RU2745437C1 - Polymeric soil stabilizer used for strengthening and stabilizing soils in industrial and civil construction, and polymer-cement-soil mixture - Google Patents
Polymeric soil stabilizer used for strengthening and stabilizing soils in industrial and civil construction, and polymer-cement-soil mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2745437C1 RU2745437C1 RU2020103570A RU2020103570A RU2745437C1 RU 2745437 C1 RU2745437 C1 RU 2745437C1 RU 2020103570 A RU2020103570 A RU 2020103570A RU 2020103570 A RU2020103570 A RU 2020103570A RU 2745437 C1 RU2745437 C1 RU 2745437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- polymer
- water
- cement
- polysorbate
- Prior art date
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C7/00—Coherent pavings made in situ
- E01C7/36—Coherent pavings made in situ by subjecting soil to stabilisation
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания водорастворимой полимерной композиции, применимой с целью укрепления несущего слоя грунта при строительстве оснований дорог, зданий, тротуарных дорожек. Изобретение пригодно для использования на песчаных, супесчаных и глинистых грунтах естественного происхождения в комбинации с другими материалами, например асфальтовым гранулятом или портландцементом, а также без них.The invention relates to the field of creating a water-soluble polymer composition applicable to strengthen the load-bearing soil layer during the construction of the foundations of roads, buildings, sidewalk paths. The invention is suitable for use on sandy, sandy loam and clay soils of natural origin in combination with other materials, for example, asphalt granulate or Portland cement, as well as without them.
В мировой практике известны различные способы укрепления грунтов с применением как минеральных вяжущих средств, так и различных органических добавок, а именно: продуктов нефтепереработки, различных поверхностно-активных веществ, водоразбавляемых связующих полимерного типа. Так, например, для незаселенных грунтов, применяемых при строительстве дорог, аэродромов и подобных сооружений предлагается использовать высокосмолистую нефть с добавкой катионоактивного продукта на основе третичных аминов и хлорметилированных фенольных масел (авт. свид. СССР №360356, 28.11.1972).In world practice, various methods of strengthening soils are known using both mineral binders and various organic additives, namely: oil refining products, various surfactants, water-borne polymer binders. So, for example, for unpopulated soils used in the construction of roads, airfields and similar structures, it is proposed to use highly resinous oil with the addition of a cationic product based on tertiary amines and chloromethylated phenolic oils (ed. USSR certificate No. 360356, 28.11.1972).
При укреплении глинистых грунтов для повышения прочности, водостойкости и морозостойкости в глинистый грунт предлагается вносить полимеризованный амин жирного ряда, известь, каменноугольную смолу (авт. свид. СССР №487204, 05.10.1975) или, наряду с этим, использовать смесь сернокислой меди с анилином в виде отдельных составляющих или более эффективно в виде медно-анилинового комплексного соединения (авт. свид. СССР №834306, 30.05.1981). Однако перечисленные способы укрепления грунтов предусматривают применение довольно токсичных амино- и фенольных производных органических соединений, а также медно-анилинового комплекса, при этом в соответствующих описаниях изобретений нет каких-либо фактических данных, подтверждающих достигаемый уровень упрочнения грунтов за счет рекомендуемых добавок.When strengthening clay soils to increase strength, water resistance and frost resistance, it is proposed to add polymerized fatty amine, lime, coal tar (ed. USSR certificate No. 487204, 05.10.1975) to clay soil, or, along with this, use a mixture of copper sulfate with aniline in the form of separate components or more effectively in the form of a copper-aniline complex compound (ed. certificate of the USSR No. 834306, 05/30/1981). However, the listed methods of soil strengthening involve the use of rather toxic amino and phenolic derivatives of organic compounds, as well as a copper-aniline complex, while in the corresponding descriptions of the inventions there is no actual data confirming the achieved level of soil hardening due to the recommended additives.
