RU2372445C2 - Method for cementation of weak soils - Google Patents
Method for cementation of weak soils Download PDFInfo
- Publication number
- RU2372445C2 RU2372445C2 RU2007136530/03A RU2007136530A RU2372445C2 RU 2372445 C2 RU2372445 C2 RU 2372445C2 RU 2007136530/03 A RU2007136530/03 A RU 2007136530/03A RU 2007136530 A RU2007136530 A RU 2007136530A RU 2372445 C2 RU2372445 C2 RU 2372445C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- water
- suspension
- soil
- cementation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для укрепления слабых грунтов при подготовке и реконструкции оснований фундаментов зданий и сооружений.The invention relates to the construction and can be used to strengthen soft soils in the preparation and reconstruction of the foundations of the foundations of buildings and structures.
Известен способ цементации грунтов, заключающийся во введении в грунт через инъектор или пробуренную скважину твердеющего раствора на основе портландцемента под давлением 0,1-0,5 МПа (см., например, Ржаницин Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. - М.: Стройиздат, 1986).A known method of cementation of soils, which consists in introducing into the soil through an injector or a drilled well a hardening solution based on Portland cement under a pressure of 0.1-0.5 MPa (see, for example, Rzhanitsin B. A. Chemical fixing of soils in construction. - M. : Stroyizdat, 1986).
Путем инъекции цементосодержащих растворов производят закрепление песков средней крупности и крупных, галечниковых и гравийных отложений, а также трещиноватых скальных пород с коэффициентом фильтрации до 200 м/сут. В зависимости от вида и структуры закрепляемого грунта водоцементное отношение (В/Ц) указанных растворов может изменяться от 0,4 до 20 (Конюхов Д.С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. - М.: Архитектура-С, 2005). Однако на практике для закрепления несвязных грунтов используют цементно-водные суспензии с величиной В/Ц=0,5-1 (http://www.yurkevich.ru/3r7podr.php; http://www.new-ground.ru/main/index.html?id=4&eid=2). Цементацию применяют не только для улучшения прочностных, деформационных и противофильтрационных характеристик грунтового массива, но и для заполнения крупных пустот под подошвой фундаментов, искусственных подземных выработок и т.п. Важными преимуществами цементных растворов являются отсутствие загрязнения окружающей среды, высокая подвижность и сравнительно короткое время схватывания.By injection of cement-containing mortars, sand of medium size and large, pebble and gravel deposits, as well as fractured rock with a filtration coefficient of up to 200 m / day, are fixed. Depending on the type and structure of the fixed soil, the water-cement ratio (W / C) of these solutions can vary from 0.4 to 20 (Konyukhov D.S. Construction of shallow underground underground structures. - M.: Architecture-S, 2005). However, in practice, cement-water suspensions with a value of W / C = 0.5-1 (http://www.yurkevich.ru/3r7podr.php; http://www.new-ground.ru/ are used to fix incoherent soils) main / index.html? id = 4 & eid = 2). Cementation is used not only to improve the strength, deformation and antifiltration characteristics of the soil massif, but also to fill large voids under the soles of foundations, artificial underground workings, etc. Important advantages of cement mortars are the absence of environmental pollution, high mobility and a relatively short setting time.
В то же время цементно-водные суспензии обладают низкой седиментационной устойчивостью. Кроме того, прочность на сжатие цементно-грунтового камня, образующегося при инъекции закрепляющего раствора, является недостаточно высокой - до 1-2 МПа (Камбефор А. Инъекция грунтов. - М.: Энергия, 1971). Одна из причин относительно низкой прочности закрепленного грунтового массива заключается в том, что затвердевшая цементная матрица при тех значениях В/Ц, которые обычно применяются в цементно-водных суспензиях, обладает значительной пористостью и подвержена усадочным деформациям и, следовательно, имеет склонность к трещинообразованию (Джантимиров Х.А., Юдович Б.Э. и др. Совершенствование геотехнических цементационных материалов на основе гидравлических вяжущих. / Научные труды Межд. науч. конф. по бетону и железобетону. - М.: Дипак, 2005. Т.3, с.497-504).At the same time, cement-water suspensions have low sedimentation stability. In addition, the compressive strength of cement-soil stone formed during injection of the fixing mortar is not high enough - up to 1-2 MPa (Kambefor A. Injection of soils. - M .: Energy, 1971). One of the reasons for the relatively low strength of the fixed soil mass is that the hardened cement matrix at those H / C values that are usually used in cement-water suspensions has significant porosity and is subject to shrinkage deformations and, therefore, has a tendency to crack formation (Dzhantimirov Kh.A., Yudovich B.E. et al. Improvement of geotechnical cementing materials based on hydraulic binders / Scientific works of the International Scientific Conference on Concrete and Reinforced Concrete. - Moscow: Deepak, 2005. V.3 p. 497-504).
