УПРОЧНЕНИЕ СЛАБЫХ СЫПУЧИХ ГРУНТОВ ИНЪЕЦИРОВАНИЕМ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СМОЛОЙ GEOPUR
Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №11(234)
Рубрика: Технические науки
Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №11(234)
УПРОЧНЕНИЕ СЛАБЫХ СЫПУЧИХ ГРУНТОВ ИНЪЕЦИРОВАНИЕМ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СМОЛОЙ GEOPUR
Аннотация. В статье рассматриваются выявление особенностей в использовании двухкомпонентной полиуретановой смолы GEOPUR, при инъецировании в сыпучий грунт. Изучение технологии проведения закрепления и определение физико-механических свойств грунтов, упрочненных путем цементации высокого давления применением двухкомпонентного полиуретанового материала GEOPUR производства GME. Подготовка опытных образцов и экспериментальные исследования упрочненных грунтов в лабораторных условиях. Анализ результатов лабораторных исследований с рекомендациями по закреплению грунтовых массивов применением двухкомпонентного полиуретанового материала GEOPUR.
Ключевые слова: смолы, полиуретан, инъектирование, сыпучий грунт.
1. Технология упрочнения грунтовых массивов с использованием двухкомпонентного полиуретановой смолы GEOPUR
Продукция GEOPUR® TECHNOLOGIES основана на технике цементации высокого давления с помощью двухкомпонентного полиуретанового материала GEOPUR производства GME.
Результатом применения данной технологии является тройной эффект:
- повышение влагостойкости и герметизация - остановка или уменьшение водопритока в подземные сооружения;
- стабилизирующая цементация грунта - повышение устойчивости оснований зданий и подземных сооружений;
- происходит структурирование и укрепление грунта, породы и конструкций. [1]
Рисунок 1. Закрепление смолы в различных вариантах совмещение компонентов А и Б
Рисунок 2. Закрепление смолы в различных вариантах совмещение компонентов А и Б
Рисунок 3.Закрепление смолы в различных вариантах совмещение компонентов А и Б
Рисунок 1, смешивание компоненты А и Б без добавления воды. Рисунок 2, смешивание компонентов А и Б, после чего добавили воду. Рисунок 3, компонент А смешанный с водой, после чего добавили компонент Б, данный комбинация является корректной.
Применение технологии GEOPUR позволяет путем инъекции полиуретановой смолы выполнить заполнение пустот и трещин в породе, а также уменьшить пористость макропористых грунтов путем заполнения пор цементирующим материалом.[2]
Повысить прочность анкерного крепления при устройстве подпорных стен и работе анкеров при стабилизации оползней.
Повысить эффективность работы основания при устройстве микросвайных фундаментов зданий, сооружений и машин.[3]
2. Лабораторное испытание
Лабораторные исследования проводились на базе научной лаборатории Казахской головной архитектурно-строительной академии.
Для проведения лабораторных исследований были подготовлены образцы песчаного типа грунта согласно программе проведения испытаний. Для подготовки образцов использовался цилиндр из высокопрочной пластиковой трубы, высотой от 35см до 50 см и диаметром 20см-40см, ниже приведен снимок.
Рисунок 4. Песчаный образец в цилиндрической форме
Рисунок 5. Песчаный образец в цилиндрической форме
Метод проведения лабораторных исследований заключался в следующем: труба заполнялась типом грунта заданной влажности и плотности. Торцевые стенки труб замоноличивались армированным раствором марки М100. В стенке трубы просверливалось отверстие и устанавливалось устройство «пакер» R8 для нагнетания компонента смеси согласно программе испытаний. При помощи специального насоса плунжерного типа и оборудования, которое позволяет дозировать отдельные компоненты в объемном соотношении 1:1.1 двухкомпонентная полиуретановая смола (Gеорur марки 082/90) под давлением при помощи насоса подавалась в образец до полного отказа. За отказ принималось состояние, когда смесь выхолила через зазоры в торцевых гранях-крышки, либо обратно через пакер.
Состав компонентов А и В:
Состав компонента А - цвета жидкого меда; смесь простого полиэфирполиол, ускоряющих добавок, примесей, снижающих воспламеняемость, стабилизаторов пены и воды.
Состав компонента В - жидкость темно-коричневого-желтого цвета (все виды); полиметиленполифинилизоционаты, дефенилметан - 4, 4-диизоционат, дифенштметан-4, 4-диизоцианат (MDI) и смесь полициклических олигомеров в зависимости от функции.[2]
После смешивания двух основных компонентов в данном соотношении полиуретановая смола образуется в результате экзотермической реакции. [4]
После проведения инъецирования образцы выдерживались 24 часа, для образования пены и закрепления с грунтом. Следующим этапом было извлечение образцов из цилиндров и отделение закрепленной массы от не закрепленной. Для определения объёмов закрепленного грунта проводились специальные замеры, вычисление массы и объема.
Рисунок 6. Пример закрепления песка двухкомпонентной смолой в лабораторных условиях
Рисунок 7. Пример закрепления песка двухкомпонентной смолой в лабораторных условиях
Далее из упрочненной массы вырезали образцы прямоугольной или круглой формы высотой до 10см., которые испытывались на гидравлическом испытательном прессе C055 мощностью 2000кН фирмы ”MATEST”, по схеме нагружения статически возрастающей нагрузкой.