Известна дорожная смесь, состоящая из грунта и пластифицирующей добавки, в качестве которой предлагается использовать дивинилстирольный латекс, его количество по отношению к 100 мас.ч. грунта составляет 2-4 мас.ч. (авт. свид. СССР №481661, 25.08.1975). Недостатком данного изобретения является довольно большой объем для достижения требуемых показателей дорогостоящего дивинилстирольного латекса при укреплении грунта. Кроме того, не указывается в описании и формуле изобретения никаких требований к составу сополимера в латексе, заряду и размеру его латексных частиц, коллоидно-химических характеристик, радикально влияющих на совместимость латекса с грунтом, природа грунта и достигаемые конечные результаты от укрепления.Known road mixture, consisting of soil and plasticizing additives, which is proposed to use divinylstyrene latex, its amount in relation to 100 wt.h. the soil is 2-4 parts by weight. (ed. certificate of the USSR No. 481661, 25.08.1975). The disadvantage of this invention is a rather large volume to achieve the required performance of expensive divinylstyrene latex when strengthening the soil. In addition, the description and the claims do not indicate any requirements for the composition of the copolymer in latex, the charge and size of its latex particles, colloidal-chemical characteristics that radically affect the compatibility of latex with the soil, the nature of the soil and the final results achieved from strengthening.
Известна смесь для грунтобетона, относящаяся к стройматериалам, а именно к грунтобетонам, применяемым для стабилизации глинистых грунтов в дорожных основаниях (пат. №2392244, «Смесь для грунтобетона», от 20.06.2010 г.), содержит, мас.%: глинистый грунт – 78-83, портландцемент – 4-8, химическую добавку – ферментный препарат "Дорзин" – 0,03-0,06, вода – остальное.Known mixture for soil concrete, related to building materials, namely to soil concretes used to stabilize clay soils in road bases (US Pat. No. 2392244, "Mix for soil concrete", from 20.06.2010), contains, wt%: clay soil - 78-83, Portland cement - 4-8, chemical additive - enzyme preparation "Dorzin" - 0.03-0.06, water - the rest.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является дорожная полимерцементогрунтовая смесь (пат. №2373321 от 20.11.2009 г.), относящаяся преимущественно к строительству автомобильных дорог, содержит, мас.% (на сухое): грунт 90, цемент 9,35-9,4, латекс СКС-65ГП 0,5, механоактивированная целлюлоза 0,1-0,15.The closest in technical essence to the claimed invention is a road polymer-cement-soil mixture (US Pat. No. 2373321 dated 20.11.2009), relating mainly to the construction of highways, contains, wt% (dry): soil 90, cement 9.35- 9.4, latex SKS-65GP 0.5, mechanically activated cellulose 0.1-0.15.
Недостатком данной смеси, а также всех вышеуказанных смесей, является недостаточная несущая способность грунтового основания, более длительный набор необходимого, согласно ГОСТ 23558-94, класса прочности М100, а также высокий расход неорганического вяжущего – цемента.The disadvantage of this mixture, as well as of all the above mixtures, is the insufficient bearing capacity of the soil base, a longer set of the M100 strength class required according to GOST 23558-94, as well as a high consumption of inorganic binder - cement.
Целью, при разработке предлагаемого изобретения, является создание состава полимерного стабилизатора несущего слоя грунта, применяемого совместно с портландцементом с целью модификации эксплуатационных свойств грунта, а именно повышения прочностных характеристик, а также увеличения гидрофобизации.The purpose of the development of the present invention is to create a composition of a polymer stabilizer of the bearing layer of the soil, used in conjunction with Portland cement in order to modify the operational properties of the soil, namely to increase the strength characteristics, as well as to increase the hydrophobization.