Для повышения качества цементации грунта используют цементно-песчаные растворы, однако их применение эффективно лишь для пород с удельным водопоглощением не менее 3 л/мин (Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. - М.: МГУ, 1973). Считается, что при меньших значениях водопоглощения почти весь песок остается на границе закрепляемого массива, и поэтому вглубь массива по-прежнему проникает лишь цементно-водная суспензия с величиной В/Ц>1 (Джантимиров Х.А., Юдович Б.Э. и др. Совершенствование геотехнических цементационных материалов на основе гидравлических вяжущих. / Научные труды Межд. науч. конф. по бетону и железобетону. - М.: Дипак, 2005. Т.3, с.497-504).To improve the quality of soil cementation, cement-sand mortars are used, but their use is effective only for rocks with a specific water absorption of at least 3 l / min (L. Goncharova, Fundamentals of Artificial Soil Improvement. - M.: Moscow State University, 1973). It is believed that, at lower values of water absorption, almost all the sand remains at the boundary of the massif being fixed, and therefore, only a cement-water suspension with a value of W / C> 1 still penetrates deep into the massif (Dzhantimirov H.A., Yudovich B.E. and others Improvement of geotechnical cementitious materials based on hydraulic binders / Scientific works of the International Scientific Conference on Concrete and Reinforced Concrete. - M .: Deepak, 2005. V.3, p.497-504).
Как следует из вышеизложенного, в способе цементации слабых грунтов, включающем введение в грунт цементирующего раствора, указанный раствор должен обладать при наименьшем из возможных значений величины В/Ц достаточно большой проникающей способностью, зависящей от дисперсности частиц твердой фазы раствора и его седиментационной устойчивости. Для реализации этих требований в состав цементно-водной суспензии вводят, например, тонкодисперсные минеральные компоненты: золы уноса ТЭС (Камбефор А. Инъекция грунтов. - М.: Энергия, 1971), бентонитовые глины, тонкомолотые известняки, песчаники и доменные шлаки (Инъекционное упрочнение горных пород / Ю.З.Заславский, Е.А.Лопухин и др. - М.: Недра, 1984), тонкомолотый кварцевый песок (RU 2054502, 20.02.1996) и другие.As follows from the foregoing, in the method of cementing soft soils, including the introduction of a cementing mortar into the soil, the specified solution must have a sufficiently high penetrating ability at the smallest possible value of W / C, depending on the dispersion of the particles of the solid phase of the solution and its sedimentation stability. To implement these requirements, finely dispersed mineral components, for example, are introduced into the cement-water suspension: fly ash of thermal power plants (Kambor A. Soil injection. - M .: Energia, 1971), bentonite clays, finely ground limestones, sandstones and blast-furnace slags (Injection hardening rocks / Yu.Z. Zaslavsky, E.A. Lopukhin et al. - M .: Nedra, 1984), finely quartz sand (RU 2054502, 02.20.1996) and others.
Однако механическая прочность закрепленных грунтов, полученных путем введения модифицированных цементно-водных суспензий, остается недостаточно высокой (4-5 МПа). Одна из причин этого - недостаточная прочность цементационного раствора. Как показали лабораторные исследования прочностных свойств дробленых изверженных пород, заинъектированных цементными растворами, предел прочности при одноосном сжатии образцов породы убывает с ростом водоцементного отношения инъекционного раствора точно так же, как и предел прочности самого раствора после отверждения (Инъекционное упрочнение горных пород / Ю.З.Заславский, Е.А.Лопухин и др. - М.: Недра, 1984).However, the mechanical strength of the fixed soils obtained by introducing modified cement-water suspensions remains insufficiently high (4-5 MPa). One of the reasons for this is the insufficient strength of the grout. As laboratory studies of the strength properties of crushed igneous rocks injected with cement mortars showed, the tensile strength during uniaxial compression of rock samples decreases with increasing water-cement ratio of the injection mortar in the same way as the tensile strength of the mortar itself after curing (Injection hardening of rocks / Yu.Z. Zaslavsky, E.A. Lopukhin and others - M .: Nedra, 1984).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ цементации слабого грунта, включающий инъекцию в грунт закрепляющего раствора - водной суспензии цемента с высокодисперсным минеральным наполнителем, в качестве которого используют микробиологически активированный пресноводный озерный ил при следующем соотношении компонентов, мас.%:The closest in technical essence and the achieved result is a method of cementing soft soil, which involves injecting a fixing solution into the soil - an aqueous suspension of cement with a highly dispersed mineral filler, which is used as a microbiologically activated freshwater lake sludge in the following ratio of components, wt.%:
(RU 2098554, E02D 3/12, 12.10.1997).(RU 2098554, E02D 3/12, 10/12/1997).
