления грунта).
3. Образование алюмогеля (структурообразование).

Электрохимический способ закрепления грунтов подразумевает комбинированное применение электрического тока и химических веществ. Он подойдёт только для грунтов, обладающих низкой проницаемостью! Все вещества должны вводиться только под действием электрического тока. Таким образом, происходит химическая реакция, делающая грунт более прочным!

Какое оборудование требуется для химического закрепления грунтов?

К проведению работ необходимо основательно подготовиться, вам потребуется следующее оборудование:

1. Инъекторы.
2. Установки, которые предназначены для бурения.
3. Пневматические молотки (предназначение – забивка инъекторов).
4. Насос для нагнетания химического раствора.
5. Компрессор (минимальное давление – 5 атмосфер).
6. Гидравлические домкраты для подъёма инъекторов (минимальная грузоподъёмность – 7-10 тонн).

Особого внимания заслуживают инъекторы, которые предназначаются для доставки химических веществ на определённую глубину, они забиваются в землю при помощи пневматических молотков. Выбирайте инъекторы, опираясь на необходимую глубину погружения, потому что данное оборудование отличается длинной и прочностью. От этого зависит и масса инъекторов, зная которую можно выбрать гидравлический домкрат, предназначенный для подъёма всего оборудования на поверхность после завершения работ. Если инъектор имеет массу 5 тонн, то грузоподъёмность домкрата должна составлять не менее 7-8 тонн!

Обратите внимание! В списке указано только универсальное оборудование, заранее узнавайте о необходимости приобретения дополнительного для какого-либо конкретного способа!

Схемы погружения инъекторов

Подведём итоги

Химическое закрепление грунтов – это сложный процесс, к которому необходимо отнеситесь максимально серьёзно. Выберите способ, который подойдёт для вашей почвы и найдите необходимое оборудование!

VIII. Химическое закрепление грунтов

Глава VIII. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ

§ VIII.1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

VIII.

1.1. Общие положения

Закрепление грунтов — это искусственное преобразование строительных свойств грунтов, используемых в строительстве, различными физико-химическими способами в условиях их естественного залегания.

Искусственное преобразование грунтов предполагает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение водопроницаемости, сжимаемости, а также ослабление чувствительности природной прочности грунтов к изменению внешней среды, особенно влажности.

Рациональное применение физико-химических способов закрепления грунтов на современном уровне их развития решает следующие вопросы строительной практики:

• – усиление фундаментов под существующими сооружениями;
• – строительство промышленных и гражданских сооружений на просадочных грунтах;
• – вскрытие насухо котлованов в водонасыщенных грунтах;
• – проходка подземных выработок;
• – создание противофильтрационных завес в аллювиальных грунтах в связи со строительством на них высотных земляных и каменнонабросных плотин;
• – защита бетонных сооружений (фундаментов) от вредного влияния агрессивных грунтовых вод нагнетанием (инъекции) в грунты затвердевающих химических реагентов, а также введением специальных противокоррозионных добавок в грунты обратной засыпки;
• – увеличение несущей способности свай и опор большого диаметра последующим закреплением грунта ниже их конца [19, 45].

В зависимости от требований, предъявляемых к закрепленному грунту, можно выделить две категории способов:

• – быстро и прочно закрепляющие грунты. К ним относятся двухрастворная силикатизация, однорастворная силикатизация с применением кремнефтористоводородной кислоты, однорастворная силикатизация лессов, смолизация и инъекция цементно-глинистых растворов;
• – придающие грунтам водонепроницаемость и малую прочность. К ним относятся случаи использования глино-силикатных, глиноалюмосиликатных и силикатных тампонажных растворов [30].

Закрепление осуществляется нагнетанием в грунт под давлением через скважины-инъекторы маловязких химических растворов, а также воздействием на грунт электрического тока, нагреванием и охлаждением. Химические растворы с течением времени затвердевают, превращая водонепроницаемый грунт в камень.

Основным критерием, необходимым при выборе способа закрепления грунтов, является их проницаемость, характеризующаяся коэффициентом фильтрации. Чем меньше коэффициент фильтрации грунта, т.е. чем меньше его проницаемость, тем труднее осуществлять инъекцию химических растворов. Поэтому инъекции легко поддаются трещиноватые, кавернозные несвязные грунты с достаточно высоким коэффициентом фильтрации и практически исключаются глины и илы, проницаемость которых ничтожно мала.

Для того чтобы инъекция стала возможной, необходимо соблюдать строгое соотношение между размерами частиц раствора и инъектируемой среды. Это соотношение соответствует полному пропитыванию среды и основывается не только на проницаемости первой, но и на вязкости применяемых химических растворов: чем меньше вязкость, тем выше их проникание. При глубинном закреплении не нарушается естественное сложение грунтов. Для глубинного воздействия на грунты используются указанные выше способы.

Химическое закрепление долговечно и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами (замораживанием, кессонным и др.). Основные преимущества:

• – простота производства работ;
• – портативность применяемого оборудования;
• – короткие сроки выполнения работ;
• – возможность закрепления грунта на любой глубине без проведения каких-либо специальных выработок и земляных работ;
• – вероятность проведения подземных работ без прекращения эксплуатации здания или сооружения.

Рис. VIII-1. Классификация физико-химических способов закрепления грунтов проф. Б. А. Ржаницына

Выше приведена классификация способов закрепления грунтов, предложенная д.т.н., проф. Б. А, Ржаницыным, проиллюстрированная рис. VIII-1. В этой классификации указаны химические реагенты, используемые в различных рецептурах, границы применения этих рецептур, характер геля и закрепления.

По горизонтали в таблице приведены наименования грунтов и величина их коэффициента фильтрации. При этом наиболее крупнозернистые, более проницаемые грунты расположены в левой части таблицы с постепенным уменьшением их водопроницаемости по направлению к глинам, помещенным в правой части таблицы. Исходные материалы для закрепления грунтов представлены цементом, силикатом и смолами. Введение химических растворов в глинистые грунты осуществляется под действием постоянного электрического тока.

Для хорошо проницаемых грунтов разработана рецептура цементно-глинистых растворов. Поскольку современный помол цемента не позволяет цементным частицам проникать в поры песков, то закрепляются эти грунты раствором, состоящим из силиката и глины. При этом в зависимости от качества используемой глины границы применимости характеризуются грунтами с коэффициентом фильтрации 50—100 м/сут для местных глин в 20—50 м/сут для бентонитовых глин.

Для прочного закрепления песчаных грунтов разработан способ, основанный на поочередном нагнетании двух растворов: силиката натрия и хлористого кальция. В результате химической реакции между этими двумя растворами в порах песчаного грунта выделяется гель кремневой кислоты, грунт быстро закрепляется, становится водонепроницаемым с прочностью закрепления 1,5—5 МПа, а само закрепление долговечно.

Для мелкозернистых песчаных грунтов, имеющих коэффициент фильтрации 0,5—5 м/сут, разработан способ однорастворной силикатизации с помощью фосфорной кислоты, серной кислоты и сернокислого алюминия, алюмината натрия, кремнефтористоводородной кислоты. При этом способ однорастворной силикатизации с помощью кремнефтористоводородной кислоты более эффективен и дает значительную прочность закрепления порядка 2—4 МПа.

Закрепление мелкозернистых песчаных грунтов карбамидной смолой (КМ с отвердителем в виде 3%-ной или 5%-ной HCl) обеспечивает этим грунтам достаточно высокую прочность закрепления порядка 5 МПа, Способ смолизации, основанный на использовании карбамидной смолы и соляной кислоты в качестве отвердителя, успешно применяется в строительстве и в связи с развитием химии и удешевлением исходных для закрепления химических продуктов находит все более широкую сферу применения.

Способ смолизации карбонатных песков заключается в использовании для предварительной обработки этих грунтов, а также для гелеобразования растворов, кислот, образующих на поверхности карбонатов защитные пленки, препятствующие нейтрализации отвердителей из карбамидных золей. В качестве таковых используются растворы щавелевой и кремнефтористоводородной кислот.

Просадочные лессовые грунты закрепляются с помощью однорастворной силикатизации, в рецептуру которой входит раствор силиката натрия с плотностью 1,13 г/см³. Прочность закрепления 1,6—2 МПа.

Закрепление глинистых грунтов основано на явлении электроосмоса. При вводе в грунт химических растворов глинистому грунту сообщается водоустойчивость и ликвидируется пучинистость. Этот способ применяется для придания устойчивости откосам железнодорожных выемок в глинистых грунтах.

Прочно вошли в практику гидротехнического строительства тампонажные глинистосиликатные, силикатные и алюмосиликатные растворы.

В приводимую классификацию вошли два новых способа — аммонизация и газовая силикатизация, разработанные в 1968 г. Аммонизация предназначена для закрепления просадочных лессовых грунтов в целях придания им свойств непросадочности при обильном замачивании их в основании зданий. В основу метода положено свойство газообразного аммиака, вводимого в грунт под небольшим давлением через инъекторы, взаимодействовать с его поглощающим комплексом, в результате чего образуется высокодисперсный Са (ОН)₂, который в свою очередь, реагируя с кремнеземом и коллоидной кремневой кислотой грунта, образует известковистокремнеземистое вяжущее, стабилизирующее грунт [23, 43].

Газовая силикатизация применима для песчаных и лессовых грунтов. Она осуществляется по двум схемам: без предварительной обработки грунта углекислым газом — грунт + раствор силиката натрия +СО₂ и с предварительной обработкой — СO₂ + грунт + раствор силиката натрия + СО₂. В результате взаимодействия углекислого газа с раствором силиката натрия последний отверждается (выпадает гель SiO₂), что и сообщает грунту прочность и водоустойчивость. Предварительная активизация грунтов углекислым газом повышает прочность закрепления на 25—30% в инертных песках и на 50% в карбонатных песках и лессах [23, 43, 45].

Материалы совещания по закреплению грунтов

Материалы к VI Всесоюзному совещанию по закреплению и уплотнению грунтов

Рекомендации по лабораторному определению физических и механических свойств глинистых грунтов при производстве инженерных изысканий

Соколович В.Е. Новое в химии закрепления грунтов

СНиП 3. 02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

Физико-химическое закрепление грунтов — НПКБ «СТРОЙПРОЕКТ»

Основными способами физико-химического закрепления грунтов оснований являются силикатизация, смолизация, цементация, глинизация и битумизация и пр.

Силикатизация

Силикатизация и смолизация применяются для повышения несущей способности оснований сложенных песчаными и лессовыми грунтами.

Суть метода заключается в нагнетании растворов или смесей в грунт через систему скважин или инъекторов.

Существуют основные способы силикатизации грунтовых массивов:

• Двухрастворная силикатизация на основе силиката натрия и хлористого кальция;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и кремнефтористоводородной кислоты;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия;
• Газовая силикатизация на основе силиката натрия и углекислого газа;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и формамида с добавкой кремнефтористоводородной кислоты;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и алюмината натрия;
• Однорастворная смолизация на основе карбомидных смол и соляной или щавелевой кислоты.

Цементация

Цементация как способ закрепления грунта является наиболее популярным в современной строительной практике, в первую очередь из за широкой распространенности слагающих материалов. Для цементации используют цемент, воду и различные добавки (пески, супеси, глины, искусственные химические вещества и пр.).

Цементация грунта применяется для усиления песчаных, гравелистых и скальных пород, насыпных грунтов и заполнения карстовых пустот.

Для выполнения цементации грунтов используют забивные инъекторы или инъекторы-тампоны которые опускают в пробуренные скважины.

Расход цементирующего раствора, количество и радиус цементации устанавливают посредством проведения опытных работ.

Смолизация

При смолизации используются высокомолекулярные органические смолы (карбамидные, фенолформальдегидные и др.), совместно с отвердителями — кислотами, кислыми солями.

Через некоторое время после нагнетания в грунтовый массив, смола полимеризуется тем самым увеличивая прочность слагающих грунтов. По некоторым данным прочность на одноосное сжатие закрепленного карбамидной смолой песка составляет от 1 до 5 МПа, в зависимости от концентрации смолы в растворе.

Радиус закрепления скважины песчаного грунта составляет порядка 0.3-1.0м.

Глинизация и битумизация

Эти способы применяют для снижения коэффициента фильтрации грунтов — уменьшения водопроницаемости. Для этого через инъекторы нагнетают бентонитовые растовры с содержанием монтмориллонита. Выпадая в осадок глинистые частицы заполняют поры грунта, что приводит к значительному снижению водопроницаемости, вплоть до полной водонепроницаемости.

Электрохимическое закрепление грунтов

Для электрохимического закрепления грунтов в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов. Подача происходит через аноды. Растворы солей, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы, таким образом, создаются глинистые агрегаты, прочность которых существенно выше по сравнению с грунтами природного сложения.