Указанная цель и технический результат реализуются следующим образом. Предлагаемый полимерный стабилизатор грунта состоит из растворенных в воде полимерных макромолекул – полиакриламида, сополимера акриламида и акрилата натрия, сополимера акриламида и метакрилата натрия с добавлением оксиэтилированногосорбитана – полисорбата-80, полисорбата-60, полисорбата-20 в качестве эмульгатора и гидрофобизатора, синтетического азокрасителя – тартразина для придания стабилизатору грунта приятных органолептических свойств, при этом полимерные макромолекулы имеют среднюю молекулярную массу от 8 до 20 МДа, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимерные макромолекулы 0,25 – 3,0, оксиэтилированный сорбитан 0,1 – 1,0, тартразин 0,005, вода - остальное. Количество звеньев акрилата натрия не превышает 30% от общего числа мономерных звеньев в составе полимолекулы сополимера, количество звеньев метакрилата натрия не превышает 25% от общего числа мономерных звеньев в составе полимолекулы сополимера. Предлагаемая полимерцементогрунтовая смесь с использованием указанного выше полимерного стабилизатора грунта содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: грунт 85 – 93,9, портландцемент 6,0 – 7,0, водный раствор полимерного стабилизатора грунта, предварительно разбавленный водой до необходимой концентрации, 0,1 – 8,0.The specified goal and technical result are implemented as follows. The proposed polymer soil stabilizer consists of polymeric macromolecules dissolved in water - polyacrylamide, a copolymer of acrylamide and sodium acrylate, a copolymer of acrylamide and sodium methacrylate with the addition of oxyethylated sorbitan - polysorbate-80, polysorbate-60, polysorbate-20 as an emulsifier to impart pleasant organoleptic properties to the soil stabilizer, while polymer macromolecules have an average molecular weight of 8 to 20 MDa, with the following ratio of components, wt%: polymer macromolecules 0.25 - 3.0, ethoxylated sorbitan 0.1 - 1.0 , tartrazine 0.005, water - the rest. The number of sodium acrylate units does not exceed 30% of the total number of monomer units in the composition of the copolymer polymolecule, the number of sodium methacrylate units does not exceed 25% of the total number of monomer units in the composition of the copolymer polymolecule. The proposed polymer-cement-soil mixture using the above polymer soil stabilizer contains components at the following ratio, wt%: soil 85 - 93.9, Portland cement 6.0 - 7.0, an aqueous solution of polymer soil stabilizer, previously diluted with water to the required concentration, 0 , 1 - 8.0.
Таблица 1. Физические характеристики полимерного стабилизатора грунта.Table 1. Physical characteristics of the polymer soil stabilizer.
С введением полимерного стабилизатора в глинистый грунт в соотношении, полученном путем подбора состава смесей совместно с неорганическим вяжущим (портландцементом), вступая в реакцию с химически связанной водой в глинообразующих минералах, полимерный модификатор образует химически стойкие и прочные соединения, придающие грунту более упорядоченную структуру, с образованием первично структурного каркаса, обрастающего гидросиликатами кальция, и, в конечном итоге, создавая материал очень высокой прочности и низкой водопоглощающей способности.With the introduction of a polymer stabilizer into clay soil in a ratio obtained by selecting the composition of mixtures together with an inorganic binder (Portland cement), reacting with chemically bound water in clay-forming minerals, the polymer modifier forms chemically resistant and strong compounds that give the soil a more ordered structure, with the formation of a primary structural framework, overgrown with calcium hydrosilicates, and, ultimately, creating a material of very high strength and low water absorption capacity.
Для изучения влияния полимерного стабилизатора на свойства глинистых грунтов, в лабораторных условиях был проведен подробный анализ механических свойств глинистых грунтов, укрепленных портландцементом и полимерным стабилизатором грунта. В лабораторных условиях формовались цилиндрические образцы (ГОСТ 12801-98), содержащие в своем составе различное количество компонентов, входящих в состав стабилизатора при неизменном количестве вяжущего - портландцемента. После подбора оптимального состава были проведены работы по подбору оптимального количества вяжущего (таблицы 2 и 3).To study the effect of a polymer stabilizer on the properties of clay soils, a detailed analysis of the mechanical properties of clay soils reinforced with Portland cement and polymer soil stabilizer was carried out under laboratory conditions. In laboratory conditions, cylindrical samples (GOST 12801-98) were formed, containing in their composition a different number of components that make up the stabilizer with a constant amount of binder - Portland cement. After the selection of the optimal composition, work was carried out to select the optimal amount of binder (tables 2 and 3).
Таблица 2. Состав образцов водного раствора полимерного стабилизатора грунта, предварительно разбавленных водой и используемых для дальнейших испытаний:Table 2. Composition of samples of an aqueous solution of a polymer soil stabilizer, previously diluted with water and used for further tests:
мас.%Emulsifier,
wt%
мас.%Dye,
wt%
мас.%Water,
wt%
Таблица 3. Примеры экспериментальных лабораторных работ по подбору состава полимерцементогрунтовой смеси с применением стабилизатора грунта.Table 3. Examples of experimental laboratory work on the selection of the composition of the polymer-cement-soil mixture using a soil stabilizer.