Однако механическая прочность цементно-песчаного камня, образовавшегося в грунте в результате инъекции закрепляющего раствора, остается недостаточно высокой. Кроме того, получение микробиологически активированного ила требует большого времени (24-30 час) и сложного технологического оборудования (например, термостатного шнекового смесителя), что усложняет и удорожает закрепление грунта.However, the mechanical strength of the cement-sand stone formed in the soil as a result of the injection of the fixing solution remains insufficiently high. In addition, obtaining microbiologically activated sludge requires a lot of time (24-30 hours) and complex technological equipment (for example, a thermostatic screw mixer), which complicates and increases the cost of soil consolidation.
Задачей изобретения является разработка способа цементации слабых грунтов при помощи введения в грунт закрепляющего раствора с повышенными седиментационной устойчивостью и механической прочностью, расширение сырьевой базы для производства цементационных растворов и снижение материальных и трудовых затрат при закреплении грунтов способом цементации.The objective of the invention is to develop a method of cementing soft soils by introducing a fixing solution with increased sedimentation stability and mechanical strength into the soil, expanding the raw material base for the production of cementitious mortars and reducing material and labor costs when fixing soils by cementation.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе цементации слабых грунтов, включающем приготовление водной суспензии цемента с тонкодисперсным минеральным компонентом и введение в грунт приготовленной суспензии, в качестве тонкодисперсного минерального компонента используют карбонатный шлам химводоподготовки для котельных установок теплоэлектростанций ТЭС или теплоэлектроцентралей ТЭЦ, который вводят в состав твердой фазы водной суспензии цемента перед приготовлением указанной суспензии в количестве 10-35 мас.% от массы твердой фазы, определяя максимальное значение его количества по формулеThe essence of the invention lies in the fact that in the method of cementing soft soils, including the preparation of an aqueous suspension of cement with a finely dispersed mineral component and introducing into the soil the prepared slurry, carbonate slurry of chemical water treatment is used as a finely dispersed mineral component for boiler plants of thermal power plants of thermal power plants or heat and power plants in thermal power plants, which are introduced the composition of the solid phase of an aqueous suspension of cement before preparing the specified suspension in an amount of 10-35 wt.% by weight of solid f basics, determining the maximum value of its quantity by the formula
где В/Ц - водоцементное отношение водной суспензии цемента без добавления карбонатного шлама, составляющее 0,44-0,86.where W / C is the water-cement ratio of an aqueous suspension of cement without the addition of carbonate sludge, comprising 0.44-0.86.
Характеристика исходных материаловCharacterization of raw materials
1. Портландцемент. Для реализации предлагаемого способа цементации слабых грунтов в качестве вяжущего применяли бездобавочный портландцемент М400 Новороссийского цементного завода «Пролетарий», Определение его свойств производили по методикам ГОСТ 310.1-76 «Цемента. Методы испытаний. Общие положения», ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола», ГОСТ 310.3-76 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема», ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения пределов прочности при изгибе и сжатии».1. Portland cement. To implement the proposed method of cementation of soft soils, binder-free Portland cement M400 of the Novorossiysk cement plant "Proletary" was used as a binder. Its properties were determined according to the methods of GOST 310.1-76 "Cement. Test methods. General Provisions ”, GOST 310.2-76“ Cements. Methods for determining the fineness of grinding ", GOST 310.3-76" Cements. Methods for determining the normal density, setting time and uniformity of volume change ”, GOST 310.4-81“ Cements. Methods for determining bending and compression strengths. "
2. Тонкодисперсный минеральный компонент. В качестве тонкодисперсного минерального компонента был использован карбонатный шлам химводоподготовки, который является отходом производства на ТЭЦ или ТЭС, образуется при умягчении гашеной известью речной воды, отбираемой на технологические цели, осаждается и в виде водной суспензии сбрасывается в отвал. В карбонатном шламе присутствуют в основном углекислый кальций СаСО3 (72-75%), гидрооксид магния Mg(OH)2, (5,0-5,5%), оксид кремния SiО2 (2,0-2,5%), а также оксиды железа и алюминия.2. Fine mineral component. A carbonate slurry of chemical water treatment was used as a finely dispersed mineral component, which is a waste from production at thermal power plants or thermal power plants, is formed when softened with hydrated lime, river water taken for technological purposes, is precipitated and discharged into the dump as an aqueous suspension. The carbonate sludge contains mainly calcium carbonate CaCO 3 (72-75%), magnesium hydroxide Mg (OH) 2 , (5.0-5.5%), silicon oxide SiO 2 (2.0-2.5%) as well as iron and aluminum oxides.