Термическое закрепление грунтов

При термическом закреплении грунтов через систему скважин, в течении нескольких суток, в грунте пропускают раскаленные газы. Таким образом, от повышенных температур происходит оплавление отдельных минералов в структуре грунта, что приводит к образованию водостойких прочных структурных связей грунта. В результате термической обработки получается упрочненный массив грунта вокруг скважины — термосвая, прочностью до 10 МПа.

Закрепление грунтов оснований, методы устранения деффектов от БурИнжСтрой, Москва

Год	Наименование объекта	Адрес	Вид работ	Фото Объекта
2014	Комплекс работ по усилению грунтов основания жилого дома №14, методом цементации для увеличения прочности прослойки грунта	М.о., Красногорский район, с.п. Отрадное, д. Марьино	Цементация грунтов основания
2015	Закрепление грунтов основания	г. Москва ул. Кировоградская 21 к.1	Закрепление грунтов основания
2016	Усиление фундаментов здания, цементация грунтов, Московского станкостроительного завода имени Серго Орджоникидзе	г.Москва ул. Орджоникидзе д.13	Цементация грунтов основания
2017	Частное строение	М.о. Одинцовского района, д. Шульгино	Укрепление грунтов
2018	Усиление существующего здания	г. Москва, Будайский проезд, д.5 стр.1 пр., вл.5, стр.1	Закрепление грунтов основания, цементация контактной зоны «фундамент-грунт»
2019	Строительство второго корпуса детского дома «Пансион «Наш дом»	г. Москва, СВАО, Ростокино, Будайский пр-д, вл. 5, стр. 1	Цементация фундаментов и закрепление грунтов
2020	Комплексная реконструкция с реставрацией с приспособлением для современного использования зданий и сооружений Усадьбы А. К.Разумовского	г. Москва, ул. Казакова, 18	Цементация фундаментов и закрепление грунтов, а также устройство буронабивных свай Ø 250
2021	Ремонтно-реставрационные работы по фундаменту	Московская обл., Красногорский район, пос. Архангельское	Укрепление грунтов основания, цементация фундаментов

Химзакрепление

 

ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ

 

Наиболее распространенными способами химического закрепления оснований являются: силикатизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, смолизация.

Силикатизация является одним из наиболее эффективных способов химического закрепления грунтов. Она позволяет в короткие сроки, надежно и с меньшими трудовыми затратами приостановить развитие недопустимых осадок основания.

Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло, т. е. коллоидный раствор силиката натрия (Na20„Si02+mh30). Жидкое стекло характеризуется следующими данными: плотность 1,33—1,35 г/см3, вязкость при 20°С 40—50 мПа-с, с водой смешивается быстро и в любых соотношениях. В результате разбавления вязкость жидкого стекла сильно снижается, а проницаемость — возрастает.

В зависимости от физико-механического состояния грунтов применяется одно-и двухрастворная силикатизация грунтов.

Однорастворный способ сисикатизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,5—5 м/сут. Заключается способ в том, что в грунт через инъекторы вводят силиказоль в виде слабовязкой жидкости (2—4 МПа»с) и с замедленным временем гелеобразо-вания. Вода, заполняющая поры грунта, вытесняется и замещается золем, который по истечении определенного времени превращается в гель. Гель закупоривает поры грунта, в результате чего грунт становится водонепроницаемым и приобретает механическую прочность 0,2—1 МПа и более.

Однорастворная силикатизация основана на введении в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов. Получили распространение силикатно-фосфорно-кислые, силикатно-алюмосер-но-кислые, силикатно-фтористосерно-кислые и другие рецептуры.

Особое место занимает силикат-но-кремнефтористо-водородная. Компонентами закрепляющего раствора являются силикат натрия и кремне-фтористо-водородная кислота повышенной концентрации. Применение этой рецептуры позволяет получить прочность грунта 2—4 МПа. Этот состав может быть применен для закрепления малопроницаемых мелких песков.

Однорастворный способ силикатизации применяется для закрепления лессовых просадочных грунтов.

Физико-химический процесс силикатизации лессовых грунтов основан на хорошем проникании силикатного раствора в грунт и взаимодействии щелочного раствора силиката натрия с лессом, в результате чего происходит мгновенная обменная реакция между катионами натрия и катионами кальция коллоидного поглощающего комплекса лессового грунта.

Двухрастворный способ ссликатизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 5—80 м/сут и заключается в поочередном нагнетании в грунт двух растворов: силиката натрия (крепитель) с плотностью 1,35—1,44 г/см3 и хлористого кальция (отвердитель) с плотностью 1,26—1,28 г/см3.

В результате химической реакции между этими растворами образуется гель кремниевой кислоты, придающий грунту в короткие сроки высокую прочность (до 2—6 МПа) и водонепроницаемость.

Электросиликатизация грунтов основана на введении в грунт под напором раствора жидкого стекла с одновременным воздействием электрического тока. Электросиликатизация предназначена для закрепления переувлажненных мелкозернистых песков и супесей с коэффициентом фильтрации 0,005—0,2 м/сут. Она основана на сочетании двух методов воздействия на грунт — силикатизации и электрической обработки.

Для электросиликатизации грунтов в грунт забивают электроды-инъекторы. Крайние инъекторы являются катодами, центральный инъектор — нейтральный, остальные два служат анодами. Раствор нагнетается во все инъекторы, кроме крайних, что увеличивает нагнетание раствора в грунт в 4—25 раз. При этом прочность грунта возрастает до 0,5—1,5 МПа.

Электросиликатизацию ожно широко применять для закрепления слабых грунтов.

Газовая силикатизация основана на применении в качестве отвердителя силиката натрия углекислого газа. Существует два варианта этого способа — без предварительного и с предварительной обработкой песчаного грунта углекислым газом. По первому варианту закрепление грунтов ведется по схеме: грунт-(-раствор силиката натрия + С02; по второму: СО2 + + грунт -4- раствор силиката натрия+ + СО2. Последний вариант более эффективен, так как дает довольно высокую прочность (до 2 МПа) и в 150—500 раз снижает водопроницаемость грунта.

Газовая силикатизация позволяет закреплять песчаные грунты с различной степенью влажности, имеющих коэффициент фильтрации 0,1—0,2 м/сут, а также лессовые грунты.

Газовая силикатизация выполняется по следующей технологии. В грунт через забитые инъекторы или специально оборудованные скважины подается раствор силиката натрия, затем туда же нагнетается под небольшим давлением (0,05—0,2 МПа) углекислый газ в количестве 2—3 кг/м3. С помощью углекислого газа осуществляется перемещение неотвержденной части силикатного раствора в незакрепленный грунт, в результате чего при обычных расходах силикатного раствора объем закрепленного грунта увеличивается в 2 раза.

Смолизация грунтов представляет собой закрепление песчаных и лессовых грунтов синтетическими смолами.

Закрепление песчаных грунтов карбамидной смолой разработано проф. Б. А. Ржаницыным. Сущность способа состоит в том, что водный раствор смолы 22—25%-й концентрации с добавкой в него 3—5%-ного раствора соляной кислоты нагнетают под давлением 0,3—0,5 МПа в грунт, который закрепляется в результате образования геля.

Смолизация грунтов применяется для закрепления сухих и водона-сыщенных песков с коэффициентом фильтрации 0,5—50 м/сут. При наличии в песках глинистых частиц (1 — 3%) и карбонатов (1—3%) песок предварительно обрабатывают 3%-м раствором соляной кислоты. Преимущество этого способа состоит в том, что его применение обеспечивает высокую (до 3,5 МПа) прочность закрепленного  песка  на  осевое  сжатие.

Смолизация применяется для закрепления лессовых грунтов с коэффициентом   фильтрации   0,1—2   м/сут.

Карбамидные смолы обладают хорошими свойствами смешиваться с водой в любых соотношениях, давая при этом растворы малой вязкости. Закрепляющий раствор состоит из двух компонентов — разбавленной карба-мидной смолы КМ или МФ и соляной кислоты. Время гелеобразования легко регулируется количеством вводимого отвердителя.

Для закрепления грунтов применяют метод инъекции. Инъекция раствора осуществляется под давлением через трубы-инъекторы, погруженные в грунт. Раствор, нагнетаемый в однородный грунт через одиночное отверстие в трубе, распространяется равномерно по всем направлениям, и конфигурация закрепленного грунта в этом случае будет близка к форме шара.

При нагнетании химического раствора через инъектор с отверстиями, расположенными по всей его длине (0,8—1 м), объем закрепленного грунта практически принимает форму цилиндра.

Радиус закрепления при силикатизации и смолизации грунта назначается в зависимости от вида и водонепроницаемости грунтов.

Длину действующей (перфорированной части инъектора) или инъекционной скважины  принимают для грунтов однородного сложения равной 1 м, для грунтов неоднородного сложения — 0,5 м. При закреплении однородных просадочных суглинков через инъекционные скважины величина / может быть увеличена до 3 м.

Режим нагнетания закрепляющих реагентов (удельные расходы, давления, последовательность нагнетания в плане и по глубине) назначают в зависимости от водопроницаемости грунтов, инженерно-геологических условий участка и характера решаемой задачи.

От режима нагнетания зависит выбор    необходимого    оборудования.

В основу расчета параметров инъекции при силикатизации и смолизации положен объем закрепленного грунтового массива от единичной инъекции в форме условного цилиндра радиусом г и высотой U, равновеликий объему действительного закрепленного массива в форме, близкой к эллипсоиду вращения (рис. 5.10,а). Радиус цилиндра условно называется радиусом закрепления, а его высота представляет собой величину перемещения действующей части инъектора вдоль оси от одной единичной инъекции. Расчет параметров позволяет получить сплошной закрепленный массив

Для сплошного закрепления массива грунта инъекторы располагают в шахматном порядке.

Инъекторы погружают в пробуренные скважины или в грунт, забивая их с поверхности или вдавливая. Для забивки применяют пневматические молотки СМ-506 и ПЛ-1.

Схемы зон закрепления в плане бывают: ленточные, сплошные, прерывистые, столбчатые, кольцевые, фигурные.

 

Для получения сплошного закрепления инъекторы располагают в шахматном порядке. При закреплении относительно однородных грунтов инъекцию химических растворов производят снизу вверх, извлекая инъектор через определенные интервалы расстояния по вертикали. Когда верхние слои грунта сильнопроницаемы, грунт закрепляют заходками сверху вниз. Для предотвращения выхода раствора на поверхность оставляют защитный слой грунта толщиной не менее 1,0 м.

Давление при нагнетании закрепляющих растворов в грунт должно быть меньше предельного, при котором могут возникать разрывы закрепляемого грунта и прорывы раствора за пределы закрепляемого контура.

В лессовых грунтах величина давления нагнетания жидкого стекла не должна превышать 0,5 МПа. Давление при нагнетании газа для активизации песка должно быть не выше 0,15—0,2 МПа, а при нагнетании газа для отверждения силикатного раствора — не более величины давления при нагнетании силикатного раствора.

Для нагнетания закрепленных растворов следует применять насосы, пневматические баки или установки на базе дозаторных агрегатов. Последние позволяют осуществлять непрерывное приготовление и нагнетание раствора с регулированием его плотности   и    расхода.    Закрепление может проводиться через буровые скважины, которые следует бурить на двойном расстоянии друг от друга, т. е. через одну. После завершения нагнетания по первой группе скважин производят бурение скважин второй очереди и нагнетание в них раствора.

Схемы производства работ выполняют с учетом конструктивных решений зданий и способов закрепления оснований. При сплошном закреплении грунтов в массивах силикатизацией или смолизацией растворы нагнетают в грунты в порядке последовательного расположения рядов инъекторов. В рядах нагнетание осуществляется через один инъектор в две очереди.

Для закрепления оснований может быть использован метод винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами. Закрепление массивов с применением этого метода ведут в определенной последовательности. Вначале в грунте спиралевидным снарядом проходят первичную скважину диаметром, меньшим заданного, а затем скважину заполняют закрепляющим материалом. После этого по оси первичной скважины снарядом большего диаметра проходят скважину проектного диаметра, вдавливая закрепляющий материал в грунт.    Под   напором   погружаемого снаряда закрепляющий материал проникает в грунт через стенки скважины и ее дно. При этом происходит частичное перемешивание закрепляющего материала с грунтом, что способствует образованию вокруг скважины оболочки повышенной прочности.

В качестве твердеющей смеси может быть использована любая композиция, отверждающаяся с грунтом, например химические реагенты, применяемые для химического закрепления грунтов (фенолформальдегидная, карбамидная и другие смолы, жидкое стекло), а также цементно-песчаные и цементные растворы.

Для предотвращения выдавливания закрепляющего материала из скважины на поверхность первичную скважину заполняют закрепляющим материалом на 1 —1,5 м ниже ее устья, а диаметр первичной скважины должен быть менее 0,8 диаметра проектной скважины. В зависимости от характера грунтовых напластований закрепление можно выполнять выборочно на отдельных участках, причем толщина закрепляемых слоев по длине скважины может быть различна.