Рисунок 8. Гидравлический пресс МAТESТ C055 на 2000 кН
Рисунок 9. Гидравлический пресс МAТESТ C055 на 2000 кН
Рисунок 10. Испытания образцов песка. В момент испытания и после испытания их на сжатие
Рисунок 11. Испытания образцов песка. В момент испытания и после испытания их на сжатие
Ниже приведены две таблицы, в которых образцы были разделены на 3 группы для дальнейшего испытания. В первой приведены такие параметры как состояние грунта, плотность, начальный объем, объем инъецирования, объем упрочненного грунта, и процент расхода. Вторая таблица включает геометрические параметры, максимальную нагрузку сжатие на прессе, предел прочности, плотность.
3. Результаты лабораторного испытания
Таблица 1
Исходные данные
|
Тип грунта |
№ образца |
Состояние грунта |
р - Плотность, т/м³ |
W - Влажность |
Начальный обьем,м³ |
Объём иньецирования, кг |
Обьем упрочненного грунта, м³ |
Процент расхода кг/м³ |
|
песок |
Л-П-1 |
уплотненный |
1,798 |
- |
0,06 |
1 |
0,01 |
100,00 |
|
Л-П-2 |
уплотненный |
1,721 |
- |
0,05 |
0,47 |
0,0042 |
111,90 |
|
|
Л-П-3 |
рыхлый |
1,59 |
- |
0,06 |
0,417 |
0,0052 |
80,19 |
Таблица 2
Таблица результатов. Предел прочности
|
№ |
№ образца |
Высота, см |
Ширина,см |
Длина, см |
Вес, кг |
Макс.нагр., F (кН) |
Предел прочност, Rc, (МПа) |
Плотность, р (кг/м3) |
Примечание |
|
1 |
обр. Л-П-1,6 |
8,9 |
5 |
6 |
0,548 |
120,476 |
40,159 |
2052,43 |
группа 1 |
|
2 |
обр. Л-П-1,3 |
8 |
6 |
8 |
0,76 |
152,818 |
31,837 |
1979,16 |
|
|
3 |
обр. Л-П-3,6 |
9,2 |
5,3 |
5,5 |
0,516 |
78,668 |
26,987 |
1924,08 |
|
|
4 |
обр. Л-П-1,4 |
8,5 |
7,2 |
7,2 |
0,934 |
133,698 |
25,791 |
2119,64 |
|
|
5 |
обр. Л-П-3,2 |
9 |
5 |
6,15 |
0,566 |
74,15 |
24,114 |
2045,16 |
|
|
6 |
обр. Л-П-3,1 |
9,6 |
5,3 |
5,8 |
0,548 |
60,547 |
19,696 |
1856,97 |
группа 2 |
|
7 |
обр. Л-П-3,4 |
8,2 |
5 |
6,3 |
0,542 |
56,226 |
17,850 |
2098,33 |
|
|
8 |
обр. Л-П-1,1 |
9,2 |
6,1 |
7 |
0,874 |
75,675 |
17,722 |
2224,82 |
|
|
9 |
обр. Л-П-1,5 |
10 |
6,6 |
9 |
1,306 |
104,78 |
17,640 |
2198,65 |
|
|
Продолжение таблицы 4 |
|||||||||
|
10 |
обр. Л-П-3,7 |
10 |
6,3 |
7,1 |
0,766 |
72,105 |
16,120 |
1712,49 |
|
|
11 |
обр. Л-П-3,3 |
9,1 |
5,6 |
6 |
0,502 |
53,793 |
16,010 |
1641,81 |
|
|
12 |
обр. Л-П-2,2 |
10 |
6,7 |
9,3 |
1,024 |
49,275 |
7,908 |
1643,39 |
группа 3 |
|
13 |
обр. Л-П-2,1 |
8,8 |
8,7 |
8,7 |
1,216 |
49,227 |
6,504 |
1825,62 |
|
|
14 |
обр. Л-П-3,5 |
9,7 |
6 |
7,6 |
0,614 |
26,825 |
5,883 |
1388,13 |
|
|
15 |
обр. Л-П-1,2 |
9,7 |
6 |
6 |
0,75 |
17,36 |
4,822 |
2147,76 |
|
|
16 |
обр. Л-П-2,4 |
10,1 |
5,3 |
5,5 |
0,45 |
13,42 |
4,604 |
1528,45 |
|
|
17 |
обр. Л-П-2,3 |
10 |
6 |
5,5 |
0,37 |
14,364 |
4,353 |
1121,21 |
|
Заключение
1. Применение смолы в слабых сыпучих грунтах значительно улучшает динамические свойства грунта. Применение технологии с использованием смол эффективно для упрочнения слабых сыпучих грунтов.
2. Образцы были поделены на 3 группы; №1 уплотненный песок (р=1,798 т/ м3), №2 уплотненный песок (р=1,721 т/ м3), №3 группа рыхлый песок (р=1,59 т/ м3). №1 и №2 группа уплотненный песок, №3 с рыхлым песком. В №1 образец было инъектировано 1 кг смолы, во №2 0,47 кг, в №3 0,417 кг. Объем упрочненного грунта составил, в №1 группе 0,01 м3, №2 группе 0,0042 м3, №3 группе 0,0052.
3. В ходе испытания на гидравлическом прессе МAТESТ C055 были получены значения предела прочности каждого образца (таблица 2) Среднее значение предела прочности в уплотненных образцах 1 группы 29,78 МПа, во второй группе 17,51 Мпа, в 3 группе с рыхлым песком 5,68 Мпа.