Испытания карбонатного шлама производили в соответствии с критериями оценки свойств добавок, применяемых при изготовлении цемента по ГОСТ 24640-91 «Добавки для цементов. Классификация».Tests of carbonate sludge were carried out in accordance with the criteria for assessing the properties of additives used in the manufacture of cement according to GOST 24640-91 “Additives for cements. Classification".
Результаты испытаний исходных материалов приведены в табл.1.The test results of the starting materials are given in table 1.
Примеры реализации изобретенияExamples of the invention
1. Приготовление цементационных растворов и образцов цементно-шламового камня для механических испытаний1. Preparation of cement slurries and samples of cement slurry stone for mechanical testing
Технологические параметры цементационных растворов: водоцементное отношение В/Ц=0,4-1,2, содержание карбонатного шлама в составе твердой фазы 0-50%.Technological parameters of cementing mortars: water-cement ratio W / C = 0.4-1.2, the content of carbonate sludge in the composition of the solid phase is 0-50%.
Отдозированные воду, портландцемент и карбонатный шлам последовательно загружали в лабораторный турбулентный смеситель емкостью 50 литров со скоростью вращения ротора 620 об/мин и смешивали в течение 3 мин. Подвижность раствора контролировали вискозиметром и при необходимости корректировали путем добавления воды или твердых компонентов.The dosed water, Portland cement and carbonate sludge were sequentially loaded into a 50-liter turbulent laboratory mixer with a rotor speed of 620 rpm and mixed for 3 minutes. The mobility of the solution was controlled by a viscometer and, if necessary, adjusted by adding water or solid components.
Приготовленные смеси выливали в металлические формы размером 7,07×7,07×7,07 см и выдерживали в течение 28 сут в нормальных условиях.The prepared mixtures were poured into metal molds measuring 7.07 × 7.07 × 7.07 cm and kept for 28 days under normal conditions.
2. Определение свойств цементационных растворов Испытания цементационных растворов проводили по методикам:2. Determination of the properties of cementitious mortars Testing of cementitious mortars was carried out according to the methods:
- ГОСТ 5202-86 «Растворы строительные. Методы испытаний» - при определении подвижности и прочности на сжатие при раскалывании;- GOST 5202-86 “Building solutions. Test methods "- when determining mobility and compressive strength during cracking;
- ГОСТ 310.6-85 «Цементы. Методы определения водоотделения» - при определении водоотделения.- GOST 310.6-85 “Cements. Methods for determining water separation ”- in determining water separation.
Кроме того, определение подвижности растворов производили при помощи вискозиметра Суттарда ВС-1 (ТУ 25-06.393-80).In addition, the mobility of the solutions was determined using a Suttard BC-1 viscometer (TU 25-06.393-80).
Анализ полученных экспериментальных данных производили в соответствии с положениями ГОСТ 24640-91.The analysis of the obtained experimental data was carried out in accordance with the provisions of GOST 24640-91.
3. Результаты испытаний3. Test results
3.1. Для изучения влияния карбонатного шлама химводоподготовки на водоотделение цементационных растворов приготавливали водные суспензии с различным содержанием шлама в смеси с цементом: от 10 до 30%. Масса твердой фазы во всех растворах была одинакова 350 г, а водотвердое отношение равнялось 1. Составы цементационных растворов, используемые в заявляемом способе цементации слабых грунтов, и значения величин их водоотделения приведены в табл.2.3.1. To study the effect of carbonate sludge of chemical water treatment on the water separation of cementitious solutions, aqueous suspensions were prepared with various sludge contents mixed with cement: from 10 to 30%. The mass of the solid phase in all solutions was the same 350 g, and the water-solid ratio was 1. The compositions of cementitious solutions used in the inventive method of cementation of soft soils, and the values of their water separation are given in table 2.