После окончания упрочнения грунта скважины заполняют грунтом или другим   материалом   с   уплотнением.

Термическое закрепление грунтов основано на термической обработке грунтов газообразными продуктами горения жидкого или газообразного топлива, сжигаемого у устья скважины или непосредственно в толще грунта. Термическое закрепление грунтов применяют для ликвидации просадочных и пучинистых свойств оснований, укрепления откосов насыпей и выемок и устройства фундаментов из обожженного грунта. При этом применяют различные виды топлива: природный газ, соляровое масло или твердое топливо.

Основными составными частями нагревательной установки являются генератор сжатого воздуха и форсунка. В качестве генератора сжатого воздуха при больших объемах работ используют воздуходувки производительностью 26 м/мин, а при небольших объемах работ — компрессоры типа РК производительностью 9 м3/мин с рабочим давлением 0,15 МПа.

Форсунка (горелка) представляет собой трехполостный рабочий орган. В первой полости находится запорная игла, которая регулирует расход топлива, вторая полость служит для подачи воздуха, предназначенного для распыления топлива и отбрасывания факела; третья полость предназначена для охлаждения корпуса форсунки воздухом.

Обжиг скважин начинается с разогрева ее верхнего участка, что необходимо для создания фронта воспламенения топлива.

Проект производства работ по термическому укреплению оснований должен содержать следующие материалы: технологические карты и схемы, график производства работ, расчет технологических параметров обжига, проект временного газопровода и временной электросети, методику контроля качества термической обработки грунтов и мероприятия по технике безопасности.

У лессовых просадочных грунтов, подвергнутых термическому воздействию, полностью ликвидируются просадочные свойства и размокаемость, во много   раз   повышается  сцепление   и сопротивляемость сдвигу.

Химическое закрепление грунтов | Строительная компания Водстрой, Красноярск

Закрепление грунтов — это искусственное преобразование строительных свойств грунтов, используемых в строительстве, различными физико-химическими способами в условиях их естественного залегания.

На начальном этапе строительства при копке котлованов, траншей, колодцев, резервуаров, в связи с высокой степенью водонасыщенности и текучести грунтов возникает необходимость химического закрепления, что позволит в последующем беспрепятственно производить эти виды работ. Рациональное применение химических способов закрепления грунтов на современном уровне их развития решает следующие вопросы строительной практики: усиление фундаментов под существующими сооружениями; строительство промышленных и гражданских сооружений на просадочных грунтах; вскрытие насухо котлованов в водонасыщенных грунтах; проходка подземных выработок; создание противофильтрационных завес в аллювиальных грунтах в связи со строительством на них высотных земляных и каменнонабросных плотин; защита бетонных сооружений (фундаментов) от вредного влияния агрессивных грунтовых вод нагнетанием (инъекции) в грунты затвердевающих химических реагентов, а также введением специальных противокоррозионных добавок в грунты обратной засыпки; увеличение несущей способности свай и опор большого диаметра последующим закреплением грунта ниже их конца.

Компания АО «Водстрой» производит все работы в соответствии с Пособием по химическому закреплению грунтов инъкцией в промышленном и гражданском строительстве к СНиП 3.02.01-83, используя многолетний опыт работы на рынке и высокий уровень квалификации своих специалистов.

Навигация по разделу

Спецработы

16.10.2014

Буронабивные сваи диаметром 400 мм. склад завода Дымов

Окончено устройство БНС (буронабивных свай) под склад завода Дымов г. Красноярск

24.04.2014

СМИ о работе ОАО «Водстрой»

Газета «Ангарская правда» о Нашем предприятии

05.02.2014

Введён в эксплуатацию Объект Богучанской ГЭС

Строительная компания Водстрой завершила строительство одного из объектов Богучанской ГЭС

Химико-механическая консолидация глин: аналитические решения для линеаризованной одномерной задачи

Барбур, SL: 1987, Роль физико-химических эффектов на поведение глинистых почв, 40-я Канадская геотехническая конференция , Регина, стр. 323 –342.

Барбур, С. Л. и Фредлунд, Д. Г .: 1989, Механизмы осмотического потока и изменения объема в глинистых почвах, Кан. Геотех. J. 26 , 551–562.

Google ученый

Биот, М.A .: 1941, Общая теория трехмерной консолидации, J. Appl. Phys. 12 , 155–164.

Google ученый

Болт, Г. Х .: 1956, Физико-химический анализ сжимаемости чистых глин, Geotechnique 6 (2), 86–93.

Google ученый

Карнахан, К. Л. и Якобсен, Дж. С .: 1990, Связанные процессы переноса в полупроницаемых средах.Часть I: Теоретические основы, Отчет лаборатории Лоуренса Беркли, LBL-25618.

Крэнк, Дж .: 1956, Математика диффузии , Oxford University Press.

Айзенберг, С. Р. и Гродзинский, А. Дж .: 1987, Кинетика химически индуцированного неравновесного набухания суставного хряща и стромы роговицы, J. Biomech. Engng. 109 , 79–89.

Google ученый

Фернандес, Ф.и Куигли Р. М .: 1985, Гидравлическая проводимость природных глин, проницаемых простыми жидкими углеводородами, Can. Геотех. J. 22 , 205–214.

Google ученый

Фернандес Ф. и Куигли Р. М .: 1988, Контроль вязкости и диэлектрической постоянной гидравлической проводимости глинистых почв, проницаемых водорастворимыми органическими веществами, Can. Геотех. J. 25 , 582–589.

Google ученый

Фернандес, Ф.и Куигли, Р. М .: 1991, Контроль разрушительных эффектов взаимодействия глины и органической жидкости путем приложения эффективного напряжения, Can. Геотех. J. 28 , 388–398.

Google ученый

Гринберг, Дж. А., Митчелл, Дж. К. и Уизерспун, П. А .: 1973, Объединенные потоки соли и воды в бассейне подземных вод, J. Geophys. Res. 78 , 6341–6353.

Google ученый

Хассанизаде, С.М .: 1986, Вывод основных уравнений массопереноса в пористых средах. Часть I: законы макроскопического баланса, Adv. Водный ресурс. 9 , 196–206.

Google ученый

Hueckel, T .: 1992a, Эффективное напряжение и деформация в глинах, подвергающихся воздействию окружающей среды: Обсуждение, Can. Геотех. J. 29 (6), 1120–1125.

Google ученый

Hueckel, T.: 1992b, Взаимодействие воды и минералов в гигромеханике глин, подверженных воздействию окружающей среды: смешанный подход, Кан. Геотех. J. 29 , 1071–1086.

Google ученый

Hueckel, T . : 1995, Зависимость деформации и истории загрязнения в хемопластичности глин, подвергающихся воздействию окружающей среды, в: GN Pande and S. Pietruszczak (eds), Numerical Models in Geomechanics, NUMOG V , Balkema , Роттердам, стр.329–336.

Google ученый

Hueckel, T .: 1997, Хемопластичность глин, подверженных течению единственного загрязнителя и напряжения, Int. J. Numer. Анальный. Методы Геомех. 21 (1), 43–72.

Google ученый

Hueckel, T., Kaczmarek, M. и Caramuscio, P .: 1997, Теоретическая оценка изменений ткани и проницаемости в глинах, подверженных воздействию органических загрязнителей, Can.Геотех. J. 34 (4), 588–603.

Google ученый

Kaczmarek, M. и Hueckel, T .: 1998, Примечание об использовании пористости в моделях консолидации, J. Eng. Мех. 124 (1), 237–239.

Google ученый

Качальский А. и Карран П. Ф .: 1965, Неравновесная термодинамика в биологии , Издательство Гарвардского университета.

Ламбе, Т. У .: 1960, Механистическая картина прочности на сдвиг в глине, Conf. Прочность на сдвиг , Колорадо, стр. 503–532.

Мей, К. С .: 1995, Математический анализ в инженерии , Cambridge University Press.

Митчелл, Дж. К .: 1962, Компоненты поровой воды и их инженерное значение, 9th Nat. Конф. Глины и глинистые минералы , стр. 162–184.

Митчелл, Дж.К .: 1993, Основы поведения почвы , Вили, Нью-Йорк.

Google ученый

Митчелл, Дж. К., Гринберг, Дж. А. и Уизерспун, П. А .: 1973, Хемоосмотические эффекты в мелкозернистых почвах, ASCE J. Soil Mech. Нашел. Engng. 99 , 307–322.

Google ученый

Моргенштерн, Н. М. и Баласубрамониан, Б. И.: 1980, Влияние поровой жидкости на набухание глинисто-сланцевых пород, Proc.4-й Int. Конф. на обширных почвах , Денвер, Колорадо, стр. 190–205.

Майерс, Т. Г., Алдис, Г. К. и Наили, С .: 1995, Ионно-индуцированная деформация мягких тканей, Bull. Математика. Биология 57 , 77–98.

Google ученый

Шервуд, Дж. Д .: 1994, Модель затрудненного транспорта растворенных веществ в пороупругом сланце, Proc. R. Soc. Лондон A 445 , 679–692.

Google ученый

Шкипер, Н.Т., Рефсон, К. и МакКоннел, Дж. Д. С. 1991, Компьютерное моделирование межслоевой воды в глинах 2: 1, J. Chem. Phys. 94 , 7434–7445.

Google ученый

Шридхаран А. и Венкатаппа Рао Г .: 1973, Механизмы, контролирующие изменение объема насыщенных глин и роль концепции эффективного напряжения, Geotechnique 23 (3), 359–382.

Google ученый

Терзаги, К.: 1923, Die Berechnung der Durchlassingkeitsziffer des Tones aus dem Verlauf der hydrodynamischen Spannungserscheinungen, Акад. Wissen. Wien, Sitzungsberichte Math. Naturwiss. 132 , 125–138.

Google ученый

Терзаги, К .: 1943, Теоретическая механика грунтов , Чепмен и Холл.

Торр, Х.Л .: 1964, Решение линеаризованных уравнений многокомпонентного массопереноса, А.I.Ch.E. J. 10 , 448–466.

Google ученый

Йунг, А. Т., Митчелл, Дж. К .: 1993, Связанные жидкие, электрические и химические потоки в почвах, Geotechnique 43 , 121–134.

Google ученый

Янг А. и Лоу П. Ф .: 1965, Осмос в глинистых породах, Бюлл. Являюсь. Доц. Бензин. Геол. 49 , 1004–1008.

Google ученый

Аналитические решения для линеаризованной одномерной задачи

74 МАРИУС КАЧМАРЕК И ТОМАС ХЮКЕЛЬ

Фернандес, Ф. и Куигли, РМ: 1991, Управление деструктивными эффектами взаимодействия глинисто-органической жидкости

посредством приложения эффективного напряжения , Жестяная банка. Геотех. J. 28, 388–398.

Гринберг, Дж. А., Митчелл, Дж. К. и Уизерспун, П. А .: 1973, Совместные потоки соли и воды в бассейне подземных вод

, Дж.Geophys. Res. 78, 6341–6353.

Хассанизаде, С. М .: 1986, Вывод основных уравнений массопереноса в пористых средах. Часть

I: законы макроскопического баланса, Adv. Водный ресурс. 9, 196–206.

Hueckel, T .: 1992a, Эффективное напряжение и деформация в глинах, подверженных воздействию окружающей среды:

Discussion, Can. Геотех. J. 29 (6), 1120–1125.

Hueckel, T .: 1992b, Взаимодействие воды и минералов в гигромеханике глин, подверженных воздействию окружающей среды.

Тальные нагрузки: смешанный подход, Can.Геотех. J. 29, 1071–1086.

Hueckel, T .: 1995, Зависимость деформации и истории загрязнения в хемопластичности глин суб-

, подверженных воздействию окружающей среды, в: GN Pande and S. Pietruszczak (ред.), Численные модели в

Geomechanics, NUMOG V , Balkema, Роттердам, стр. 329–336.

Hueckel, T .: 1997, Хемопластичность глин, подверженных потоку единственного загрязнения и напряжения,

Int. J. Numer. Анальный. Методы Геомех. 21 (1), 43–72.

Хюкель, Т., Kaczmarek, M. и Caramuscio, P .: 1997, Теоретическая оценка ткани и

изменений проницаемости в глинах, подверженных воздействию органических загрязнителей, Can. Геотех. J. 34 (4),

588–603.

Kaczmarek, M. и Hueckel, T .: 1998, Примечание об использовании пористости в моделях консолидации, J.

Eng. Мех. 124 (1), 237–239.

Качальский А. и Курран П. Ф .: 1965, Неравновесная термодинамика в биологии, Гарвард,

University Press.

Ламбе, Т.W .: 1960, Механистическая картина прочности на сдвиг в глине, Conf. Прочность на сдвиг почвы,

Колорадо, стр. 503–532.

Мэй, К. С .: 1995, Математический анализ в инженерии, Cambridge University Press.

Митчелл, Дж. К .: 1962, Компоненты поровой воды и их инженерное значение, 9th Nat. Конф.