г. (мас.%)Slag,
g (wt%)
Испытания на физико-механические свойства полимермодифицированной смеси укрепленного грунта проводились согласно ГОСТ 30491-2012 (таблица 4).Tests for the physical and mechanical properties of the polymer-modified mixture of hardened soil were carried out in accordance with GOST 30491-2012 (table 4).
Таблица 4. Физико-механические испытания полимерцементогрунтовых смесей, укрепленных стабилизатором грунта по истечении 14 суток.Table 4. Physical and mechanical tests of polymer-cement-soil mixtures, reinforced with a soil stabilizer after 14 days.
На основании проведенных испытаний, был подобран оптимальный состав полимерцементогрунтовой смеси, содержащей 88,5% грунта, 6,5% цемента и 5,0% водного раствора полимерного стабилизатора, предварительно разбавленного водой до необходимой концентрации. Все испытанные образцы в четырнадцатисуточном возрасте соответствуют классу прочности не менее М100 (ГОСТ 23558-94), однако было обнаружено, что добавка эмульгатора в состав стабилизатора улучшает гидрофобизацию укрепленного грунта (сравнение образцов 1 и 9), при этом оптимальное массовое отношение полимера к эмульгатору 2:1, при увеличении количества второго, происходит ухудшение физико-механических свойств укрепленного грунта (сравнение образцов 1 и 5). Увеличение количества вяжущего не приводит к каким-то значительным улучшениям физико-химических свойств укрепленного грунта, поэтому оптимальным является содержание 6,0-7,0% портландцемента от общей массы полимерцементогрунтовой смеси.Based on the tests carried out, the optimal composition of the polymer-cement-soil mixture was selected, containing 88.5% of soil, 6.5% of cement and 5.0% of an aqueous solution of a polymer stabilizer, previously diluted with water to the required concentration. All tested samples at fourteen days of age correspond to a strength class of at least M100 (GOST 23558-94), however, it was found that the addition of an emulsifier to the composition of the stabilizer improves the hydrophobization of the hardened soil (comparison of samples 1 and 9), while the optimal mass ratio of polymer to emulsifier is 2 : 1, with an increase in the amount of the second, there is a deterioration in the physical and mechanical properties of the hardened soil (comparison of samples 1 and 5). An increase in the amount of binder does not lead to any significant improvement in the physicochemical properties of the hardened soil, therefore, the optimal content is 6.0-7.0% of Portland cement from the total mass of the polymer-cement-soil mixture.
Масштабирование вышеописанной разработки на строительные объекты позволит получать прочные основания с повышенной и равномерной устойчивостью дорожного полотна в процессе эксплуатации.Scaling the above-described development to construction sites will make it possible to obtain solid foundations with increased and uniform stability of the roadway during operation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103570A RU2745437C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Polymeric soil stabilizer used for strengthening and stabilizing soils in industrial and civil construction, and polymer-cement-soil mixture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103570A RU2745437C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Polymeric soil stabilizer used for strengthening and stabilizing soils in industrial and civil construction, and polymer-cement-soil mixture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2745437C1 true RU2745437C1 (en) | 2021-03-25 |
Family
ID=75159139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103570A RU2745437C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Polymeric soil stabilizer used for strengthening and stabilizing soils in industrial and civil construction, and polymer-cement-soil mixture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2745437C1 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU395543A1 (en) * | 1971-09-20 | 1973-08-28 | COMPOSITION FOR SOIL FIXING | |
RU2373254C2 (en) * | 2008-03-24 | 2009-11-20 | Виталий Евгеньевич Пилкин | Composition for reinforcement of ground |
RU2373321C1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-20 | Валерий Сергеевич Прокопец | Road polymer-cement-soil mix |
RU2392244C1 (en) * | 2009-04-02 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (БГТУ им. В.Г. Шухова) | Mixture for soil-cement |