Из представленных данных видно, что карбонатный шлам существенно уменьшает водоотделение суспензий. Например, стандартное водоотделение цементно-водной суспензии равняется 16,7%, а при замене части портландцемента карбонатным шламом (10 мас.%) оно уменьшилось до 8,5% и далее закономерно снижалось. Удельная поверхность карбонатного шлама равна 7800 см2/г, что в 2,44 раза превышает удельную поверхность цемента. Таким образом, средний размер частиц шлама существенно меньше, чем частиц цемента, как и истинная плотность этого материала, и поэтому добавка шлама замедляет оседание частиц цемента в воде. Это позволяет в ряде случаев изменять квалификацию цементосодержащих инъекционных растворов. Так цементно-водные суспензии с Ц/В≤1,5 (В/Ц≥0,67) относятся к нестабильным растворам (Камбефор А. Инъекция грунтов. - М.: Энергия, 1971). По нашим данным, водоотделение состава с В/Ц=0,67 через 120 минут равно 9,0%, но при замене части цемента карбонатным шламом в количестве 30 мас.% становится равным 1,8%, что характерно для стабильных инъекционных растворов.From the presented data it is seen that carbonate sludge significantly reduces the water separation of suspensions. For example, the standard water separation of a cement-water suspension is 16.7%, and when part of Portland cement is replaced with carbonate sludge (10 wt.%), It decreased to 8.5% and then naturally decreased. The specific surface of carbonate sludge is 7800 cm 2 / g, which is 2.44 times higher than the specific surface of cement. Thus, the average particle size of the sludge is significantly smaller than the particles of cement, as is the true density of this material, and therefore the addition of sludge slows the settling of cement particles in water. This allows in some cases to change the qualification of cement-containing injection solutions. So cement-water suspensions with C / B≤1.5 (B / C≥0.67) are classified as unstable solutions (Kambefor A. Injection of soils. - M .: Energy, 1971). According to our data, the water separation of the composition with W / C = 0.67 after 120 minutes is 9.0%, but when replacing part of the cement with carbonate sludge in an amount of 30 wt.%, It becomes equal to 1.8%, which is typical for stable injection solutions.
3.2. Механическая прочность образцов затвердевших цементационных растворов измерялась через 28 суток хранения в нормальных условиях. В табл.3 представлены результаты ее измерения для составов с В/Ц, равным 0,47. Это водоцементное отношение характеризует свойства цементного камня, образовавшегося при последовательном введении в закрепляемый грунт компонентов цементационного раствора, описанного в способе закрепления слабых грунтов - прототипе (RU 2098554). Из табл.3 следует, что в широком диапазоне концентраций карбонатного шлама прочность цементного камня, образовавшегося при затвердевании цементно-шламовой водной суспензии, значительно превышает прочность материала-прототипа.3.2. The mechanical strength of the samples of hardened cementitious mortars was measured after 28 days of storage under normal conditions. Table 3 presents the results of its measurement for compositions with W / C equal to 0.47. This water-cement ratio characterizes the properties of the cement stone formed by sequentially introducing the cementitious mortar components into the fixed soil described in the prototype method for fixing weak soils (RU 2098554). From table 3 it follows that in a wide range of concentrations of carbonate sludge, the strength of the cement stone formed during the hardening of cement-slurry water suspension, significantly exceeds the strength of the material of the prototype.
Возможность повышения механической прочности затвердевшего цементационного раствора была исследована авторами предлагаемого изобретения и для других значений В/Ц, которые обычно используются на практике при закреплении несвязанных грунтов - аллювиальных отложений и техногенных массивов (насыпных оснований) при подготовке стройплощадок (табл.4, 5, 6). В этих таблицах составы цементационных растворов выбраны таким образом, что они имеют одинаковую подвижность (для составов в табл.4 она соответствует подвижности цементно-водной суспензии с В/Ц=0,4, в табл.5 - подвижности цементно-водной суспензии с В/Ц=0,54, а в табл.6 - подвижности цементно-водной суспензии с В/Ц=0,7).The possibility of increasing the mechanical strength of the hardened cementitious mortar was investigated by the authors of the present invention for other H / C values that are usually used in practice when fixing unbound soils - alluvial deposits and man-made arrays (bulk bases) when preparing construction sites (Tables 4, 5, 6 ) In these tables, the compositions of cementitious mortars are chosen so that they have the same mobility (for the compositions in Table 4, it corresponds to the mobility of a cement-water suspension with W / C = 0.4, and in Table 5 - the mobility of a cement-water suspension with B / C = 0.54, and in table 6 - the mobility of the cement-water suspension with B / C = 0.7).