Глины и глинистые минералы, стр. 162–184.

Митчелл, Дж. К .: 1993, Основы поведения почвы, Вили, Нью-Йорк.

Митчелл, Дж. К., Гринберг, Дж.A. и Witherspoon, P.A .: 1973, Хемоосмотические эффекты в мелкозернистых почвах

, ASCE J. Soil Mech. Нашел. Engng. 99, 307–322.

Моргенштерн, Н.М. и Баласубрамониан, Б. И .: 1980, Эффекты порового флюидонного набухания глинистых сланцев,

Proc. 4-й Int. Конф. на обширных почвах, Денвер, Колорадо, стр. 190–205.

Майерс, Т. Г., Алдис, Г. К. и Наили, С .: 1995, Ионно-индуцированная деформация мягких тканей, Бюлл. Математика.

Биология 57, 77–98.

Шервуд, Дж. Д.: 1994, Модель затрудненного транспорта растворенных веществ в пороупругом сланце, Proc. R. Soc.

Лондон A 445, 679–692.

Скиппер, Н. Т., Рефсон, К. и МакКоннел, Дж. Д. С. 1991, Компьютерное моделирование межслоевой воды

в глинах 2: 1, J. Chem. Phys. 94, 7434–7445.

Шридхаран, А. и Венкатаппа Рао, Г .: 1973, Механизмы, контролирующие изменение объема насыщенных глин

и роль концепции эффективного напряжения, Geotechnique 23 (3), 359–382.

Терзаги, К.: 1923, Die Berechnung der Durchlassingkeitsziffer des Tones aus dem Verlauf

der hydrodynamischen Spannungserscheinungen, Акад. Wissen. Wien, Sitzungsberichte Math.

Naturwiss. 132, 125–138.

Терзаги, К .: 1943, Теоретическая механика грунтов, Чепмен и Холл.

Торр, Х. Л .: 1964, Решение линеаризованных уравнений многокомпонентного массопереноса, А. И.Ч.Е.

J. 10, 448–466.

Йунг, А. Т., Митчелл, Дж. К .: 1993, Связанные жидкие, электрические и химические потоки в почвах,

Geotechnique 43, 121–134.

Янг А. и Лоу П. Ф .: 1965, Осмос в глинистых породах, Бюлл. Являюсь. Доц. Бензин. Геол. 49,

1004–1008.

(PDF) Свойства уплотнения уплотненного мягкого грунта, стабилизированного дымовой смесью извести и кремнезема

Международный журнал научных и инженерных исследований Том 5, выпуск 7, июль-2014

ISSN 2229-5518

IJSER © 2014

http : //www.ijser.org

Увеличение индекса сжатия при 6-5% L-SF связано с

уменьшением содержания кремния в пуццолановой реакции L-SF.

3. Оптимальный процент извести и микрокремнезема в качестве стабилизатора к мягкому глинистому грунту для сжатия и сжимаемости

составляет 4-5%.

4. Коэффициент объемной сжимаемости (mv) уменьшается

с увеличением содержания стабилизатора и оптимальным значением per-

для извести 10% и 5% для микрокремнезема и (4% -5%) для

извести-кремнезема. смесь дыма.

5. Коэффициент уплотнения (Cv) также уменьшается с увеличением процента содержания стабилизатора на

.

ССЫЛКИ

[1] Абд Эль-Азиз, Массачусетс, Або-Хашема, Массачусетс, и Эль-Шур-

Баги, М. (2004), «Влияние известково-кремнеземного стабилизатора дыма

на инженерные свойства. глинистого земляного полотна », конференция инженеров

, инженерный факультет, университет Мансуры

, версия

, доклад № 96, Шарм, апрель 2004 г., стр. 1-18.

[2] Комитет ACI 226 (1987), Кремнезем в бетоне: предварительный отчет

. Журнал материалов ACI, март-апрель, стр.

66-158.

[3] Акавви, Э., Аль-Харабшех, А., (2000), «Влияние стабилизации извести —

на геотехнические свойства расширяющихся грунтов

в Аммане, Иордания», Электронный журнал геотехнических исследований

Engineering, Vol. 5, www.ejge.com.

[4] Арман, А., Мунфах, Г.А., (1970), «Стабилизация Or-

ганических почв известью», Технические исследования, Бюллетень

№ 103, Отдел инженерных исследований, Государственный университет Луизианы

, Батон-Руж.

[5] ASTM D2166-00, «Стандартные методы испытаний для неограниченной прочности на сжатие

связного грунта», West Con-

shohocken, Pa.

[6] ASTM C 618-05: Спецификации для угольной летучей золы и необработанный

или кальцинированный природный пуццолан для использования в бетоне, ASTM.

[7] ASTM D698-00, «Стандартный метод испытаний для лаборатории

Характеристики уплотнения почвы с использованием стандартных усилий

(12 400 фут-Idf / фут3 (600 кНм / м3))», Вест Коншохокен,

Па, США Общество испытаний и материалов.

[8] Боулз Дж. Э. (1984). «Physical and Geotechnical Properties

of Soils», книжная компания McGraw-Hill, Нью-Йорк.

[9] Чоу, Л. (1987), «Реакции стабилизации извести, свойства,

Дизайн и строительство», Отчет о состоянии дел 5,

Транспортный исследовательский совет, Вашингтон, округ Колумбия.

[10] Крейг, Р. Ф., (2004), «Craig’s Soil Mechanics», седьмое издание

, Spoon Press.

[11] Кроуфорд, К. Б. (1986), «Современное состояние: оценка и

интерпретация тестов на уплотнение почвы», Консолидация

почв: тестирование и оценка, ASTM STP 892.Р. Н.

Йонг и Ф. К. Таунсенд, редакторы, Американское общество испытаний и материалов

, Филадельфия, стр. 71-103.

[12] Даллас, Н.Л., (1999), «Оценка структурных свойств

грунтов и заполнителей, стабилизированных известью», Том 1:

Сводка результатов. Веб-адрес:

www.lime.org/SOIL. PDF.

[13] Дас, Б.М. (1999), «Принципы Foundation Engineer —

ing», четвертое издание, Cole Company, Калифорния, США.

[14] Дас, Б. М. (2002), «Принципы инженеров-геологов —

ing», 5-е издание, Wadsworth Group, Калифорния, США.

[15] Идес, Дж. Л., Грим, Р. Э. (1960), «Реакция гидратированной извести

с чистыми глинистыми минералами при стабилизации почвы», Bulle-

tin 262, Совет по исследованиям шоссе, Вашингтон, округ Колумбия.

[16] Гейман, К. М. (2005), «Стабилизация мягкой глины суб-

классов в Вирджинии: лабораторное исследование фазы I», M.Sc. the-

sis, Политехнический институт и университет штата Вирджиния,

Блэксбург, Вирджиния.

[17] Громко Г. Х. (1974), «Обзор обширных грунтов», журнал геотехнического инженерного отдела, журнал

, ASCE, GT6, стр.

667-687.

[18] Харрис, П., Скаллион Т., Себеста, С., (2004): «Гидратированная известь

Стабилизация сульфатсодержащих почв в Техасе», Отчет

№, FHWA / TX-04 / 0-4240-2, Техасский отдел

Транспорт, исследования и внедрение технологий

Офис.

[19] Харичане, К., Гричи, М., Кенай, С. (2011), «Влияние времени Cur-

ing на сопротивление сдвигу связных грунтов, стабилизированных

комбинацией извести и пуццоланы», International

Journal of Geotechncal Engineering, Vol. 9 (2), стр. 90-95.

[20] Руководство по проектированию автомобильных дорог (1990), «Поведение грунтов и горных пород

, проект

», глава 4, www. tfhrc.gov/structure/gtr/centry.

[21] Jumikis, A.R. (1984), «Механика грунта», Роберт Э. Кригер

Publishing Company, Флорида.

[22] Кар, Р.К., Прадхан, П.К. и Наик, A (2012) Consolidation

Характеристики армированного волокном связного грунта, EJGE,

Vol. 17, Бунд. Zpp 3861-3874.

[23] Кемпферт, Х.Г. и Гебреселассие, Б. (2006), «Раскопки

и фундаменты в мягких грунтах», Springer-Verlag Berlin

Heidelberg, Германия.

[24] Кумар, Н., Суэйн, С., Саху, У., (2012), «Стабилизация глинистой почвы

с летучей золой и известью: исследование на микроуровне —

tigation», Journal of Геотехническая и геологическая служба

gineering, Vol.24, № 2, DOI 10.1007 / s10706-012-9532-3.

[25] Лис, Г., Абделькадер, М. О., Хамдани, С. К., (1982), «So-

хлорид дия в качестве добавки для стабилизации известковых почв»,

Highway Engineer, Vol. 29, No. 12, pp. 2-8.

[26] Литтл, Д.Н. (1995), «Справочник по стабилизации основания дорожного покрытия —

и базовых слоев с известью», Кен —

далл / Хант, Айова.

[27] Рахаман М.А. (1976), «Обзор геологии фундамента

Юго-Западной Нигерии», В «Геологии Нигерии», Eliza-

beth Publishing Company, Нигерия: стр.41-58.

[28] Роджерс, С.Д., Бордман, Д.И. и Пападимитриу, Г.

(2006), «Испытание пути напряжения реально затвердевшей извести

и глины, стабилизированной известью / цементом», Журнал материалов

в гражданском строительстве, ASCE, Vol. 18, No. 2, pp. 259-266.

[29] Терзаги К. и Пек Р. Б. (1967): «Механика грунта в инженерной практике En-

», 2-е издание, John Wiley and Sons,

New York.

% PDF-1.6 % 1 0 объект >>>] / OFF [] / Order [] / RBGroups [] >> / OCGs [6 0 R 7 0 R] >> / Pages 3 0 R / StructTreeRoot 8 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 5 0 obj > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 2 0 obj > поток 2016-07-19T11: 13: 03 + 02: 002016-07-19T11: 13: 03 + 02: 002016-07-19T11: 13: 03 + 02: 00Microsoft® Word 2010application / pdfuuid: c4c40173-3737-4e90-967a -1b72165552e4uuid: ae7b7357-746b-496d-af76-78f0a791ca2f Microsoft® Word 2010 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 219 0 объект > 67 0 R] / P 230 0 R / Pg 13 0 R / S / Link >> эндобдж 220 0 объект > 64 0 R] / P 232 0 R / Pg 13 0 R / S / Связь >> эндобдж 221 0 объект > 141 0 R] / P 234 0 R / Pg 14 0 R / S / Link >> эндобдж 222 0 объект >> 139 0 R] / P 237 0 R / Pg 14 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 223 0 объект >> 137 0 R] / P 240 0 R / Pg 14 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 224 0 объект > 134 0 R] / P 242 0 R / Pg 14 0 R / S / Link >> эндобдж 225 0 объект > 131 0 R] / P 244 0 R / Pg 14 0 R / S / Link >> эндобдж 226 0 объект > 129 0 R] / P 246 0 R / Pg 14 0 R / S / Link >> эндобдж 227 0 объект > 127 0 R] / P 248 0 R / Pg 14 0 R / S / Link >> эндобдж 228 0 объект >> 125 0 R] / P 251 0 R / Pg 14 0 R / S / Link >> эндобдж 251 0 объект > эндобдж 14 0 объект > / MediaBox [0 0 595. 32 841.92] / Parent 3 0 R / Resources> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Rotate 0 / StructParents 2 / Tabs / S / Type / Page >> эндобдж 253 0 объект > поток HWYo ~ ׯ 3 ٚ 6 X,

CbBR2I] = RZ / Ұ: ݻ vYMP \ tǬ ޿ & NˬW} MWWR _L`yVLΧΗbRc11 v? Xg ن>

Влияние бентонита на уплотняющие свойства смеси Ky0001 TYMP-

из почвы — бентонит. — JOUR

T1 — Влияние бентонита на процесс уплотнения почвенно-бентонитовых смесей

AU — Mishra, Anil Kumar

AU — Ohtsubo, Masami

AU — Li, Loretta Y.

AU — Higashi, Takahiro

PY — 2010/3/1

Y1 — 2010/3/1

N2 — Уплотнение — одно из важнейших свойств грунтово-бентонитовой смеси, которая используется в качестве облицовки. материал на свалке отходов, и его необходимо понять для анализа расчетов. Физические, химические и минералогические свойства бентонита, которые влияют на характеристики консолидации бентонита, также влияют на характеристики консолидации смесей грунт-бентонит. Было оценено влияние физических, химических и минералогических свойств бентонитов на различные параметры консолидации 15 различных почвенно-бентонитовых смесей. Результат эксперимента показал значительное влияние этих свойств на индекс сжатия (C c), коэффициент уплотнения (c v) и время для 50% уплотнения (t 50) смесей грунт-бентонит. Было обнаружено, что C c смесей увеличивается с увеличением предела текучести, свободного набухания и глинистой фракции бентонитов, а также с увеличением предела текучести смесей почва-бентонит.Было обнаружено, что c v для всех смесей увеличивается с увеличением давления уплотнения, указывая на то, что смеси уплотняются с большей скоростью при более высоком давлении покрывающей породы. Результаты также показали, что независимо от давления покрывающей породы, c v снижается с увеличением предела жидкости, свободного набухания, глинистой фракции и процентного содержания обменного натрия (ESP) в бентоните, присутствующем в смесях грунт-бентонит. Аналогичным образом, результат t 50 для смесей, как было обнаружено, увеличивался с увеличением предела жидкости, способности набухать и ESP бентонита, присутствующего в смеси.