RU2509188C1 (en) * | 2012-10-31 | 2014-03-10 | Павел Тимофеевич Полуэктов | Method to strengthen natural soils and mineral materials for construction of roads |
RU2597011C2 (en) * | 2013-07-19 | 2016-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Геологии Дагестанского Научного Центра Российской Академии Наук | Road polymer-modified mixture |
RU2660969C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Composition for device of bases and coatings of highways |
EA030582B1 (en) * | 2012-02-28 | 2018-08-31 | Эггрибайнд Инк. | Composition and methods of forming a surface and construction material |
RU2691042C1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Composition of concrete mixture and method of its use in construction |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103570A patent/RU2745437C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU395543A1 (en) * | 1971-09-20 | 1973-08-28 | COMPOSITION FOR SOIL FIXING | |
RU2373254C2 (en) * | 2008-03-24 | 2009-11-20 | Виталий Евгеньевич Пилкин | Composition for reinforcement of ground |
RU2373321C1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-20 | Валерий Сергеевич Прокопец | Road polymer-cement-soil mix |
RU2392244C1 (en) * | 2009-04-02 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (БГТУ им. В.Г. Шухова) | Mixture for soil-cement |
EA030582B1 (en) * | 2012-02-28 | 2018-08-31 | Эггрибайнд Инк. | Composition and methods of forming a surface and construction material |
RU2509188C1 (en) * | 2012-10-31 | 2014-03-10 | Павел Тимофеевич Полуэктов | Method to strengthen natural soils and mineral materials for construction of roads |
RU2597011C2 (en) * | 2013-07-19 | 2016-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Геологии Дагестанского Научного Центра Российской Академии Наук | Road polymer-modified mixture |
RU2660969C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Composition for device of bases and coatings of highways |
RU2691042C1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Composition of concrete mixture and method of its use in construction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20060011105A1 (en) | Composition and method for stabilizing road base | |
RU2509188C1 (en) | Method to strengthen natural soils and mineral materials for construction of roads | |
RU2519283C1 (en) | Soil mix for road construction | |
RU2745437C1 (en) | Polymeric soil stabilizer used for strengthening and stabilizing soils in industrial and civil construction, and polymer-cement-soil mixture | |
Bunawan et al. | Relationship between strength and liquidity index of cement stabilized laterite for subgrade application | |
Athanasopoulou et al. | Improvement of soil engineering characteristics using lime and fly ash | |
RU2326925C2 (en) | Method of binding composition preparation, processing method of material of solid particles, curable binding composition, solid aggregated matrix (variants), product | |
Kuswaya et al. | Jambi and Palembang clay soil stabilization for pavement matrix in road construction by using Portland cement type I | |
Guttikonda et al. | Stabilization of black cotton soil using sodium chloride | |
RU2597011C2 (en) | Road polymer-modified mixture | |
Alhaji et al. | Laboratory and Field Evaluation of A–6 Lateritic Soil Treated with Reclaimed Asphalt Pavement and Ordinary Portland Cement | |
Rafique et al. | Application of bioenzymatic soil stabilization in comparison to macadam in the construction of transport infrastructure | |
RU2243949C1 (en) | Dense slip-cast emulsion-mineral mixture | |
RU2768348C1 (en) | Soil reinforcement method | |
CN100569902C (en) | A kind of soil curing agent | |
Baskar et al. | Innovative studies on the potential use of pond ash on large scale in building & construction sectors | |
RU2149848C1 (en) | Concrete asphalt mix | |
Bibha | Improvement of sub grade by RBI Grade 81 and fly ash | |
RU2763216C1 (en) | Composition of cement asphalt concrete for road building purposes for operation in conditions of high temperatures | |
RU2779688C1 (en) | Ash soil for road construction | |
Mohamed et al. | Evaluation of polymers for stabilization pavements soils | |
RU2303575C2 (en) | Binder for highway engineering | |
Ayibiowu et al. | Strength Characteristics of Lateritic Soil Stabilized with Terrasil | |
SU896039A1 (en) | Method of producing binder for road coating | |
Jebur et al. | Improving the geotechnical properties of fine-grained soil used for pavement construction by crushed waste concrete |