Для каждого состава, содержащего добавку карбонатного шлама, указан его аналог - состав цементно-водной суспензии без добавления шлама с такой же величиной В/Ц, как и у заявляемого состава. Во всех рассмотренных случаях предел прочности при одноосном сжатии модифицированных образцов превышает прочность цементно-водных суспензий без добавки карбонатного шлама. Как и для других тонкодисперсных минеральных компонентов, повышение механической прочности может быть связано со снижением общей пористости цементного камня, а также с упрочнением контактной зоны между частицами цемента и минерального компонента определенного химического состава (Добавки в бетон: Справ. Пособие / В.С.Рамачандран, Р.Ф.Фельдман и др. - М.: Стройиздат, 1988). В нашем случае оба этих фактора действуют одновременно. Действительно, средний размер d частиц карбонатного шлама (d≈3 мкм) значительно меньше, чем цемента, а основным минералом карбонатного шлама является кальцит. Поэтому межзерновые (d>10 мкм) поры и частично межмикроагрегатные (10≤d<1 мкм) поры в цементном камне при добавлении карбонатного шлама будут заполняться, а взаимодействие минералов цемента с кальцитом в ходе гидратации цемента приводит к образованию гидросиликатов кальция высокой основности, у которых ребра радикала [Si2O7]6- соизмеримы с ребрами элементарных ячеек кальцита и гидрооксида кальция, что обеспечивает высокую прочность цементно-шламовой композиции (Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. - М.: МГУ, 1973).For each composition containing an additive of carbonate sludge, its analogue is indicated - the composition of a cement-water suspension without adding sludge with the same W / C value as that of the claimed composition. In all cases considered, the tensile strength under uniaxial compression of the modified samples exceeds the strength of cement-water suspensions without the addition of carbonate sludge. As for other finely dispersed mineral components, an increase in mechanical strength can be associated with a decrease in the total porosity of the cement stone, as well as with the strengthening of the contact zone between the cement particles and the mineral component of a certain chemical composition (Additives in concrete: Ref. Manual / V.S. Ramachandran , R.F. Feldman and others. - M .: Stroyizdat, 1988). In our case, both of these factors act simultaneously. Indeed, the average particle size d of carbonate sludge particles (d≈3 μm) is significantly smaller than cement, and calcite is the main mineral of carbonate sludge. Therefore, intergranular (d> 10 μm) pores and partially inter-microaggregate (10≤d <1 μm) pores in the cement stone will be filled with the addition of carbonate sludge, and the interaction of cement minerals with calcite during cement hydration leads to the formation of calcium hydrosilicates of high basicity, which the edges of the [Si 2 O 7 ] 6 radical are commensurate with the edges of the unit cells of calcite and calcium hydroxide, which ensures high strength of the cement-slurry composition (L. Goncharova, Fundamentals of Artificial Soil Improvement. - M.: Moscow State University, 1973).
Результаты измерений в табл.4, 5 и 6 авторы предлагаемого изобретения приводят потому, что, во-первых, использованное в прототипе значение В/Ц для цементационного раствора не является, по нашему мнению, оптимальным для выбранного состава закрепляемого грунта - песка крупного по ГОСТ 8736-93 (в описании изобретения-прототипа указано, что содержание фракции с диаметром частиц 1-0,5 мм в песке равно 3%, 0,5-0,25 мм 60%, 0,25-0,1 мм 32% и 0,1 0,05 мм - 5%). По другим данным (Конюхов Д.С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. - М.: Архитектура-С, 2005), для таких закрепляемых грунтов используются цементно-водные суспензии с существенно большими величинами В/Ц.The results of the measurements in tables 4, 5 and 6, the authors of the invention provide because, firstly, the H / C value used for the cement slurry used in the prototype is not, in our opinion, optimal for the selected composition of the fixed soil - coarse sand according to GOST 8736-93 (the description of the prototype invention indicates that the content of the fraction with a particle diameter of 1-0.5 mm in sand is 3%, 0.5-0.25 mm 60%, 0.25-0.1 mm 32% and 0.1 0.05 mm - 5%). According to other sources (DS Konyukhov, Construction of shallow underground urban structures. - M.: Architecture-S, 2005), cement-water suspensions with significantly higher W / C values are used for such fixed soils.
Во-вторых, результаты испытаний свойств цементационных растворов при различных значениях В/Ц позволяют установить предельные (минимальное и максимальное) значения содержания карбонатного шлама, при которых происходит увеличение прочности цементного камня. Минимальная концентрация карбонатного шлама в составе твердой фазы раствора одинакова для всех значений В/Ц и равна 5 мас.% (табл.4, пример 1, табл.5, пример 1, табл.6, пример 1). При меньшем содержании карбонатного шлама увеличение механической прочности незначительно и не соответствует критерию ГОСТ 24640-91. Наибольшее содержание карбонатного шлама (35 мас.%) в составе карбонатного шлама, приведенное в формуле предлагаемого изобретения, получено для исходного раствора с В/Ц=0,4 (табл.4, пример 5), которое является минимально возможным для инъекционных цементосодержащих растворов (Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. - М.: МГУ, 1973). При большем содержании карбонатного шлама повышение механической прочности по сравнению с раствором с одинаковой величиной В/Ц, не содержащим добавки, становится несущественным (табл.4, примеры 6, 7).Secondly, the results of testing the properties of cementitious mortars at various H / C values allow us to establish the limiting (minimum and maximum) values of the carbonate sludge content at which the cement stone strength increases. The minimum concentration of carbonate sludge in the composition of the solid phase of the solution is the same for all W / C values and is 5 wt.% (Table 4, example 1, table 5, example 1, table 6, example 1). With a lower content of carbonate sludge, an increase in mechanical strength is insignificant and does not meet the criterion of GOST 24640-91. The highest content of carbonate sludge (35 wt.%) In the composition of the carbonate sludge, given in the formula of the invention, was obtained for the initial solution with W / C = 0.4 (table 4, example 5), which is the minimum possible for injection cement-containing solutions (Goncharova L.V. Fundamentals of artificial soil improvement. - M.: Moscow State University, 1973). With a higher content of carbonate sludge, an increase in mechanical strength compared to a solution with the same W / C value that does not contain additives becomes insignificant (Table 4, examples 6, 7).