AB — Уплотнение — одно из наиболее важных свойств смеси почва-бентонит, которая используется в качестве облицовочного материала на свалке отходов, и ее необходимо понимать для анализа оседания. Физические, химические и минералогические свойства бентонита, которые влияют на характеристики консолидации бентонита, также влияют на характеристики консолидации смесей грунт-бентонит. Было оценено влияние физических, химических и минералогических свойств бентонитов на различные параметры консолидации 15 различных почвенно-бентонитовых смесей.Результат эксперимента показал значительное влияние этих свойств на индекс сжатия (C c), коэффициент уплотнения (c v) и время для 50% уплотнения (t 50) смесей грунт-бентонит. Было обнаружено, что C c смесей увеличивается с увеличением предела текучести, свободного набухания и глинистой фракции бентонитов, а также с увеличением предела текучести смесей почва-бентонит. Было обнаружено, что c v для всех смесей увеличивается с увеличением давления уплотнения, указывая на то, что смеси уплотняются с большей скоростью при более высоком давлении покрывающей породы. Результаты также показали, что независимо от давления покрывающей породы, c v снижается с увеличением предела жидкости, свободного набухания, глинистой фракции и процентного содержания обменного натрия (ESP) в бентоните, присутствующем в смесях грунт-бентонит. Аналогичным образом, результат t 50 для смесей, как было обнаружено, увеличивался с увеличением предела жидкости, способности набухать и ESP бентонита, присутствующего в смеси.

UR — http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=78049254382&partnerID=8YFLogxK

UR — http: // www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=78049254382&partnerID=8YFLogxK

U2 — 10.1007 / s13146-010-0006-5

DO — 10.1007 / s13146-010-0006-5

M3 — Артикул

—000 SCOPUS: 78049254382

VL — 25

SP — 43

EP — 49

JO — Карбонаты и эвапориты

JF — Карбонаты и эвапориты

SN — 0891-2556

IS — 1

IS — 1

IS — 1

Характеристики уплотнения искусственно структурированных смесей каолин-бентонит с различными поровыми флюидами

Характеристики уплотнения каолина, бентонита, их смесей и природных глин широко оценивались. Однако влияние поровой жидкости на характеристики консолидации искусственно структурированных каолин-бентонитовых смесей требует дополнительных исследований. В этом исследовании эдометрические испытания проводились на смесях каолина с 10%, 20% и 30% бентонита, восстановленных дистиллированной водой и 1 М NaCl. Образцы для испытаний с «искусственной структурой» были приготовлены методом предварительного уплотнения. Результаты испытаний показывают, что бентонит сильно влияет на характеристики уплотнения образцов смеси, особенно когда поровая жидкость представляет собой дистиллированную воду.В случае дистиллированной воды добавление бентонита к каолиновой глине значительно увеличило индекс сжатия ( C _c ), индекс набухания ( C _s ) и коэффициент изменения объема () . В этом случае образцы смеси значительно увеличивались при низких уровнях эффективного осевого напряжения ( σ ^′ _a ) (ниже давления предварительного уплотнения), а затем уменьшались как σ ^′ _a далее увеличился. В случае 1 M NaCl в качестве порового флюида, C _c , C _s , и несколько изменились с увеличением содержания бентонита. Результаты исследований также подтвердили, что влияние соленой воды на индекс сжатия было заметно, когда предел жидкости почвы с дистиллированной водой был выше 110%, а индекс сжатия почвы с дистиллированной водой был выше 1. Что касается коэффициента сжатия консолидации () образец каолина увеличивался по мере увеличения σ ′ _a , и эта тенденция не зависела от химического состава порового флюида.Напротив, тренд образцов смеси — σ ^′ зависел не только от поровых флюидов, но и от уровня напряжения.

1. Введение

Сжимаемость глин — один из наиболее важных аспектов геотехнической инженерии, особенно в отношении расчета осадки. Он широко изучался на примере различных глинистых минералов и различных поровых флюидов [1–8]. Результаты показали, что существует значительная разница в сжатии бентонита и каолинита с разными поровыми флюидами. Это может быть связано с различием в поверхностном заряде и структуре глинистых минералов [7, 9–14]. Для бентонита характер сжатия согласуется с теорией двойного слоя и сильно зависит от химического состава порового флюида. Увеличение валентности и концентрации ионов в поровой жидкости приводит к снижению сжимаемости и способности к набуханию. Для каолинита поровая жидкость также влияет на сжимаемость, но в меньшей степени, чем для бентонита. Робинсон и Аллам [7] и Шридхаран и Рао [8] отметили, что сжимаемость каолинита в основном определяется механическими факторами, тогда как сжимаемость бентонита в основном определяется физико-химическими эффектами.Однако Chen et al. [3] отметили, что сжимаемость и набухание каолинита контролировались как химическими, так и физико-химическими факторами. Сжимаемость каолинита не зависела от свойств порового флюида при напряжениях 300 кПа. Управляющие факторы сжатия могут повлиять на коэффициент уплотнения (). Робинсон и Аллам [7] показали, что давление консолидации увеличивалось, когда регулирующий фактор поведения сжатия был механическим, и уменьшалось с давлением консолидации, когда регулирующим фактором был физико-химический фактор. Недавно Датта и Мишра [5] исследовали консолидационное поведение бентонита, смешанного с различными солевыми растворами. Результаты исследования показали, что параметры консолидации, включая C _c , коэффициент изменения объема () и т ₉₀ (90% консолидации) бентонита, уменьшались, а увеличивались с увеличением концентрация соли. Причем оно уменьшалось по мере увеличения давления консолидации независимо от солевого раствора.

Также было исследовано уплотнение смесей каолин-бентонит. Di Maio et al. [4] изучали консолидацию смесей каолин-бентонит и естественных почв, смешанных с дистиллированной водой, и указали, что минеральные составы, особенно смектит, оказывают значительное влияние на изменение объема. Fan et al. [15] исследовали сжатие смесей каолинит-Са-бентонит, используемых для засыпки стен. Образцы смешивали с дистиллированной водой при разном начальном содержании воды.Результаты исследований показали, что сжимаемость существенно зависит от исходного содержания воды и содержания бентонита. Кроме того, они указали на существование восстановленного предела текучести на обратной форме кривых сжатия « S », и у него была уникальная корреляция с e ₁ (коэффициент пустотности при 1 кПа). Недавно Лодаль и Соренсен [16] исследовали влияние химического состава поровой воды на поведение восстановленных смесей каолин-бентонит при разгрузке-перезагрузке.Результаты исследования показали значительное влияние смектитового минерала, минерализации поровой воды и валентности катионов в поровом флюиде на объемное сжатие как в первичном, так и в переуплотненном состоянии.

Из литературы можно увидеть, что восстановленные образцы каолина, бентонита и их смесей широко использовались для исследования характеристик консолидации почвы, поскольку каолинит и бентонит являются двумя наиболее распространенными типами глинистых минералов в почве. Кроме того, бентонит обычно используется в гражданском строительстве, например, в стенах из цементного раствора, разделительной стене и барьерах на свалках [1, 15, 17–21].Помимо восстановленных образцов, ненарушенные образцы часто использовались для исследования консолидации природных глин. Однако для ненарушенных образцов природных глин влияние химического состава поровых флюидов на характеристики консолидации часто исследовалось с использованием процедур интрузии или выщелачивания [22–28]. Таким образом, восстановленные образцы обычно используются для исследования влияния химического состава поровых флюидов с различными концентрациями на поведение уплотнения грунтов.

В целом, характеристики консолидации восстановленного каолина, бентонита, их смесей и природных глин широко исследованы.Тем не менее, образцы часто готовили путем смешивания с дистиллированной водой или соленой водой до предела текучести в виде суспензии и упаковывали в кольца эдометра тонкими слоями или при оптимальном содержании воды, а затем уплотняли в кольце эдометра. Эти процедуры могут привести к появлению пузырьков воздуха в образце почвы. В этом исследовании процедура предварительного уплотнения с использованием резервуара для уплотнения будет использована для подготовки образцов для эдометрических испытаний. Соответственно, смеси коммерческого каолина и бентонита были смешаны с дистиллированной водой и 1 М NaCl в виде суспензии с последующим предварительным уплотнением в резервуаре отверждения под определенным давлением.В данном случае эти образцы предварительного уплотнения имели «искусственную структуру» и использовались в качестве образцов для испытаний. Тест 1D консолидации был использован для исследования поведения консолидации этих образцов. В этом исследовании параметры уплотнения, включая индекс сжатия ( C _c ), индекс набухания ( C _s ), коэффициент изменения объема () и коэффициент уплотнения () каолина. и смеси каолин-бентонит с дистиллированной водой и 1 М NaCl в поровых флюидах были представлены и оценены.Обсуждались также факторы, определяющие эти параметры.

2. Материалы и методы

В этом исследовании использовались коммерческий каолин и бентонит, широко потребляемые в Японии. Физические свойства каолина и бентонита представлены в таблице 1.