Установленные пределы содержания карбонатного шлама (5-35 мас.%) в составе твердой фазы цементационного раствора при минимально возможном водосодержании (В/Ц=0,4) определяют тем самым пределы содержания каждого из компонентов в составе цементационного раствора:The established limits for the content of carbonate sludge (5-35 wt.%) In the composition of the solid phase of the cement slurry at the lowest possible water content (W / C = 0.4) thereby determine the limits of the content of each component in the composition of the cement slurry:
(см. табл.4). При содержании цемента более 66,9 мас.% относительное содержание карбонатного шлама уменьшается за установленный предел (5 мас.%), и, как было показано, увеличение прочности цементного камня становится незначительным. Минимальное содержание цемента (41,7 мас.%) в равноподвижных растворах с исходным значением В/Ц=0,4 (табл.4, пример 5) определяется максимально возможным содержанием карбонатного шлама по отношению к цементу (35 мас.%).(see table 4). When the cement content is more than 66.9 wt.%, The relative carbonate sludge content decreases beyond the established limit (5 wt.%), And, as was shown, the increase in the strength of the cement stone becomes insignificant. The minimum cement content (41.7 wt.%) In equidistant solutions with an initial value of V / C = 0.4 (Table 4, Example 5) is determined by the maximum possible carbonate sludge content in relation to cement (35 wt.%).
Большое количество полученных экспериментальных данных позволяет предложить математическую формулу, которая для каждого значения В/Ц раствора определяет величину максимальной концентрации Cm (в мас.%) карбонатного шлама, при которой происходит повышение механической прочности затвердевшего цементационного раствора по сравнению с аналогичным составом цементно-водной суспензии:A large number of experimental data obtained allows us to propose a mathematical formula that determines the maximum concentration C m (in wt.%) Of carbonate sludge for each value of the H / C solution, at which the mechanical strength of the hardened cement mortar increases compared to the similar cement-water composition suspensions:
где В/Ц - водоцементное отношение цементно-водной суспензии.where W / C is the water-cement ratio of the cement-water suspension.
Например, для В/Ц=0,4 Сm=35 мас.%, для В/Ц=0,54 Сm=25,2≈25 мас.%, для В/Ц=0,7For example, for B / C = 0.4 C m = 35 wt.%, For B / C = 0.54 C m = 25.2≈25 wt.%, For B / C = 0.7
Сm=14 мас.%, что соответствует экспериментальным данным.With m = 14 wt.%, Which corresponds to experimental data.
Эта формула может быть использована не только при определении состава инъекционных цементных растворов, но и других видов цементосодержащих материалов, в частности строительных растворов и бетонов.This formula can be used not only in determining the composition of injection cement mortars, but also in other types of cement-containing materials, in particular mortars and concrete.
Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения состоит, во-первых, в увеличении механической прочности закрепляемого грунтового массива, что приводит к снижению производственных затрат на закрепление грунта оснований, так как позволяет уменьшить количество вводимого в грунт раствора и, следовательно, время проведения этой технологической операции. Кроме того, как следует из полученных результатов (табл.4, пример 2 и табл.3, пример 4; табл.6, пример 2 и табл.5, пример 5; табл.6, пример 6 и табл.4, пример 7), в тех случаях, когда инъекционные растворы, приготовленные без добавления карбонатного шлама и в которых часть цемента заменена на карбонатный шлам, имеют одинаковую прочность, то экономия цемента может составить от 12 до 15 мас.%. Снижение расхода цемента и расширение сырьевой базы для производства закрепляющих растворов открывает новые возможности при выполнении геотехнических работ в строительстве.The positive effect of the use of the invention consists, firstly, in increasing the mechanical strength of the fixed soil mass, which leads to lower production costs for fixing the soil of the bases, as it allows to reduce the amount of solution introduced into the soil and, therefore, the time of this technological operation. In addition, as follows from the results obtained (table 4, example 2 and table 3, example 4; table 6, example 2 and table 5, example 5; table 6, example 6 and table 4, example 7 ), in cases where injection solutions prepared without the addition of carbonate sludge and in which part of the cement is replaced with carbonate sludge have the same strength, the cement savings can be from 12 to 15 wt.%. Reducing cement consumption and expanding the raw material base for the production of fixing mortars opens up new opportunities for the implementation of geotechnical works in construction.