путем смешивания 90%, 80% и 70% каолина с 10%, 20% и 30% бентонита (сухой вес) соответственно. Каолин и смеси каолин-бентонит смешивали с дистиллированной водой и 1 М раствором NaCl в виде суспензии, примерно в 2 раза превышающей их жидкие пределы.По результатам исследования Di Maio et al. [4], коэффициент сжатия некоторых глин, включая бентонит Понца, глину Бизачча, глину Марино и каолин, практически не изменялся, когда концентрация раствора NaCl в поровом флюиде была выше или равна 1 М. Образец суспензии был затем хранят в камере влажности в течение 24 часов при комнатной температуре (20 ± 2 ° C), чтобы предотвратить потерю влажности и достичь гомогенного состояния. Емкость для отверждения с двойным сливом с внутренним диаметром 15 см и высотой 30 см использовалась для подготовки образцов (рис. 1).Внутренняя стенка резервуара для отверждения была тщательно очищена и покрыта тонким слоем вазелина, чтобы минимизировать силу трения между стенкой и образцами почвы и легко выдавливать образцы после консолидации. Суспензию переносили в резервуар для отверждения, используя ложку, и прикладывали вакуумное давление 70 кПа в течение примерно 1 часа для высвобождения пузырьков воздуха, захваченных в суспензии. Как сообщается, содержание воды в повторно отформованных образцах для испытания на эдометре должно быть доведено до предела жидкости, чтобы уменьшить влияние исходного содержания воды на результаты [5, 17–19, 29].Таким образом, в этом исследовании будет применяться вертикальная нагрузка 45 кПа для уплотнения суспензии в резервуаре для получения проб предварительного уплотнения, содержание воды в которых близко к пределу жидкости. Процесс консолидации будет завершен до конца первичной консолидации, что было подтверждено суждением, основанным на методе 3 т [30, 31]. Этот метод широко используется для подготовки проб предварительного уплотнения в лабораторных испытаниях в Японии [32–34]. После завершения процесса отверждения в резервуаре вертикальная нагрузка была снята, и цилиндрический резервуар, содержащий образец, был удален с верхней и нижней пластин.Поскольку на внутренней стенке цилиндрического резервуара находился тонкий слой вазелина, образец легко выталкивался рукой. Образцы, которые будут использоваться в эдометрических испытаниях, были вырезаны из образцов предварительного уплотнения с использованием режущего кольца высотой 2 см и внутренним диаметром 6 см. Испытания на одометре проводились в соответствии с японским стандартом (JGS 0411-2009) [35]. Некоторые физические свойства образцов для испытаний показаны в таблице 2. В этой таблице содержание воды было определено в соответствии с ASTM D2216-10 [36] с использованием метода сушки в печи.Пределы Аттерберга для испытаний образцов были определены в соответствии с ASTM D4318-10 [37]. Следует отметить, что в случае 1 M NaCl в качестве порового флюида (образец засоленной почвы) традиционный метод определения содержания воды может дать ошибочные результаты, поскольку растворенная соль остается с твердыми частицами почвы, когда поровая вода испаряется [38 ]. Таким образом, в этом исследовании, чтобы устранить ошибки, содержание воды и пределы Аттерберга в образцах засоленной почвы были рассчитаны и определены в соответствии с процедурой, показанной в Noorany [38].Соответственно, содержание воды было скорректировано на основе формулы преобразования с содержанием засоления ( r ) 5,8% (1 M NaCl), и 1 M раствор NaCl был использован для определения пределов Аттерберга для образцов засоленной почвы. Перед приложением нагрузки тот же раствор, что и поровая жидкость в образце почвы, заливался в ячейку эдометра, чтобы предотвратить выщелачивание соли из образца почвы в раствор ячейки, и вся ячейка уплотнения была накрыта пластиковым пакетом для предотвращения испарения. при тестировании [3, 5, 17–19].Испытания проводились по японскому стандарту [35] при комнатной температуре 20 ± 2 ° C. Образец Удельная плотность, ρ s (г / см 7 3 4) предел, (%) Индекс пластичности, I P Фракция глины, CF (%) Индекс активности, A (-) Ка 2.645 77,5 42,1 46 0,92 Бентонит 2,759 405 351,3 62 5,66 5 9078,47 Поровые жидкости % бентонит Предел жидкости, (%) Индекс пластичности, I P (%) Начальный коэффициент пустотности, e 0 Насыпной вес единицы, γ (г / см 3 ) Дистиллированная вода 0 42,1 75,1 1,989 1,55 10 112 77,1 100,2 2,660 1.45 2078 907 1,39 30 172 129,1 156,8 4,239 1,31 1 M NaCl 907.0 63,1 1,661 1,62 10 73 40,4 65,0 1,728 1,61 20 30 77,5 44,5 68,5 1,846 1,59 3.Результаты тестирования и обсуждение 3.1. Поведение при сжатии и набухании Результаты испытаний на уплотнение образцов с дистиллированной водой и 1 M NaCl в качестве поровых флюидов показаны на рисунках 2 (a) и 2 (b). Как видно из этих фигур, смеси с более высоким содержанием бентонита показали более высокий коэффициент пустотности и более высокие уровни деформации при низких давлениях. Однако при высоких давлениях эта тенденция почти исчезла. Уменьшение коэффициента пустотности при низких давлениях было значительным, когда поровая жидкость представляла собой дистиллированную воду.В случае использования дистиллированной воды в качестве порового флюида кривые сжатия образцов смесей имеют обратную форму « S », которая более отчетлива для смесей с содержанием бентонита более 10%. Обратная форма « S » также была обнаружена в переформованных глинистых почвах [39, 40], в Na-бентонитовой суспензии [41] и в Ca-бентонитовой суспензии для засыпки стен (с содержанием бентонита от 10% до 15%) [15]. Из кривых e — log σ ′ a предел текучести (давление предварительного уплотнения) определяется на основе метода Касагранде [42] и обозначается как «кажущийся предел текучести».Как показано, кажущееся значение предела текучести всех образцов имеет тенденцию к снижению по мере увеличения содержания бентонита. Кроме того, кажущийся предел текучести в случае дистиллированной воды (рис. 2 (а)) ниже, чем в случае 1 М NaCl в качестве поровой жидкости (рис. 2 (б)). Как упоминалось выше, все образцы сначала подвергались давлению консолидации 45 кПа в резервуаре отверждения до конца первичного отверждения, поэтому предел текучести (давление предварительного затвердевания, Pc) теоретически должен быть равен 45 кПа независимо от воздействия. выборки и приращения нагрузки.Однако значение кажущегося предела текучести для образцов с дистиллированной водой в поровом флюиде меньше расчетного значения 45 кПа, за исключением образца каолина (рис. 2 (а)), тогда как для образцов с 1 М NaCl в поре. жидкость выше 45 кПа (рис. 2 (б)). Различия между кажущимся и рассчитанным пределом текучести и уменьшение кажущегося предела текучести с увеличением содержания бентонита можно объяснить на основе модифицированной концепции эффективного напряжения на уровне частиц, предложенной Шридхараном и Пракашем [43].В случае использования дистиллированной воды в качестве порового флюида толщина двойного диффузного слоя (DDL) образцов смеси велика; таким образом, силы отталкивания преобладают, что приводит к низкому модифицированному эффективному напряжению, а это, в свою очередь, снижает кажущийся предел текучести до значения ниже расчетного [26, 44, 45]. В случае 1 M NaCl в качестве поровой жидкости сила притяжения будет преобладать из-за уменьшения толщины DDL и приведет к увеличению модифицированного эффективного напряжения. Несмотря на то, что напряжение покрывающей породы снимается путем отбора проб, внутреннее эффективное напряжение все еще существует в образце грунта [45].Таким образом, в этом случае увеличение модифицированного эффективного напряжения приведет к увеличению кажущегося предела текучести до значения, превышающего расчетное. Кроме того, в обоих случаях для дистиллированной воды и 1 М NaCl уменьшение кажущегося предела текучести с увеличением содержания бентонита объясняется уменьшением модифицированного эффективного напряжения по мере увеличения содержания бентонита. Изменение коэффициента сжимаемости ( C c ) и индекса набухания ( C s ) с различными пропорциями бентонита и поровыми флюидами показано на рисунке 3.Хорошо известно, что характеристики сжатия и набухания во многом зависят от толщины DDL. Толщина DDL вокруг частиц смектита в дистиллированной воде намного больше, чем вокруг частиц каолинита [10, 11, 13, 14]. Как сообщают Шридхаран и Рао [8], есть два фактора, контролирующие характеристики изменения объема глин, а именно сопротивление сдвигу и силы отталкивания DDL, в которых силы отталкивания DDL играют важную роль в объяснении поведения сжимаемости, особенно для смектита. минерал [6, 8, 10].Следовательно, более высокое содержание бентонита приводит к более высокой сжимаемости и способности к набуханию. C c и C s значительно увеличились с увеличением содержания бентонита, когда поровая жидкость представляла собой дистиллированную воду (Рисунок 3 (a)). Это указывает на то, что в случае дистиллированной воды характеристики сжатия и набухания образцов смеси во многом зависят от содержания бентонита и в основном определяются физико-химическими факторами.На рисунке 3 (b) показано, что C c немного увеличивается с увеличением содержания бентонита, когда поровая жидкость составляет 1 M NaCl, в то время как C s почти не изменяется. Он показывает, что в случае 1 M NaCl характеристики сжатия и набухания в основном контролируются механическими факторами. Это приписываемое DDL почти подавляется при высокой концентрации ионов 1 M [5]. Значения каолина C c и C s почти одинаковы в обоих случаях для дистиллированной воды и 1 M NaCl в качестве поровых флюидов.Это подтверждает, что поведение каолина в основном контролируется механическими воздействиями [7, 8]. Видно, что поведение при сжатии и набухании образцов смеси, смешанной с 1 М NaCl, аналогично поведению каолина. На рис. 4 показана взаимосвязь между нормализованными индексами сжатия и набухания, касающимися порового флюида и содержания бентонита. Как показано на рисунке 4, образцы смесей C c и C s значительно уменьшаются, когда поровая жидкость составляет 1 M NaCl.Кроме того, нормализованные показатели набухания и сжатия заметно снижаются при использовании 10% бентонита. Это указывает на то, что 10% бентонита достаточно, чтобы резко изменить C c и C s . Взаимосвязь между нормализованными индексами сжатия и набухания относительно порового флюида и предела текучести глины с дистиллированной водой показана на рисунке 5. Данные на рисунке 5 получены из предыдущих исследований.Юкселен-Аксой и др. [29] исследовали влияние морской воды на характеристики сжимаемости различных глин. Di Maio et al. [4], Mishra et al. [17] и Shariatmadari et al. [20] исследовали влияние соленой воды с концентрацией 1 М в поровом флюиде на характеристики сжимаемости глины. Как показано на рисунке 5, влияние 1 M NaCl на характеристики сжимаемости смесей каолин-бентонит в этом исследовании (розовый символ) заметно, когда предел жидкости для дистиллированной воды, выше или равен 112% (смесь 10% бентонита и 90% каолина).Это подтвердило результаты исследования Юкселен-Аксой и др. [29], что влияние соленой воды на характеристики сжимаемости было значительным, когда предел жидкости почвы для дистиллированной воды был выше 110%. Взаимосвязь между индексом сжатия почвы с соленой водой и дистиллированной водой в качестве поровых флюидов показана на Рисунке 6. Данные на Рисунке 6 получены из предыдущего исследования, в котором изучался индекс сжатия почвы с увеличением концентрации соленой воды. до 1 М [4, 17, 20, 29, 46].Пунктирная линия на Рисунке 6 показывает, что индекс сжатия почвы с соленой водой ( C c (Saline) ) почти равен таковому у почвы с дистиллированной водой ( C c (Дистиллированная). ). Это указывает на то, что когда C c (Дистиллированный) меньше 1, влияние соленой воды в поровой жидкости на индекс сжатия незначительно. Напротив, как показано непрерывной линией, C c (физиологический раствор) значительно ниже, чем C c (дистиллированный) .Другими словами, когда C c (дистиллированный) больше 1, влияние соленой воды на индекс сжатия заметно. Как указали Тивари и Аджмера [46], две различные корреляции здесь могут быть связаны с присутствием минерала смектита в образцах почвы. Согласно результатам их исследований, солевой раствор NaCl существенно влияет на сжатие грунтов с преобладанием смектита. В частности, показатели сжатия образцов грунта с содержанием смектита более 10% могут быть уменьшены до 77% при обработке 0.5 М NaCl. Напротив, влияние NaCl на характеристики сжатия грунтов с преобладанием каолинита и иллита незначительно при снижении показателей сжатия примерно на 10%. Аналогичным образом, в этом исследовании влияние 1 М NaCl на коэффициент сжатия каолина также незначительно, тогда как этот эффект заметен при добавлении 10% бентонита. Таким образом, присутствие минерала смектита в почве существенно влияет на влияние соли на сжатие почвы. 3.2. Коэффициент изменения объема () Изменение коэффициента изменения объема () в зависимости от давления консолидации для каолина и смесей каолин-бентонит в присутствии дистиллированной воды и 1 М NaCl показано на рисунке 7. Как показано на рисунке 7 (а) в присутствии дистиллированной воды содержание каолина практически не изменяется при низких давлениях менее 50 кПа (в нормальном консолидированном состоянии), а затем уменьшается по мере увеличения давлений консолидации. Напротив, содержание каолин-бентонитовых смесей сначала увеличивается, а затем уменьшается с увеличением давлений консолидации.В частности, для образца 30 B это значение значительно увеличивается при эффективном осевом напряжении менее 25 кПа и уменьшается при увеличении эффективного осевого напряжения выше 25 кПа. Для образцов 10 B и 20 B величина увеличивается с эффективным осевым напряжением до 50 кПа, а затем показывает тенденцию к снижению. Следует отметить, что все образцы были предварительно уплотнены при эффективном осевом напряжении 45 кПа; Таким образом, теоретически изменение объема (сжимаемость) при эффективном осевом напряжении меньше этого значения было небольшим [40].