Наконец, использование карбонатного шлама в составе инъекционных растворов представляет собой одно из решений важной проблемы утилизации техногенных отходов предприятий энергетики.Finally, the use of carbonate sludge as part of injection solutions is one of the solutions to the important problem of utilization of technogenic waste from energy enterprises.
Claims (1)
где В/Ц - водоцементное отношение водной суспензии цемента без добавления карбонатного шлама, составляющее 0,44-0,86. A method of cementing soft soils, including the preparation of an aqueous suspension of cement with a finely dispersed mineral component and introducing the prepared slurry into the soil, characterized in that carbonate slurry of chemical water treatment is used as a finely dispersed mineral component for boiler plants of thermal power plants — TPPs or heat and power plants — TPPs, which are introduced into the composition of solid phase of an aqueous cement suspension before preparing the specified suspension in an amount of 10-35 wt.% by weight of the solid phase, determining the poppy imalnoe value of its quantity by the formula
where W / C is the water-cement ratio of an aqueous suspension of cement without the addition of carbonate sludge, comprising 0.44-0.86.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136530/03A RU2372445C2 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Method for cementation of weak soils |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136530/03A RU2372445C2 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Method for cementation of weak soils |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007136530A RU2007136530A (en) | 2009-04-10 |
RU2372445C2 true RU2372445C2 (en) | 2009-11-10 |
Family
ID=41014530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007136530/03A RU2372445C2 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Method for cementation of weak soils |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2372445C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656656C2 (en) * | 2015-11-17 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of bulk soil cementation |
RU2762373C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-12-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" | Method for creating a geotechnical structure in the ground |
-
2007
- 2007-10-02 RU RU2007136530/03A patent/RU2372445C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АЛЕХИН Ю.А. Серия II. Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды. Обзорная информация. Выпуск 2. Использование осадков сточных вод в производстве строительных материалов. - М., ВНИИЭСМ, 1989, с.8, 19, 21, 27-28, 40. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656656C2 (en) * | 2015-11-17 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of bulk soil cementation |
RU2762373C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-12-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" | Method for creating a geotechnical structure in the ground |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007136530A (en) | 2009-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Singh et al. | Effects of recycled fine aggregates on properties of concrete containing natural or recycled coarse aggregates: A comparative study | |
Lim et al. | Effect of different sand grading on strength properties of cement grout | |
Sicakova et al. | Water absorption coefficient as a performance characteristic of building mixes containing fine particles of selected recycled materials | |
Wu et al. | Distinguishing the effects of cementation versus density on the mechanical behavior of cement-based stabilized clays | |
EP2298709A1 (en) | Concrete mix having anti-efflorescence properties and method of making concrete using the same | |
CN107935531B (en) | Grouting material for grotto rock fractures and preparation method thereof | |
Martinez-Echevarria et al. | Crushing treatment on recycled aggregates to improve their mechanical behaviour for use in unbound road layers | |
CN100343193C (en) | Chemical agent for improving engineering properties of soil | |
Wani et al. | Self-healing concrete | |
Kazemian et al. | Effect of calcium chloride and kaolinite on shear strength and shrinkage of cement grout | |
Papayianni et al. | Experimental study of nano-modified lime-based grouts | |
Mathur et al. | Performance of concrete by partial replacement of alccofine–1203 | |
RU2372445C2 (en) | Method for cementation of weak soils | |
Rashmi et al. | Stabilized mud mortar | |
Surangi et al. | Using fly ash as a partial replacement for fine aggregate in concrete and its effects on concrete properties under different curing temperatures | |
Hartono et al. | THE BEHAVIOR OF THE CLAY SHALE STABILIZED BY DRY AND WET CEMENT MIXING METHOD. | |
Himouri et al. | Effects of Portland Cement and Quicklime on Physical and Mechanical Characteristics of Earth Concrete. | |
Akiije | Characteristic and effects of a superplasticizer quantity variation in some concrete strengths optimization | |
Hatem et al. | Rheological properties of low pH cement-palygorskite injection grout | |
Kandil et al. | Permeation properties of concretes incorporating fly ash and silica fume | |
Mathur et al. | Durability assessment of Cow dung ash modified concrete exposed in fresh water | |
WO2012013983A1 (en) | Soil -containing cement and concrete compositions | |
Helmuth et al. | The nature of concrete | |
Tunc | Effect of aggregates with different physical properties on concrete strength for different water to cement ratio and different cement content | |
Abbou et al. | Physico-mechanical characterization and durability of stabilized compressed earth bricks in the region of Timimoun in southwestern Algeria |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131003 |