Однако для образцов смеси, смешанной с дистиллированной водой, толщина DDL велика, силы отталкивания на уровне частиц являются доминирующими, а коэффициент пустотности высокий при низких уровнях эффективного осевого напряжения. Таким образом, увеличение эффективного осевого напряжения в низком диапазоне может привести к значительному уменьшению пустоты и увеличению [5]. После достижения максимального значения коэффициент изменения объема уменьшается с увеличением эффективного осевого напряжения. Как показано на рисунке 7 (b), в присутствии 1 М NaCl, для всех образцов имеет тенденцию к уменьшению с увеличением эффективного осевого напряжения.Поскольку толщина DDL в случае 1 М NaCl мала, влияние DDL на изменение объема незначительно [5]. В этом случае давление предварительного уплотнения в резервуаре не влияет на тенденцию. В обоих случаях дистиллированной воды и 1 М NaCl в качестве поровых флюидов это значение увеличивается с увеличением содержания бентонита, особенно при низких давлениях. Увеличение содержания бентонита приводит к увеличению толщины DDL и коэффициента пустотности, что приводит к высокому значению [5]. Кроме того, как показано на рисунках 7 (a) и 7 (b), коэффициенты изменения объема всех образцов незначительно изменяются с увеличением содержания бентонита при эффективном осевом напряжении, превышающем или равном 400 кПа, поскольку соотношение пустот и толщина DDL являются маленький при превышении этого напряжения. 3.3. Коэффициент консолидации () Коэффициент консолидации () был определен на основе квадратного корня из метода аппроксимации по времени (метод Тейлора) [47]. Зависимость log () показана на Рисунке 8. Как показано на Рисунке 8 (a), тенденция с использованием дистиллированной воды в поровом флюиде изменяется обратно пропорционально, когда бентонит добавляется к каолиновой глине. Это указывает на то, что глинистый минерал существенно влияет на тенденцию, особенно в случае дистиллированной воды. Более того, как и в случае с тенденцией (рис. 7 (а)), образец 30 B резко уменьшается при эффективном осевом напряжении ниже 25 кПа, а образец 10 B и 20 B уменьшается с увеличением эффективного осевого напряжения до 50 кПа (рис. 8 (а)).Это показывает, что и образцов смеси с дистиллированной водой в поровом флюиде значительно снижается при уровнях напряжения, меньших, чем кажущийся предел текучести (в переуплотненном состоянии). Различие здесь может быть связано с факторами, контролирующими характеристики сжимаемости образцов каолина и каолин-бентонитовой смеси. Основными контролирующими факторами образцов смесей, смешанных с дистиллированной водой, являются физико-химические, поскольку толщина DDL этих образцов велика. В частности, физико-химический эффект проявляется при малых напряжениях и больших пустотах [7, 11].В случае дистиллированной воды толщина DDL и пустотность образцов смеси велики при низких напряжениях, и, как упоминалось выше, увеличение эффективного осевого напряжения в низком диапазоне приводит к увеличению коэффициента изменения объема () (Рисунок 7 (а)). Это явление также наблюдается для бентонита в присутствии различных поровых флюидов [5]. Поскольку обратно пропорционально, значительное увеличение при низких напряжениях приведет к быстрому уменьшению. После уменьшения до минимального значения немного увеличивается или почти не изменяется с увеличением эффективного осевого напряжения.Это может быть связано с аналогичным снижением проницаемости ( k ) и коэффициента изменения объема () [48]. На рисунке 8 (b) для всех образцов, смешанных с 1 М NaCl, показана тенденция к увеличению эффективного осевого напряжения. В этом случае давление предварительного уплотнения в резервуаре не влияет на тренд — σ ′ a . Эта тенденция аналогична таковой для образца каолина с дистиллированной водой в поровом флюиде (рис. 8 (а)). Тенденция — σ ′ a здесь может быть отнесена к основным контролирующим факторам каолина, а образцы смесей, смешанные с 1 M NaCl, являются механическими и приводят к увеличению с эффективным осевым напряжением [7].В целом, отношение — σ ′ a образца каолина показывает тенденцию к увеличению и не зависит от химического состава порового флюида. Напротив, тренд образцов смеси — σ ′ a существенно зависит от химического состава порового флюида. Соответственно, с дистиллированной водой в поровом флюиде склонность образцов смеси зависит от уровней эффективных осевых напряжений, тогда как с 1 М NaCl в поровой жидкости количество образцов смеси увеличивается с эффективным осевым напряжением, независимо от его уровней. Результаты тренда — σ ′ a в этом исследовании противоречат утверждению Terzaghi et al. [48]. Terzaghi et al. предсказал, что практически не изменилось в широком диапазоне эффективных осевых напряжений, так как проницаемость ( k ) и уменьшалась по мере увеличения давления консолидации. Однако предыдущие исследования показывают, что величина не является постоянной в диапазоне эффективного осевого напряжения [7, 49–51]. Он может увеличиваться или уменьшаться с увеличением напряжения в зависимости от минералогического состава глин.В этом исследовании результат отношения — log σ ′ также показывает, что коэффициент может увеличиваться или уменьшаться с увеличением эффективного осевого напряжения в зависимости от минерального состава и уровней напряжения. Более того, результаты этого исследования также показывают, что химический состав порового флюида существенно влияет на тенденцию — σ ′ и , особенно для образцов каолин-бентонитовой смеси. 4. Выводы В данном исследовании подробно изучалось влияние поровых флюидов на характеристики сжимаемости каолин-бентонитовых смесей, приготовленных с использованием процедуры предварительного уплотнения.На основании анализа результатов испытаний можно сделать следующие выводы: Характеристики сжатия и набухания каолин-бентонитовых смесей зависели от поведения смектитового минерала в поровых флюидах, особенно когда поровый флюид представлял собой дистиллированную воду. В случае дистиллированной воды кривые сжатия образцов смеси имели обратную форму « S ». Кажущийся предел текучести образцов до уплотнения может быть ниже или выше расчетного в зависимости от минерального состава и химического состава порового флюида. Что касается параметров консолидации, добавление бентонита привело к значительному увеличению на C c , C s , а также каолин-бентонитовых смесей, особенно в случае дистиллированной воды. поровая жидкость. В этом случае количество образцов смеси увеличивалось при низких уровнях эффективного осевого напряжения ( σ ′ a ), а затем уменьшалось при дальнейшем увеличении напряжений, в то время как образец каолина демонстрировал тенденцию к уменьшению с увеличением из σ ′ а .Напротив, когда поровый флюид был 1 M NaCl, количество образцов каолина и смеси показало тенденцию к снижению с увеличением σ ′ a . Это указывает на то, что тренд — σ ′ a зависит от минерального состава, химического состава порового флюида и уровней напряжений. Результаты исследований подтвердили, что влияние соленой воды на индекс сжатия является значительным, когда предел жидкости почвы с дистиллированной водой выше примерно 110%, а индекс сжатия с дистиллированной водой выше 1. Коэффициент консолидации () образца каолина увеличивался с увеличением на σ ′ a независимо от химического состава порового флюида. Тем не менее, для образцов смесей показатель увеличился с σ ′ a , когда поровая жидкость составляла 1 M NaCl, в то время как оно уменьшилось при низких уровнях σ ′ a , когда поровая жидкость была дистиллированной водой. . Это показывает, что, как и тренд — σ ′ a , тренд — σ ′ a также зависит от минерального состава, химического состава поровых флюидов и уровней напряжения. Доступность данных Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Благодарности Это исследование финансировалось Вьетнамским национальным фондом развития науки и технологий (NAFOSTED) (грант № 105.08-2019.315). Мы благодарим сотрудников геотехнической лаборатории Университета Ямагути, Япония, за помощь в проведении экспериментов. Исследование нового типа экологически чистого полимера и его предварительное применение в качестве агента уплотнения почвы при пересадке деревьев Вязкость полимерных клеев и влияющие факторы смешения Полимерные адгезивы, используемые в качестве агента уплотнения почвы, должны иметь достаточно высокую вязкость, чтобы хорошо прилипают к почвенному комку, а затем, чтобы корневой ком оставался прочным. Условия их приготовления были исследованы следующим образом. Температура смешивания оказала определенное влияние на вязкость трехкомпонентного клеевого состава, как показано на рис.1а. Вязкость трехкомпонентного адгезива постепенно увеличивается с повышением температуры смешения, и чем выше температура, тем более значительно увеличивается вязкость. В частности, когда температура смешивания составляла 85 ℃, вязкость росла быстрее всего. После этого тенденция роста замедлилась. Изучая влияние pH на вязкость трехкомпонентного адгезива, было обнаружено, что pH оказывает большое влияние на вязкость адгезива, как показано на рис. 1b. С увеличением pH вязкость увеличивается.Когда pH клея достигал 6, перед охлаждением появлялся желтый гель, который был вязким с плохой текучестью. После охлаждения до комнатной температуры клей превратился в «желеобразный гель». Это явление указывает на то, что с повышением pH образуется большое количество внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей между –NH 2 , –OH на молекулярных цепях CA и –OH на молекулярных цепях KGM. Исходя из этого значения pH клея следует использовать в кислых условиях, например, при pH ниже 5.Твердое содержание КГМ в клее оказало значительное влияние на вязкость трехкомпонентного адгезива, как показано на рис. 1с. С увеличением содержания твердого вещества КГМ, КА и ПВС вязкость трехкомпонентного клея линейно увеличивалась. Для практического применения следует выбирать баланс между содержанием твердого вещества и вязкостью. Из диаграммы развертки установившейся скорости при постоянной температуре ясно, что смесь клея была псевдопластической жидкостью (рис. 1d). С увеличением скорости сдвига кажущаяся вязкость клея вначале резко снижалась, а затем постепенно.Такое разжижение при сдвиге способствовало нанесению трехкомпонентного адгезива на столб грунта. Рисунок 1 Взаимосвязь между коэффициентами смешивания и вязкостью трехкомпонентного клея. ( a ) Общие условия: время перемешивания — 40 мин; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; pH клея-4,5; ( b ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; ( c ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание ПВС-5.0%; pH клея-4,5; ( d ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание КГМ, КА, ПВС-4,0%, 4,0%, 5,0%; pH клея -4,5. Тест T Реологической диаграммы -25 ℃. Структура трехкомпонентной мембраны из смеси KGM / CA / PVA Взаимодействие KGM, CA и PVA в трехкомпонентной смеси адгезивов анализировали, наблюдая разницу между инфракрасными спектрами трехкомпонентной мембраны из трехкомпонентной смеси KGM / CA / PVA. компонентов, как показано на рис. 2. Сравнивая ИК-спектры сырья KGM, CA и PVA с ИК-спектрами KGM / CA / PVA, можно видеть, что пики поглощения KGM в тройной смеси адгезива при 1727.9, 1645.9, 858.3 и 764 см −1 все немного сдвинулись (рис. 2а). Во-вторых, пик поглощения СА в чувствительной к кристаллизации зоне 1028 см -1 значительно изменился в смесительной мембране. Пик поглощения при 1028 см -1 стал неотделимым пиком в смешанной мембране, что дополнительно указывает на то, что существует сильное взаимодействие между молекулами CA и KGM в смешанной мембране и мешает исходной кристаллической структуре CA. Пик поглощения СА в трехкомпонентном адгезиве сдвинулся с 1598 до 1540 см -1 (рис.2б). Кроме того, пик деформации ПВС –CH 2 при 1420 см -1 , очевидно, изменился при смешивании. По сравнению с тремя сырьевыми материалами: KGM, CA и PVA, характеристические пики трехкомпонентной смеси адгезива при 3380 см -1 изменились с более широких пиков на более мелкие, что указывает на снижение –OH и –NH, а также на гидрофильность. был ослаблен (рис. 2в). Эти факты полностью иллюстрируют сильное взаимодействие водородных связей в трехкомпонентном адгезиве. Рисунок 2 ИК-спектры KGM / CA / PVA, KGM, CA и PVA. Влагопроницаемость мембран из смеси полимеров Когда трехкомпонентный адгезив KGM / CA / PVA используется для уплотнения почвы с целью образования почвенных комков, требуется определенная влагопроницаемость, чтобы вода достигала корней саженцев в течение всего процесса трансплантации. Поэтому важно исследовать влагопроницаемость мембран из трехкомпонентной смеси KGM / CA / PVA. Как и на вязкость смесей KGM / CA / PVA, температура смешивания, pH и твердое содержание клея для препарата также напрямую влияют на влагопроницаемость пленки смеси. Температура смешивания оказала большое влияние на паропроницаемость смешанной пленки. С повышением температуры смешения паропроницаемость тройной структуры КГМ / СА / ПВС явно снижалась. Когда температура смешивания составляла 85 ℃, объем паропроницаемости имел тенденцию быть стабильным, как показано на рис. 3а. Уровень pH клея определенным образом влияет на паропроницаемость смесевой мембраны. С увеличением pH проницаемость для водяного пара смешанной мембраны постепенно снижалась, как показано на рис.3b. Твердое содержание клея оказало определенное влияние на проницаемость для водяного пара смешанной мембраны. С увеличением содержания твердого вещества в адгезиве проницаемость для водяного пара адгезивной мембраны линейно уменьшалась, как показано на фиг. 3c. Рисунок 3 Влияние условий смешения на паропроницаемость. ( a ) Общие условия: время перемешивания — 40 мин; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; pH клея-4,5; ( b ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание KGM, CA, PVA = 4.0%, 4,0%, 5,0%; ( c ). Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; КГМ: CA = 1: 1; Содержание ПВС-5,0%; pH клея -4,5. Морфология поверхности уплотненных почвенных шаров Когда поверхность столба почвы была укреплена с помощью трехкомпонентной смеси адгезива, поверхность почвы и адгезив вместе образовали прочный слой, как показано на рис. 4a, b. Когда трехкомпонентный адгезив был высушен на поверхности образца столба почвы, на поверхности столба почвы образовалась твердая оболочка, которая придавала консолидированному столбу почвы определенную прочность, как показано на рис.4б, в. Конструкция имела высокую прочность и хорошо удерживала влагу, что обеспечивало целостность столбов почвы и дыхание корней растений. Рисунок 4 Полимерная клейкая мембрана на поверхности столба грунта. Затем на рис. 5а, б показана морфология поверхности цементированного грунта. Было обнаружено, что цементная пленка, образующаяся на поверхности столба грунта, представляет собой сетчатую мембранную структуру, образованную соединением пузырьков, как показано на рис.5а. Структура стабильна, а прочность мембраны высокая. Внутренняя часть каждого пузыря окутывает частицы почвы и образует выпуклую мембрану на поверхности частиц почвы. Выпуклая мембрана этих пузырьков плотно прилегала к частицам почвы на поверхности столба почвы, так что почва на поверхности столба почвы и клейкая мембрана образовывали единое целое, поэтому поверхность столба почвы уплотнялась клеем. мембрана имела определенную интенсивность, как показано на рис. 4c и 5b.Конструкция была стабильной и имела некоторую прочность, которая будет проверена позже. Самым важным были поры на поверхности цементной мембраны, которые были проницаемыми для воды и воздухопроницаемыми для корней. Рис. 5 Морфология цементированной поверхности консолидированных почвенных шариков. Прочность на сжатие уплотненных почвенных шаров Было обнаружено, что температура смешивания, pH клеевой жидкости, содержание твердых веществ в клеевой жидкости, размер частиц грунта и pH почвы оказывают определенное влияние на сжимающие свойства уплотненного грунта. почвенные шары, как показано на рис.6 и 7. Рисунок 6 Влияние условий смешивания на прочность на сжатие консолидированных колонн грунта. ( a ) Общие условия: время перемешивания — 40 мин; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; pH клея-4,5; pH Коричной почвы — 8,5; крупность грунта-2 мм; ( b ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; pH Коричной почвы — 8,5; крупность грунта-2 мм; ( c ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; КГМ: CA = 1: 1; Содержание ПВС-5.0%; pH клея-4,5, pH Коричной почвы-8,5; крупность грунта-2 мм. Рисунок 7 Влияние размера частиц почвы и pH почвы на прочность на сжатие консолидированного столба грунта. ( a ) Общие условия: время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; pH клея-4,5, pH Коричной почвы-8,5; ( b ) Общие условия: Время перемешивания — 40 мин; Т-85 ℃; Содержание КГМ, КА, ПВС = 4,0%, 4,0%, 5,0%; pH клея-4,5, крупность грунта-2 мм. Температура смешивания оказала большое влияние на сжимающие свойства шарика уплотняющего грунта. С увеличением температуры смешивания прочность на сжатие консолидированного грунтового шара постепенно увеличивалась, как показано на рис. 6а. Величина pH жидкости оказывала определенное влияние на уплотнение почвенного уплотнителя. С увеличением pH увеличивается прочность на сжатие консолидированного грунтового шара. В сильнокислой среде межмолекулярное взаимодействие смешанного полимера было слабым, и адгезия не была достаточно сильной.По мере ослабления кислотности прочность на сжатие консолидированных столбов грунта постепенно увеличивалась. Прочность на сжатие консолидированной колонны грунта составляла 649 кПа при pH 4,0 и 873 кПа при pH 4,5, как показано на рис. 6b. Твердое содержание КГМ и ЦА оказало определенное влияние на прочность на сжатие уплотняющих грунтовых шаров. С увеличением содержания твердого вещества КГМ в трехкомпонентной смеси адгезивов прочность грунтовых шаров на сжатие также увеличивалась. Прочность на сжатие консолидированной колонны грунта составила 229 кПа при 4.0% от содержания твердого вещества КГМ и 438 кПа при 6,0% от содержания твердого вещества КГМ, как показано на рис. 6с. Видно, что влияние содержания твердого клея на прочность грунтовых столбов на сжатие было меньше, чем влияние pH (рис. 6b, c). Кроме того, полимерный клей будет использоваться для уплотнения почвенных комков, поэтому необходимо учитывать влияние частиц почвы и pH почвы. В настоящем исследовании было обнаружено, что размер частиц грунта также оказывает определенное влияние на прочность на сжатие консолидированных столбов грунта.С увеличением размера частиц грунта прочность на сжатие консолидированных столбов грунта также увеличилась, как показано на рис. 7a. Когда размер частиц почвы был небольшим, трехкомпонентный адгезив мог проникать только в поверхностный слой столба почвы на глубину 1-2 мм, так что на поверхности столба почвы образовывалась тонкая пленка. Когда тонкая пленка была высушена, части пленки отвалились от поверхности столба грунта, что привело к снижению прочности на сжатие консолидированного столба грунта.С увеличением размера частиц грунта трехкомпонентный клеевой состав проникал в толщу грунта глубже, и глубина достигала более 5 мм. Высушенный внешний слой образовывал толстую оболочку, так что прочность на сжатие консолидированного столба грунта увеличивалась. PH почвы также оказал большое влияние на прочность на сжатие консолидированных столбов грунта. С увеличением щелочности почвы прочность на сжатие консолидированных почвенных шаров сначала увеличивалась, а затем становилась стабильной, как показано на рис.7b. Испытание на транспортировку уплотненного столба почвы Объединенные корневые комки саженцев должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать транспортировку саженцев с поля питомника на новые участки роста, такие как проспекты, улицы и парки. В группу испытаний входят испытание на вибрацию грузового автомобиля, испытание на вибрацию комбинированного колесного транспортного средства и испытание на удар. В соответствии с экспериментальными условиями (таблица S1 в вспомогательной информации) смоделированный пробег скоростной автомагистрали достиг 1600 км.Результаты испытаний показали, что 35 столбов грунта, укрепленных твердым уплотняющим агентом, не имели износа, и ни одна из них не была сломана во время испытания на вибрацию смоделированной автомобильной перевозки по автостраде. Транспортные вибрационные испытания трех- или четырехколесных автомобильных дорог проводились в соответствии с условиями вибрационных испытаний комбинированных колесных транспортных средств (таблица S2 вспомогательной информации). Транспортный пробег смоделированных в ходе испытаний трех- или четырехклассных автомобильных дорог достиг 400 км.При испытаниях комбинированной колесной машины на поперечную и продольную вибрацию эти 35 столбов грунта, укрепленных твердым уплотняющим агентом, не изношены и не сломаны. Но только при испытании на вертикальную вибрацию колонны грунта имели разную степень износа. Уровень износа достиг почти 30%. Степень износа образцов столба грунта была различной в зависимости от условий подготовки и положений испытаний (таблица 1; рис. 8), общий износ был сосредоточен на краях, а также в верхней и нижней частях столба грунта (рис.8а). Сухое и влажное состояние столбов грунта привело к разному износу (рис. 8а, б). В процессе вертикальных колебаний плотный контакт столбов грунта приводил к сильному износу окружности столба грунта (рис. 8в). Только две колонны грунта, расположенные рядом со стенкой деревянного ящика, были фрагментированы (рис. 8г, д). Таким образом, расположение столбов грунта имело решающее значение при испытании комбинированной колесной машины на вертикальную вибрацию. Испытание на удар в основном имитировало внезапное падение столбов грунта при транспортировке, а также переворачивание вниз и падение столбов грунта при прохождении ямок дороги во время транспортировки.В трехосных испытаниях на удар все колонны грунта, укрепленные полимерным клеем, не были повреждены, что указывает на то, что колонны грунта, укрепленные с помощью смешанного клея, обладают более высокой ударопрочностью. Таблица 1 Условия экспериментов на типичных образцах столбов почвы a – e. Рисунок 8 Типичные образцы колонны грунта a-e при испытании на вертикальную вибрацию. Предварительное нанесение полимера в качестве агента уплотнения почвы при пересадке деревьев Для выявления адгезионного действия этого полимера в качестве агента уплотнения почвы три вида растений: шалфей ( Artemisia brachyloba ), веретено японское ( Euonymus japonicus ) ) и Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’ были отобраны для проведения эксперимента по пересадке.Во-первых, в качестве растительного сырья было выбрано многолетнее травянистое растение сиерра шалфей, а эксперименты по пересадке проводились дважды по отдельности. В случае пересадки 1 в качестве основного объекта трансплантации использовали сьерра-шалфей с диаметром 5 мм на высоте груди (DBH). Согласно требованиям пересадки, вокруг корня был нарисован круг диаметром 10–15 см со стеблем в центре. Удаление почвы, окружающей корневой ком, придало корневому комку конус (верхний — больший, а нижний — меньший), как показано на рис.9а. Затем полимерный клей наносился на верхнюю и боковую поверхности корневого комка. Шарик корня, покрытый клеем, затвердел в окружающей среде в течение примерно суток, образуя твердую оболочку на поверхности шара, как показано на рис. 9b. В это время корневой ком sierra salvia был удален и непосредственно транспортирован на новое место посадки, как показано на рис. 9c – e. Затем, согласно требованиям посадки саженца, саженец высаживали и поливали, как показано на рис.9f – g. На следующий день сеянцы хорошо росли, как показано на фиг. 9h. После одной недели пересадки сиерра сальвия полностью адаптировалась к новой среде, только несколько желтых листьев появились возле корня (рис. 9i). В течение следующего месяца эти желтые листья медленно опадали, а свежие зеленые листья постепенно росли. Последующее наблюдение показало, что трансплантированная сьерра-шалфей хорошо росла. Это указывает на то, что слабая кислотность агента уплотнения почвы не повлияла на рост проростков после пересадки рассады, как показано на рис.9. В случае пересадки 2, сиерра сальвия была пересажена жестким методом пересадки, чтобы исследовать, может ли средство уплотнения почвы удерживать воду в корне. После подъема сьерра-шалфея плесенью поверхность почвенного шара вокруг корня была намазана полимерным клеем, как показано на рис. 10a, b. После 3 дней пребывания на солнце было обнаружено явное увядание сьерра-шалфея (рис. 10b). Затем сиерра шалфей пересаживали на место посадки и завершали процедуру заполнения и полива согласно требованиям пересадки, как показано на рис.10c – e. После последующего наблюдения было обнаружено, что sierra salvia постепенно и успешно выживала, как показано на рис. 10f, g. Это указывает на то, что корневой ком, приготовленный с помощью агента для уплотнения почвы, имел определенную задержку воды в корне sierra salvia. Рисунок 9 Процесс пересадки сьерра-шалфея с использованием агента уплотнения почвы. Рисунок 10 Пересадка сьерра-шалфея с помощью агента уплотнения почвы. Для дальнейшего определения практического воздействия полимера на дерево, веретено японское ( Euonymus japonicus ) и Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’ были использованы в качестве материалов для нанесения, которые относятся к широколистным растениям и хвойным растениям, соответственно. .Как показано на рис.11, почвенные шарики, обработанные трехкомпонентным клеем (группа TT), показали хорошую адгезию с ризосфорной почвой, в то время как почва в контрольной группе (группа CK), которая не была обработана трехкомпонентным смешанным клеем, была рыхлой, особенно в ризосфорная почва Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’ (рис. 11б). Эти результаты свидетельствуют о том, что трехкомпонентный клей имеет прекрасный практический эффект при пересадке деревьев. Рис. 11 Нанесение тройного смешанного клея на шпиндель японского ( Euonymus japonicus ) ( a ) и Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’ ( b ). Попытки дополнительно оценить влияние трехкомпонентного адгезива на выживаемость растений, состояние растений контролировали в полевых условиях после пересадки в течение 30 дней периода наблюдения. Водный потенциал листа (ψleaf) и видимый цвет листьев использовали для отражения выживаемости растения. Как показано на рис. 12a, нет значительных различий в ψлисте между CK и обработкой как у японского веретена ( Euonymus japonicus ), так и у можжевельника Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’, что означает, что поток воды через растение может быть одинаковым. уровни.Примечательно, что воду давали сразу после пересадки, через 10 и 25 дней после пересадки, чтобы сохранить выживаемость растений в течение 30 дней периода наблюдения. Таким образом, ψ листа через 8 и 18 дней после посадки было намного ниже, чем через 3 дня, из-за водного стресса. Более того, ψleaf через 30 дней уменьшился вместе со вторым повторным поливом через 25 дней после пересадки, что свидетельствует о выживании пересаженного дерева. Как показано на фиг. 13, цвет листьев все еще оставался зеленым после 30 дней наблюдения как в CK, так и в обработке, что указывает на то, что дерево было живым.Вместе с видимым цветом и описанием листьев (фиг. 12, 13) можно сделать вывод, что оба растения в CK и в обработке выжили хорошо, и не было очевидного неблагоприятного воздействия тройной смеси адгезивов на выживаемость растений. Следует отметить, что правильно обработанная процедура жизненно важна для выживания растений. Если трехкомпонентный адгезив непосредственно контактировал с крупной корневой системой, цвет листьев и стеблей растения может постепенно меняться от зеленого к желтому (рис. S1). Но эти изменения не могли повлиять на выживаемость пересаженных растений.И это явление тоже появилось в процессе омоложения пересаженной сьерра-шалфея. Однако по мере роста пересаженных саженцев желтые листья могут постепенно опадать, а новые листья могут вырасти и в конечном итоге выжить. Рис. 12 Водный потенциал листа (ψ лист ) веретена японского ( Euonymus japonicus ) ( a ) и Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’ ( b ). Для проверки водного потенциала листьев при каждой обработке использовали 30 растений.Воду давали сразу после пересадки, через 10 дней и 25 дней после пересадки, чтобы сохранить выживаемость растений в течение 30 дней периода наблюдения. Рисунок 13 Цвет листьев и состояние японского веретена ( Euonymus japonicus ) ( a ) и Juniperus sabina ‘Tamaricifolia’ ( b ) после 30 дней наблюдения. Те, у кого были белые ярлыки, были обработаны полимером, а те, у кого нет, были контрольными. Ответить Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт